Projet ANR-14-CE06-0009 – Sulf-As-CH : Sulfoxyde-une nouvelle stratégie pour l'activation C-H asymétrique
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Françoise COLOBERT (Laboratoire de Chimie Moléculaire)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 198556.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Pendant des décennies les liaisons C-H ont été considérées comme des liaisons dormantes difficilement transformables en autres groupements fonctionnels. Ainsi, l’utilisation directe de ces liaisons en tant que sites réactifs a été peu étudiée. Cependant, depuis une dizaine d’années la chimie organométallique s’est distinguée par des avancées majeures dans le domaine de l’activation C-H. Un certain nombre de systèmes catalytiques permettant une métallation directe des liaisons C-H non-activées a été développé. Ainsi, des couplages originaux C-C, C-O, C-X, etc. compatibles avec des substrats non préfonctionnalisés et permettant de réduire la formation de déchets ont été découverts. De plus, la fonctionnalisation directe de liaisons C-H offre de nouvelles possibilités pour l’analyse rétrosynthétique de molécules d’intérêt. Toutefois, l’application générale de l’activation C-H est limitée par la nécessité d’introduction sur les substrats d’un groupement coordinant, souvent peu modulable. Par ailleurs, l’induction de la chiralité lors de ces transformations reste relativement rare. Le but du projet Sulf-As-CH est de répondre à ces défis. Nous proposons de développer une nouvelle approche vers l’activation C-H stéréosélective basée sur l’utilisation du motif sulfoxyde en tant que groupement directeur facilement modulable et jouant le rôle d’auxiliaire chiral. Au vu de nos travaux prometteurs sur l’activation de liaisons C(sp2)-H dirigée par ce motif, nous proposons d’étendre cette stratégie à la fonctionnalisation directe de composés aliphatiques. L’activation de liaisons C(sp3)-H reste un défi majeur et les réactions asymétriques sont peu décrites. En suivant ces objectifs nous nous intéresserons, dans un premier temps, à la fonctionnalisation de liaisons C(sp3)-H activées (en position benzylique, allylique ou encore présentes sur le motif cyclopropane). Ensuite nos études porteront sur les transformations de liaisons non activées, visant à la formation d’un large panel de molécules chirales avec un centre stéréogène tertiaire et quaternaire. Etant donné la faible réactivité de ces liaisons C(sp3)-H, des groupements directeurs bidentates, comportant un motif sulfoxyde et un groupement aminé fortement coordinant est envisagé. L’introduction de ces groupements originaux devrait permettre d’améliorer les propriétés électroniques du catalyseur et le contrôle de l’environnement chiral autour du métal.
La deuxième partie de ce projet concerne les réactions cupra-catalysées dirigées par le sulfoxyde. L’utilisation du Cu dans le cadre d’activation C-H suscite un vif intérêt depuis peu et plusieurs transformations élégantes ont été rapportées récemment. Cependant le stéréocontrôle lors de ces transformations reste difficile. Etant donné la coordination possible entre l’atome d’oxygène du sulfoxyde et l’atome de cuivre, nous envisageons la mise en place de réactions diastéréoselectives cupra-catalysées. Par ailleurs, au vu des différents modes de coordination du sulfoxyde en présence d’un métal mou (Pd) et d’un métal dur (Cu), un changement de la régiosélectivité des réactions, en fonction du choix du catalyseur, devrait être observé. Au cours de cette étude nous nous intéresserons à l’arylation directe ainsi qu’à la formation de liaisons C-O et C-N.
L’ambition du Sulf-As-CH est d’aller au-delà du développement de nouvelles méthodologies. Une partie importante de notre travail sera consacrée à des études mécanistiques visant à l’élucidation des aspects liés à la stéréosélectivité. Les études concernant la cyclométallation catalysée au Cu sont également très rares. Notre attention sera alors portée à la synthèse et caractérisation des intermédiaires métallacycliques. Enfin, des études de modélisation devraient permettre de proposer des groupements directeurs bidentates. L’ensemble de ces efforts mécanistiques devrait conduire, à plus long terme, à une conception rationnelle des réactions asymétriques inédites d’activation C-H.