Catalyse Métallique Éco-compatible par la chimie de Ligands Organométalliques Tetradentates : systèmes au cuivre et/ou palladium ultra-dilués pour l’activation C–H et C–Cl - Sustainable Catalysis by Metals: Ligand promotion via Organometallic Tetradentat – CAMELOT

Les réactions de couplage croisé pour la formation de liaisons carbone-carbone (C–C) sont parmi les outils de synthèse moderne les plus puissants et polyvalents dont dispose le chimiste organicien. Leur popularité provient des possibilités de synthèse convergente qu'ils offrent pour toute une gamme de composés biologiquement actifs, de produits naturels, produits pharmaceutiques, phytosanitaires et même dans la synthèse de matériaux organiques modernes pour l'optique ou l'électronique. Les couplages croisés au palladium restent incontournables pour ces synthèses qui économisent des étapes réactionnels et emploient des conditions modérées (l'excellente tolérance de groupe fonctionnels variés est notable). Les couplages C–C au palladium utiles en laboratoire et dans l'industrie comprennent des réactions comme celles dites de Suzuki, Negishi, Stille, Kumada, Hiyama, ou Sonogashira). Le palladium est une ressource chère en quantité limitée actuellement; une stratégie de recherche est d'identifier systèmes alternatifs, par exemple au cuivre ou combinant Cu/Pd (pour minimiser les quantités de palladium). Une stratégie complémentaire également très attrayante pour l'industrie est la catalyse métallique en conditions ultradiluée où les charges de catalyseurs se voient divisées par 10 à 10000 (0.01 mol % de métal/ligand) grâce à des systèmes ultra-performants issus d'une chimie de ligand raisonnée. De tels exemples se sont multipliés les 10 dernières années en chimie du Pd avec des systèmes variés tels les palladacycles, les monophosphines, les carbenes ou les polyphosphines. Du point de vue des substrats à coupler, les organochlorés restent toujours des cibles difficiles à activer. Ceci est aussi vrai pour le couplage de composés aromatiques et hétéroaromatiques par activation C–H directe (une liaison peu réactive mais pourtant très éco-compatible et économe d'atome:quelques exemples de couplage C–C par activation C–H/C–I existent, mais les organoiodés restent trop chers). Le développement de l'activation C–H pour la fonctionalisation d'aryles et d'hétéroaryles et la généralisation des couplages croisés de ce type au départ d'organochlorés serait un avantage considérable pour une catalyse éco compatible de par la masse et le coût plus faible des substrats, leur plus grande diversité et le traitement plus aisé des déchets (H, Cl contre actuellement Iodures, et souvent des sels ou des métaux). Les couplages croisés couramment utilisés et très utiles et efficaces emploient beaucoup de substrats très activés iodures, diazonium, triflates avec des dérivés organométalliques RM (M = Li, K, MgX, Cu, ZnX, B(OR)2, etc.): ces reactions demandent la préparation des pseudo-halogénures et des oorganométalliques pour donner au bilan la formation en quantités stoichiométriques de résidus métalliques et de sels de masse molaire élévée par rapport au H de l'activation C-H (BF4 depuis les diazonium, ou encore les triflates). Le projet CAMELOTest dédié au développement d'une catalyse de couplage C–C plus respectueuse de l'environnement. Il suit trois pistes principales toutes utiles en terme de développement durable : - l'extension du couplage C–C direct au départ de chlorures aromatiques et hétéroaromatiques avec des substrats heteroaromatiques via activation C–H bond et l'application de cette méthodologie à la synthèse d'intermédiaires en accord avec nos partenaires industriels - la découverte de nouveaux couplages par l'étude comparative de systèmes catalytiques au palladium et au cuivre suivant une minimisation systématique de la charge métallique (objectif visé de l'ordre de 0,01 mol % ou moins de Pd, et 0,1 mol% ou moins de Cu), - le développement de ligands polydentate (de la famille des polyphosphines ferrrocéniques : stables à l'air, l'humidité, la température) élaborés pour la chimie du Cu ou celle du Pd en conditions ultra-diluées. L'influence des ligands sera examinée dans des solvants recyclables (liquides ioniques) et en biphasique (eau) avec en vue l'hétérogénéisation des ligands pour une récupération et un recyclage (solvants + catalyseurs). Le projet se base sur la collaboration fructueuse depuis 2003 entre 2 équipes des UMR de Dijon et Rennes.