Accès direct à des complexes chiraux NHC-métal de transition : de nouvelles opportunités pour la catalyse asymétrique – cResolu
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Accès direct à des complexes chiraux NHC-métal de transition : de nouvelles opportunités pour la catalyse asymétrique
Accès direct à des complexes chiraux NHC-métal de transition
Les objectifs de ce projet sont de développer un design orignal de ligands carbéniques chiraux. De manière contrastée avec les travaux de la littérature, le concept qui est proposé ne repose pas sur l’utilisation de substituants chiraux portés par le(s) azote(s) ni sur l’introduction de centre(s) stéréogène(s) sur le squelette du carbène cyclique. En effet, la chiralité est induite par une rotation bloquée d’un substituant aryle porté par un azote. Etant donné que la contrainte de cette rotation s’établit lors de la dernière étape, les complexes sont obtenus sous forme de racémique ce qui nécessite une étape de résolution pour obtenir les complexes sous forme énantiopure. En revanche, ce design possède plusieurs avantages : i) pas d’utilisation de précurseurs chiraux souvent chers et donc la disponibilité, la pureté et le prix peuvent variés au cours du temps ; ii) accès aux deux énantiomères avec d’excellentes puretés optiques et de manière contrôlée et reproductible ; iii) facilité de synthèse car la résolution intervient lors de la dernière étape évitant ainsi la perte de matière énantiopure ; iv) utilisation de complexes bien définis qui sont souvent plus efficaces en catalyse (asymétrique).
Une partie du design des structures carbènes va se faire en amont grâce à un travail de calculs théoriques afin d’identifier les structures qui vont présenter une stabilité configurationnelle suffisante pour permettre leurs obtentions sous forme énantiopure et ainsi simplifier le travail fastidieux de synthèse. Dû à leur bonne stabilité chimie, les complexes métal-carbènes chiraux pour être obtenus par résolution par HPLC chirale à l’échelle préparative. Les nouveaux complexes chiraux seront testés dans un premier temps sur des réactions énantiosélectives modèles avant de servir au développement de nouvelles transformations asymétriques.
La preuve de concept a été démontré avant le démarrage du projet et les résultats préliminaires avec des complexes à base palladium et de cuivre ont servi pour la construction du projet. Depuis, de nouveaux précurseurs de carbènes ont été préparés et utilisés pour synthétiser plusieurs complexes métalliques contenant un ligand carbène. Pour tous ces complexes chiraux, les formes énantiopures ont pu être obtenues par HPLC chirale à l’échelle préparative (réalisée quasiment à l’échelle du gramme). De plus, alors que les résultats initiaux étaient limités aux complexes de palladium et de cuivre, il a été montré que ce concept pour être étendu à l’obtention de complexes chiraux d’or, de ruthénium et de rhodium. Certains de ces complexes chiraux ont montré d’excellentes performances en catalyse, tant sur le plan réactivité que sur le plan énantiosélectivité.
Maintenant que nous avons pu identifier et synthétiser différents complexes énantiopurs de palladium, de cuivre et plus récemment de ruthénium et d’or donnant de bons résultats dans les réactions modèles choisies, le projet va entrer dans sa deuxième phase avec les applications de ces nouveaux catalyseurs pour le développement de nouvelle transformations originales. Cela va nécessiter la synthèse de nouveaux substrats mais aussi de nouvelles structures de carbènes afin d’optimiser les inductions chirales. Un autre axe de développement est l’application du concept à d’autres métaux. Nous souhaitons également travailler sur les mécanismes réactionnels en général, et plus particulièrement sur celui du transfert d’un carbène d’un métal à l’autre, ce qui pourrait s’avérer très utile pour l’extension du concept à d’autres métaux de transition
3 publications et 1 brevet
1. L. Kong, Y. Chou, M. Jean, M. Albalat, N. Vanthuyne, P. Nava, S. Humbel, H. Clavier, Adv. Synth. Catal. 2021, 363, 4229-4238 (hal-03338494v1).
2. M. Savchuk, L. Bocquin, M. Albalat, M. Jean, N. Vanthuyne, P. Nava, S. Humbel, D. Hérault, H. Clavier, Chirality 2022, 33, 13-26 (hal-03500191v1).
3. F. Vermersch, L. Oliveira, J. Hunter, M. Soleilhavoup, R. Jazzar, G. Bertrand, J. Org. Chem. 2022, 87, 3511-3518.
4. M. Mauduit, R. Jazzar, G. Bertrand, J. Morvan, N. Vanthuyne, J. Lorkowksi – Synthesis of optically pure AminoAlkyles Cyclic Carbenes – EP 21306194.8 (2021)
Dans ce projet, nous allons développer de nouveaux catalyseurs chiraux à base de métaux de transition et possédant un ligand carbène N-hétérocycliques (NHC), carbènes cycliques amino-alkyles, et d'autres ligands carbènes contenant uniquement une chiralité axiale. D’une manière originale et unique, les complexes seront préparés à partir de précurseurs achiraux. Les complexes seront donc obtenus de façon énantiomériquement pure après une étape de séparation par HPLC chiral à l’échelle préparative. Le design des structures des ligands carbènes sera effectué grâce à des calculs DFT réalisés a priori. Ce projet va aborder des aspects fondamentaux de la chiralité mais aussi des considérations mécanistiques lié à la transmétallation de carbène d’un métal vers un autre afin de comprendre le devenir de l’information chirale au cours de ce procédé. En plus de ces études fondamentales, le but est de créer de nouvelles familles de catalyseurs chiraux et efficaces pour développer de nouvelles transformations énantiosélectives.
Coordination du projet
Hervé Clavier (Institut des Sciences Moléculaires de Marseille)
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.
Partenaire
ISCR INSTITUT DES SCIENCES CHIMIQUES DE RENNES
ISM2 Institut des Sciences Moléculaires de Marseille
UCSD-CNRS Joint Research Chemistry Laboratory
Aide de l'ANR 481 040 euros
Début et durée du projet scientifique :
décembre 2020
- 48 Mois
