Activations en chimie moléculaire - Louis Fensterbank

Louis Fensterbank
Activations en chimie moléculaire
Collège de France
Année 2025-2026

Séminaire - Ilan Marek : Utilisation de carbocations en synthèse stéréosélective

Ilan Marek
Université de Bordeaux

Résumé

La substitution nucléophile sur un centre carboné sp³ constitue l'une des transformations les plus fondamentales et les plus utilisées en chimie organique. Si l'issue stéréochimique d'une réaction SN2 est bien connue – elle s'opère avec inversion de configuration –, son analogue unimoléculaire, la réaction SN1, conduit le plus souvent à des mélanges racémiques. Elle s'accompagne en outre fréquemment de réactions concurrentes indésirables, telles que l'élimination de proton, ainsi que de réarrangements par migration d'hydrure ou d'alkyle. De ce fait, le contrôle de la stéréochimie dans les réactions de type SN1 demeure un défi majeur.

Dans cet exposé, nous présentons une stratégie nouvelle, robuste et entièrement prévisible pour contrôler la stéréochimie des processus de type SN1. Cette approche ouvre de nouvelles perspectives pour la synthèse stéréosélective de systèmes acycliques, en s'appuyant sur l'utilisation de carbocations non classiques.

Notre méthode permet, dans des réactions SN1 spécifiques, d'orienter la transformation de manière sélective vers une inversion complète ou une rétention totale de configuration. Elle donne ainsi accès à des produits acycliques obtenus sous la forme d'un unique régioisomère, diastéréoisomère et énantiomère, comportant plusieurs centres stéréogènes adjacents. Nous montrerons également comment tirer parti de réarrangements des carbocations, bien documentés, impliquant la rupture de liaisons C–C, afin de former de nouvelles liaisons C–C stéréodéfinies à des positions éloignées du carbocation initial, avec un contrôle stéréochimique intégral, y compris en présence de groupes fonctionnels sensibles.

Louis Fensterbank
Activations en chimie moléculaire
Collège de France
Année 2025-2026

06 - Espèces réactives et intermédiaires : Jouer avec les espèces réactives

Louis Fensterbank
Activations en chimie moléculaire
Collège de France
Année 2025-2026

Séminaire - Jean-Philippe Goddard : Photocatalyse sous lumière infrarouge : la synthèse organique invisible à l'œil nu

Jean-Philippe Goddard
ENSCMu – université de Haute-Alsace

Louis Fensterbank
Activations en chimie moléculaire
Collège de France
Année 2025-2026

05 - Espèces réactives et intermédiaires : Espèces réactives photogénérées

Louis Fensterbank
Activations en chimie moléculaire
Collège de France
Année 2025-2026

Séminaire - Philippe Dauban & Guillaume Prestat : « Nitrène de Rhodium » et amination sélective de liaison C(sp3)–H. Fer et hydroxylamine : un couple durable pour les réactions d'amination

Philippe Dauban
Institut de Chimie des Substances Naturelles, Gif-sur-Yvette

Guillaume Prestat
Université Paris Cité

Résumé de l'intervention de Philippe Dauban

« Nitrène de Rhodium » et amination sélective de liaison C(sp3)–H

Le paradigme d'une liaison C–H spectatrice en synthèse est désuet depuis l'émergence des réactions de fonctionnalisation C–H catalytique. Toutefois, ces réactions posent des défis en matière de sélectivité, car toute molécule possédant un grand nombre de liaisons C-H de réactivité très similaire, comment convertir sélectivement une seule de ces liaisons ? Plusieurs stratégies ont été mises au point pour contrôler la sélectivité des réactions de fonctionnalisation C–H, 1) par la conception de processus dirigés, qui incluent les processus d'activation C–H ou les réactions intramoléculaires, ou 2) en tirant parti des propriétés électroniques/stériques des composés organiques.1 Bien qu'efficaces et sélectives, ces réactions contrôlées par le substrat ont leurs limites, notamment en ce qui concerne les liaisons C–H non activées qui restent souvent inaccessibles (BDE > 95 kcal.mol-1).

Une solution pour dépasser ces limites repose sur le concept de « sélectivité contrôlée par le catalyseur » 2 qui est envisageable avec les « nitrènes de rhodium ». Ce sont des espèces azotées hautement électrophiles qui permettent de convertir les liaisons C(sp3)–H riches en électrons (par exemple, les liaisons C–H benzyliques) en liaison C–N. Cependant, la sélectivité de ces réactions d'amination C–H peut être ajustée en modifiant la structure des espèces catalytiques. Au cours de cette présentation, nous discuterons de nos derniers résultats sur l'amination sélective de différentes classes de liaisons C–H (des liaisons benzyliques aux liaisons non activées), qui ont été rendues possibles grâce à la découverte de nitrènes de rhodium hautement discriminants.

Résumé de l'intervention de Guillaume Prestat

Fer et hydroxylamine : un couple durable pour les réactions d'amination

Les réactions de transfert de nitrènes catalysées par des métaux de transition constituent une stratégie puissante pour la formation de molécules contenant de l'azote. Au fil des années, divers systèmes catalytiques ont été développés, principalement à partir de complexes de rhodium, de ruthénium, d'iridium ou de cuivre, et reposant majoritairement sur l'utilisation d'iminoiodinanes comme précurseurs de nitrènes. L'efficacité réactionnelle de ces systèmes est remarquable et en particulier le couple rhodium/iminoiodinane permet d'atteindre des valeurs d'énantiosélectivité exceptionnelles. Cependant, l'emploi de ces métaux de transition rares et des iminoiodinanes pose problème en termes de durabilité et de toxicité. L'association du fer avec des dérivés de l'hydroxylamine représente une solution prometteuse pour le développement de nouveaux processus durables. Le fer présente une toxicité extrêmement faible et sa forte abondance dans la croûte terrestre garantit un accès durable à une large variété de sels peu coûteux. Les dérivés de l'hydroxylamine peuvent être synthétisés efficacement à partir de l'hydroxylamine par des procédures simples et économiques et génèrent des espèces métal–nitrène sans ajout d'oxydants externes. Notre groupe de recherche concentre ses efforts sur le développement de méthodes durables basées sur l'utilisation du couple fer/hydroxylamine. Nous présenterons nos résultats concernant les réactions d'aziridination, de difonctionnalisation intra- et intermoléculaire des alcènes, ainsi que la fonctionnalisation directe des liaisons C–H.