Projet ANR-11-BS07-0030 – P2MOC : Plateforme Moléculaire Modulable: un Outil pour la Catalyse
Programme : Blanc - SIMI 7 - Chimie moléculaire, organique, de coordination, catalyse et chimie biologique (Blanc SIMI 7)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Damien PRIM (UNIVERSITE DE VERSAILLES - SAINT-QUENTIN - EN - YVELINES)
Partenaires : Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux - Institut Charles Gerhardt Montpellier; Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay; Institut Lavoisier de Versailles
Montant : 454995.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 48 mois
Résumé : développement d'une famille de ligands multitâches et polyfonctionnelsConcevoir des outils catalytiques novateurs dédiés à combiner différents modes d’activation métallo- et/ou organo-assistés avec l’objectif de promouvoir de nouvelles séquences réactionnelles et d’accéder de manière robuste à des cibles moléculaires de complexité croissante.
combinaisons mutli-catalytiquesDans un contexte international particulièrement compétitif, les objectifs sont d’associer plusieurs concepts catalytiques et/ou de générer des activations multiples à l’aide d’une même famille de promoteurs polyfonctionnels. Le motif général de cette famille inclut une pyridine et un bras pendant méthylamine. Les évolutions envisagées visent à développer cette famille de ligands pour répondre aux impératifs combinés d’une métallo catalyse plus diversifiée et plus (régio-, chimio- énantio-) sélective et d’une organocatalyse actuellement en plein essor. La réalisation de séquences réactionnelles en mode monotope basée sur ce concept représente un enjeu majeur cohérent avec le développement d’une chimie plus respectueuse de l’environnement.
vers des ligands multitachesLa méthodologie développée vise tout d’abord à consolider les résultats préliminaires obtenus par le consortium dans le domaine de la métallo- et l’organo-catalyse. Les objectifs sont tout d’abord de consolider les résultats préliminaires en catalyse métallo assistée obtenus par les partenaires puis de mettre au point les premières réactions organocatalysées à l’aide de ces promoteurs. Dans un second temps, des réactions et des associations inédites de transformations seront ciblées pour illustrer le concept. Des applications à la préparation de molécules plus complexes, bioactives ou à application pharmaceutique seront développées.Plusieurs modes d’activations sont à l’étude visant à compléter notre boite à outils combinant systèmes catalytiques et séquences réactionnelles. Les ligands développés seront mis à disposition de l’ensemble des partenaires du consortium.
Résumé de la soumission : La construction d’édifices moléculaires de complexité croissante par assemblage contrôlé de briques moléculaires et/ou la création contrôlée de liaisons C-C et C-hétéroatome est l’un des défis majeurs de la chimie du XXIème siècle. Le chimiste-architecte de la matière dispose d’un outil puissant, moteur d’innovations au cœur des enjeux sociétaux et de la stratégie nationale d’innovation et de recherche : la catalyse. Si les évolutions émergeantes de la catalyse comme la catalyse combinée ou l’association de systèmes catalytiques apportent de nouvelles solutions, d’importants verrous scientifiques restent à contourner pour générer une coopérativité accrue entre les systèmes catalytiques au sein d’une même séquence réactionnelle. Le projet P2MOC cible la conception de nouveaux systèmes catalytiques multitâches, polyvalents, comportant de multiples sites d’activation différents au sein du même système catalytique et combinant les avantages et bénéfices de l’organo- et de la métallo-catalyse. Le défi principal consiste à développer une plateforme de promoteurs uniques basée sur le motif pyridylmethylamine. Dans ce contexte, les critères multiples de sélectivité, efficacité et créativité seront associés au principe de robustesse général pour l’élaboration de cette famille de promoteurs. Ces derniers sont susceptibles d’activer un substrat ou de coordiner un métal afin de réaliser une succession de réactions organo- et/ou métallo-catalysées, de façon séquentielle ou en tandem. L’intérêt du choix de la famille des pyridylalkylamines ciblées réside dans le grand nombre de modulations accessible aisément. Ainsi, hormis les classiques modulations de contraintes stériques par des groupements de taille variable (aromatiques, aliphatiques cycliques ou non) et le jeu des stéréochimies relatives entre substituants, des sites acides, basiques, chélatants ou non, pourraient être modifiés permettant un habillage à la carte de la famille de promoteurs. L’un des avantages au développement de promoteurs bi- (ou poly-)fonctionnels azotés est qu’ils permettent de pallier l’utilisation de 2 catalyseurs distincts, amine primaire – amine secondaire par exemple, en intégrant les 2 fonctionnalités sur le même promoteur. Le rôle de chaque fragment peut être modulé et même inversé en passant simplement par la forme acide ou basique des fonctions présentes sur la plateforme. Plusieurs réactions et/ou associations inédites de réactions sont ciblées pour illustrer le concept. Ainsi, la formation d’aziridines suivie de leurs utilisations et ouverture à l’aide du même système catalytique, les combinaisons d’une réaction de type Friedel-Crafts ou de Heck et d’une réaction de Henry au sein de la même séquence sont des exemples envisagés. Les différentes méthodologies mises au point seront appliquées à la préparation de molécules plus complexes, bioactives ou à application pharmaceutique potentielle en série indolique, diazépine ou à motif biarylique.
Résultats : Un part conséquente du travail a porté sur la préparation de nouveaux ligands de la famille des pyridylméthylamines. Une partie du travail effectué par les partenaires 2 et 3 a consisté à étendre cette famille à des motifs tri et tetraazotés. Les cibles préparées ont nécessité la mise au point de nouvelles voies de synthèse aboutissant aux structures dimères mais également l’adaptation de méthodes de synthèse de pyrimidines permettant d’introduire un bras pendant méthylamine porteur de l’information chirale. De plus, l’utilisation des pyridineméthylamines comme organopromoteurs vient d’être mise au point dans la réaction de trifluoroalkylation d’indoles. Ce point représente une avancée importante puisque valide le concept d’une famille de ligands pouvant jouer le rôle d’organo- et de métallo catalyseur. Des calculs théoriques ont été réalisés en appui aux résultats expérimentaux obtenus.
Perspectives : Plusieurs perspectives sont envisagées dont
- l'évaluation des propriétés catalytiques des nouveaux ligands obtenus dans le cadre de ce projet.
- l'’homologation d’un atome de carbone du bras pendant porteur des stéréocentres
- l’extension de la réaction de Mukaiyama à une version phénylogue cuprocatalysée
- caractérisation des complexes combinant des motifs tetraazotés et des lanthanides ainsi que l'étude du transfert potentiel de chiralité sur des réactions modèles comme les hydroaminations.
- étude structure-activité sur les complexes de Pd(II) à l'aide la 15N RMN.
Publications et brevets : La production à ce jour est d'une publication parue:
New J. Chem., DOI:10.1039/C3NJ00310H ainsi que d'une conférence internationale invitée, une communication orale et un séminaire international invité.