La catalyse relais orthogonale est une stratégie pertinente pour synthétiser des molécules à haute valeur ajoutée pour les industries pharmaceutique, agrochimique et en parfumerie. Cette méthodologie permet la transformation de matières premières simples en produits complexes à travers de multiples réactions au sein d'un seul réacteur. En éliminant l’étape d'isolement des intermédiaires, cette méthode peut dépasser les obstacles rencontrés dans les réactions individuelles multi-étapes (longs temps de réaction, production de déchets et coûts élevés). Malgré ses avantages, la catalyse relais orthogonale fait face à plusieurs défis. En effet, lorsque plusieurs catalyseurs sont mélangés dans le même réacteur, des interférences entre catalyseurs et intermédiaires peuvent conduire à une efficacité réduite ou nulle, ce qui peut entraîner de faibles nombres (TON) et fréquences de rotation (TOF), indicateurs cruciaux de l'efficacité et de la durée de vie du catalyseur. De plus, le recyclage des catalyseurs dans les réactions de catalyse relais orthogonale est problématique en raison de la contamination croisée ou des sous-produits résiduels affectant les cycles suivants. PACTE propose une nouvelle stratégie pour relever ces défis. Cette approche implique l'immobilisation de 2 catalyseurs différents sur un substrat composé de réseaux de nanobâtonnets d'or (Au nanorods ou NR). Les utilisateurs pourront "allumer/éteindre" ces 2 catalyseurs avec un simple stimulus lumineux. La clé de ce contrôle réside dans la polarisation de la lumière. En ajustant celle-ci - soit le long des axes transversaux ou longitudinaux des AuNR – les catalyseurs et processus associés seront activés ou désactivés sélectivement. Plus précisément, l'excitation lumineuse active des points chauds à des endroits distincts sur les AuNR : aux extrémités pour le mode longitudinal et le long des côtés latéraux pour le mode transversal.

Cette capacité à commuter la polarisation de la lumière entre les axes longs et courts des AuNR anisotropes permet l'excitation de différents modes plasmoniques, offrant un contrôle accru sur les catalyseurs. Ainsi, les interactions non-désirées entre catalyseurs seront évitées et l’hétérogénéisation de ces derniers résout les problèmes inhérents au recyclage.

Le projet PACTE propose d'utiliser des réseaux d’AuNR anisotropes comme plateformes pour l'immobilisation des catalyseurs. L'immobilisation sélective des 2 catalyseurs sur les points chauds des réseaux d’AuNR sera réalisée par réduction assistée par plasmon de sels de diazonium aryliques. Cette stratégie de greffage offre plusieurs avantages, tels que i) la présence de liaisons covalentes Au-C entre la surface et le revêtement organique, favorisant des liens interfaciaux stables, (ii) le confinement spatial des catalyseurs dans les régions de points chauds autour des nanoparticules, c'est-à-dire les régions d'amélioration maximale du champ plasmonique, (iii) la présence de groupes para-fonctionnels disponibles pour la post-fonctionnalisation. En employant cette stratégie, PACTE proposera la synthèse de synthons polyvalents et très demandés, tels que les indoles et les quinoléines, largement utilisés dans diverses industries et qui possèdent une activité biologique significative. Ces molécules précieuses seront synthétisées en utilisant des réactions telles que le couplage croisé de Sonogashira combiné à l'hydroamination, ou le couplage de Heck suivi d'une cyclisation intramoléculaire. En employant des approches de catalyse résolues dans l'espace et le temps et en déclenchant la catalyse par relais orthogonal avec la polarisation de la lumière, PACTE vise à révolutionner la production de molécules complexes. Cette méthode innovante a le potentiel de fournir des voies plus efficaces, durables et contrôlables pour la synthèse de blocs de construction pivots avec de larges applications industrielles.

Clémence QUEFFELEC

Porteur du projet

Sylvain Antoniotti

Université de côte d’Azur avec le laboratoire de l’institut chimique de Nice

Nordin Felidj

Itodys
Université Paris Cité

Claire Mangeney

LCPBT
Université Paris Cité

Marc Lamy de la Chapelle

IMMM
Université du Mans