Projet ANR-15-CE29-0004 – 2al-VisPhot-CH : Catalyse duale combinant la photocatalyse et l’activation de liaisons C-H : nouvelle approche vers la formation de centres quaternaires stéréogènes.
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Madame Joanna Wencel-Delord (Laboratoire de Chimie Moléculaire)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 174000.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 48 mois
Résumé : Le développement de transformations inédites et plus éco-compatibles, la construction de molécules difficilement accessibles par des méthodes de synthèse classiques, l’élaboration de nouveaux systèmes catalytiques : voici quelques attentes urgents par rapport à la chimie organique. En particulier la réalisation de réactions d’alkylation de motifs aliphatiques hautement encombrés, avec, idéalement, une création simultanée de centres stéréogènes, reste un véritable défi. Le but du projet 2al-VisPhit-CH est de répondre à ces attentes en faisant appel à une catalyse duale combinant deux domaines modernes de la chimie : la fonctionnalisation de liaisons C-H et la photocatalyse. La fonctionnalisation directe s’est imposée, au cours de ces dernières années, en tant que la méthode de choix pour créer, à partir de liaisons C-H latentes des substrats non-prefonctionnalisés, des liaisons C-C et C-X. Cependant, la fonctionnalisation des liaisons C-H aliphatiques, via ce type de catalyse, reste généralement plus difficile, en particulier lorsque sont concernées des positions aliphatiques fortement encombrées. Parallèlement, la photocatalyse en présence de la lumière visible est apparue récemment comme une excellente méthode pour générer des espèces aliphatiques encombrées hautement réactives. Ainsi, l’ambition de 2al-VisPhot-CH est de combiner ces deux modes d’activation complémentaires dans un système catalytique dual, afin de mettre en place de couplages sp2-sp3 et sp3-sp3. Lors de ces réactions permettant la formation de liaisons C-C, un partenaire non-prefonctionnalisés, aromatique ou aliphatique, sera activé par une insertion du métal dans la liaison C-H, pendant que l’espèce aliphatique radicalaire sera générée via la photocatalyse. L’action de ces deux cycles catalytiques sera combinée lors de l’interception du radical par un intermédiaire métallacyclique.
Notre travail expérimental débutera par la mise en place de couplages entre les substrats aromatiques d’activation de liaisons C-H, portant un groupement directeur (GD) modulable, et des précurseurs radicalaires aliphatiques. Par la suite, les couplages plus ambitieux sp3-sp3 seront réalisés en utilisant des substrats aliphatiques pour l’étape d’activation C-H. Ces études préliminaires serviront ensuite de base pour mettre en place des couplages asymétriques. En effet, l’utilisation de la catalyse duale, particulièrement adaptée à l’activation spécifique de chacun des partenaires de couplage, devrait permettre de réaliser les transformations souhaitées dans des conditions particulièrement douces ouvrant ainsi une voie vers le contrôle efficace de la chiralité. Afin de réaliser de tels couplages stéréoselectives, aussi bien les réactions diastéréo- qu’énatioselectives seront étudiées. Notre but ultime est d’appliquer cette stratégie pour accéder à des molécules comportant un centre quaternaire stéréogène. Il est important de souligner que si un tel objectif ambitieux peut être raisonnablement envisagé, c’est grâce à la génération des espèces aliphatiques tertiaires hautement réactives, difficilement accessible via la catalyse par des métaux de transitions, en utilisant une approche radicalaire. 
Un volet complémentaire de ce projet sera dédié à la conception, à la synthèse, à la caractérisation et à l’évaluation de complexes photoactifs inédits. En s’inspirant de travaux récents montrant que les complexes de Cu peuvent avantageusement remplacer des photosensibilisateurs à base de Ru et Ir, nos efforts vont portés sur la préparation de chromophores originaux à base de ce métal peu onéreux. Ainsi, les complexes de Cu(I) portant les ligands N,N tels que dérivés de 4,5-diazafluoren-9-one, bicarbazoles ou encore amino-carbazoles semblent être particulièrement prometteurs. Il est important de souligner que le succès de ces travaux pourrait avoir un impact global allant bien au delà de ce projet, permettant des avances majeures dans le domaine de la photocatalyse par la lumière visible.