Fonctionalisation "remote" des molecules par catalyse supramoleculaire – REMOTCAT

Pour surmonter la limitation de la sur-coordination de la pyridine avec le catalyseur métallique, nous avons conçu des catalyseurs à l'iridium comprenant une unité zinc-porphyrine qui sert à la reconnaissance moléculaire des pyridines via une interaction faible Zn…N. Cela est suffisamment labile pour assurer une catalyse efficace à des températures élevées dans lesquelles l’iridium est catalytiquement productif. La distance précise entre le site actif et le site de reconnaissance est la clé pour fonctionnaliser seulement les liaisons C-H placés à quatre liaisons chimiques de distances du site de reconnaissance moléculaire. Les réactions se déroulent à haute température tout en gardant une excellente sélectivité pour les pyridines et pour d'autres hétérocycles azotés comme les imidazoles. Des études mécanistiques poussés ont conduit à l'identification de caractéristiques de type enzymatique, mais dans un système purement artificiel, ainsi qu'à des changements fondamentaux dans les étapes élémentaires du cycle catalytique grâce à l'interaction faible à distance.

Des catalyseurs supramoléculaires d'iridium ont été développés permettant des borylations de liaisons C-H rapides et sélectives de pyridines et d'imidazoles via des interactions à distance. Différents groupes fonctionnels dans les substrats sont tolérés, ce qui est important pour des applications. Des études mécanistiques expérimentales et théoriques ont identifiés des étapes d’inhibition qui ont conduit à la conception d'une génération supérieure de catalyseurs supramoléculaires d'iridium permettant d'effectuer les réactions en < 2 heures en utilisant une faible charge de catalyseur.

Le projet REMOTCAT a été un projet très réussi car il a démontré les avantages de l'utilisation de la chimie de coordination dynamique à distance (interactions Zn…N) dans la conception rationnelle de catalyseurs supramoléculaires à l'iridium pour s'attaquer à une réactivité jusqu'ici insaisissable pour des types de substrats très exigeants, à savoir les pyridines. Avec cette approche, cette stratégie peut être applicable à d'autres types de substrats difficiles et également appliquée à d'autres types de fonctionnalisations pertinentes pour obtenir des produits chimiques à haute valeur ajoutée d'une manière efficace en termes d'étapes et d'atomes.

Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 18006-18013. Ce travail démontre que les interactions faibles Zn…N à distance servent à boryler des liaisons C-H en position meta des pyridines avec un comportement enzymatique.

Chem. Eur. J. 2022, 28, e202201970. Ce travail est une étude mécanistique à l’aide des méthodes de calculs computationnelles puissants qui ont aidé à l’identification d’étapes élémentaires uniques dans le cycle catalytique.

ACS Catal. 2023, 13, 7715-7729. Ce travail décrit le développement rationnel d’une nouvelle génération des catalyseurs qui surpassent le précédent en contournant les voies non-productives.

Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 3565-3584. Ce travail décrit l'état de l'art dans le domaine de la catalyse supramoléculaire utilisant des interactions faibles et à distance non conventionnelles.

Les pyridines sont des molécules clés en biologie et en science des matériaux. Elles sont très difficiles à fonctionnaliser avec des
catalyseurs à base de métaux de transition (MT), car elles déplacent les ligands du centre actif via la coordination du doublet
non-liant de l’azote. Cela inhibe la catalyse ou, au mieux, conduit à une réactivité très faible. Pour surmonter ce problème, des
catalyseurs supramoléculaires seront développé dans ce projet. Ils sont inspirés par l'un des modes d'action le plus performant des
enzymes: la reconnaissance moléculaire très sélective qui a lieu pendant la catalyse via des interactions faibles. Les catalyseurs
supramoléculaires incorporent (1) un site de reconnaissance pour le substrat et (2) un site catalytiquement actif avec des MT. Le site
de reconnaissance fixe le doublet non-liant de l’azote via des interactions faibles, laissant le MT actif disponible. La fonctionnalisation
des liaisons C-H sans besoin des groupements directeurs sera envisagée.