Conception de nouveaux organocatalyseurs chiraux de type base de Lewis et leur application en catalyse asymétrique

Development of Novel chiral Lewis Base organocatalysts and Their Application in Asymmetric Catalysis

• Auteur / Autrice : Emma Naulin
• Direction : Géraldine Masson
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie des Substances Naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Organocatalyse

Cycloaddition

Catalyse assymétrique

Électrosynthèse

Organocatalysis

Cycloaddition

Asymetric catalysis

Electrosynthesis

Résumé

La catalyse métallo-assistée et la catalyse par les enzymes ont longtemps dominé le champ de la catalyse et en particulier de la catalyse énantiosélective. Depuis une quinzaine d'année, l'organocatalyse qui utilise uniquement des petites molécules organiques comme catalyseurs, connait un succès grandissant. En particulier, les isothiourées chirales (ITU) se sont récemment révélées être des organocatalyseurs efficaces et respectueux de l'environnement pour l'activation d'acides carboxyliques. Plusieurs processus catalytiques asymétriques ont ainsi vu le jour en s'appuyant sur la formation transitoire d'isothiouroniums chiraux. Cependant, l'actuel manque de voies de synthèse efficaces et modulables de ces organocatalyseurs a servi de frein à l'exploration approfondie de leur potentiel catalytique. En se basant sur notre expérience en catalyse asymétrique, notre équipe s'intéresse actuellement à concevoir une nouvelle famille originale de nouvelles bases de Lewis chirales plus efficaces et plus sélectives permettant l'activation d'acides carboxyliques dans des réactions énantiosélectives. Ainsi, de nouvelles structures seront réalisées via des réactions de cycloadditions. Actuellement, nous avons mis au point une cycloaddition nous permettant d'accéder à une diversité d'isothiourées. D'autres voies de synthèses via des procédés de cycloaddition seront explorées dans cette thèse. Puis ces nouvelles bases de Lewis chirales seront évaluées en premier dans des réactions connues afin d'évaluer l'efficacité de ces dernières. Puis, de nouvelles réactions énantiosélectives seront développées avec ces dernières. La première partie de ce projet de thèse est basée sur des résultats préliminaires prometteurs alors que la seconde partie est plus prospective, avec le développement de nouvelles réactions et de nouveaux catalyseurs. Des études de mécanisme utilisant la DFT seront réalisées afin de fournir une meilleur compréhension des processus catalytiques et d'améliorer le « design » de nos catalyseurs. Enfin, ces méthodes seront appliquées à la synthèse énantiosélective de produits pharmaceutiques ou de produits naturels d'intérêts biologiques.

Metal- and enzyme-catalysis have dominated the field of asymmetric catalysis. Since about fifteen years, organocatalysis that use of small organic molecules to catalyze organic transformations became a growing success. In particular, chiral isothioureas (ITUs) have recently emerged as valuable environmentally friendly organocatalysts for the activation of carboxylic acids. Based on the formation of chiral isothiouronium transient species, interesting catalytic asymmetric processes have been reported. However, the existing lack of modular and amenable routes to chiral ITUs has hampered the full exploration of the catalytic potential of these Lewis bases. Based on our experience in asymmetric catalysis, we are interested to develop a novel family of chiral Lewis bases, which enable to activate carboxylic acids in asymmetric transformations. In that sense, the central hypothesis driving our work is the development of new and distinct classes of Lewis bases catalysts via formal cycloaddition. We have already developed a novel synthesis of ITUs via an asymmetric cycloaddition and we will develop other cycloadditions to give access to other diverse structures. The newly designed chiral Lewis bases catalysts will be examined on established methodology to allow calibration of these catalysts. Much of the effort, however, will be on the discovery of new enantioselective reactions using the newly developed Lewis base catalysts. Some part of this Ph-D project is supported by promising preliminary results, whereas others represent new directions in either catalyst or methodology development. Mechanistic and computational studies will provide an understanding of the catalytic processes and steer the development of more effective catalysts. The application of our findings to the construction of pharmaceutical drugs or even to the synthesis of natural products will be a logical subsequent step.