Activations en chimie moléculaire - Louis Fensterbank

Présentation de la chaire La chimie moléculaire, et plus particulièrement la chimie organique, a une longue histoire au Collège de France avec des personnalités illustres qui ont fortement marqué la discipline (Histoire de la Chimie au Collège de France, Lettre n°26 CdF, J. Livage (2009)). Discipline singulière s'il en est, puisque comme l'a écrit Marcelin Berthelot, « La chimie crée son objet. Cette faculté créatrice, semblable à celle de l'art lui-même, la distingue essentiellement des sciences naturelles et historiques. » (M. Berthelot (1860), La Chimie organique fondée sur la synthèse, Mallet Bachelier, Paris). Effectivement, la créativité est de mise en chimie pour assembler des atomes à l'échelle moléculaire et accéder à des édifices moléculaires fonctionnels et essentiels dans de nombreuses approches transdisciplinaires, des sciences du vivant à celles des matériaux, et qui font progresser la santé publique, l'agriculture et la gestion de l'énergie et des ressources… La construction moléculaire se doit alors d'être maîtrisée pour ne pas constituer une entrave à ces développements. Cela implique une innovation constante dans les méthodes de synthèse à laquelle s'est ajouté au cours des dernières années un cahier des charges de développement durable de plus en plus pressant et qui se justifie par des objectifs de moindre consommation énergétique, de respect des ressources terrestres, de minimisation des effluents. Le levier d'action est alors le mode d'activation moléculaire qui doit promouvoir la transformation chimique désirée de façon plus efficace et sélective. Plusieurs options sont possibles : activation thermique, photochimique, mécanique, catalyse… Elles peuvent être combinées pour optimiser l'économie d'atomes et restreindre le nombre d'étapes de synthèse (chimie verte). La chaire Activations en chimie moléculaire du Collège de France se fera l'écho des avancées dans le domaine de l'activation moléculaire, qui font l'objet d'intenses recherches de par le monde, et de leurs applications pour la production moléculaire durable.

  1. May 6

    Séminaire - Ilan Marek : Utilisation de carbocations en synthèse stéréosélective

    Louis Fensterbank Activations en chimie moléculaire Collège de France Année 2025-2026 Séminaire - Ilan Marek : Utilisation de carbocations en synthèse stéréosélective Ilan Marek Université de Bordeaux Résumé La substitution nucléophile sur un centre carboné sp³ constitue l'une des transformations les plus fondamentales et les plus utilisées en chimie organique. Si l'issue stéréochimique d'une réaction SN2 est bien connue – elle s'opère avec inversion de configuration –, son analogue unimoléculaire, la réaction SN1, conduit le plus souvent à des mélanges racémiques. Elle s'accompagne en outre fréquemment de réactions concurrentes indésirables, telles que l'élimination de proton, ainsi que de réarrangements par migration d'hydrure ou d'alkyle. De ce fait, le contrôle de la stéréochimie dans les réactions de type SN1 demeure un défi majeur. Dans cet exposé, nous présentons une stratégie nouvelle, robuste et entièrement prévisible pour contrôler la stéréochimie des processus de type SN1. Cette approche ouvre de nouvelles perspectives pour la synthèse stéréosélective de systèmes acycliques, en s'appuyant sur l'utilisation de carbocations non classiques. Notre méthode permet, dans des réactions SN1 spécifiques, d'orienter la transformation de manière sélective vers une inversion complète ou une rétention totale de configuration. Elle donne ainsi accès à des produits acycliques obtenus sous la forme d'un unique régioisomère, diastéréoisomère et énantiomère, comportant plusieurs centres stéréogènes adjacents. Nous montrerons également comment tirer parti de réarrangements des carbocations, bien documentés, impliquant la rupture de liaisons C–C, afin de former de nouvelles liaisons C–C stéréodéfinies à des positions éloignées du carbocation initial, avec un contrôle stéréochimique intégral, y compris en présence de groupes fonctionnels sensibles.

    1 hr
  2. Apr 8

    Séminaire - Philippe Dauban & Guillaume Prestat : « Nitrène de Rhodium » et amination sélective de liaison C(sp3)–H. Fer et hydroxylamine : un couple durable pour les réactions d'amination

    Louis Fensterbank Activations en chimie moléculaire Collège de France Année 2025-2026 Séminaire - Philippe Dauban & Guillaume Prestat : « Nitrène de Rhodium » et amination sélective de liaison C(sp3)–H. Fer et hydroxylamine : un couple durable pour les réactions d'amination Philippe Dauban Institut de Chimie des Substances Naturelles, Gif-sur-Yvette Guillaume Prestat Université Paris Cité Résumé de l'intervention de Philippe Dauban « Nitrène de Rhodium » et amination sélective de liaison C(sp3)–H Le paradigme d'une liaison C–H spectatrice en synthèse est désuet depuis l'émergence des réactions de fonctionnalisation C–H catalytique. Toutefois, ces réactions posent des défis en matière de sélectivité, car toute molécule possédant un grand nombre de liaisons C-H de réactivité très similaire, comment convertir sélectivement une seule de ces liaisons ? Plusieurs stratégies ont été mises au point pour contrôler la sélectivité des réactions de fonctionnalisation C–H, 1) par la conception de processus dirigés, qui incluent les processus d'activation C–H ou les réactions intramoléculaires, ou 2) en tirant parti des propriétés électroniques/stériques des composés organiques.1 Bien qu'efficaces et sélectives, ces réactions contrôlées par le substrat ont leurs limites, notamment en ce qui concerne les liaisons C–H non activées qui restent souvent inaccessibles (BDE > 95 kcal.mol-1). Une solution pour dépasser ces limites repose sur le concept de « sélectivité contrôlée par le catalyseur » 2 qui est envisageable avec les « nitrènes de rhodium ». Ce sont des espèces azotées hautement électrophiles qui permettent de convertir les liaisons C(sp3)–H riches en électrons (par exemple, les liaisons C–H benzyliques) en liaison C–N. Cependant, la sélectivité de ces réactions d'amination C–H peut être ajustée en modifiant la structure des espèces catalytiques. Au cours de cette présentation, nous discuterons de nos derniers résultats sur l'amination sélective de différentes classes de liaisons C–H (des liaisons benzyliques aux liaisons non activées), qui ont été rendues possibles grâce à la découverte de nitrènes de rhodium hautement discriminants. Résumé de l'intervention de Guillaume Prestat Fer et hydroxylamine : un couple durable pour les réactions d'amination Les réactions de transfert de nitrènes catalysées par des métaux de transition constituent une stratégie puissante pour la formation de molécules contenant de l'azote. Au fil des années, divers systèmes catalytiques ont été développés, principalement à partir de complexes de rhodium, de ruthénium, d'iridium ou de cuivre, et reposant majoritairement sur l'utilisation d'iminoiodinanes comme précurseurs de nitrènes. L'efficacité réactionnelle de ces systèmes est remarquable et en particulier le couple rhodium/iminoiodinane permet d'atteindre des valeurs d'énantiosélectivité exceptionnelles. Cependant, l'emploi de ces métaux de transition rares et des iminoiodinanes pose problème en termes de durabilité et de toxicité. L'association du fer avec des dérivés de l'hydroxylamine représente une solution prometteuse pour le développement de nouveaux processus durables. Le fer présente une toxicité extrêmement faible et sa forte abondance dans la croûte terrestre garantit un accès durable à une large variété de sels peu coûteux. Les dérivés de l'hydroxylamine peuvent être synthétisés efficacement à partir de l'hydroxylamine par des procédures simples et économiques et génèrent des espèces métal–nitrène sans ajout d'oxydants externes. Notre groupe de recherche concentre ses efforts sur le développement de méthodes durables basées sur l'utilisation du couple fer/hydroxylamine. Nous présenterons nos résultats concernant les réactions d'aziridination, de difonctionnalisation intra- et intermoléculaire des alcènes, ainsi que la fonctionnalisation directe des liaisons C–H.

    1h 25m
  3. Apr 1

    Séminaire - Julie Broggi : Les carbènes N-hétérocycliques NHC : vers des super-réducteurs organiques

    Louis Fensterbank Activations en chimie moléculaire Collège de France Année 2025-2026 Séminaire - Julie Broggi : Les carbènes N-hétérocycliques NHC : vers des super-réducteurs organiques Julie Broggi Aix Marseille Université Résumé Bien que les carbènes N-hétérocycliques (NHC) soient classiquement reconnus en chimie de coordination pour leur forte capacité donneuse d'électrons, les NHC libres constituent paradoxalement de faibles réducteurs organiques. Ce paradigme peut toutefois être remis en cause lors de l'addition du carbène à certains électrophiles. Dans ce contexte, l'adduit NHC formé s'avère être un super-réducteur organique, une espèce redox-active particulièrement riche en électrons, capable d'initier des processus de transfert mono- et bi-électroniques. Ces donneurs d'électrons organiques associent une forte densité électronique à une stabilisation marquée des états oxydés, ouvrant ainsi l'accès à des réactivités inédites à des potentiels de réduction particulièrement bas. De plus, de simples modifications de leur structure permettent d'ajuster leur potentiel rédox et, par conséquent, de contrôler leur réactivité via transferts mono- ou biélectroniques. Les différentes études menées ces dernières années sur ces super-réducteurs NHC ont permis de mieux comprendre les mécanismes des transferts électroniques et de développer de nouvelles stratégies radicalaires. Au-delà de ces nouvelles méthodologies de synthèse organique, les concepts issus de la chimie rédox des NHC trouvent des applications émergentes dans des domaines variés, allant de la chimie des matériaux à la mitigation des gaz à effet de serre, en passant par le développement de systèmes de stockage et de conversion de l'énergie.

    1h 8m

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