Application noble des métaux peu couteux et abondants : Activation C-H asymétrique catalysée par Co, Ni, Fe et Mn. – AbMetDeFy

Le début du siècle est clairement marqué par de profondes modifications de notre société et ses besoins. Vu une population mondiale croissante, des problèmes écologiques urgents et l’épuisement de ressources naturelles de notre planète, le monde contemporain a besoin de préparer une alternance industrielle afin d’assurer une production plus verte et éco-responsable. Dans ce cadre, les scientifiques, et en particulier les chimistes, ont la responsabilité toute particulière de développer de nouvelles solutions technologiques en vue de permettre une production plus éco-compatible de composés organiques nécessaires. Ainsi, le défi majeur des chimistes organiciens est de mettre en place de nouvelles voies de synthèse, permettant d’accéder à des molécules complexes à partir de substrats très simples en un minimum d’étapes et en utilisant des procédés catalytiques. En poursuivant ces objectifs, l’activation de liaisons C-H catalysées par des métaux de transition a attiré une attention toute particulière de la communauté scientifique. En effet cette stratégie moderne permet de fonctionnaliser de façon sélective des substrats simples, en les convertissant en produits plus complexes tout en minimisant le nombre d’étapes ainsi que la formation de déchets. Par ailleurs, l’activation de liaisons C-H est devenue également un outil performant pour la synthèse de molécules complexes et de la diversification de composés à haute valeur ajoutée. Cependant, malgré des avancées majeures dans le milieu académique, l’activation de liaisons C-H est clairement sous-développée dans l’industrie. Un des facteurs clés responsables du gouffre existant entre le milieu académique et l’industrie est l’utilisation, dans le cadre de la fonctionnalisation directe, des catalyseurs à base de métaux nobles. Ainsi, les complexes de Pd, Rh et Ru sont, de loin, des catalyseurs de choix. Cependant, le prix très élevé de ces métaux et leur faible disponibilité les rendent peu attractifs pour le milieux industriel et leurs applications à long terme. Depuis peu, la communauté scientifique s’intéresse à la mise en place de réactions de fonctionnalisation directe, catalysée par des métaux du premier rang, nettement moins chers et plus abondants. Dans ce cadre, le Cobalt est un métal auquel a été porté une attention toute particulière. Les complexes à base de Cobalt se sont montrés non seulement particulièrement efficaces pour réaliser un grand nombre de transformations mais ont de plus permis de découvrir des réactivités complémentaires par rapport aux réactions « classiques » d’activation C-H. Par contre, les réactions asymétriques catalysées au Co restent quasiment inédites, malgré le fort potentiel des molécules chirales dans des différents domaines.
Ainsi, le projet AbMetDeFy a pour ambition de développer une nouvel axe de recherche : l’activation stéréosélective de liaisons C-H catalysée par les complexes de Co à bas degré d’oxydation. L’étude bibliographique montre clairement que ce type de catalyseur présente une activité remarquable et souvent complémentaire par rapport à des métaux nobles, en catalysant des réactions de fonctionnalisation directe dans des conditions particulièrement douces. De plus, il a été démontré que des composés chiraux très variés, tels que les biaryles à chiralité axiale, les oléfines atropoisomériques et les composés portant un centre stéréogène quaternaire peuvent être obtenus via l’activation C-H. A ce jour ces transformations sont réalisées non stéréosélectivement et seul un couplage énantiosélectif a été décrit dans la littérature. Pour atteindre notre ambitieux objectif nous proposons de développer quatre approches et stratégies différentes : couplages diastéréosélectifs, couplages énantiosélectifs en utilisant des complexes connus dans la littérature, conception de nouveaux complexes chiraux de Co à bas degré d’oxydation et la mise en place de réactions « reductant free », via la catalyse duale.