DS03 - Stimuler le renouveau industriel

Vers une catalyse coopérative et éco-compatible pour l’introduction de groupements SRf par fonctionnalisation de liaisons C-H – SCoopCH

Vers une catalyse coopérative et éco-compatible pour l’introduction de groupements SRf par fonctionnalisation de liaisons C-H

L’élaboration d’approches originales et éco-compatibles pour construire des molécules fluorées à partir de synthons simples constitue un enjeu de taille pour notre société. En particulier, des solutions plus éco-compatibles basées sur la catalyse coopérative pour la fonctionnalisation de molécules par activation de liaisons C-H seront développées dans le cadre du projet SCoopCH pour accéder à des composés d’intérêt comportant un motif SRf.

Développement de transformations plus éco-compatibles par le biais d’une catalyse coopérative pour accéder à des molécules portant un motif SRf.

Le projet SCoopCH a pour objectif l’élaboration d’approches originales et éco-compatibles pour la fonctionnalisation de liaisons C-H catalysée par des métaux de transition, de dérivés aromatiques et aliphatiques, avec divers groupements SRf (SCF3, SCF2H et SCF2FG). Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous souhaitons apporter des solutions plus respectueuses de l’environnement basées sur la catalyse coopérative. Des méthodologies reposant sur la fonctionnalisation de liaisons C-H par des métaux non nobles associées à de nouvelles stratégies pour générer des sources de SRf, seront étudiées. Le but ultime est d’accéder à des molécules fluorées inédites par de nouvelles voies de synthèse en accord avec des considérations environnementales. Ce projet ouvrira de nouvelles perspectives pour l’utilisation de la fonctionnalisation C-H en industrie et en particulier dans les domaines pharmaceutiques et agrochimiques.

Des transformations mettant en jeu la catalyse coopérative seront développées comme un outil efficace dans le project ScoopCH pour la fonctionnalisation de centres C(sp2) et C(sp3) avec des motifs SRf par catalyse par les métaux de transition. A cette fin, le projet s’organise en deux tâches principales. La tâche 1 est consacrée à la fonctionnalisation de dérivés en utilisant des sources de soufre et des réactif nucléophiles Rf facilement disponibles, via une catalyse bimétallique. A long terme, l’introduction de nombreux motifs SRf par cette approche devrait être possible. La tâche 2 est dédiée à la génération in situ d’une source électrophile de SRf de façon catalytique pour la fonctionnalisation de molécules par activation de liaisons C-H métallocatalysées. Du fait du caractère exploratoire de cette stratégie, une approche progressive de la tâche 2 devrait en assurer la faisabilité : 1) validation de l’étape d’activation C-H avec une source électrophile SRf en quantité stœchiométrique (tâche 2.1) puis évaluation de la catalyse coopérative (tâche 2.2).

Au cours de ces dix-huit mois, le doctorant recruté dans le cadre du projet SCoopCH s’est particulièrement intéressé à la mise en point d’une transformation permettant la synthèse de molécules contenant un motif SRf via la génération catalytique in situ de la source de SRf (Tâche 2). Tenant compte de la difficulté que représente ce défi synthétique, une approche étape par étape a été privilégiée. Dans cette optique, nous avons, dans un premier temps, cherché des conditions réactionnelles permettant d’avoir une approche générale pour la réaction de trifluorométhylthiolation de dérivés insaturés métallo catalysée par activation de liaisons C-H. Dans ce contexte, l’amide dérivé de la 8-aminoquinoline ou analogue se sont avérés être des groupements directeurs bidentates privilégiés dans cette transformation palladocatalysée et le réactif de Munavalli a été un élément clé. L’ensemble de ces données et l’expérience acquise par le doctorant seront un atout pour la suite de nos travaux. Ce travail a conduit à une publication dans European Journal of Organic Chemistry en 2018. Par ailleurs, en étudiant l’introduction d’un groupement SR par fonctionnalisation de centres C(sp2) catalysée par les métaux de transition, un résultat inattendu a été obtenu. En effet, nous avons pu synthétiser un panel de petits hétérocycles originaux à haute valeur ajoutées et d’intérêt en chimie médicinale. L’ensemble de cette étude est actuellement en cours de finalisation et donnera lieu à une publication prochainement.

Plusieurs axes vont être développés pour la suite du projet en accord avec le programme prévisionnel.
La poursuite de nos recherches par le doctorant sur la mise en point d’une transformation permettant la synthèse de molécules contenant un motif SRf via la génération catalytique in situ de la source de SRf grâce aux connaissances acquises au cours de ce début de projet.

L’étude concernant la synthèse de petits hétérocycles originaux à haute valeur ajoutées sera continuée et finalisée dans les futurs mois.

Enfin, comme prévue initialement, la tâche 1 sera étudiée grâce au recrutement prochain d’un chercheur post-doctorant.

« Pd-Catalyzed Trifluoromethylthiolation of Unsaturated Compounds: A General Approach » Q. Zhao, M.-Y. Chen, T. Poisson, X. Pannecoucke, J.-P. Bouillon, T. Besset
Eur. J. Org. Chem. 2018, 6167.

Le projet SCoopCH s’inscrit dans les « Grands Défis Sociétaux » définis par l’Agence Nationale de la Recherche. Dans une société pour laquelle l’économie d’énergie et la dette écologique sont deux problèmes majeurs, il est urgent de mobiliser les forces d’innovation et de recherche pour développer une « chimie plus verte ». La prise de conscience grandissante du besoin de réduire la quantité de déchets et le nombre d’étapes de synthèse a suscité l’intérêt de la communauté scientifique pour développer des transformations éco-compatibles et de nouvelles déconnexions rétrosynthétiques basées sur les principes d’éco-conception. En conséquence, parmi les stratégies développées par les chimistes, la directe fonctionnalisation d’une liaison C-H est un outil prometteur, offrant de nouvelles voies de synthèse, qui remplit les critères d’économie d’atomes et d’étapes de synthèse. Par ailleurs, de par la formidable capacité de l’atome de fluor à modifier les propriétés biologiques et physico-chimiques des molécules, la chimie des composés fluorés est aujourd’hui d’une grande importance pour les matériaux et dans l’industrie pharmaceutique et agrochimique.

Le projet SCoopCH a pour objectif l’élaboration d’approches originales et éco-compatibles pour la fonctionnalisation de liaisons C-H catalysée par des métaux de transition, de dérivés aromatiques et aliphatiques, avec divers groupements SRf (SCF3, SCF2H et SCF2FG). Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous souhaitons apporter des solutions plus respectueuses de l’environnement basées sur la catalyse coopérative. Des méthodologies reposant sur la fonctionnalisation de liaisons C-H par des métaux non nobles associées à de nouvelles stratégies pour générer des sources de SRf, seront étudiées. Le but ultime est d’accéder à des molécules fluorées inédites par de nouvelles voies de synthèse en accord avec des considérations environnementales (limiter la production de déchets, économie d’atomes et d’étapes). Ce projet ouvrira de nouvelles perspectives pour l’utilisation de la fonctionnalisation C-H en industrie et en particulier dans les domaines pharmaceutiques et agrochimiques.

Coordinateur du projet

Madame Tatiana Besset (laboratoire COBRA)

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

laboratoire COBRA

Aide de l'ANR 240 840 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2017 - 48 Mois

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