Les organocatalyseurs tensioactifs

Les organocatalyseurs tensioactifs sont des molécules 2-en-1 car elles jouent à la fois le rôle de tensioactif mais également le rôle d’organocatalyseur. Dans la plus grande majorité des cas, les organocatalyseurs tensioactifs sont des dérivés de proline ou de thréonine. L’information chirale présente sur ces acides aminés est alors transmise à la molécule cible,

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ce qui est particulièrement intéressant dans le cadre de la synthèse de molécules optiquement actives à haute valeur ajoutée.

Pour la plupart de ces organocatalyseurs tensioactifs, la partie hydrophile du tensioactif joue le rôle d’organocatalyseur, auquel est greffée une partie hydrophobe.

En 2006, Y. Hayashi et al5 _{ont ainsi développé des organocatalyseurs tensioactifs avec}

des longueurs de chaine carbonée variées, dérivés de la 4-hydroxyproline pour la réaction d’aldolisation entre le o-chlorobenzaldéhyde et le propanal (Figure 52 et Tableau 8).

Figure 52 : Réaction d'aldolisation dans l'eau en présence d'un tensioactif organocatalyseur

Entrée n Rendement (%) ee (%) 1 6 39 96 2 8 57 97 3 10 60 99 4 12 54 96 5 14 15 96 6 16 32 94

Tableau 8 : Influence du nombre de carbones sur la réaction d'aldolisation

Dans un premier temps, les résultats montrent la faisabilité de la réaction dans l’eau avec le tensioactif E jouant également le rôle de catalyseur ; la même réaction réalisée avec seulement de la 4-hydroxyproline n’a pas permis d’obtenir le produit désiré.

Dans tous les cas, l’utilisation de E a abouti à la formation du diol désiré (après réduction de l’aldéhyde terminal). La longueur de la chaine carbonée à une forte influence sur le rendement. Celui-ci oscille entre 15% pour une chaine à 14 carbones (entrée 5 du Tableau

8) et 60% pour une chaine à 10 carbones (entrée 3 du Tableau 8). Concernant les excès

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l’augmentation de la longueur de la chaine carbonée (99% avec 10 carbones contre 94% avec 16 carbones, entrées 3 et 6 du Tableau 8).

Par la suite, Y. Hayashi et son équipe107 _{ont utilisé les mêmes catalyseurs tensioactifs}

pour la réaction d’aldolisation entre le benzaldéhyde et la cyclohexanone (Figure 53 et

Tableau 9).

Figure 53 : Réaction d'aldolisation entre le benzaldéhyde et la cyclohexanone dans l'eau

Entrée n Rendement (%) ee (%) 1 6 53 99 2 8 48 99 3 10 37 98 4 12 18 98 5 14 30 97 6 16 38 89

Tableau 9 : Influence du nombre de carbones sur la réaction d'aldolisation entre le benzaldéhyde et la cyclohexanone

Pour cette réaction, les rendements restent modérés avec un maximum de 53% avec une chaine à 6 carbones (entrée 1 du Tableau 9). Quant à l’excès énantiomérique, celui-ci chute de nouveau avec l’augmentation de la longueur de la chaine carbonée.

F. Hu et a.l108 _{ont, quant à eux, synthétisé des organocatalyseurs tensioactifs pour}

réaliser une addition de Michael dans l’eau (Figure 54 et Tableau 10).

107 _{S. Aratake, T. Itoh, T. Okano, N. Nagae, T. Sumiya, M. Shoi et Y. Hayashi, Chem. Eur. J., 2007, 13, 10246.} 108 _{F. Hu, C-S. Guo, J. Xie, H-L. Zhu et Z-Z. Huang, Chem. Lett., 2010, 39, 412.}

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Figure 54 : Réaction d'addition de Michael dans l'eau

Entrée cat. Rendement (%)

1 F 24

2 G 32

3 H 23

4 I 48

Tableau 10 : Résultats de la réaction d'addition de Michael dans l'eau

Grâce à l’utilisation des tensioactifs F-I, la réaction peut bien se dérouler dans l’eau et c’est avec le dérivé silylé I que le meilleur rendement est obtenu (48%, entrée 4 du Tableau

10). Les excès énantiomériques n’ont cependant pas été calculés pour cette réaction.

Il est par ailleurs important de noter que la synthèse des composés E à I fait intervenir des composés CMR (dont la pyridine) ce qui n’est pas en accord avec les principes de la chimie verte.

En 2012, J. Li et al109 ont synthétisé un organocatalyseur tensioactif dérivé de la proline présentant une fonction thiourée afin de réaliser une réaction d’addition de Michael (Figure 55).

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Figure 55 : Réaction d'addition de Michael en présence de l’organocatalyseur tensioactif J

La réaction est alors réalisée avec un bon rendement, cependant l’excès énantiomérique reste faible avec ce catalyseur.

H. Zhang et al110 ont ensuite repris la même réaction en faisant simplement varier la longueur de la chaine carbonée et en ajoutant un acide dans le milieu (de l’acide benzoïque). De bien meilleurs résultats ont alors été obtenus (Figure 56 et Tableau 11).

Figure 56 : Réaction d’addition de Michael en présence d’acide benzoïque et de K

Entrée n Rendement (%) ee (%) 1 3 83 84 2 7 93 97 3 11 82 93

Tableau 11 : Influence du nombre de carbones de K sur le rendement et l’excès énantiomérique

L’ajout d’acide benzoïque a permis d’augmenter considérablement l’excès énantiomérique qui atteint 97% avec la chaine à 7 carbones (entrée 2 du Tableau 11). Celui- ci diminue cependant ensuite lorsque la taille de la chaine carbonée augmente.

La thréonine, tout comme la proline, est un acide aminé et la présence d’une fonction alcool permet de greffer une chaine carbonée (généralement par estérification) pour en faire

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une tensioactif organocatalyseur.111 C. Wu et al112 ont utilisé ces molécules pour réaliser des réactions d’aldolisations dans l’eau (Figure 57 et Tableau 12).

Figure 57 : Réaction d'aldolisation impliquant un dérivé de thréonine

Entrée n Rendement (%) ee (%) 1 2 92 90 2 4 95 97 3 6 98 98 4 8 96 94 5 10 94 93 6 14 87 81 7 16 80 75

Tableau 12 : Influence du nombre de carbones de la thréonine

Les rendements de cette réaction sont excellents (entre 80 et 98%). Le dérivé de thréonine tensioactif à 8 carbones (entrée 3 du Tableau 12) donne les meilleurs résultats en ce qui concerne le rendement et l’excès énantiomérique. On peut de nouveau observer que l’excès énantiomérique diminue dès que la chaine carbonée dépasse 6 carbones.

Les organocatalyseurs tensioactifs présentés dans cette partie ont donc permis d’obtenir des molécules énantio-enrichies démontrant ainsi l’efficacité du concept. Cependant, les résultats obtenus en terme de rendement et d’excès énantiomérique semblent dépendants des substrats. Ceci laisse donc la place au développement de nouveaux tensioactifs portant un organocatalyseur (autre que des dérivés de la proline ou de la thréonine) qui permettraient d’obtenir de bons rendements et excès énantiomériques pour un large panel de réactions.

111 _{C. Wu, X. Fu, X. Ma, S. Li et C. Li, Tetrahedron Letters, 2010, 51, 5775.} 112 _{C. Wu, X. Fu, X. Ma et S. Li, Tetrahedron : Asymmetry, 2010, 21, 2465.}

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