Catalyse asymétrique en présence de complexes d’or(I) et d’or(III) – Un nouvel arsenal pour la construction d’architectures moléculaires chirales – GOLDWAR

Le projet Goldwar2 est un projet de recherche fondamentale basé sur l’association or-ligand au service de la chimie moléculaire. Le travail de recherche a consisté à trouver la combinaison métal-ligand permettant d’accéder à une efficacité et une sélectivité maximales pour des réactions chimiques innovantes. Nous avons imaginé différents ligands en forme de « L » associant une entité carbénique connue pour être efficace en catalyse à l’or et un motif arylique. Nous avons également associé des méthodes d’oxydation des complexes Au(I) dans le but d’accéder à de nouveaux dérivés chiraux d’Au(III).

Les nouvelles structures synthétisées ont permis d’étudier et de mettre au point des réactions de formation de liaisons C-C, C-O et C-N en version racémique et conduisant à des dérivés énantiomériquement enrichis. Elles ont également permis d’ouvrir de nouvelles perspectives en catalyse pour la suite des recherches. La production scientifique sur ce projet implique des articles dans des journaux internationaux, des conférences et des communications orales et par affiche à des congrès nationaux et internationaux, effectuées par les chercheurs, enseignant-chercheurs et étudiants impliqués dans le projet.

Nous avons mis au point la synthèse de nouveaux ligands NHC basés sur un squelette imidazo[1,5-a]pyridin-3-ylidène (IPy) et mis en évidence leur utilisation comme ligands NHC efficaces pour des réactions catalysées par l'or. Des complexes d’or(I) et d’or(III) ont été synthétisés en versions racémiques et chirales. Ces catalyseurs ont été évalués dans des réactions innovantes et présentant des verrous technologiques. Les réactions des énynes-1,6 ont conduit à des hétérocycles fonctionnalisés avec de bons rendements dans des conditions douces, avec une supériorité du complexe d’Au(III) développé par le groupe de Toste. Différentes réactions ont été mises en évidences en présence de complexes d’or(III) montrant leur intérêt et supériorité en terme de réactivité et d’efficacité.

Les perspectives consisteront à trouver des alternatives stables aux ligands chiraux permettant de conserver l'information chirale et ainsi d'induire de hautes énantiosélectivités

Au cours des dernières années, la catalyse de l'or a pris une importance considérable en synthèse organique, du fait de l’efficacité de nombreux systèmes dans des réactions tandem à économie d’atomes et d’étapes. Malgré des progrès remarquables, les variantes énantiosélectives n’ont pas prospéré aussi rapidement et elles restent encore un challenge à la fois en terme de généralité et d’efficacité.

Dans ce contexte, le projet GOLDWAR se propose de combiner des études expérimentales avec leurs applications, en rassemblant les forces de trois équipes complémentaires :

1) l’équipe “Catalyse, Synthèse de Biomolécules et Développement durable” de Chimie ParisTech (IRCP, UMR 8247, partenaire 1, coordinateur: Dr. V. Michelet),
2) l’équipe “Hétérocycles et Peptides : Approche Ciblée, Cancer et Antiogenèse” de l’université Paris Descartes (UMR 8638, partenaire 2, Prof. P. Belmont), et
3) l’équipe “Ingénierie moléculaire des pré-catalyseurs” du Laboratoire de Chimie de Coordination à Toulouse (UPR 8241, partenaire 3, Dr. V. César).

Ce projet vise à répondre à certaines barrières technologiques et à contribuer à la recherche fondamentale dans le domaine des cycloisomérisations asymétriques et réactions domino impliquant à la fois des complexes d’or (I) et d'or (III) associés à des ligands carbéniques chiraux. Les ligands seront basés sur des carbènes N-hétérocycliques (NHCs) chiraux, puisque leurs homologues achiraux ont déjà montré des aptitudes exceptionnelles en tant que ligands ancillaires en termes d’activité, sélectivité et robustesse des catalyseurs associés. De manière plus précise, nous nous concentrerons sur le développement d’architectures carbéniques hautement modulables et spécifiquement conçues pour apporter l’information chirale au plus près du centre métallique et actif, ce qui représente une des clés pour une induction chirale efficace en catalyse à l’or. Deux grandes familles de substrats seront étudiées, à savoir les énynes-1,n et les composés carbonylés/imino insaturés, car la conversion de ces briques simples catalysée à l’or(I) ou l’or(III) aboutit rapidement à une grande complexité moléculaire. En tirant parti des différentes réactivités et profils catalytiques des complexes NHC-Au(I), NHC-Au(III) ainsi que de leur précurseur commun NHC-Ag(I), ce projet permettra l’élaboration d’un arsenal complet et général de systèmes catalytiques énantiosélectifs efficaces pour la préparation de briques moléculaires, précurseurs de produits naturels et de molécules biologiquement actives.