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Accueil > Équipes > Equipe Chimie Moléculaire Organique (CMO)
Resp. Stéphane Gastaldi

Descriptif détaillé des activités de l’équipe CMO

par webmestre - publié le , mis à jour le

Positionnement scientifique

L’équipe CMO a pour vocation le développement de nouvelles méthodologies de synthèse impliquant des intermédiaires radicalaires. Pour autant, depuis quelques années notre stratégie est d’étendre nos compétences aux interfaces avec les domaines des matériaux, des bioconversions et de la chimie supramoléculaire.
 
Certains projets phares de l’équipes sont présentés ci-après.

1- La synthèse de poly(éther-amide)s Chiraux par Résolution Cinétique Dynamique : Une voie d’accès originale à de nouveaux biomatériaux (Drs S. Gastaldi, M. Bertrand, en collaboration avec le Dr G. Gil)

En dépit des nombreuses avancées en synthèse asymétrique, l’accès aux polymères chiraux est limité. Une des principales raisons réside dans la difficulté d’obtention de monomères chiraux en grande quantité. Une alternative à ce problème est de réaliser une polymérisation par résolution cinétique dynamique.
Notre équipe a récemment développé de nouvelles méthodes de résolution cinétique dynamique (DKR) d’amines. Ces dernières associent une réaction radicalaire d’arrachement d’atome d’hydrogène par les radicaux thiyle à une résolution enzymatique. Ce concept de DKR permet d’envisager la synthèse de poly(éther-amides) chiraux, par catalyse tandem itérative. Le concept est le suivant, il associe deux systèmes catalytiques. Le premier polymérise énantiosélectivement l’amine de configuration R, le second régénère de l’amine R à partir des fonctions amines résiduelles S pour permettre leur acylation enzymatique.

Le succès obtenu dans la réalisation de DKR S-sélective grâce à l’optimisation des différents paramètres (nature de la protéase, stabilité de la protéase dans les conditions de la réaction radicalaires, nature du donneur d’acyle, du thiol……) permettent d’envisager une extension de la catalyse tandem itérative à la synthèse de polyamides de configuration S en sélectionnant des substrats appropriés. Ce sujet se situe aux interfaces matériaux/méthodologie de synthèse/bioconversion et nécessite la mise en place de collaborations pour l’analyse des polymères (caractérisations, propriétés, chiralité…).

2- Les approches physico-chimiques (spectroscopie RPE et calculs théoriques) du mécanisme de l’oxydation des dialkylzincs en relation avec leurs différences de réactivité, associées à la mise en oeuvre de nouvelles réactions tandem radicalaires et polaires (Drs L. Feray, M. Bertrand, J. Maury (doctorant), en collaboration avec les Pr S. Marque et D. Siri, ICR) Programme soutenu par une ANR jeune chercheur en 2009 (acronyme R2D2)


a- La mise en évidence, grâce aux expériences de spin-trapping, des différentes espèces à courte durée de vie (radicaux alkyle, alkoxyle et alkylperoxyle) qui se forment lors de l’oxydation des dialkylzincs est rendue possible par la mise en œuvre de la DEPMPO. Il est par ailleurs possible, grâce aux programmes de simulation, de déterminer les proportions des différentes espèces formées lors de ces réactions à différentes températures, selon les ratios dialkylzinc:DEPMPO et les conditions expérimentales. Ces expériences apportent un éclairage nouveau sur le comportement des différents composés de type R2Zn selon la nature du groupement R. De plus, le calcul des enthalpies de dissociation des liaisons C-Zn dans les différents composés de type R2Zn, RZnOR et RZnOOR complète cette approche physicochimique de la réactivité de ces composés organométalliques en milieu aérobie.


b- La recherche de nouvelles réactions en cascade mettant en jeu les réactions tandem radicalaire/anionique qui font la spécificité des dialkyzincs en milieu aérobie, a déjà permis de mettre en évidence une nouvelle synthèse de 2-acyl-γ-lactones impliquant le transfert de groupe acyle.
Par ailleurs il est possible de réaliser une réaction en cascade impliquant addition radicalaire et condensation de Darzens, l’étude du potentiel et des limites de cette nouvelle séquence est en cours.


c- L’extension de cette réactivité spécifique de certains composés organométalliques est actuellement étendue aux organocadmiens primaires (accessibles par échange) et aux alkyltitanocènes, composés pour lesquels des travaux de spectroscopie RPE publiés par des équipes russes dans les années 1970 ont déjà démontré l’implication de radicaux alkyle.


3- Réarrangements en cascade de ènediynes- Synthèse asymétrique mettant en jeu le phénomène de mémoire de chiralité (Drs M. Nechab, M. Bertrand, et D. Campolo) Programme soutenu par une ANR jeune chercheur en 2010 (acronyme MOCER)


a- Nous avons récemment démontré que le réarrangement en cascade des ènediynes impliquant successivement la formation d’allène par prototropie, la cyclisation de Myers-Saito, le transfert-1,5-d’atome d’hydrogène et le couplage du biradical réarrangé permettait de synthétiser des composés hétérocycliques tels que les tétrahydrobenzoquinoléines avec de très bons rendements.


b- Il est possible d’envisager d’introduire de la diversité structurale en jouant notamment sur la méthode de formation des allènes.


c- L’aspect certainement le plus valorisant des cette recherche en cours de développement est l’observation du phénomène de mémoire de chiralité. L’étude de l’influence des paramètres structuraux et des effets de milieu qui délimitent l’étendue de ses applications potentielles en synthèse asymétrique est en cours de développement. Les résultats obtenus à partir de dérivés de type α-aminoesters pour la synthèse stéréocontrôlée de centres quaternaires en sont une illustration.


Nous nous proposons d’exploiter ces réactions à la fois du point de vue de la compréhension des aspects mécanistiques et du point de vue des développements synthétiques.


4- Réactions radicalaires en milieu confiné – Utilisation de matériaux dérivés de silices mésoporeuses (Dr Eric Besson en interaction avec l’ensemble des chercheurs du groupe). Sujet soutenu par une bourse MNERT.


Le développement de matériaux nano- et mésoporeux est en constante expansion, dans des domaines d’applications tels que la chromatographie, le stockage des gaz, ou la catalyse.
Nous souhaitons explorer l’incidence du confinement sur la régio- et la stéréo-sélectivité des réactions radicalaires amorcées par voie thermique ou photochimique, et aussi étudier le comportement de précurseurs de radicaux greffés sur silice dans les réactions de cyclisation.


L’étude de l’influence du confinement portera tout particulièrement sur la chimio-, la régio-, et la stéréo-sélectivité des réactions radicalaires :


a- Les méthodes de fonctionnalisation sélective de liaisons C-H non activées faisant appel à différents systèmes telles que les oxydations en présence de fer ou de métaux de transition son actuellement des thèmes porteurs. Nous nous proposons de revisiter en milieu confiné des réactions de fonctionnalisation par voie radicalaire.


b- Par ailleurs, en relation avec les thématiques déjà en cours de développement dans l’équipe CMO, le prolongement logique de cette approche est son extension au transfert de chiralité et (ou) au phénomène de mémoire de chiralité et donc à la synthèse asymétrique. Les travaux préliminaires portant sur des cyclisations de type Saito-Meyers à l’aide d’un matériau mésoporeux fonctionnalisé avec des fonctions amines montrent une amélioration de l’excès énantiomérique et de la vitesse de réaction de certains substrats lors des réactions de réarrangement en cascade.
c- Le comportement de thiols greffés sur silice mésoporeuse dans les réactions de racémisation d’amine est en cours d’étude.


Une étude de l’influence de la taille des pores et des propriétés de surface est en cours, et est abordée dans le cadre d’une collaboration entre les équipes Chimie Moléculaire Organique et Matériaux Divisés du MADIREL.