Bases de Lewis Chirales : Espèces-Clés pour la Catalyse Asymétrique par des FLPs et des Acides de Lewis – CLABcat
Bases de Lewis Chirales : Espèces-Clés pour la Catalyse Asymétrique par des FLPs et des Acides de Lewis
En tant qu’alternative possible aux métaux de transition comme catalyseurs, les paires de Lewis frustrées chirales et acides de Lewis forts chiraux, non-métalliques les uns comme les autres, peinent à développer leur plein potentiel en raison du besoin, jusqu’ici crucial, d’acides de Lewis forts borés chiraux, qui sont difficilement accessibles et manipulables. CLABcat propose 2 approches pour lever ce verrou.
Contourner les acides de Lewis forts borés chiraux
Malgré des décennies de succès spectaculaires des métaux de transition comme catalyseurs, ceux-ci présentent certains inconvénients dont l'importance pourrait s'accroître dans les prochaines décennies : 1) ce sont des matières premières onéreuses ; 2) ils constituent un problème pour l'industrie pharmaceutique en raison de leur toxicité —avec des niveaux autorisés très faibles dans les principes actifs pharmaceutiques—, ce qui entrave leur utilisation en fin de synthèse et impose soit leur élimination très coûteuse (étapes de purification supplémentaires produisant des déchets), soit l'utilisation de méthodes alternatives, non catalytiques ou non stéréosélectives (produisant à nouveau des déchets) ; 3) leur élimination difficile et leur réactivité polyvalente peuvent conduire à des faux positifs dans le développement de nouvelles réactions ou dans les tests biologiques ; 4) la demande croissante de métaux de transition, en particulier les «métaux du groupe du platine« (PGM), due à leur utilisation dans les technologies émergentes et au développement rapide de certains pays fortement peuplés, associée à un stock limité et à une production localisée dans des pays non européens, en fait une préoccupation géostratégique, leur donne le statut de matières premières critiques pour l'Union européenne.<br />Récemment, les paires de Lewis frustrées (FLPs), notamment non métalliques, sont apparues comme une alternative potentielle aux catalyseurs à base de métaux de transition, même en hydrogénation, un processus industriel (et universitaire) clé, qui était jusqu’alors presque exclusivement catalysé par des métaux. Cependant, le nombre de travaux sur la catalyse asymétrique par les FLPs chirales est encore très limité, car ces systèmes catalytiques reposent jusqu'à présent généralement sur des acides de Lewis forts borés chiraux, dont la synthèse et la manipulation sont délicates.<br />L'objectif de CLABcat est de résoudre ces problèmes.
Dans CLABcat, nous souhaitons éviter les difficiles synthèses multi-étapes et manipulations des acides de Lewis forts chiraux nécessaires à la catalyse énantiosélective par des acides de Lewis et des FLPs ; nous souhaitons changer le paradigme en faveur des bases de Lewis chirales, qui sont beaucoup plus largement disponibles. En conséquence, nous suivrons 2 objectifs.
Dans l'objectif 1, nous comptons développer des réactions inédites en catalyse par les FLPs, potentiellement énantiosélectivites et dont l'étape énantio-discriminante dépendrait de la chiralité de la base de Lewis, et non de celle l'acide de Lewis comme dans les réactions asymétriques existantes catalysées par les FLPs. En particulier, nous prévoyons d'étudier l'activation de substrats encore inexplorés dans la chimie des FLPs.
Dans l'objectif 2, nous comptons développer des catalyseurs à base d'acides de Lewis chiraux formés in situ à partir de bases de Lewis chirales, évitant ainsi la synthèse et l'utilisation fastidieuses habituelles de boranes chiraux, et s'appuyant sur des bases de Lewis chirales largement disponibles ou plus facilement accessibles.
Nous avons étudié un type de substrat encore inexploité en catalyse par les FLP, bien qu'étudié brièvement en version stoechiométrique. Cependant, reproduire les résultats de la littérature s'est avéré impossible, et la mise au point de nouvelles conditions, en faisant varier l'acide et la base de Lewis ainsi qu'un partenaire nucléophile ou le solvant, n'a malheureusement pas rencontré de succès.
En revanche, nous avons pu accéder à de nouveaux acides de Lewis très forts à partir de bases de Lewis, en améliorant un procédé de la littérature qui était fastidieux et ne permettait pas de synthétiser les acides les plus forts de notre série. Certains de ces acides de Lewis ont alors été évalués comme catalyseurs dans des annélations entre des cycloalcanes contraints et des dérivés carbonylés. Ils ont démontré de très bonnes activités et sélectivités, meilleures que dans le cas de l'acide triflique comme catalyseur acide de Bronsted. Néanmoins, il est apparu que nos acides de Lewis se coomportaient plutôt comme des acides de Bronsted cachés dans ces réactions.
Dans les deux objectifs, nous poursuivrons nos efforts pour identifier des réactions adaptées à des FLP dont la base de Lewis serait chirale, ou à des acides de Lewis obtenus par conversion in situ de bases de Lewis. Une fois ces réactions identifiés, nous testerons les catalyseurs chiraux pour obtenir des produits stéréoenrichis.
One-step Oxidative Monofluorination of Electron-deficient Sulfoxides to Access Highly Lewis Acidic Sulfur(VI) Cations; Berreur, J.; Diez-Varga, A.; Manel, A.; Leroux, F. L.; Panossian, A.* Chem. Eur. J. 2022, 28, e202202564.
DOI: 10.1002/chem.202202564
hal.archives-ouvertes.fr/hal-03795951
doi.org/10.1002/chem.202202564
Electrophilic fluorosulfoxonium cations as hidden Brønsted acid catalysts in (n + 2) annulations of strained cycloalkanes; Manel, A.; Berreur, J.; Leroux, F. R.; Panossian, A.* Org. Chem. Front. 2021, 8, 5289-5295.
DOI: 10.1039/D1QO00840D
hal.archives-ouvertes.fr/hal-03325336v1
pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/qo/d1qo00840d/
Enantioselective catalysis by non-metal frustrated Lewis pairs; Panossian, A.*; Leroux, F. R.; Bortoluzzi, J. in: Topics in Enantioselective Catalysis – Recent Achievements and Future Challenges (Ed. A. Marinetti), World Scientific 2022, chapter 5, pp. 123–159.
ISBN: 978-981-124-842-9
DOI: 10.1142/9789811248436_0005
doi.org/10.1142/9789811248436_0005
Les Paires de Lewis Frustrées (FLPs) ont été découvertes il y a dix ans comme complément ou alternative possibles aux catalyseurs à base de métaux de transition (MTs), du fait de leur capacité à activer H2 et d'autres petites molécules. Néanmoins la catalyse par des FLPs chirales est jusqu'ici quasi limitée aux réductions de substrats insaturés, dans lesquelles l'étape énantio-déterminante repose sur des acides forts de Lewis chiraux, difficilement accessibles, empêchant jusqu'ici une application industrielle. CLABcat vise à découvrir de nouvelles réactions en catalyse asymétrique par les FLPs et de nouveaux catalyseurs chiraux, reposant à l'inverse sur des bases de Lewis chirales, bien plus largement disponibles. Du fait de contraintes liées aux MTs (coût, approvisionnement, toxicité, élimination, etc.), CLABcat conduira ainsi à des procédés plus verts et plus rentables pour le renouveau industriel du pays, avec un impact économique, industriel, médico-social et géostratégique.
Coordination du projet
Armen Panossian (Laboratoire d'Innovation Moléculaire et Applications (LIMA))
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
UMR 7042 Laboratoire d'Innovation Moléculaire et Applications (LIMA)
Aide de l'ANR 207 583 euros
Début et durée du projet scientifique :
septembre 2018
- 48 Mois
