Photochimie des imines: Réactions radicalaires photoinduites d'imines – IMPHOCHEM

Une grande variété d'imines cycliques possédant un groupement oxazolone est synthétisée. Dans presque tous les cas, la réaction photochimique souhaitée peut être réalisée avec succès.
La conception et la construction d'un microphotoréacteur fonctionnant dans ce domaine UV-B sont réalisées et des réactions photochimiques sont réalisées et optimisées dans le microphotoréacteur.

Des familles de substrats appropriées ont été identifiées pour induire un mécanisme en une ou deux étapes du transfert d'atomes d'hydrogène (HAT). L'influence de ces mécanismes sur la régio et la stéréosélectivité de la réaction peut ainsi être étudiée.
Concernant la deuxième partie de la thèse de doctorat, des études de test sur différentes réactions, telles que les cycloadditions ou l'addition radicalaire de nos oxazolons ont été réalisées. Les premiers résultats préliminaires sur les deux réactions sont encourageants.
La conception et la construction d'un nouveau microphotoréacteur interne opérant dans ce domaine UV-B est presque terminé, ce qui constitue une nouveauté technologique. En effet, jusqu'à présent, aucun ouvrage n'a été publié dans la littérature utilisant un tel microréacteur piloté par LED.
Une analyse structurale systématique des différents composés synthétisés a été réalisée (ICMR). Des tests préliminaires (sensibilité au pH, approche de solubilité, comportement chélatant), complétés par le développement d'une nouvelle méthode chromatographique (HPLC-UV) ont été réalisés (LGC). Ce protocole analytique permet la détermination quantitative des espèces cibles (réactifs, intermédiaires et produits) et constituera la méthode de référence pour le suivi de la réaction en microphotoréacteur.

La portée de la réaction photochimique des oxazolones décrites est vaste, ce qui ouvre des perspectives supplémentaires pour les études du mécanisme de réaction et pour l'application à la synthèse organique.

1. Lecture at the Academia Sinica, Institute of Chemistry, Taipei, Taiwan (27/8/2019): N. Hoffmann, «Electron and Hydrogen Atom Transfer in Organic Photochemical Reactions«
2. Lecture at the National Taiwan Universtiy, Department of Chemistry, Taipei, (29/8/2019): N. Hoffmann, «Electron and Hydrogen Atom Transfer in Organic Photochemical Reactions«
3. Invited lecture at the «12th Taiwan-Japan Bilateral Symposium on Architecture on Functional Organic Molecules«, Kyoto, Japan (30/8 – 3/9/2019): N. Hoffmann, «Regio- and Stereoselectivity in Photochemical Induced Radical Reactions«
4. Oral communication at the «27th International Society of Heterocyclic Chemistry Congress«, Kyoto, Japan (1 – 6/9/2019) : N. Hoffmann, «Photochemical induced electron and hydrogen transfer in heterocyclic chemistry«

M. Latarche, N. Hoffmann, Photochemical radical cyclization reactions and cycloadditions with imine derivatives, (submitted, invited review)

Le projet IMPHOCHEM s’intéresse aux transformations photochimiques des imines cycliques, selon une approche pluridisciplinaire combinant synthèse organique, chimie théorique et génie chimique.

Ce type de réactions donne lieu, après excitation photochimique, à un transfert intramoléculaire d’hydrogène d’un donneur vers l’imine électroniquement excitée, ce qui constitue une activation C-H en absence d’un réactif chimique. Dans le cadre de ce projet, deux mécanismes sont principalement discutés, l’atome d’hydrogène pouvant être transféré en une étape (le proton et l’électron sont transférés simultanément) ou en deux étapes (l’électron est transféré d’abord et le proton suit). En fonction de la nature du donneur d’hydrogène et de la substitution de l’imine, un de ces mécanismes sera préféré. Après combinaison radicalaire, une liaison C-C ou C-N est formée et la formation de différents stéréo-isomères devient alors possible. L’influence du mécanisme sur la régio- et la stéréosélectivité sera donc l’objet d’une attention particulière, ainsi que celle de la température.

Ces travaux expérimentaux seront accompagnés par des approches théoriques afin de déterminer les propriétés de l’état excité (densité de spin, répartition d’électrons) et d’étudier les équilibres conformationnels. Dans le cas d’un mécanisme de transfert d’hydrogène en deux étapes impliquant un transfert d’électron photochimique, la catalyse photorédox (avec la lumière visible) est possible ; les possibilités seront donc évaluées.

Afin de décrire la portée et les limites de la réaction, des variations de la substitution de l’imine et du donneur d’hydrogène seront considérées ; des structures de produits naturels (par exemple : sucres, alcaloïdes ou stéroïdes) vont être notamment attachées. Par ces variations, il est attendu non seulement une complexité moléculaire originale mais également une grande diversité moléculaire. Un certain nombre de réactions particulièrement efficaces et originales sera sélectionné en vue de montrer l’intérêt d’une application en synthèse organique, et en particulier en synthèse de structures biologiquement actives.

Une autre originalité de ce projet est d’étudier ces transformations photochimiques en flux, c’est-à-dire dans un microréacteur continu éclairé par des LEDs émettant dans le domaine de l’UV-B (en dessous de 300 nm). La conception et la construction d’un tel microréacteur est en soi un challenge technologique qui ouvrira de nombreuses perspectives dans le domaine de la flow photochemistry. Dans ce projet, l’utilisation d’un tel microréacteur va plus particulièrement aider à comprendre les questions fondamentales liées à la dépendance de la sélectivité à la température et à l’irradiation. Il permettra aussi de définir des conditions de mise en œuvre optimale et d’évaluer, à l’aide des outils de modélisation du génie des réacteurs photochimiques, la faisabilité d’une transposition à plus grande échelle.