Nouvelles Réactions de Cycloaddition par Catalyse Synergique – CycloSyn

Ce projet possède un fort caractère expérimental et les réactions chimiques mises en jeu sont réalisées dans les locaux de l'Ecole Polytechnique.
Des méthodes de criblages de solvants, de systèmes catalytiques et de conditions réacstionnelles ont été mises en place afin d'optimiser le temps nécessaire à la mise au point des conditions expérimentales. Des expériences de Résonance Magnétique Nucléaire et de spectroscopie de masse sont utilisées en routine pour analyser les nouveaux produits obtenus.

Des efforts ont été fournis pour interroger la réactivité, en présence de cations oxyallyliques, de plusieurs dipôles -1,3 stables, sans pour autant réussir à former de manière efficace les cycles à six chaînons espérés. Ces premiers résultats nous ont poussé à réorienter nos recherches vers d’autres dipôles 1,3-carbonés. Ainsi, une cycloaddition (3+3) énantiosélective impliquant des 2-indolylméthanols et des nitrones a été développée et permet d'accéder à des oxazinanes avec de bons excès énantiomériques en utilisant une catalyse acide.

La réactivité d'oxa- et aza-triméthyleneméthane stabilisés par un métal de transition a été interrogée. Plusieurs carbonates d’énol cycliques, en présence de Pd(0) ou de Ir(I), ont été traités par de nombreux partenaires dipolaires nucléophiles et électrophiles. Dans tous les cas, nous n'avons pas été en mesure d'observer les cycloadduits attendus et cet objectif a été mis de côté pour le moment. Nous avons réorienté nos recherches vers l'étude de la réactivité de carbonates allyliques dérivés du 2-methylenepropane-1,3-diol. En présence d'un catalyseur de palladium(0), ces substrats sont des précurseurs de dipôles -1,4 oxygénés. A l'inverse des oxatriméthylèneméthanes précédemment étudiés, ces dipôles possédent un méthylène supplémentaire entre le groupement pi-allylique et l'oxygène nucléophile. Ces dipôles -1,4 ont alors été mis en jeu en tant que nucléophiles et traités en présence d’azadiènes électrophiles pour former efficacement des cycles à huit chaînons oxazocines via une réaction de cycloaddition (4+4) originale. Des calculs DFT ont permis d'expliquer la formation de ces cycles à huit chaînons et l’absence de produits de cycloaddition (4+2).

Les résultats intéressants obtenus en utilisant des 2-indolylméthanols en tant que précurseurs de dipôles 1,3 carbonés nous encouragent à étudier davantage la réactivité de ces composés.
Un projet de cycloaddition (3+3) impliquant des vinylcyclopropanes activés et une catalyse synergique Pd(0)/Ag(I) a récemment débuté. Les premiers tests catalytiques, réalisés avec partenaire 1,3-diplaire stable, donnent des résultats intéressants et ce projet sera poursuivi en 2021.

Liu, X.; Scuiller A.; Cordier, M.; Archambeau, A. Poster Journées de Chimie Organique 2019, Palaiseau (Prix du meilleur poster)

La recherche académique actuelle se doit aujourd’hui de continuer à innover tout en respectant les défis économiques, sociétaux et environnementaux qu’impliquent la gestion durable de nos ressources planétaires. Dans ce cadre, notre projet propose de mettre aux points des chemins réactionnels originaux et respectueux pour l’environnement pour la synthèse d’hétérocycles azotés, des composés chimiques particulièrement important puisque plus de la moitié des médicaments actuellement sur le marché comportent ce motif. L’objectif principal de ce projet est de tirer profit des avantages de la catalyse synergique pour réaliser des réactions de cycloadditions [3+3] stéréocontrolées. Cette stratégie originale consiste à coupler deux espèces réactives préparés indépendamment par action de deux catalyseurs distincts. La recherche de catalyseurs adaptés pour cette transformation permettra de contourner les difficultés inhérentes liées à la cinétique de ces transformations.