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Organocatalyse

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Organocatalyse

  1. 1. 1
  2. 2. Introduction: la catalyse énantiosélectiveConcept classique de la catalyse asymétrique: métal de transition + ligand chiral Déclinaison dans une multitude de réactions Inconvénients: toxicité du métal, coût de celui-ci, et des ligands (toujours plus élaborés), conditions inertes et anhydres nécessaires… Avantage: faible quantité de catalyseur nécessaireCatalyse enzymatique 2
  3. 3. Introduction: la catalyse énantiosélectiveOrganocatalyse asymétrique: catalyseur: molécule organique Avantages du catalyseur: il est souvent issu du pool chiral, peu couteux et généralement facilement accessible. Pas de pollution de métaux toxiques, et compatibilité à l’air et l’eau. Réactions biomimétiques capable d’excellents rendements et sélectivités. Petit dépaysement: catalyseur en général à 10-20% mol… 3
  4. 4. Introduction: historique …publications sporadiques avant les années 2000, mais des points forts: …entre autresBreding, G.; Fiske, P. S. Biochem. Z. 1912, 46, 7. Pracejus, H.; Justus Liebigs Ann. Chem. 1960, 634, 9-22. Hajos, Z. G.; Parrish, D. R.; J.Org. Chem. 1974, 39, 1615-1621. Tu, Y.; Wang, Z.-X.; Shi, Y. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 9806-9807. 4
  5. 5. Introduction: historiqueL’organocatalyse asymétrique redécouverte en 2000 par List… …et MacMillan via des acides aminésList, B.; Lerner, R. A.; Barbas III, C. F. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2395-2396.Arhendt, K. A.; Borths, C. J.; MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4243-4244. 5
  6. 6. Introduction: historiqueL’organocatalyse asymétrique redécouverte en 2000 par List… …et MacMillan via des acides aminés intermoléculaire (vs Hajos-Parrish) Aube d’une prise d’intérêt de l’organocatalyse et d’une rationalisation de ses mécanismes…List, B.; Lerner, R. A.; Barbas III, C. F. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2395-2396.Arhendt, K. A.; Borths, C. J.; MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4243-4244. 6
  7. 7. IntroductionL’organocatalyse s’inspire de la nature: En 2000, List et al comparaient les activités catas. d’aldolases et de la proline Les mécanismes via imines, énamines, carbènes… sont ceux retrouvés dans les sites actifs d’enzymes (aldolases I, thiamine…)Recherche d’excès énantiomériques élevés en simplifiant au max les mécasenzymatiques pour obtenir ces mêmes sélectivités sur une gamme de substrat plusgrande (les enzymes sont très spécifiques) 7
  8. 8. Aminocatalyse Enamine Iminium Activation SOMO Cascade 8
  9. 9. Aminocatalyse: modes d’activationLa catalyse énamine: amine IIaire + aldéhyde activation HO a-fonctionnalisationLa catalyse iminium: amine IIaire + aldéhyde a, b insaturé activation BV b-fonctionnalisation D.-A.Développé pour des réactions intermoléculaires et via des aldéhydes (cétones,esters, amides)L’amine IIaire fixe la géométrie de l’imine/énamine et bloque l’accès d’une face 9
  10. 10. Aminocatalyse: modes d’activationLa catalyse énamine: amine IIaire + aldéhyde activation HO a-fonctionnalisationLa catalyse iminium: amine IIaire + aldéhyde a, b insaturé activation BV b-fonctionnalisation D.-A.Développé pour des réactions intermoléculaires et via des aldéhydes (cétones,esters, amides)L’amine IIaire fixe la géométrie de l’imine/énamine et bloque l’accès d’une face 10
  11. 11. Aminocatalyse: énaminesCatas: proline, prolines modifiées, imidazolinones, imidazoles Géométrie E de l’énamine prédominante  conformation s-trans la plus stable (répulsion stérique avec la s-cis) 11
  12. 12. Aminocatalyse: énaminesCatas: proline, prolines modifiées, imidazolinones, imidazoles Géométrie E de l’énamine prédominante conformation s-trans la plus stable (répulsion stérique avec la s-cis) il s’ensuit deux types d’approche: gpmt encombrant liaison-hydrogène 12
  13. 13. Aminocatalyse: énamines Catas: proline, proline modifiées, imidazolinones, imidazole Conformères s-trans-trans les plus stables, il s’ensuit deux types d’approche: Ex. avec l’a-amination d’aldéhydes via le diéthylazodicarboxylate: gpmt encombrant liaison-hydrogèneFranzén, J.; Marigo, M.; Fielenbach, T. C.; Wabnitz, T. C.; Kjaersgaard, A.; Jørgensen, K. A. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 18296. 13
  14. 14. Aminocatalyse: énamines Réactions d’aldolisation: la proline est souvent utilisée pour ses bonnes sélectivités ex. d’aldolisation de cétone a-oxygénée sur aldéhyde a-oxygéné: produit anti majoritaire, dia trans obtenu dépendant du catalyseur, pas du substrat ici appliqué à la synthèse de sucresEnders, D. ; Grondal, C. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 1210-1212. 14
  15. 15. Aminocatalyse: énamines Réactions d’aldolisation: La proline est souvent utilisée pour ses bonnes sélectivités ex. d’aldolisation de cétone a-oxygénée sur aldéhyde a-oxygéné: NB: Les réactions catalysées par la Proline sont plus rapides en présence d’eau, mais si co-solvant perte ee (on casse l’état de transition avec LH)Enders, D. ; Grondal, C. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 1210-1212. 15
  16. 16. Aminocatalyse: énamines Réactions type-Mannich: ex. d’a-amination de carbonyle via une imine catalysée par un tétrazole (Ley) produit syn majoritaire (comme la proline) catalyseur plus soluble que la proline dans solvants classiques, qté vraiment catalytique et plus acide que la proline dans le DMSO (aldolisation rapide car l’énamine se forme vite et stéréocontrôle + facile)Cobb, A. J. A.; Shaw, D. M.; Ley, S. V. Synlett, 2004, 558-560. 16
  17. 17. Aminocatalyse: énamines Réactions type-Mannich: ex. d’a-amination de carbonyle via une imine catalysée par un tétrazole (Ley) E.T. 6 centres chélaté (aussi avancé pour la Proline et les dérivés LH)Cobb, A. J. A.; Shaw, D. M.; Ley, S. V. Synlett, 2004, 558-560. 17
  18. 18. Aminocatalyse: énamines Réactions type-Mannich: ex. d’a-amination de carbonyle via une imine catalysée par un diarylprolinol sylil-éther (Jørgensen) ici isomère trans majoritaire car approche de l’électrophile guidée par la minimisation des répulsions stériques ce système d’approche permet d’utiliser des électrophiles mauvais accepteurs LH (les antipodes sont obtenus par un dérivé (R)-proline)Franzén, J.; Marigo, M.; Fielenbach, D.; Wabnitz, T. C., Kjaersgaard, A., Jørgensen, K. A. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16408-16409. 18
  19. 19. Aminocatalyse: énamines Réactions de fluoration énantiosélectives (Chimie Médicinale): La proline est complètement inefficace → approche via encombrement stérique ee élevés (94-98%) et pas d’ex. précédents sur des aldéhydes le catalyseur de MacMillan est un dérivé de la phénylalanineMarigo, M.; Wabnitz, T. C.; Fielenbach, D.; Braunton, A.; Kjaersgaard, A., Jørgensen, K. A. Angew. Chem; . Int. Ed. Eng. 2005, 44,3703. Beeson, T. D.; MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 8826-8828. 19
  20. 20. Aminocatalyse: énamines Synthèse totale du Callipeltoside C (MacMillan): Aldolisation: différentiation aldéhydes Oxamination: N chélaté par la proline →activation de l’oxygèneCarpenter, J.; Northrup.; A. B.; Chung, D. M.; Wiener, J. J. M.; Kim, S.-G.; Macmillan, D. W. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47,3568-3572. 20
  21. 21. Aminocatalyse: énamines Synthèse totale du Callipeltoside C (MacMillan): dimerisation et non oligomerisation 11% Rdt sur 20 étapesCarpenter, J.; Northrup.; A. B.; Chung, D. M.; Wiener, J. J. M.; Kim, S.-G.; Macmillan, D. W. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47,3568-3572. 21
  22. 22. Aminocatalyse: énamines Synthèse totale du Callipeltoside C (MacMillan): dimerisation et non oligomerisation aldolisation douce, sans pré-activation des carbonyles formation énolate avec base forte et copule chirale stoechio. 11% Rdt sur 20 étapesCarpenter, J.; Northrup.; A. B.; Chung, D. M.; Wiener, J. J. M.; Kim, S.-G.; Macmillan, D. W. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47,3568-3572. 22
  23. 23. Aminocatalyse: iminiumsAddition conjuguée de Nu sur des aldéhydes a, b-insaturés: ex. avec l’imidazolidinone de MacMillan: espèce réactive: iminium diénium s-trans plus stable, orienté à l’opposé du gem-diméthyle → géométrie fixée le groupement benzylique encombre la face Si → énantiosélectivité 23
  24. 24. Aminocatalyse: iminiums Réaction de Diels-Alder (synthèse de l’amaminol B) Cata de MacMillan: gem-diméthyl écrante l’azote t-Bu + sélectif (diénium E) et plus généralJacobs, W. C.; Christmann, M. Synlett, 2008, 247-251. 24
  25. 25. Aminocatalyse: iminiums Addition conjuguée de nitrométhane: cata. De Jørgensen (2 dias):Szanto, G.; Hegedus, L.; Mattyasovszky, L.; Simon, A.; Bitter, I.; Toth, G.; Toke, L.; Kadas, I. Tetrahedron, 2009, 65, 8412-8417. 25
  26. 26. Aminocatalyse: iminiums Addition conjuguée de nitrométhane: cata. De Jørgensen (2 dias): trans-iminiums plus stables p-stacking et encombrement CH3/BnSzanto, G.; Hegedus, L.; Mattyasovszky, L.; Simon, A.; Bitter, I.; Toth, G.; Toke, L.; Kadas, I. Tetrahedron, 2009, 65, 8412-8417. 26
  27. 27. Aminocatalyse: activation SOMO Découverte de MacMillan et Sibi en 2007: Création d’une espèce intermédiaire à 3 p électronsSibi, M. P.; Hasegawa, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4124-4125. Jang, H.-Y., Hong, J.-B., MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc.2007, 129, 7004-7005. Beeson, T. D.; Mastracchio, A.; Hong, J.-E.; Ashton, K.; MacMillan, D. W. C. Science 2007, 316, 582-585. 27
  28. 28. Aminocatalyse: activation SOMO Découverte de MacMillan et Sibi en 2007: Création d’une espèce intermédiaire à 3 p électronsSibi, M. P.; Hasegawa, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4124-4125. Jang, H.-Y., Hong, J.-B., MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc.2007, 129, 7004-7005. Beeson, T. D.; Mastracchio, A.; Hong, J.-E.; Ashton, K.; MacMillan, D. W. C. Science 2007, 316, 582-585. 28
  29. 29. Aminocatalyse: activation SOMO Découverte de MacMillan et Sibi en 2007: Création d’une espèce intermédiaire à 3 p électrons C-C (MacMillan) formation de liaison C-C, C-O (piégeage TEMPO par Sibi), C-N, C-S CAN: oxydant (Cp2FeBF4 pour Sibi)Sibi, M. P.; Hasegawa, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4124-4125. Jang, H.-Y., Hong, J.-B., MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc.2007, 129, 7004-7005. Beeson, T. D.; Mastracchio, A.; Hong, J.-E.; Ashton, K.; MacMillan, D. W. C. Science 2007, 316, 582-585. 29
  30. 30. Aminocatalyse: activation SOMO Cyclisation polyène (MacMillan): série de cyclisations radicalaires 6-endo-trig 7 centres contrôlés cata classique de MacMillan inefficace CuII oxydant de l’activation SOMO et de la terminaisonRendler, S.; MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132(14), 5027-5029. 30
  31. 31. Aminocatalyse: activation SOMO Cyclisation polyène: alternance radical pauvre en e-/double liaison riche en e- et vice-versaRendler, S.; MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132(14), 5027-5029. 31
  32. 32. Aminocatalyse: organocat. photoredox a-benzylation énantiosélective d’aldéhydes (radical sur énamine (SOMO-phile)) Organocatalyse couplée catalyse photoredox (Ir) imidazolidinone adaptée couplage énantiosélectif avec des aromatiques pauvres en électrons cata méta (Ir) oxydant et réducteur…Shih, H.-W.; Vander, M. N.; Grange, R. L.; MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132(39), 13601. 32
  33. 33. Aminocatalyse: organocat. photoredox a-benzylation énantiosélective d’aldéhydes radical électrophile et énamine nucléophileShih, H.-W.; Vander, M. N.; Grange, R. L.; MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132(39), 13601. 33
  34. 34. Aminocatalyse: organocat. photoredox a-benzylation énantiosélective d’aldéhydes radical électrophile et énamine nucléophile cat. photoredox oxyde l’amino radical et réduit le dérivé bromé photoexcitation du cat. Cycles tandem!Shih, H.-W.; Vander, M. N.; Grange, R. L.; MacMillan, D. W. C. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132(39), 13601. 34
  35. 35. Aminocatalyse: catalyse en cascade Cascade iminium/ énamine (MacMillan): imidazolidinones catas de choix en catalyse iminium catalyse via énamine possible, mais… pas d’activation de l’électrophile proline catalyseur de choix en catalyse énamine cata bifonctionnel avec activation de l’électrophile inefficace en catalyse iminum avec énals et énonesSimmons, B.; Walji, A. M.; MacMillan, D. W. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4349-4353. 35
  36. 36. Aminocatalyse: catalyse en cascade Cascade iminium/ énamine (MacMillan): addition séquentielle (imid. puis Pro.) Spécificité imidazolidinone/iminium et proline/énamineSimmons, B.; Walji, A. M.; MacMillan, D. W. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4349-4353. 36
  37. 37. Aminocatalyse: catalyse en cascade Cascade iminium/ énamine (MacMillan): addition séquentielle (imid. puis Pro.) Spécificité imidazolidinone/iminium et proline/énamine : sélection du dia désiréSimmons, B.; Walji, A. M.; MacMillan, D. W. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4349-4353. 37
  38. 38. Aminocatalyse: catalyse en cascade Cascade métathèse/iminium/énamine (MacMillan): Synthèse de la (-)-aromadendranediolSimmons, B.; Walji, A. M.; MacMillan, D. W. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4349-4353. 38
  39. 39. Aminocatalyse: catalyse en cascade Cascade métathèse/iminium/énamine (MacMillan): Synthèse de la (-)-aromadendranediolSimmons, B.; Walji, A. M.; MacMillan, D. W. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4349-4353. 39
  40. 40. Aminocatalyse: catalyse en cascade Cascade métathèse/iminium/énamine (MacMillan): Synthèse de la (-)-aromadendranediolSimmons, B.; Walji, A. M.; MacMillan, D. W. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4349-4353. 40
  41. 41. Aminocatalyse: catalyse en cascade Cascade métathèse/iminium/énamine (MacMillan): Synthèse de la (-)-aromadendranediolSimmons, B.; Walji, A. M.; MacMillan, D. W. C. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4349-4353. 41
  42. 42. ConclusionLes amines chirales catalysent bcp de réactions jusque-là catalysées par des métauxde transition…et des réactions inéditesPas de catalyseur universel (tel dérivé de la proline pour telle aldolisation)Conditions opératoires peu contraignantes (H2O, O2)Réactions efficaces et sélectives 42
  43. 43. Conclusion: organocatalyse 43
  44. 44. Merci de votre attention 44
  45. 45. bibliographieLIVRES:Berkessel, A. Gröger, H. Asymmetric Organocatalysis, From Biomimetic Concepts to Applications in Asymmetric synthesis. VCH,Weinheim, 2005.Dalko, Peter I. Enantioselective Organocatalysis: Reactions and Experimental Procedures. VCH, Weinheim, 2007.REVUES:(Mechanisms in aminocatalysis) Nielsen, M.; Worgull, D.; Zweifel, T.; Gschwend, B.; Bertelsen, S.; Jørgensen, K. A. Chem. Commun.2010, ASAP.(Asymmetric organocatyalysis in total synthesis - atrial by fire) Marqués-López, E.; Herrera, R. P.; Christmann, M. Nat. Prod.Chem. 2010, 27, 1138-1167.(In water, on water, and by water: mimicking nature’s aldolase ’s with organocatalysis ans water) Mase, N.; Barbas III, C. F. Org.Biomol. Chem. 2010, 8, 4043-4050.(a,a-Diarylprolinols: bifunctionnal organocatalysis for asymmetric synthesis) Lattanzi, A.; Chem. Commun. 2009, 1452-1463.(Asymmetric catalysis with chiral primary amine-based organocatalysts) Xu, L.-W., Luo, J.; Lu, Y. Chem. Commun. 2009, 1807-1821.(Organocatalysis-after the gold rush) Bertelsen, S.; Jørgensen, K. A. Chem. Soc. Rev, 2009, 38, 2178-2189.(Asymmetric Organocatalysis: From Infancy to Adolescence) Dondoni, A.; Massi, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4638-4660.(Asymmetric Organocatalytic Domino Reactions) Enders, D.; Grondal, C.; Hüttl, M. R. M. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 1570-1581. 45…

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