Article

1 - RÉACTIONS DOMINO ET MULTICOMPOSÉ DIASTÉRÉOSÉLECTIVES

2 - RÉACTIONS DOMINO ET MULTICOMPOSÉ ÉNANTIOSÉLECTIVES

3 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : CHV2210 v1

Utilisation des dérivés 1,3-dicarbonylés dans les réactions domino et multicomposé

Auteur(s) : Damien BONNE, Thierry CONSTANTIEUX, Yoann COQUEREL, Jean RODRIGUEZ

Relu et validé le 17 oct. 2017

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RÉSUMÉ

Les liaisons covalentes, c'est à dire celles qui lient deux atomes grâce à la mise en commun d'électrons provenant de chacun d'eux, sont des éléments essentiels de la chimie et de la physique. En effet, ces liaisons sont à l'origine de la construction des molécules (une ou plusieurs liaisons covalentes créées dans la même opération par réaction entre plusieurs substrats). Certaines particularités de ces liaisons déterminent des spécificités : une réaction est dite domino lorsqu'au moins deux liaisons covalentes sont créées. Lorsqu'au moins trois substrats sont impliqués dans la réaction, on parle de réaction multicomposée. Ce type de réactions chimiques est particulièrement intéressant car il permet d'économiser des étapes, donc d'être plus respectueux de l'environnement. Les composés 1,3-dicarbonylés sont également intéressants car ces plateformes synthétiques permettent de créer plusieurs liaisons covalentes dans la même opération grâce à la présence de quatre sites réactionnels. Cet article présente les réactions domino et/ou multicomposées impliquant au moins un partenaire 1,3-dicarbonylé.

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ABSTRACT

Usage of 1.3 dicarbonyl derivatives in domino and multicomponent reactions

Covalent linkages, i.e. that link two atoms by associating their respective electrons, are essential elements in physics and chemistry. Indeed, such linkages are at the origin of the construction of molecules (one or more covalent linkage created in one operation by the reaction between several substrates). Certain characteristics of these linkages have led to differentiations; a reaction is called domino when a minimum of two covalent linkages are created. Where a minimum of three substrates are involved in the reaction, it is called multicomponent. This type of chemical reactions is of major interest as it allows for reducing the number of stages and therefore for preserving the environment. The 1.3 dicarbonyl compounds are also of great interest as these synthetic platforms allow for the creation of several covalent reactions in one operation due to the presence of four reactional sites. This article presents the domino and/or multicomponent reactions involving at least one 1.3 dicarbonyl compound.

Auteur(s)

  • Damien BONNE : Maître de conférences, Aix-Marseille Université - Institut des Sciences Moléculaires de Marseille, CNRS-UMR 6263, Centre Saint-Jérôme

  • Thierry CONSTANTIEUX : Professeur des Universités, Aix-Marseille Université - Institut des Sciences Moléculaires de Marseille, CNRS-UMR 6263, Centre Saint-Jérôme

  • Yoann COQUEREL : Chargé de recherche au CNRS, Aix-Marseille Université - Institut des Sciences Moléculaires de Marseille, CNRS-UMR 6263, Centre Saint-Jérôme

  • Jean RODRIGUEZ : Professeur des Universités, Aix-Marseille Université - Institut des Sciences Moléculaires de Marseille, CNRS-UMR 6263, Centre Saint-Jérôme

INTRODUCTION

Une stratégie conceptualisée récemment  , bien qu'utilisée depuis plusieurs milliards d'années par la Nature pour construire les molécules du vivant, consiste à utiliser des outils de synthèse (c'est-à-dire des réactions chimiques) modernes et plus efficaces pour créer plusieurs liaisons covalentes dans la même opération par une réaction entre deux (ou plus) substrats différents .

Ainsi, on appelle réaction domino une transformation chimique qui permet de créer au moins deux liaisons covalentes par une cascade réactionnelle en une seule opération et sans changement des conditions de la réaction .

Par ailleurs, on nomme réaction multicomposé une transformation qui implique au minimum trois substrats différents et dont le produit contient une partie substantielle de chacun des substrats, quel que soit le mécanisme impliqué .

Il apparaît donc évident que l'utilisation de réactions domino et/ou multicomposées dans une synthèse permet une diminution du nombre d'étapes total, répondant ainsi aux critères d'efficacité et de propreté maintenant requis. En effet, moins d'étapes implique une économie de déchets, de ressources humaines, de matières premières et d'énergie. De même, les réactions domino et/ou multicomposées permettent souvent de s'affranchir des étapes de protection/déprotection, ainsi que de la purification des intermédiaires réactionnels. Les transformations permettant de créer plusieurs liaisons covalentes dans la même opération sont devenues des outils indispensables de la chimie verte .

Avec l'introduction de ces nouveaux outils de synthèse chimique, la notion d'efficacité d'une réaction ou d'un procédé a évolué. En effet, en plus des critères « classiques » que sont le rendement et la sélectivité, on préfère aujourd'hui évaluer l'efficacité d'une transformation en intégrant des critères supplémentaires comme :

  • le nombre de nouvelles liaisons covalentes ou de cycles créés (ou rompus) ;

  • la demande énergétique de la transformation ;

  • le temps de la réaction ;

  • la nature et la quantité des matières premières utilisées et des déchets produits.

L'ensemble de ces nouveaux critères d'efficacité peut être regroupé sous le terme « éco-compatibilité », où le préfixe « éco- » est utilisé pour écologique et économique.

Depuis le début des années 1990, les réactions domino et/ou multicomposées ont essentiellement été utilisées pour la synthèse de grandes librairies de molécules hétérocycliques à visée thérapeutique  . Intrinsèquement, ces réactions permettent un accès rapide et facile à de nombreuses familles de molécules relativement simples mais possédant une très grande diversité fonctionnelle et structurale, ces deux critères étant primordiaux pour la découverte de nouvelles molécules bioactives.

Les réactions qui permettent la création de plusieurs liaisons covalentes dans la même opération ne sont bien sûr envisageables qu'avec des substrats qui possèdent plusieurs centres réactionnels. Dans ce contexte, les composés 1,3-dicarbonylés (ou β-dicarbonylés) sont des plates-formes synthétiques exceptionnelles grâce à la présence de quatre sites réactionnels contigus avec un caractère alternativement électrophile et nucléophile modulable en fonction de la nature des substituants. Un choix judicieux des partenaires réactionnels et des conditions opératoires peut permettre de réaliser des réactions successives totalement chimio-, régio- et stéréosélectives, inter- ou intramoléculaires, contribuant ainsi à créer de la complexité moléculaire à partir de substrats simples et faciles d'accès. Dans le cas des composés 1,3-dicarbonylés, on utilise souvent la nomenclature α,β,γ pour désigner la régiosélectivité des réactions.

Dans ce dossier sont étudiées les réactions domino et/ou multicomposées impliquant au moins un partenaire 1,3-dicarbonylé. Bien sûr, l'objectif n'est pas de prétendre à l'exhaustivité, et dans la suite, seule une sélection d'exemples illustratifs des principales réactions domino et/ou multicomposées impliquant des composés 1,3-dicarbonylés est présentée. Les cas de réactions avec les dérivés maloniques symétriques impliquant un seul type de réactivité ne sont pas présentés.

Aperçu historique

En 1828, Friedrich Wöhler réalisait la synthèse de l'urée à partir de l'isocyanate d'argent . Cette découverte a été une vraie révolution, car pour la première fois, une molécule du vivant pouvait être préparée à partir d'un matériau inorganique, invalidant définitivement la théorie de la « force vitale » communément acceptée au début du XIX e siècle. Au cours des quelques 170 années qui ont suivi cette découverte pionnière, notre connaissance de la science de la synthèse organique a tellement augmenté, qu'aujourd'hui aucune molécule organique ne semble inaccessible par synthèse chimique, pourvu que l'on y consacre suffisamment de temps et de moyens. Cette idée est très confortable. Mais en pratique, la synthèse totale (c'est-à-dire, la construction de molécules par synthèse chimique à partir de produits de départ simples) de molécules complexes requiert le plus souvent un nombre élevé de transformations élémentaires. En partant du principe que chaque liaison covalente à créer requiert au minimum une étape chimique, la synthèse totale induit des coûts prohibitifs et une production de déchets considérable, ces deux paramètres pouvant s'avérer limitants pour des applications au bénéfice de l'humanité.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-chv2210


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - WOHLER (F.) -   Über künstliche Bildung des Harnstoffs.  -  Poggendorf's Ann., 12, p. 253 (1828).

  • (2) - TIETZE (L.F.), BEIFUSS (U.) -   Sequential Transformations in Organic Chemistry : A Synthetic Strategy with a Future.  -  Angew. Chem. Int. Ed., 32, p. 137 (1993).

  • (3) - TIETZE (L.F.) -   Domino Reactions in Organic Synthesis.  -  Chem. Rev., 96, p. 115 (1996).

  • (4) - COQUEREL (Y.), BODDAERT (T.), PRESSET (M.), MAILHOL (D.), RODRIGUEZ (J.) -   Multiple Bond-Forming Transformations : the Key Concept towards Eco-compatible Synthetic Organic Chemistry.  -  In Ideas in Chemistry and Molecular Sciences, Advances in synthetic chemistry, PIGNATARO (B.) Ed. ; Wiley-VCH, Weinheim, vol. 1 (2010).

  • (5) - TIETZE (L.F.), BRASCHE (G.), GERICKE (K.M.) -   Domino Reactions in Organic Synthesis.  -  Wiley-VCH, Weinheim (2006).

  • (6) - ZHU (J.), BIENAYME (H.) -   Multicomponent...

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