Fonctionnalisation de groupements alkyles par activation C-H catalytique: méthodes, mécanismes et applications – ALCaCHA

La fonctionnalisation de groupements non réactifs dans les molécules organiques, par activation C-H catalysée par un métal de transition, constitue une alternative économe en atomes et en étapes aux méthodes de synthèse plus traditionnelles. Ce domaine de recherche connaît depuis quelques années une forte croissance internationale. Dans ce contexte, le groupe coordinateur d'Olivier Baudoin (Université Lyon 1) développe de nouveaux outils méthodologiques efficaces et sélectifs pour fonctionnaliser des groupements alkyles, et s'efforce de démontrer leur applicabilité en synthèse multi-étapes de molécules organiques complexes. Des travaux préliminaires de ce groupe ont porté sur l'activation C-H pallado-catalysée de groupements alkyles benzyliques de bromobenzènes, qui permet d'accéder à des intermédiaires de synthèse organique variés et attractifs comme des oléfines, des benzocyclobutènes ou encore des composés polycycliques. Dans ce projet de recherche pour l'ANR, le coordinateur propose d'étendre les possibilités synthétiques offertes par cette nouvelle méthode, en prenant appui sur une collaboration avec deux partenaires aux compétences complémentaires. Ainsi, le groupe d'Eric Clot (Institut Charles Gerhardt, Université Montpellier 2), second partenaire du projet, aura pour objectif de poursuivre et d'intensifier les études mécanistiques déjà amorcées sur les réactions d'activation C-H développées par le groupe d'O. Baudoin. Ces travaux auront pour but de modéliser les cycles catalytiques de la façon la plus précise possible, par des calculs théoriques in silico réalisés sur les espèces moléculaires réellement mises en jeu dans les conditions expérimentales. Ils permettront de faciliter la compréhension des processus catalytiques et donc la conception de substrats et de catalyseurs originaux par les autres groupes partenaires. Par ailleurs, le troisième groupe partenaire de Steven P. Nolan (ICIQ, Tarragone, Espagne) apportera son savoir-faire en conception de catalyseurs métalliques performants basés sur les ligands de type carbènes N-hétérocycliques. Le groupe d'O. Baudoin ayant démontré que les réactions d'activation C-H d'alkyles nécessitent des systèmes catalytiques spécifiques, le groupe de S. Nolan aura pour objectif de mettre au point des catalyseurs originaux et bien définis permettant d'effectuer ces réactions de façon plus douce, plus efficace et plus sélective. En particulier la mise au point de réactions catalytiques et énantiosélectives constituera un objectif primordial. Enfin, en prenant appui sur les études mécanistiques et méthodologiques menées par les équipes partenaires, le groupe d'O. Baudoin tâchera de développer de nouvelles variantes de réactions d'activation C(sp3)-H en étudiant la réactivité de nouveaux substrats, afin d'accéder à une large palette de molécules organiques fonctionnalisées. En particulier la synthèse de composés polycycliques et hétérocycliques de structure originale et d'intérêt médicinal est proposée. Enfin, la recherche de processus d'activation C(sp3)-H plus économes en atomes, qui est envisagée par modification du type de catalyse, constituera l'un des défis importants de ce projet.