Projet ANR-12-JS07-0009 – HFOrgCat : La 5-hydroxyfuran-2(5H)-one une molécule plateforme pour le développement de nouvelles réactions asymétriques organocatalysées “one-pot”.
Programme : JCJC - SIMI 7 - Chimie moléculaire, organique, de coordination, catalyse et chimie biologique (JCJC SIMI 7)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur emmanuel RIGUET (L'Institut de Chimie Moléculaire de Reims / Université de Reims Champagne Ardenne )
Partenaires : Institut de Chimie Moléculaire de Reims
Montant : 183666.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Utilisation d'une molécule plateforme bio-sourcée pour la synthèse de molécule chirale complexeLa 5-hydroxyfuran-2(5H)-one est un composé qui peut être obtenu à grande échelle à partir de ressource renouvelable. Notre objectif est d’utiliser ce composé comme « plateforme polyfonctionnelle » pour conduire à des intermédiaires énantiopures présentant une diversité structurale importante.
Activation catalytique énantiosélective de la 5-hydroxyfuran-2(5H)-one, accès à des molécules chirales complexesLa mise au point de méthodologies de synthèse permettant d’obtenir des substances énantiopures présentant une diversité structurale importante est une préoccupation majeure dans de nombreux domaines de la chimie. L’efficacité des procédés mis en oeuvre dans ces approches doit être évaluée, non seulement au regard de critères quantitatifs, tel que le rendement et/ou la pureté optique des produits obtenus, mais aussi par l’analyse de l’impact écologique des différents processus mis en jeu. Au cours de ce travail nous avons cherché à développer de nouvellesméthodologies permettant d’accéder à des ?-lactones polyfonctionnelles chirales. La 5-hydroxyfuran-2(5H)-one, petite molécule polyfonctionnelle bio-sourcée, a servi d’élément clé pour la construction du cycle ?-lactone.
Développement de nouvelles méthodologies de synthèse en catalyse énantiosélective permettant d'accéder à des lactones chirales polyfonctionnellesDans une première partie de notre travail, des ?-lactones a,?-substituées chirales possédant une grande diversité structurale ont été obtenues par une séquence réactionnelle « one pot » d’addition conjuguée d’acides boroniques suivie d’une réaction de Passerini intramoléculaire. Unepremière étape de catalyse organique a permis d’activer le transfert énantiosélectif d’acides boroniques sur la 5-hydroxyfuran-2(5H)-one ; la réaction de l’adduit chiral obtenu avec un isonitrile a ensuite permis de construire le cycle lactone via une réaction de Passerini. Dans une deuxième partie, nos efforts se sont ensuite concentrés sur la mise au point de réactions d’alkylation de ?-lactones, catalytiques et énantiosélectives, conduisant a la formation de ?-lactones possédant uncentre quaternaire. Des réactions d’alkylations énantiosélectives induites par un catalyseur organique ont été évaluées. L’utilisation de complexes du palladium et de l’iridium comme catalyseur a permis d’effectuer des réactions d’alkylation allylique asymétrique (AAA) avec un très bon contrôle de l’induction asymétrique. Le squelette carboné des lactones obtenues par AAA a permis d’effectuer des réactions sigmatropiques [3,3] originales ouvrant la voie à une nouvelle approche de fonctionnalisation d’hétérocycles aromatiques.
Résumé de la soumission : La 5-hydroxyfuran-2(5H)-one est une petite molécule polyfonctionnelle qui peut être facilement obtenu sur une grande échelle par photooxygénation du furfural (lui même obtenu par déshydratation des pentoses issus de la biomasse). La 5-hydroxyfuran-2(5H)-one a précédemment été utilisée comme “building block” à quatre carbones dans de nombreux travaux de synthèse organique. Cependant son utilisation en synthèse asymétrique est actuellement limitée à une approche utilisant des auxiliaires chiraux. Nous proposons de développer des méthodologies de synthèse permettant sa fonctionnalisation regiosélective et énantiosélective en utilisant des catalyseurs organiques. Nos efforts seront concentrés sur la mise au point de transformations “one - pot” pouvant conduire à des synthons chiraux à haute valeur ajoutée. Par ailleurs une étude du mécanisme réactionnel des transformations relevantes sera effectuée par spectrométrie de masse en mode electrospray et par spectrométrie de Résonance Magnétique Nucléaire.
Résultats : Nous avons proposé une nouvelle voie d’activation catalytique et énantiosélective de la 5-hydroxyfuran-2(5H)-one. La combinaison de cette méthode avec une réaction de Passerini a permis d’accéder efficacement à des lactones chirales possédant une grande diversité structurale. Nous
avons également exploré diverses approches de formation asymétrique d’un carbone quaternaire. Plus particulièrement, l’utilisation de réactions d’alkylations allyliques asymétriques sur des substrats originaux nous a conduit à étudier une nouvelle utilisation de la réaction de Cope en synthèse organique.
Perspectives : Les résultats prometteurs obtenus dans la deuxième partie du projet permettent d’envisager une valorisation scientifique importante en terme de publication dans les deux prochaines années.
Publications et brevets : Notre première publication occupe une place de choix parmi les travaux développer récemment consistant à associer une étape d’activation organocatalytique et une réaction multicomposant pour générer de la diversité structurale :
Bos, M., and Riguet, E.
Synthesis of Chiral ?-Lactones by One-Pot Sequential Enantioselective Organocatalytic Michael Addition of Boronic Acids and Diastereoselective Intramolecular Passerini Reaction. J. Org. Chem. 2014, 79, 10881-
10889.(Highlighted in Org. Process Res. Dev. 2015, 19, 596-610)