Méthodes sensibles pour le suivi en ligne par RMN en flux – SOFTNMR

Les réactions chimiques ont une importance fondamentale, et sont la principale voie pour accéder à de nouvelles structures et propriétés. Le suivi de réactions en temps réel est une approche efficace pour décrire, comprendre et optimiser les réactions chimiques. Un éventail de méthodes analytiques existe pour ce suivi, et celles-ci permettent typiquement d’obtenir une information cinétique sur des composés déjà identifiés. L’accès direct aux informations structurales pour des composés dans un mélange réactionnel aurait un impact majeur en synthèse, en facilitant notamment l’identification d’intermédiaires ou de sous-produits.

Le projet SOFTNMR vise à fournir des informations très riches sur les réactions chimiques organiques, à travers le développement de méthodes sensibles pour l’analyse de mélanges réactionnels, qui reposent sur la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) en flux.

Le suivi par RMN consiste classiquement à conduire une réaction directement dans un tube RMN, ce qui limite la fiabilité des données, ainsi que la nature des réactions qui peuvent être étudiées. Le suivi en ligne par RMN en flux permet de dépasser ces limites, et d’effectuer un suivi dans des conditions expérimentales d’intérêt. Cependant, la RMN en flux est aujourd’hui limitée par i/ la complexité des spectres et ii/ la sensibilité limitée de la RMN. Le projet SOFTNMR répondra à ces deux limites.

Nous développerons des expériences RMN ultrasélectives rapides pour extraire des spectres de composés individuels pendant le suivi en ligne. Nous concevrons des expériences applicables en flux continu, avec une sélectivité contrôlée. Nous développerons également un montage innovant qui exploite le flux pour hyperpolariser continûment l’échantillon avec du parahydrogène, sans contamination. Nous exploiterons la méthode SABRE, avec des catalyseurs de transfert de polarisation greffés, et intégrés à un circuit en flux développé dans le cadre du projet. Ces méthodes générales, s’appuyant sur des concepts originaux de dynamique de spin et d’instrumentation, permettront d’identifier un grand nombre de composés. Ces méthodes seront ensuite utilisées pour guider la conception de nouvelles réactions, et notamment pour aborder la réactivité limitée de plusieurs classes d’hétérocycles azotés dans les réactions de Diels-Alder.

Le consortium réunit des expertises essentielles en spectroscopie RMN, instrumentation et synthèse organique, détenues par trois partenaires complémentaires. Les participant·e·s de CEISAM (Partenaire 1) développent et exploitent des méthodes RMN pour l’analyse de mélanges, et pour la synthèse en flux. Les participant·e·s de NIMBE (partenaire 2), développent et exploitent de nouveaux outils RMN, pour les systèmes hyperpolarisés notamment, et travaillent sur la fonctionnalisation de surface. Les participant·e·s de LIMA (Partenaire 3) travaillent en synthèse organique et ses applications en sciences de la vie et des matériaux. Le coordinateur, J.-N. Dumez, a une expérience reconnue en résonance magnétique et en coordination de projet. Il a développé des concepts et méthodes originaux pour l’analyse de mélanges par RMN.

Le projet SOFTNMR aura un impact scientifique majeur dans tous les domaines qui exploitent le suivi de réactions en temps réel, grâce aux méthodes à la fois robustes et générales qui seront développées. Elles seront notamment utiles pour la synthèse organique en batch, et, au-delà du projet, pour la synthèse en flux. Les concepts de dynamique de spin et d’instrumentation introduits au cours du projet seront pertinents pour d’autres applications, telle que l’analyse à haut débit de mélanges. Les séquences d’impulsions développées seront diffusées librement. L’impact économique sera assuré par les interactions de chacun des partenaires avec des entreprises, et par la diffusion des résultats auprès d’un public large.