Carbènes alkyl amino cycliques chiraux en catalyse asymétrique – ChiCAAC

L'objectif de ce projet est de préparer des ligands CAAC chiraux en mettant fortement l'accent sur le développement de transformations énantiosélectives d'intérêt industriel. Le travail proposé a été divisé en deux tâches différentes, chacune capitalisant sur l'expertise spécifique des trois partenaires impliqués dans le projet. La première tâche se concentre sur la préparation de CAAC chiraux et de leurs catalyseurs de métaux de transition respectifs (Ru, Pd, Ni, Cu, Au...). Alors que dans la tâche 2, explore les transformations asymétriques catalysées par les catalyseurs chiraux obtenus dans la tâche 1. Parmi les transformations d'intérêt, un accent particulier a été sur la métathèse asymétrique des oléfines.

Par les travaux déjà obtenus, il est démontré que les ligands chiraux CAAC sont facilement accessibles sous leur forme énantiopure (jusqu'à 99% ee). En capitalisant sur ces résultats des complexes chiraux de ruthénium avec rétention complète de l'énantiopureté ont pu être préparé. Ces complexes sont également accessibles par séparation de leur forme racémique par HPLC préparative et font l'objet de deux brevets (PCT/IB2020/000920 ; PCT/EP2021/069049). Notamment, il a été démontré que ces catalyseurs chiraux du ruthénium sont actifs et sélectifs en métathèse asymétrique des oléfines (JACS, 2020, 19895).

De nombreuses perspectives sont envisageable pour l'application des CAACs en catalyse asymétrique, notamment industrielles pour leur intérêt en métathèse asymétrique. Nous nous concentrons également à la compréhension des phénomènes d'induction asymétrique spécifiques à cette famille de ligands. Ces résultats donneront une impulsion forte aux développements ultérieurs de cette thématique.

Publications:
1. Morvan, J., Mauduit, Bertrand, G., Jazzar, ACS Catal. 2021, 11, 1714. (https://doi.org/10.1021/acscatal.0c05508)
2. Morvan, J., Vermersch, F., Zhang, Z., Falivene, L., Vives, T., Dorcet, V., Roisnel, T., Crévisy, C., Cavallo, L., Vanthuyne, N., Bertrand, G., Jazzar,
R., Mauduit, M. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 19895. (https://doi.org/10.1021/jacs.0c10705)
3. A. Nouaille, J. Lorkowski, X. Pannecoucke, M. Mauduit, T. Poisson, S. Couve-Bonnaire, ACS Catal. 2021, 11, 12307-12323. (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c03414)
4. Gao, Y.; Yazdani, S.; Kendrick, A.; Junor, G.; Kang, T.; Grotjahn, D.; Bertrand, G.; Jazzar, R.; Engle, K. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 19871. (https://doi.org/10.1002/anie.202106107)


Patents:
1. R. Jazzar, M. Mauduit, G. Bertrand, J. Morvan, F. Vermersch, N. Vanthuyne – Optically pure enantiomers of ruthenium complexes and uses thereof US PCT/IB2020/000920 (2020)
2. R. Jazzar, M. Mauduit, G. Bertrand, J. Morvan, F. Vermersch, N. Vanthuyne – Ruthenium complexes, their optically pure enantiomers and uses thereof – EP 20305787.2 (2020)

Suite aux travaux précurseurs de Bertrand en 1988 et à la synthèse du premier carbène N-hétérocyclique (NHC) stable par Arduengo, le domaine des carbènes singulet a connu une percée remarquable dans des domaines aussi divers que la catalyse ou la médecine. En raison de leur caractère fortement sigma-donneur et pi-accepteur, et grâce à des synthèses simple et polyvalente, les carbènes stables ont réussi à défier l’hégémonie des phosphines dans la catalyse homogène. Capitalisant sur ces succès, et sur un engouement prononcé pour les carbènes N-hétérocycliques (NHC) en tant que ligands neutres, stables, et riches en électrons, on a également assisté au développement d’une nouvelle famille de ligands NHC chiraux pour la catalyse asymétrique. Grâce à leur conception modulaire et à une grande facilité d'accès aux précurseurs imidazolium, les NHC chiraux se sont révélés être des acteurs incontournables des transformations catalytiques asymétriques. Cependant, malgré ces avancées remarquables, les ligands carbèniques chiraux ne peuvent toujours pas concurrencer la diversité structurelle de leurs homologues phosphines chirales plus classiques et plus répandues. On peut partiellement attribuer cette situation à une incapacité de la littérature existante à tirer parti de la riche diversité structurelle et électronique des carbènes stables connus. On notera d’ailleurs que ce point particulier à récemment été observé par Glorius et al. dans une revue de 2017, notant qu'il était difficile de trouver des applications en catalyses asymétrique pour des ligands carbèniques chiraux autres que les NHCs. La finalité de ce projet sera donc de préparer des nouveaux ligands carbéniques chiraux (autres que les NHCs), afin de compléter la gamme grandissante des carbènes stables chiraux.