Les réactions multicomposants

De manière intuitive, on envisage la synthèse d’une molécule cible comme une succession d’étapes élémentaires. Ce mode de synthèse, dit divergent ou séquentiel, n’est  cependant pas toujours le plus judicieux. En effet, il implique l’utilisation d’une grande quantité de solvants, ce qui génère un coût important, et une perte de temps significative du fait des multiples opérations d’extraction et de purification qu’il est nécessaire d’effectuer. Le rendement d’une synthèse séquentielle, est, en outre, relativement médiocre, puisqu’il résulte des rendements successifs des différentes réactions mises en jeu. Une synthèse divergente est ainsi aux antipodes de ce que serait la synthèse idéale, à savoir une voie de synthèse qui permettrait d’obtenir avec un bon rendement le composé désiré en un minimum d’étapes, et ce, en utilisant des réactifs peu onéreux et qui permettent de réduire l’impact environnemental autant que faire se peut. De manière plus ou moins justifiée, le concept de synthèse idéale [1] (Figure I.1) est avancé pour répondre au défi d’une chimie plus compatible avec les inquiétudes de la société actuelle. La synthèse idéale tient compte des préoccupations économiques (rapidité du processus, rendements élevés…), sociales (sûreté des procédures…) et environnementales (réactions sans solvant, absence de déchets de réaction…). [2] Figure I. 1: Concept de synthèse idéale.

Définition

Les réactions multicomposants sont des procédés au cours desquels un minimum de trois substrats sont combinés en une seule opération pour former un produit contenant une majorité des atomes de départ. [3] Les autres réactifs tels que les catalyseurs, les réactifs d’oxydation, de réduction etc. ne sont pas considérés comme composants. Ces réactions sont  une avancée certaine vers cette synthèse idéale puisqu’elles sont économiques en atomes, généralement simples à mettre en œuvre et permettent l’accès à des structures complexes en un minimum d’étapes. (Figure I.2). Figure I. 2: Principe de réactions multicomposant. Les MCR sont donc bien des réactions domino puisqu’elles impliquent plusieurs transformations, chacune étant la conséquence des fonctionnalités produites lors de la transformation précédente. Figure I. 3 : Avantages des MCR. Présentant de nombreux avantages, ces réactions s’approchent du concept tant recherché de « Synthèse Idéale » (Figure I.3) [4] : – Elles sont chimio- et régiosélectives puisqu’elles mettent en jeu au minimum trois groupements fonctionnels qui vont réagir les uns avec les autres dans un ordre bien déterminé et de façon sélective. – Convergentes et économiques en atomes, [5] un maximum des atomes portés par les produits de départs (réactifs) sont présents sur la molécule cible. Ceci s’explique par le fait  que les MCR impliquent des réactions d’additions plutôt que de substitutions. Ainsi, les nouvelles fonctions créées sont souvent réactives, ce qui peut déclencher une seconde réaction alors qu’une substitution aurait « consommé » le groupement fonctionnel. – Le nombre d’étapes pour synthétiser un produit étant réduit par rapport aux voies de synthèse linéaires, les MCR permettent une réduction des déchets, des traitements etc. ce qui les rend plus économiques en temps, en coût et plus écologiques. – Enfin, les MCR offrent une très grande diversité et complexité moléculaire par des procédés simples à mettre en œuvre puisque chacun des réactifs peut être modifié. De larges bibliothèques peuvent ainsi être créées pour des études de relations structure/activité dans le cadre de produits biologiquement actifs.

Historique

Bien que le terme ne soit apparu que dans les années 1960, c’est dès 1850 qu’a été développée la synthèse d’α-aminoacides de Strecker,[7] considérée comme la première réaction multicomposant. Elle consiste en la condensation d’un aldéhyde et de chlorure d’ammonium en présence de cyanure de potassium pour former un α-aminonitrile, qui est ensuite hydrolysé en acide α-aminé correspondant 1.11 (Schéma I.2). Strecker est l’inventeur reconnu de cette réaction, toutefois, douze ans plus tôt, lors de la réaction de l’huile d’amande amère avec l’ammoniaque, Laurent et Gerhardt auraient observé l’intermédiaire de cette synthèse multi-composant (Schéma I.1).