Réactions domino allylation / carbonylation : Concept et applications - Allylation / carbonylations domino reactions : concept and applications – DOMINO-CO

La préparation de composés organiques d'intérêt en chimie fine nécessite beaucoup d'étapes de synthèse et de purifications qui conduisent à la production d'une proportion importante de déchets. Ces derniers ont un impact environnemental négatif qui s'accompagne d'un surcoût important lié à leur retraitement. L'utilisation de réactions domino impliquant des étapes catalytiques sélectives et efficaces est à même d'améliorer le facteur environnemental d'une réaction. En effet, il s'agit de transformations dites one pot qui permettent la synthèse de produits élaborés à partir de synthons de départ simples. Les synthèses sont donc plus directes et ne nécessitent que des quantités réduites de solvant ainsi que d'un nombre limité de purifications.
L'utilisation du monoxyde de carbone comme réactif intervenant dans des transformations de type domino apporte des éléments supplémentaires tendant à améliorer le facteur environnemental d'une réaction.
En effet, en plus de permettre l'accès à une très grande diversité de fonctions carbonylées d'intérêt en synthèse organique, le monoxyde de carbone est un réactif propre inséré à 100 % dans le produit final. De plus, il s'agit d'un réactif de base produit en très grande quantité et accessible à partir de ressources renouvelables (Biosyngas). Le monoxyde de carbone est historiquement un réactif clé en chimie qui trouve donc également tout son sens dans le contexte actuel de chimie pour le développement durable. Dans le cadre de l'appel à projet CP2D, nos deux équipes de recherche ont utilisées leurs compétences reconnues concernant les réactions de carbonylation et transformations de type domino pour l'élaboration puis la concrétisation de ce projet. Il est ainsi proposé de combiner les avantages apportés par l'utilisation du monoxyde de carbone en synthèse et la mise en place de transformations de type domino pour améliorer le facteur environnemental de synthèses impliquant la réaction de substitution allylique catalysée au palladium. Ce projet est rendu possible par la complémentarité des deux laboratoires impliqués. L'objectif de ce travail est de mettre au point des réactions domino de carbonylation / alkylation allylique catalysées au palladium plus propres. Il est en particulier envisagé d'utiliser une étape de carbonylation pour la préparation des réactifs de départ à même d'intervenir dans une étape subséquente d'allylation. Dans ces séquences réactionnelles utilisant dans un premier temps des réactifs simples, le même solvant et catalyseur à base de palladium sont utilisés pour effectuer l'ensemble des transformations. Nous allons notamment nous efforcer de montrer qu'une diversité de séquences de carbonylation / substitution allylique est possibles inter- ou intramoléculairement. Afin de réduire au mieux la production de sels, en particulier sur l'étape d'alkylation allylique, une approche originale alkoxycarbonylation / allylation décarboxylante est proposée. Cette approche économique en termes de solvant, catalyseur, étape et également d'atome limite la perte du groupe partant à une molécule de CO2 et ne nécessite pas l'intervention d'une base. De plus, afin de valoriser rapidement ces méthodologies, nous avons établi des schémas synthétiques plus élaborés conduisant à des molécules d'intérêt biologique, incluant des molécules chirales qui seraient obtenues par catalyse asymétrique, les deux partenaires ayant une expertise reconnue dans ce domaine. En complément à cette étude très orientée vers de la synthèse, nous proposons également une étude mécanistique de ces transformations à l'aide de techniques d'analyses spectroscopiques in situ. L'objectif de cette étude est d'apporter des solutions à des problèmes réactionnels rencontrés en cours du projet ainsi que de mieux appréhender comment le mode d'action du catalyseur intervient dans ces deux étapes catalytiques de carbonylation et substitution allylique combinées.