Catalyse biomimétique avec des foldamères à strucure hélicoïdale comportant des motifs oligo-(thio)urées

Abstract

Catalyse et repliement sont deux notions intimement liées dans la Nature à travers les protéines et les enzymes, puis par extension, avec les catalyseurs synthétiques conçus par les chimistes. Des briques élémentaires artificielles ont été développées depuis deux décennies afin de synthétiser de nouvelles architectures moléculaires ayant une forte propension à se replier, appelées foldamères. Dans de nombreux systèmes biomimétiques inspirés par les biopolymères, la stabilisation d’une forme repliée résulte de la formation d’un fort réseau de liaisons H. Ces squelettes repliés apportent plusieurs avantages pour une application en catalyse : ils peuvent offrir un effet coopératif lors de la coordination d’un ligand, une meilleure stabilisation des intermédiaires chargés ainsi qu’une minimisation du coût entropique de la formation de l’état de transition. Ils constituent une nouvelle classe d’organocatalyseurs méritant de plus amples investigations. L’organocatalyse présente un fort intérêt dans la recherche actuelle, dû la simplicité de mise en œuvre des systèmes et l’absence de métaux conduisant à une moindre toxicité. Cependant, des charges importantes (5-20 mol%) en catalyseur sont souvent nécessaires pour réaliser des transformations chimiques avec de bons rendements et de bonnes stéréosélectivités. L’effet synergique apporté par la structure bien définie des foldamères via leur fort réseau de liaisons hydrogène peut jouer en faveur d’une diminution de la charge catalytique du système.Les foldamères à base de motifs oligo(thio)urées sont des analogues des peptides, avec une structure secondaire hélicoïdale, 2.5 résidus par tour et un réseau de liaisons hydrogène fermant des pseudo-cycles à 12 et 14 atomes, et ils présentent un macrodipôle pouvant être renforcé par l’activation avec un groupe électroattracteur au niveau du pôle positif. La liaison d’anions avec des oligourées a été démontrée comme étant site-spécifique et n’ayant aucune influence sur la structure hélicoïdale, illustrant leur fort potentiel de liaison d’espèces chargés négativement. Les urées et les thiourées ont été largement utilisées comme donneurs de liaisons hydrogène pour l’organocatalyse avec des résultats très satisfaisants. Ces concepts posent les bases pour développer un organocatalyseur innovant avec des foldamères oligo(thio)urées, interagissant par activation des substrats par formation de liaisons H. Une étude autour de la relation structure-activité, accompagnée de l’élaboration d’une réaction modèle avec un large panel de substrats, ainsi que des études mécanistiques via des mesures RMN, vont permettre d’établir les principes gouvernant la catalyse avec des foldamères oligo(thio)urées.