STRATEGIES REGIOSELECTIVES DE MULTIFORMATION DE LIAISONS C-C PAR REARRANGEMENT METALLOTROPIQUE ET VALORISATION DE CO2

REGIOSELECTIVE STRATEGIES FOR MULTIFORMING C-C BONDS THROUGH METALLOTROPIC REARRANGEMENT AND VALORISATION OF CO2

• Auteur / Autrice : Hugo Lopez
• Direction : Andreea Pasc
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 04/11/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : L2CM - Laboratoire Lorraine de Chimie Moléculaire

Mots clés

Mots clés libres

Formation de liaisons C-C multiples

Récupération du CO2

Activation de liaisons C-H à distance

Lithium-organzinc

Réarrangement métallotropique

Multiple C-C bond formation

CO2 Recovery

Remote C-H activation

Lithium-organzinc

Metallotropic rearrangement

Résumé

L'arsenal des méthodes de synthèse organique disponibles pour la communauté chimique est incroyablement riche et continue de croître de manière exponentielle. Actuellement, les chimistes organiciens sont capables de synthétiser un nombre infini de molécules à valeur ajoutée afin de répondre aux attentes des chercheurs dans des disciplines connexes telles que la pharmacie, la biologie et les matériaux. Par conséquent, il est devenu évident que la vraie question n'est plus de savoir si nous pouvons synthétiser une molécule particulière mais plutôt comment pouvons-nous la synthétiser de manière efficace et rapide à partir de matières premières bon marché et facilement accessibles. En termes concrets, comment passer efficacement de la simplicité moléculaire à la complexité moléculaire en un temps record? Jusqu'à récemment, la plupart des efforts en chimie de synthèse organique étaient presque exclusivement dirigés vers le développement de voies synthétiques dans lesquelles une étape synthétique aboutissait à la création d'une seule liaison C-C de manière prévisible. De nos jours, de plus en plus d'efforts sont consacrés à l'exploitation du concept d'économie de pot, permettant de réaliser plusieurs transformations synthétiques et étapes de formation de liaisons dans un seul récipient, tout en évitant les opérations de traitement et de purification traditionnelles. Si ce concept est associé à l'utilisation de ressources abondantes et/ou renouvelables et/ou biocompatibles, il permettrait de tendre vers la synthèse idéale. L'approche basée sur les réactions domino/combinées représente incontestablement une mise en œuvre élégante de ce concept. Dans ce travail de doctorat, nous nous intéresserons au développement de réactions impliquant plusieurs plateformes hétérocycliques et permettant la formation régiosélective de deux voire trois liaisons C-C à des sites distants en une seule opération et en utilisant un unique réactif organométallique. Notre philosophie reposera sur l'utilisation du tableau PAIRiodique des éléments, en particulier l'élément zincate de lithium ‘LiZn' (Z = 3-30, χ = 0,67). Dans ce contexte, notre équipe a récemment rapporté la fonctionnalisation à distance médiée par le LiZn à travers l'induction interne d'une large gamme de dérivés de p-iodobenzyl mésylate. La transformation impliquait cinq étapes élémentaires, y compris un réarrangement métallotropique comme processus de communication entre le site d'initiation et le site de fonctionnalisation. Elle permettait la formation régiosélective d'une liaison C(sp3)-C(sp2) et d'une liaison C(sp3)-C(sp3) à des sites distants de cinq atomes en une seule opération et en utilisant un biosolvant. La première partie de ce travail sera consacrée à la première extension du champ d'application de cette réaction à plusieurs motifs hétérocycliques à 5 membres, à savoir thenyl, furfuryl et (oxazol-5-yl)methyl. Nous élaborerons une tactique synthétique divergente basée sur le LiZn pour la formation en une seule opération de deux voire trois liaisons C-C, y compris à un site non préactivé à travers une réaction anormale. La deuxième partie sera dédiée au développement de la première version diastéréosélective de cette transformation avec des dérivés d'isoxazole comme substrats. La troisième partie sera l'opportunité de concevoir des séquences de réaction multiforme de liaison C-C promues par LiZn incluant un transfert 1,2 d'un ligand chiral avec rétention de configuration comme étape clé. Enfin, les produits résultant des séquences synthétiques précédemment développées seront fonctionnalisés par l'incorporation d'une molécule de CO2 ou de CO afin d'accéder à des molécules à valeur ajoutée. Des processus catalytiques/photocatalytiques basés sur des métaux abondants seront utilisés à cet égard.

Arsenal of organic synthetic methods available to the chemical community is astoundingly rich and continues to grow exponentially. As of now, organic chemists are able to synthesise an infinite number of added-value molecules in order the address the expectations of the other researchers in related disciplines such as pharmacy, biology and materials. Consequently, it became apparent that the real question is no longer whether we can synthesise a particular molecule but rather how can we synthesise it efficiently and expeditiously from cheap and easily accessible starting materials. In concrete terms, how to efficiently move on from the molecular simplicity to the molecular complexity in a record time? Until fairly recently, most of the efforts in organic synthetic chemistry were almost exclusively directed towards the development synthetic routes in which one synthetic step resulted in the creation of only one C-C bond in a predictable manner. Nowadays, more and more efforts are dedicated to the exploitation of the pot economy concept enabling to carry out several synthetic transformations and bond-forming steps in a single vessel, while avoiding traditional workup and purification operations at the same time. If associated with the use of abundant and/or renewable and/or biocompatible resources, this concept would enable to tend more towards the ideal synthesis. Combined domino/consecutive reaction-based approach unquestionably represents an elegant implementation of this concept. In this PhD work, we will be interesting in the development of reactions involving several heterocyclic platforms and allowing the regioselective formation of two or even three C-C bonds at distant sites in a single operation and by using a unique organometallic reagent. Our philosophy will rely on the use of the PAIRiodic table of elements, especially the lithium zincate ‘LiZn' element (Z = 3-30, χ = 0,67). In this context, our team recently reported the LiZn-mediated remote functionalisation through internal induction of a wide range of p-iodobenzyl mesylate derivatives. The transformation involved five elementary steps including a metallotropic rearrangement as a communication process between the initiation site and the functionalisation site. It allowed the regioselective formation of a C(sp3)-C(sp2) bond and a C(sp3)-C(sp3) bond at sites five atoms apart in a single process and using a biosolvent. The first part of this work will be dedicated to the first extension of the scope of this reaction to several 5-membered ring heterocyclic motifs, namely thenyl, furfuryl and (oxazol-5-yl)methyl. We will elaborate a LiZn-based divergent synthetic tactic for the one-pot formation of two or even three C-C bonds, including at a non-preactivated site through abnormal reaction. The second part will be devoted to the development of the first diastereoselective version of this transformation with isoxalole derivatives as substrates. The third part will a opportunity to conceive LiZn-promoted C-C bond multiforming reaction sequences including a 1,2-transfert of a chiral ligand with retention of configuration as a key elementary step. Finally, the products resulting from the previously developed synthetic sequences will be functionalised by incorporation of a CO2 or CO molecule in order to access added-value molecules. Abundant metal-based catalytic/photocatalytic processes will be used in this regard.