Helicènes : Synthèse et Catalyse Organométallique Asymétrique – HELCATS

Nous nous sommes penchés sur l’étude de nouveaux systèmes au cobalt pour catalyser la cycloaddition de triynes pour l’obtention d’hélicènes. En effet, ces systèmes permettraient d’ouvrir de nouvelles potentialités en synthèse asymétrique d’hélicènes. De même, des cibles originales hélicoïdales cycliques ont été sélectionnées afin de rapprocher le centre actif de la cavité hélicoïdale pour optimiser l’induction de chiralité. L’évaluation de ces nouveaux systèmes catalytiques ainsi créés a été réalisée dans des réactions d’allylation pallado-catalysée asymétrique de Tsuji Trost, classiquement utilisées pour évaluer l’efficacité de nouveaux ligands ; et de cycloisomérisations de systèmes polyinsaturés catalysée à l’or, méthodes de choix pour la construction de composés carbo- et hétérocycliques à cinq ou six chaînons, sous-unités largement présentes dans les molécules complexes tels les produits naturels.

Le projet « HELCATS » s'inscrit dans le domaine de la catalyse organométallique asymétrique. Nous avons poursuivi ce projet dans deux directions : (i) La synthèse de plateformes énantioenrichies, grâce à des réactions de cycloaddition [2+2+2] métallo-catalysées et au dédoublement des racémiques obtenus. Ces plateformes chirales ont été fonctionnalisées et utilisées en catalyse organométallique asymétriques. (ii) nous avons étudié la double stéréodifférenciation par double apport catalytique. Dans des travaux préliminaires, nous nous sommes concentrés sur la chiralité axiale. Nous avons montré qu’il était possible de synthétiser des pyridones énantioenrichies en utilisant un ligand et un contre-ion chiral agissant en synergie.

Les résultats obtenus dans le domaine des hélicènes grâce à l’utilisation de complexes métalliques dérivés d’HELIXOLs ont permis de lancer une nouvelle thématique au laboratoire, et d'asseoir le présent partenariat dans la communauté et la compétition internationale relatives à l’utilisation de la chiralité hélicoïdale en catalyse organométallique asymétrique.
De nouvelles collaborations se sont créées au sein de l’équipe autour de cette thématique, qui permettront d'exploiter pleinement le potentiel de la chiralité hélicoïdale en catalyse asymétrique.

Publication internationale dans une revue à comité de lecture :
- Double Stereodifferentiation in Rhodium-Catalyzed [2+2+2] Cycloaddition: Chiral Ligand/Chiral Counterion Matched Pair, Augé, M.; Feraldi-Xypolia, A.; Barbazanges, M.; Aubert, C.; Fensterbank, L.; Gandon, V.; Kolodziej, E.; Ollivier, C. Org. Lett., 2015, 17, 3754.
- HELIXOL-derived Bisphosphinite Ligand: Synthesis and Application in Gold-catalyzed Enynes Cycloisomerization, Medena, C.; Calogero, F.; Lemoine, Q.; Aubert, C.; Derat, E.; Fensterbank, L.; Gontard, G.; Khaled, O.; Vanthuyne, N.; Moussa, J.; Ollivier, C.; Petit, M.; Barbazanges, M. Submitted.

Communication orale :
- Helicenes: Synthesis and Applications in catalysis, C. Medena, M. Barbazanges Journées Bibliographiques de l’ED406, 2 fév. 2015 (UPMC, Paris)
- Metallohelicenes: Synthesis and Application in cycloisomerization reaction, C. Medena, M. Barbazanges Journées de Chimie Moléculaire 24 mai 2016 (UPMC, Paris)
- Chiral phosphate in Rh-catalyzed [2+2+2] reaction: Ligand, Counterion, or Both?, M. Barbazanges, Groupe d’Etude en Chimie Organique (GECO57), 21-26 août 2016, Ascain (64), France.
- Chiral phosphate in Rh+ - and Ir+ -asymmetric catalysis, M. Barbazanges, Journées de Printemps de la Division de Chimie Organique 2017 (DCO), 28 mars 2017, Paris, France.
- Chiral phosphate in Rh+ - and Ir+ -asymmetric catalysis, M. Barbazanges, séminaire invité, 20 décembre 2018, Nanyang Technological University, Singapour

Les hélicènes sont des composés aromatiques hélicoïdaux qui possèdent d’intéressantes propriétés chiroptiques. Elles leurs confèrent de larges perspectives d’applications dans des domaines variés tels que l’optique, l’électronique, la biologie, ou encore la synthèse organique et supramoléculaire. La synthèse d’hélicènes optiquement enrichis est particulièrement intéressante car elle permet d’envisager leur utilisation en catalyse asymétrique, bien qu’à ce jour peu d’exemples soient rapportés dans la littérature. Nous nous proposons d’élaborer une nouvelle génération d’hélicènes chiraux cycliques pour exploiter pleinement le potentiel de la chiralité hélicoïdale en catalyse organométallique. Nous avons fondé notre projet de recherche sur deux hypothèses : La sous-exploitation des hélicènes en catalyse organométallique proviendrait de la difficulté à synthétiser ces espèces sous forme énantio-enrichie. En effet, des excès énantiomériques de 70% sont difficilement atteints lors de la synthèse de carbohélicènes par catalyse organométallique asymétrique. Dans la majorité des cas, les espèces optiquement enrichies nécessaires à la catalyse asymétrique sont isolées par HPLC chirale préparative du mélange racémique correspondant. De plus, à ce jour, les systèmes catalytiques hélicoïdaux utilisés ne sont pas complètement optimisés. Dans cette étude, nous avons donc décidé de jouer sur les deux tableaux : optimiser les systèmes catalytiques en concevant de nouveaux catalyseurs hélicoïdaux ; et développer de nouvelles voies d’accès efficaces à ces plateformes chirales. Ces deux stratégies combinées permettront la synthèse de complexes organométalliques hélicoïdaux novateurs, pour conduire à une induction chirale optimisée en catalyse. Ainsi, nous nous tournerons vers la synthèse de systèmes cycliques, grâce à l’introduction d’un lien organique ou organométallique entre les deux extrémités de l’hélicène. Cette stratégie novatrice nous permettra de rapprocher le siège de la réaction de l’environnement chiral créé par l’hélicène, optimisant ainsi l’induction de chiralité. Une seconde stratégie, basée sur la synthèse de structures bis-hélicoïdales, permettra d’installer le site réactionnel directement au centre de la cavité hélicoïdale. Afin d’accéder à ces structures hélicènes cycliques et bis-hélicoïdales, la synthèse de diverses plateformes polysubstituées sera réalisée. Elles porteront des fonctions d’ancrage modulables en leurs positions internes encombrées, afin de pouvoir installer le lien. Une première stratégie de synthèse reposera sur une approche racémique couplée à de nouvelles techniques de résolution. Une seconde stratégie, énantiosélective, mettra en jeu des catalyseurs de cobalt novateurs et audacieux. Les nouveaux complexes synthétisés seront utilisés comme ligands ou contre-ions chiraux dans des réactions de cycloisomérisation et de cycloaddition métallo-catalysées. Des calculs DFT, déjà effectués sur quelques exemples, permettront de valider la viabilité de ces structures cycliques, ainsi que de rationnaliser les stéréochimies obtenues en catalyse.