© Julia Siekmann, Kiel University
Manuel van Gemmeren, professeur de chimie organique (à gauche), et son équipe de recherche, dont le chercheur doctoral Fritz Deufel (à droite), ont mis au point une méthode qui donne accès à des composés chimiques auparavant difficiles à synthétiser.
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Les aromatiques substitués font partie des éléments constitutifs les plus importants des composés organiques tels que les médicaments, les agents de protection des cultures et de nombreux matériaux. La fonction des molécules est déterminée par la disposition spatiale des différents éléments constitutifs, le schéma de substitution. Une équipe de recherche de l'Institut de chimie organique Otto Diels de l'université de Kiel vient de présenter dans la revue Chem une méthode permettant de produire plus efficacement qu'auparavant des composés présentant un schéma de substitution particulièrement intéressant mais généralement difficile d'accès. Pour permettre l'activation nécessaire des liaisons carbone-hydrogène (C-H), ils ont mis au point un catalyseur spécial au palladium qui peut, pour la première fois, s'approcher sélectivement d'une position auparavant impossible dans les molécules.
Avec leur nouvelle méthode, les scientifiques comblent une lacune de longue date dans la recherche. "En principe, les composés aromatiques substitués ont trois positions auxquelles un catalyseur peut se fixer afin d'induire une réaction - appelées ortho, méta et para. Selon la position, différents produits chimiques aux propriétés fondamentalement différentes sont formés à la fin", explique Manuel van Gemmeren, professeur de chimie organique à l'université de Kiel. Pour les positions ortho et para, on sait déjà comment permettre aux catalyseurs d'y attaquer spécifiquement. Maintenant, pour la première fois, Manuel van Gemmeren et son équipe peuvent également cibler sélectivement la position méta directement. Cela leur permet de produire des espèces de benzylammonium méta-substituées, qui sont des composés polyvalents pour une élaboration ultérieure en chimie organique.
Normalement, ces composés n'apparaissent qu'en petites quantités mélangées à d'autres produits. "Jusqu'à présent, il fallait les séparer les uns des autres avec beaucoup d'efforts. Ou bien, il fallait emprunter des voies de synthèse fastidieuses pour les produire de manière ciblée. Dans les deux cas, on obtenait des déchets inutiles", explique M. van Gemmeren.
Grâce à la nouvelle méthode, les composés de benzylammonium méta-substitués peuvent désormais être produits beaucoup plus efficacement. L'équipe de recherche autour de M. van Gemmeren a utilisé un principe qui n'avait pas encore été décrit dans la littérature : le catalyseur au palladium qu'ils ont conçu peut interagir avec les charges de la molécule. Cela modifie radicalement la composition des produits obtenus en faveur du schéma de substitution qui était auparavant difficile à produire. Les calculs effectués par leurs collègues de l'Institut de recherche chimique de Catalogne (ICIQ), en Espagne, ont montré que les interactions de charge sont effectivement responsables de ce phénomène.
Ces résultats de la recherche fondamentale peuvent également intéresser les entreprises pharmaceutiques ou agricoles qui constituent d'immenses bibliothèques de molécules structurellement apparentées pour étudier leur activité biologique. "Partout où la plus grande variété possible de composés est systématiquement examinée, notre méthode peut être un outil utile pour combler les lacunes des connaissances antérieures", déclare M. van Gemmeren.
Le développement de la nouvelle méthode est le résultat de nombreuses années de travaux préliminaires qui ont débuté à l'université de Münster. C'est là que van Gemmeren a créé son propre groupe de recherche sur l'activation des liaisons C-H via le programme Emmy Noether de la Fondation allemande pour la recherche (DFG) avant de rejoindre l'université de Kiel en 2022. À Kiel, il mettra également en œuvre son projet ERC Starting Grant "DULICAT", duquel est née l'idée conceptuelle de la nouvelle méthode. Pour ce projet, M. van Gemmeren avait reçu un financement de 1,8 million d'euros du Conseil européen de la recherche (CER).
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