Hydrométallation stéréosélective de liaison C=C polarisées catalysée par des métaux de transition – HydroMet

Le projet HydroMet est motivé par le potentiel synthétique d'une réaction d'hydrogermylation chimio, régio- et stéréosélective comme étape clé pour la synthèse de cibles plus complexes. Notre approche est dédiée à l'évaluation des liaisons C=C polarisées grâce à des groupes fonctionnels et / ou hétéroatomes en réaction d'hydrométallation. Nous émettons l'hypothèse que la catalyse des métaux de transition devrait permettre de contrôler la chimio, régio et stéréosélectivité de la réaction.

Nous avons sélectionné les ynamides comme famille d’alcyne polarisée et nous avons étudié l’hydrogermylation de ces ynamides à l’aide de complexes de palladium. Nous avons ainsi mis au point plusieurs jeux de conditions réactionnelles permettant un contrôle parfait de la chimio- et stéréosélectivité. Nous avons également découvert qu’en faisant varier le ligand phosphoré il était possible de contrôler également la régiosélectivité et ainsi d’obtenir les énamides germylés a,E et ß,E sélectivement avec de bons rendements. Pour expliquer cette excellente régiosélectivité, nous avons réalisé des calculs théoriques de DFT, en collaboration avec le Prof. K. N. Houk de l’Université de Californie (USA). Ces calculs nous ont permis de valider nos observations expérimentales concernant les étapes élémentaires de ces réactions et les chemins réactionnels privilégiés. Ces réactions ont lieu via une étape d’hydropalladation qui est régiodéterminante et dirigée principalement par l’encombrement du ligand phosphoré utilisé. Ces énamides germylés ont par la suite été valorisés par une réaction de cyclization de type Bischler-Napieralski, pour la synthèse d’isoquinolinones germylées.

L’évolution actuelle du projet concerne l’hydrométallation d’alcynes polarisés par des groupements électroattracteurs avec comparaison de l’influence électronique et stérique de ces groupements sur la régiosélectivité de la réaction.

V. Debrauwer, A. Turlik, L. Rummler, A. Prescimone, N. Blanchard, K. N. Houk, V. Bizet J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 11153-11164 (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c03556).

Le but ultime du développement de nouvelles méthodologies de synthèse en chimie organique est de créer de la complexité moléculaire à partir de fragments organiques simples en un nombre minimum d'étapes. La catalyse par les métaux de transition est une technique très puissante permettant des transformations difficiles en abaissant la barrière énergétique et en contrôlant la régio-, la chimio- et la stéréosélectivité de la réaction. Au cours des dernières décennies, la catalyse organométallique a été reconnue par l'attribution de plusieurs prestigieux prix Nobel en 2001, 2005 et 2010. Les alcynes sont des groupements fonctionnels organiques réactifs et facilement accessibles qui peuvent être fonctionnalisés par diverses transformations catalysées par des métaux de transition, telles que des réactions péricycliques, carbonylation, hydroarylation, hydroamination, et bien d'autres. Cependant, en raison de leur très faible polarisation, la fonctionnalisation des alcynes simples est difficile à contrôler avec un haut niveau de régio- et stéréosélectivité. Le projet HydroMet appartient au "Défi 3: stimuler le renouveau industriel » et plus particulièrement à l’axe 3:" Chimie moléculaire, chimie durable et procédés associés "(CES 07). Avec ce projet, nous souhaitons étudier plus avant l'hydrométallation de triples liaisons C=C polarisées catalysée par des métaux de transition et développer des méthodologies efficaces pour rendre cette réaction régio- et stéréosélective. Pour ce projet, nous sommes particulièrement intéressés par les éléments de la colonne 14 (C, Si, Ge, Sn); deux métalloïdes (Si, Ge) et un métal (Sn) qui sont connus dans la littérature pour effectuer des réactions d'hydrométallation de liaisons C=C, mais cette réaction souffre d'une très faible sélectivité ou celle-ci est totalement biaisée par le substrat rendant cette réaction peu attractive. L'intérêt pour le germanium en chimie organique a été sous-estimé depuis les années 1980 car cet élément était toujours comparé aux autres éléments de la colonne 14 (C, Si, Ge, Sn), et s’avérait être moins efficace et / ou moins réactif que les analogues Si ou Sn dans diverses transformations synthétiques. En revanche, les dérivés de Ge sont beaucoup plus stables et non toxiques. De nos jours, le germanium est largement utilisé en science des matériaux, principalement sous la forme d’oxyde de germanium : en fibre optique (35%), en infrarouge optique (20%), en électronique (20%) et en catalyse (15%). Le germanium connait actuellement un regain d'intérêt en chimie organique car il s’est avéré être un élément alternatif important dans la conception de nouveaux composés bio-actifs. En effet, le remplacement d'un atome de carbone par un atome de Si ou de Ge donne accès à des bioisostères avec des changements minimes dans la structure chimique, mais avec des propriétés biologiques et / ou physiques améliorées ou réduites. L’objectif du projet HydroMet est d’élargir les champs d’application des réactions d’hydrométallation de triples liaisons C=C polarisées en mettant au point des méthodes de synthèse régio- et stéréoselective comme étape clé pour la synthèse de molécules plus complexes.