Spectroscopie RMN de réactions organiques par codage spatial – SENSOR

Les méthodes de suivi sont indispensables afin de caractériser, comprendre puis contrôler les réactions chimiques. La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil unique pour l’analyse structurale de petites molécules organiques, utilisable pour le suivi de réaction en temps réel et in situ. Les spectres multidimensionnels (ND), sur lesquels repose en général l’élucidation de structure, seraient particulièrement utiles pour l’étude de mélanges réactionnels complexes. Cependant, les expériences RMN ND ne sont pas utilisables, sous leur forme conventionnelle, pour des systèmes qui évoluent sur des échelles de temps de l’ordre de la minute. Ces limites peuvent être surmontées grâce au codage spatial (SPEN, pour spatial encoding), qui consiste à enregistrer en parallèle toutes les composantes d’une expérience, chaque composante provenant d’une région distincte de l’échantillon. Cette méthode permet d’accélérer de plusieurs ordres de grandeur l’acquisition de spectres RMN ND.

Le projet SENSOR a pour objectif de développer des méthodes RMN avancées pour le suivi de réactions organiques, exploitant le codage spatial, et de les utiliser pour l’analyse de réactions organocatalysées et multi-composantes. Nous développerons tout d’abord des méthodes RMN 2D ultrarapides optimisées pour l’analyse de mélanges complexes. En particulier, nous exploiterons les concepts de spectroscopie couplée à la diffusion (DOSY) et de RMN multi-quantum, qui ont de grands avantages pour l’analyse de mélanges et qui n’ont que peu été couplés au codage spatial. Nous développerons ensuite des protocoles de suivi avec des méthodes SPEN, dans un tube RMN conventionnel tout d’abord, puis avec un système de suivi en ligne dit “tube à flux”, qui permet d’accéder à une gamme de réactions et de conditions réactionnelles plus vaste. Ces développements impliqueront une optimisation expérimentale ainsi que la mise au point de nouvelles séquences d’impulsions. Enfin nous tirerons parti de ces nouvelles méthodes pour analyser des réactions organocatalysées et multi-compostantes développées à l’ICSN, et pour lesquelles plusieurs questions de mécanisme restent en suspends. En particulier, nous étudierons des réactions de cycloaddition catalysées par l’acide phosphorique et la réaction de Povarov, à trois composantes.

Le projet sera mis en œuvre à l’Institut de Chimie des Substances Naturelles (ICSN), qui accueille des équipes de recherche en chimie analytique et en synthèse organique. Le coordinateur du projet a récemment initié une nouvelle thématique à l’ICSN, sur la méthodologie RMN et ses applications en chimie analytique. Le projet SENSOR permettra de renforcer cette thématique et d’aborder de nouvelles applications à l’étude de mécanismes de réactions organiques. L’équipe SENSOR a de fortes compétences en méthodologie RMN et en analyse de molécules organiques. Le coordinateur du projet a également démontré sa capacité à mener des projets de recherche indépendants et à encadrer des étudiants.

Les retombées du projet SENSOR prendront de multiples formes. Le projet cible plusieurs verrous en résonance magnétique et en suivi de réactions, et il aura un impact en chimie physique, en chimie analytique et en synthèse. Toutes les méthodes mises au point au cours du projet seront mises à disposition de la communauté. Ces méthodes seront également disponibles à l’ICSN, dont la plateforme RMN est accessible à des utilisateurs académiques comme industriels. Les informations obtenues sur le mécanisme de réactions organocatalysées et multi-composantes permettront de mettre au point de nouvelles réactions, et en particulier des réactions énantiosélectives. Au delà de ces premiers travaux, les méthodes mises au point au cours du projet seront pertinentes pour une vaste gamme d’applications de la spectroscopie RMN et du suivi de réactions.