Réactifs nucléophiles organométalliques en synthèse organique - Théorie et applications

La synthèse de molécules organiques repose sur la formation contrôlée de liaisons carbone-carbone afin de constituer le squelette de base de la molécule cible à partir de précurseurs simples et disponibles. Cette tâche est rendue difficile par la stabilité des groupements carbonés à l’état fondamental et la difficulté à créer des liaisons covalentes entre atomes identiques.

La différence d’électronégativité qui existe au sein d’un réactif organométallique entre un atome métallique et un groupement carboné confère à ce dernier un caractère nucléophile qui a été découvert dès la fin du XIX ^e  siècle notamment à la suite des travaux de Philippe Barbier, Paul Sabatier et Victor Grignard. Ces deux derniers ont ainsi été lauréats du prix Nobel de chimie en 1912, l’un pour l’hydrogénation de composés organiques sur des métaux finement divisés et l’autre pour la découverte des réactifs organomagnésiens. Les réactifs organométalliques ont par la suite été exploités dans la formation de liaisons carbone-carbone par l’attaque de composés carbonés électrophiles. Ces derniers peuvent être choisis parmi les dérivés carbonylés (aldéhydes, cétones, esters, amides, acides carboxyliques, chlorures d’acyles, carbonates, dioxyde de carbone) et leurs équivalents (imines, bases de Schiff, nitriles), sous certaines conditions les halogénures d’alkyles RX (X=Cl, Br, I) et leurs équivalents (tosylates d’alkyles et autres réactants possédant un groupement nucléofuge) et dans certains cas les hydrocarbures insaturés (alcynes, principalement). Cette diversité de partenaires se conjugue avec la diversité de réactifs organométalliques disponibles ou facilement préparés comme les organolithiens et les organomagnésiens à partir des halogénures correspondants et de métal à l’état d’oxydation zéro, par échange halogène-métal ou par réaction acido-basique.

Ces réactifs nucléophiles organométalliques constituent ainsi la forme la plus directe de groupement nucléophile et sont relativement facilement accessibles (et parfois même commerciaux). Ils présentent toutefois un comportement de base forte qui les rend incompatibles avec des conditions humides. Leur mise en œuvre doit en conséquence être réalisée avec des solvants et réacteurs anhydres. D’autre part, les réactions mettant en jeu des réactifs organométalliques sont en général exothermiques, ce qui impose des contraintes particulières lors de la montée en échelle pour des applications industrielles.

Tous ces aspects seront abordés. Dans une première partie seront présentés les principaux réactifs organométalliques nucléophiles (définition, terminologie, préparation, physico-chimie et stabilité), une seconde partie traitera de la réactivité suivie d’une troisième partie qui se...