Organocatalyse sur support ionique

Les liquides ioniques sont beaucoup utilisés comme « support » pour le catalyseur grâce à leurs propriétés physico-chimiques intéressantes. La plupart du temps c’est la partie cationique qui sert de support au catalyseur permettant ainsi de modifier le contre-anion pour jouer sur les propriétés physico-chimiques tel que la solubilité, point important en catalyse asymétrique. Le catalyseur sur support ionique pourra être immobiliser dans le milieu ionique ainsi faciliter le recyclage du milieu réactionnel avec un solvant non-miscible et d’extraire le produit de la réaction par simple séparation de phase.

En 2006, l’équipe de Chan et al.130 _{a utilisé le premier catalyseur de}

type proline supporté sur un support ionique pour la réaction d’aldolisation avec différents aldéhydes et l’acétone. La structure du catalyseur 77 est basée sur la 4-hydroxy-L-proline et a ensuite été comparée à la proline seule. Ils ont remarqué que dans la réaction avec leur catalyseur supporté ionique 77, ils ont obtenu de meilleurs excès énantiomériques, avec une différence de +29% d’ee par rapport à la proline (Schéma 38).

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Schéma 38: Comparaison entre la proline et un dérivé proline sur support ionique 77 sur la réaction d'aldolisation

Ils ont également réussi à recycler le catalyseur 77 par séparation de phase en utilisant un solvant non-miscible avec le milieu réactionnel et jusqu’à 4 fois sans avec une perte d’activité (Tableau 11).

Tableau 11: Etude du recyclage du catalyseur 77 sur la réaction d'aldolisation entre le 4- nitrobenzaldéhyde et l'acétone cycle rdt isolé (%) ee (%) 1 68 85 2 68 85 3 66 83 4 64 82

En 2007, l’équipe de Zhou et al.131 _{a également étudié la réaction}

d’aldolisation entre différents aldéhydes aromatiques et l’acétone dans le [bmim][BF4] en employant aussi un catalyseur sur support ionique 78

contenant pour motif un noyau imidazolium élaboré à partir d’un dérivé acide aminé, la 4-hydroxyproline (Schéma 39).

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Schéma 39: Réaction d'aldolisation catalysée par un catalyseur sur support ionique 78

Le produit d’aldolisation a été obtenu avec d’excellents excès énantiomériques. Le catalyseur supporté est immobilisé dans le milieu réactionnel et recyclé jusqu’à 6 fois sans perte d’activité par simple séparation de phase.

Lombardo et al.132 _{ont étudié la réaction d’aldolisation croisée en}

employant un catalyseur sur support ionique de type imidazolium 79 ou ammonium 80 en milieu ionique (Schéma 40).

Schéma 40: Réaction d'aldolisation croisée catalysée par 79 ou 80 dans le [bmim][NTf2]

Les auteurs ont montré que le catalyseur 79 était efficace en liquide ionique [bmim][NTf2] donnant des excès énantiomériques jusqu’à 94%. Par

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ailleurs, pour évaluer l’effet du liquide ionique comme solvant, les auteurs ont réalisé la réaction sans solvant ; un rendement de 50% et un ee de 10% ont été obtenus. Cependant le mélange liquide ionique / catalyseur supporté n’a pas pu être recyclé.

En 2008, les groupes de Zlotin133 _{et Trombini}134 _{ont synthétisés des}

catalyseurs chiraux amphiphile dérivé de la 4-hydroxy-L-proline sur support ionique 81-85. Ils ont réalisé l’étude de la réaction d’aldolisation entre le cyclohexanone et différents aldéhydes (Tableau 12).

Tableau 12: Réaction d'aldolisation entre le cyclohexanone et différents aldéhydes aromatiques catalysés par des catalyseurs sur support ionique

entrée catalyseur rdt (%) anti (%) ee (%)

1 20-95 84-97 80-99

2 60-93 95-99 96-99

133 _{Siyutkin, D. E., Kucherenko,A. S., Zlotin S., Tetrahedron. Lett., 2008, 49, 1212-1216.} 134 _{Lambardo M., Easwar S., De Marco A., Pasc, F., Trombini C., Org. Biomol. Chem., 2008,} 6, 4224-4229.

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entrée catalyseur rdt (%) anti (%) ee (%)

3 38-97 90-97 93-99

4 65-99 62-99 92-99

5 25-87 63-99 91-99

Les auteurs ont montré l’efficacité d’un catalyseur sur support ionique conduisant aux produits d’aldolisations avec d’excellentes dia- et énantiosélectivités tout en recyclant le catalyseur jusqu’à quatre fois sans perte d’activité (entrées 2, 4 et 5). Toutefois la charge catalytique engagée reste assez élevée (30 mol%). En 2009, l’équipe de Zlotin135 _{a également}

amélioré la propriété hydrophobe du catalyseur en modifiant sa partie ionique par le remplacement du motif imidazolium par un motif pyridinium (entrée 3) permettant de recycler le catalyseur jusqu’à six fois sans perte d’activité. De plus, ils ont également modifié la partie catalytique (dérivé hydroxyproline) afin d’abaisser la charge catalytique jusqu’à 1 mol% (entrées 4 et 5) tout en

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obtenant d’excellentes dia- et énantiosélectivités. Cela a également permis d’améliorer le recyclage du catalyseur jusqu’à huit fois sans perte d’activité.

En 2010, l’équipe de Wang136 _{a également étudié la réaction d’addition}

de Michael en milieu ionique mais cette fois-ci avec un organocatalyseur chiral supporté sur un cation alkylammonium quaternaire, la pyrrolidine-DABCO tétrafluoroborate 86a (Schéma 41).

Schéma 41: Réaction d'addition de Michael catalysée par le composé 86a

L’étude réalisée dans le liquide ionique [bmim][BF4] a conduit au produit

de Michael avec d’excellentes dia- et énantiosélectivités. De plus, le catalyseur 86a et le [bmim][BF4] ont été recyclés et réutilisés jusqu’à cinq fois sans perte

d’activité catalytique.

6. Conclusion

Cette étude bibliographique a souligné les avantages et les limites des liquides ioniques utilisés comme solvants de réaction catalytique. Leurs propriétés physico-chimiques incluant une très faible tension de vapeur, la stabilité thermique et leur fort pouvoir solubilisant des composés organiques font que ces milieux commencent à être reconnus comme solvants à part

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entière ce qui a conduit à un bon développement des réactions de synthèse organique, particulièrement en catalyse asymétrique, point important dans la chimie actuelle. A ce jour, de nombreux liquides ioniques chiraux ont été synthétisés à partir des acides aminés naturels et ont prouvé leur efficacité dans plusieurs réactions asymétriques. A travers les exemples qui ont été présentés précédemment, ils ont montré qu'ils pouvaient jouer le rôle à la fois de solvant et/ou de catalyseur dans la réaction d’aldolisation énantiosélective. Certains liquides ioniques ont même été greffés sur des organocatalyseurs. Leur modularité structurale fait d'eux de bons candidats dans le domaine de la synthèse organique asymétrique. La recyclabilité du milieu réactionnel avec un solvant non miscible contenant le liquide ionique et le catalyseur est un atout majeur pour la catalyse énantiosélective.

Nous nous sommes donc intéressés à l’élaboration de peptides sur support ionique à partir d’un acide aminé, la (S)-histidine et qui seront étudiés par la suite dans la réaction d’aldolisation croisée énantiosélective en milieu ionique.

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CHAPITRE 3 :