Synthèse hautement énantiosélective de molécules chirales sur des électrodes métalliques mésoporeuses modifiées

Abstract

L'un des besoins humains fondamentaux est celui de médicaments efficaces. Pour les applications pharmaceutiques, les composés utilisés comme médicament sont très souvent des molécules chirales. Ils ont deux configurations image-miroir possibles (énantiomères), mais une seule d'entre elles montre généralement une activité biologique, tandis que l'autre est soit inactive, soit même toxique. Ainsi, le développement de méthodes pour obtenir sélectivement un énantiomère est d'une importance cruciale. Cela peut être réalisé soit par la séparation de mélanges racémiques, soit par une synthèse chirale sélective. Notre groupe a établi des électrodes métalliques mésoporeuses imprimées avec une information chirales et a démontré qu'elles peuvent être utilisées pour l'électrosynthèse énantiosélective. Ces matériaux permettent d'atteindre pendant l'électroréduction de composés achiraux un excès énantiomérique de plus de 90%. Cependant, le temps de réaction assez long et la durée de vie limitée des électrodes restreint pour le moment leur utilité pratique.Par conséquent, dans cette thèse, nous avons exploré différentes stratégies pour augmenter la performance de ces électrodes. Le premier chapitre présente une stratégie alternative pour fonctionnaliser la surface externe d'électrodes de platine mésoporeuses chirales avec des ligands organosoufrés. Cette modification vise à diminuer le degré de réactions indésirables. Les résultats ont révélé que l'enrobage d'une électrode de Pt avec un ligand thiol pouvait considérablement augmenter l'excès énantiomérique de la molécule désirée au-delà de 90%, tout en diminuant le temps de réaction.Ensuite, une nouvelle stratégie d’impression chirales dans des alliages métalliques mésoporeux a été étudiée. Un métal promoteur, l'iridium, a été associé au Pt pour générer un alliage platine-iridium. La formation de l'alliage a été confirmée par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), révélant une composition élémentaire 90:10 at% de Pt et Ir.Le matériau conçu a été par la suite appliqué à la fois comme catalyseur hétérogène et comme électrocatalyseur pour la synthèse asymétrique via l'hydrogénation et l'électroréduction respectivement. Dans le cas de l'électrosynthèse, une énantiosélectivité de presque 100% a pu être atteinte, combiné avec une stabilité électrochimique exceptionnelle. L'alliage nanostructuré a aussi été utilisé comme catalyseur hétérogène pour l'hydrogénation asymétrique de cétones aromatiques simples. Dans ce cas, les films de Pt-Ir chiraux ont été déposés sur une mousse de nickel à haute surface, afin d'améliorer l'accessibilité des sites imprimés par les précurseurs moléculaires. Dans des conditions expérimentales optimisés, un degré très élevé d'énantiosélectivité allant jusqu'à 85% a été obtenu, même après plusieurs cycles catalytiques successifs.Enfin, la l'alliage a été testée comme matériau d'électrode pour la discrimination énantiomérique par électrochimiluminescence (ECL). La phénylalanine (PA), qui se présente sous forme de L-PA et de D-PA, a été étudiée comme un acide aminé modèle qui peut servir simultanément d'analyte cible et de coréactif, avec le luminophore [Ru(bpy)3]2+, pour générer des signaux ECL vingt fois plus élevés pour le bon énantiomère par rapport à son antipode.En résumé, cette thèse souligne que la conception de ces surfaces d'électrodes chirales ouvre des perspectives fascinantes dans le cadre global des technologies chirales, allant de la catalyse asymétrique utilisant des voies électrochimiques et chimiques à une discrimination énantiomérique efficace basée à la fois des méthodes électrochimiques traditionnelles et des stratégies d’analyse opto-électrochimiques.