Aspect historique et conceptualisation du domaine de l’organocatalyse
Entre 1968 et 1997 il y’avait seulement quelques rapports de l’utilisation de petites molécules organiques comme catalyseurs pour les réactions asymétriques (la réaction de Hajos-Parrish probablement la plus célèbre), mais ces études chimiques ont été considérées comme réactions chimiques uniques plutôt que comme parties intégrantes d’un grand domaine interconnecté de la chimie organique.
Dans les premières publications, les auteurs ne mettaient pas trop d’accent sur les avantages potentiels de l’utilisation d’organocatalyseurs. En outre Dieter Seebach (un chimiste de grande réputation) a omis l’organocatalyse dans sa vision des méthodes de synthèse en 1990 illustrant qu’il n’est pas facile de prédire le succès d’un domaine qui, à l’époque, n’existait pas. Cependant, à la fin des années 90, les choses ont commencé à changer quand Yiang Shi, Scott Dennmark et Dan Yang et al, ont démontré que les cétones énantiomériquement pures pourraient être utilisées pour catalyser les époxydations énantiosélectives des alcènes simples. Peu de temps après, Eric Jacobsen et Elias J. Corney, et al, ont décrit les premiers exemples de catalyse de liaison hydrogène dans une réaction asymétrique de Strecker ; Scott Miller et al ont introduit le concept des peptides minimaux pour la résolution cinétique des alcools énantiosélectifs. Bien que, collectivement, ce travail n’a pas conceptualisé l’organocatalyse comme un domaine de recherche, il a démontré pour la première fois que de petits organocatalyseurs pouvaient être utilisés pour résoudre des problèmes importants dans la synthèse chimique. Cependant, ce n’est qu’en 2000 que le domaine de l’organocatalyse a été effectivement lancé par deux publications qui sont apparues presque simultanément: une de Carlos Barbas, Richard Lerner et Benjamin List, sur la catalyse d’énamine et l’autre du groupe de recherche de David W.C. MacMillan sur la catalyse de l’iminium.
Dans les années qui ont suivi, ces réactions ont été largement utilisées pour la synthèse de divers produits naturels. Malgré cela, la large utilisation de la Proline et des amines comme catalyseurs dans la synthèse asymétrique s’est développée après ces deux rapports préliminaires respectivement de List, Lerner, Barbas d’une part et de MacMillan et al d’autre part. List a présenté des condensations aldoliques directes entre l’acétone et divers aldéhydes, réactions catalysées par la L-Proline .
Les avantages de la recherche organocatalytique
L’avènement de l’organocatalyse a apporté la perspective d’un mode de catalyse complémentaire, avec un potentiel d’économie de coût, de temps et d’énergie, mais aussi une procédure expérimentale plus facile avec réduction de déchets chimiques.
Ces avantages découlent sur trois facteurs :
les molécules organiques sont généralement insensibles à l’oxygène et à l’humidité dans l’atmosphère, il n’est donc pas nécessaire d’utiliser des réacteurs d’échantillons, de conteneurs de stockage et de techniques expérimentaux, ni de réactifs et de solvants ultra-secs.
une grande variété de réactifs organiques tels que des acides aminés, des carbohydrates, des hydroxyacides sont naturellement disponibles à partir de sources biologiques en tant qu’énantiomères uniques. Les organocatalyseurs simples sont donc généralement peu coûteux à préparer et facilement accessibles en quantités et adaptés à des réactions à petite échelle mais aussi à l’échelle industrielle. les petites molécules organiques sont typiquement non toxiques et écologiques, elles augmentent la sécurité de la catalyse dans la recherche chimique, biologique, et toutes autres recherches, y compris dans l’industrie et dans les laboratoires universitaires.
La combinaison de ces facteurs a considérablement réduit les coûts d’entrée pour les chercheurs qui se sont intéressés à développer les catalyseurs énantiosélectifs avec ou sans besoin de gants, de gaz inertes, de solvants ultra-secs, ou même d’un haut niveau d’expertise expérimentale. Pour tout processus catalytique à grande échelle, les considérations les plus saillantes sont le coût et la sécurité, car les organocatalyseurs sont souvent moins chers que les catalyseurs à base de métaux. En outre il est largement reconnu dans la fabrication que l’élimination des impuretés toxiques liées au catalyseur du flux de déchets peut souvent avoir un impact financier plus important que le nombre de chiffre d’affaire du catalyseur .
La catalyse d’iminium
La catalyse d’iminium était le premier mode d’activation organocatalytique conçu (plutôt que découvert) et introduit comme une stratégie générale pour la synthèse organique asymétrique. Il est basé sur la capacité des amines chirales à fonctionner comme catalyseurs énantiosélectifs pour plusieurs transformations qui utilisent traditionnellement des catalyseurs acides de Lewis. Le concept était fondé sur une hypothèse mécaniste selon laquelle la formation réversible des ions iminiums à partir des aldéhydes α,β-insaturés et des amines chirales pourrait imiter la dynamique d’équilibre et l’électronique de l’orbitale-π qui est inhérent à la catalyse acide de Lewis. La catalyse d’iminium est maintenant utilisée dans beaucoup de protocoles hautement énantiosélectifs , dont certains ont été développés par MacMillan et al et le groupe de recherche de Karl Anker Jorgensen.
La catalyse d’énamine
En 1971 il y’avait deux rapports indépendants (l’un de Zoltan Hajos et David Parrish, et l’autre de Rudolf Weichert, Gerhard Sauer et Ultrich Eder) d’une réaction aldolique intramoléculaire énantiosélective qui a été catalysée par la proline dans la synthèse de la cétone de Wieland-Miescher. Ce résultat extraordinaire a été bien accueilli par la communauté, mais le mode d’activation n’a pas été exploité pour d’autres réactions jusqu’à environ 30 ans plus tard. C’est en 2000 (avec les travaux ingénieux de Barbas, Lerner et List qui ont utilisé la catalyse d’énamine pour fonctionnaliser les composés carbonylés au niveau du carbone α) que la large applicabilité de ce mode d’activation est devenue évidente.
Mécaniquement, la catalyse d’énamine pourrait être mieux décrite comme une catalyse bi-fonctionnelle car le catalyseur contenant de l’amine (la proline) interagit typiquement avec un substrat de cétone pour former une énamine intermédiaire mais s’engage simultanément avec un partenaire de réaction électrophile via une liaison hydrogène ou une attraction électronégative. Ce mode d’activation a maintenant été utilisé dans une gamme de processus de fonctionnalisation du carbonyle α énantiosélective.
Réaction d’addition de Michael du β-cétoamide au méthylvinylcétone
Le groupe amido secondaire des β-cétoamides α-substitués joue un rôle crucial dans le contrôle de la réactivité et de l’arrangement spatial (sélectivité) dans l’addition de Michael organocatalyse avec les carbonyles insaturés. Cela se traduit par un mode d’activation sans précédent des substrats par des interactions de liaisons H permettant la construction de centres quaternaires entièrement carbonés et de spiroaminals fonctionnalisés tous enrichis en énantiomères à fort potentiel synthétique.
La construction énantiosélective des centres quaternaires est l’une des étapes les plus exigeantes dans la synthèse stéréocontrôlée des produits naturels et / ou pharmaceutiques complexes . Dans ce contexte, l’addition conjuguée asymétrique représente un outil puissant pour l’élaboration de ces stéréocentres particuliers. En dépit des méthodes catalytiques basées sur le métal de transition bien établies, la génération de stéréocentres quaternaires entièrement carbonés via l’addition de Michael constitue encore un formidable défi en raison de contraintes stériques supplémentaires. Au
cours de la dernière décennie, des études approfondies ont été consacrées au développement de systèmes organocatalytiques fonctionnant avec d’excellentes énantiosélectivités, en utilisant des substrats simples. De cette optique, une grande variété de 1,3-dicarbonyles α-substitués ou d’équivalents synthétiques tels que les β-dicétones, les β-cétoesters ou les α-cyanoesters et les cétones ont été utilisés de manière extensive et efficace. D’autre part, l’addition conjuguée asymétrique avec des β-cétoamides simples, de large valeur synthétique par post-transformation impliquant la fonctionnalité amido , est restée non résolue. Cette limitation est due au manque de modes d’activation efficaces de ces substrats particuliers. Selon les études mécanistes sur l’échange de protons dans les amides et les composés apparentés, les β-cétoamides sont mieux représentés sous leur forme d’acide imidique qui pourraient constituer un nouveau mode d’activation de ces pronucléophiles potentiels inexplorés dans l’addition de Michael .
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I :GENERALITES SUR L’ORGANOCATALYSE
I.1. Définition
I.2. Aspect historique et conceptualisation du domaine de l’organocatalyse
I.3. Quelques familles d’organocatalyseurs [w1]
I.4. les avantages de la recherche organocatalytique
CHAPITRE II :L’AVENEMENT DES MODES D’ACTIVATION GENERIQUES ET D’INDUCTION
II.1. la catalyse d’iminium
II.2. la catalyse d’énamine
II.3. la catalyse par liaison hydrogène
II.4. la catalyse SOMO
II.5. la catalyse contre-ion
CHAPITRE III :REACTIONS D’ADDITION DE MICHAEL ENANTIOSELECTIVES ORGANOCATALYSEES
III.1. Historique de la réaction d’addition de Michael
III.2. Mécanisme général de la réaction d’addition de Michael
III.3. Exemples de réactions d’additon de Michael énantioséléctives
III.3.1 Réaction d’addition de Michael du malonate avec diverses énones
III.3.2. Réaction d’addition de Michael du dicarbonyle avec nitrooléfines
III.3.3. Réaction d’addition de Michael du β-cétoamide au méthylvinylcétone
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
WEBOGRAPHIE
