Nouvelles sélectivités grâce au design de polymères supramoléculaires hélicoïdaux // new selectivities with finely-designed supramolecular helical catalysts

Topic description

Alors que le plupart des catalyseurs supramoléculaires[1] reportés jusqu'à maintenant ont une taille finie, notre équipe a développé une nouvelle classe de catalyseurs dont les sites catalytiques (à base de rhodium, de cuivre ou organiques) sont situés à la périphérie d'un polymère supramoléculaire.[2] La chiralité est transférée depuis un monomère énantiopur non-catalytiquement actif vers un centre métallique or organique intrinsèquement achiral d'un monomère ligand, la sélectivité de la réaction étant dictée par la pureté optique des hélices et leur sens de rotation. Les avantages de nos catalyseurs par rapport aux catalyseurs conventionnels sont : (i) la possibilité de diminuer drastiquement la quantité d'inducteur chiral par rapport au site catalytique sans impacter la sélectivité,[2f] et (ii) la possibilité de commuter la sélectivité des catalyseurs pendant des réactions « cascade ».[2j] Nous avons identifié un verrou majeur qui limite l'efficacité de nos catalyseurs : l'environnement chiral et la géométrie du centre catalytique ne sont pas contrôlés de façon optimale ce qui conduit à des réactions énantiosélectives seulement pour une classe restreinte de substrats. Durant ce projet, nous allons d'abord mettre au point une nouvelle famille de monomères ligands, possédant une chiralité axiale dynamique, attendue comme pouvant permettre un meilleur transfert de chiralité vers le site catalytique ainsi qu'un meilleur contrôle de sa géométrie. L'efficacité de ces nouveaux catalyseurs sera évaluée pour une réaction modèle ainsi que pour une nouvelle réaction catalytique au cuivre développée par notre équipe. Dans un second temps, nous utiliserons une combinaison d'outils analytiques et de simulation (notamment basé sur une approche de type « machine learning » réalisée en collaboration) pour rationaliser les résultats et les optimiser.
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While most supramolecular catalysts[1] reported to date have a finite size, our team has developed a new class of catalysts whose catalytic sites (rhodium-, copper-, or organic-based) are located at the periphery of a supramolecular polymer.[2] Chirality is transferred from a non-catalytically active enantiopure monomer to an intrinsically achiral metallic or organic center of a ligand monomer, for which the reaction selectivity dictated by the optical purity of the helices and their direction of rotation. The advantages of our catalysts compared to conventional catalysts are: (i) the ability to drastically reduce the amount of chiral inducers relative to the catalytic site without impacting selectivity,[2f] and (ii) the ability to switch the selectivity of the catalysts during cascade reactions.[2j] We have identified a major bottleneck that limits the efficiency of our catalysts: the chiral environment and the geometry of the catalytic center are not optimally controlled, which leads to enantioselective reactions only for a restricted class of substrates. During this project, we will first develop a new family of ligand monomers with dynamic axial chirality, expected to enable improved chirality transfer to the catalytic site and better control of its geometry. The efficiency of these new catalysts will be evaluated for a model reaction as well as for a new copper-catalyzed reaction developed by our team. Subsequently, we will use a combination of analytical and simulation tools (including machine learning approach through an established collaborative network) to streamline and optimize the results.
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Début de la thèse : 01/10/
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Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

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