Les arynes sont des intermédiaires organiques hautement réactifs comportant une triple liaison au sein d'un cycle aromatique. Leur forte réactivité leur permet de former des liaisons avec un large éventail de groupes fonctionnels, ce qui en fait des outils précieux pour la synthèse de molécules aromatiques complexes dans la découverte de médicaments et la chimie agricole.
Ces intermédiaires polyvalents ne constituent cependant pas le premier choix des chimistes de synthèse lors de la conception de molécules aromatiques. Le chemin vers la conception d’arynes est assez difficile.
Une équipe de chercheurs de l'Université du Minnesota, aux États-Unis, a développé une méthode efficace pour dériver des précurseurs arynes à partir d'acides carboxyliques disponibles dans le commerce, en une seule étape. Ces précurseurs peuvent alors être déclenchés par la lumière bleue ou une légère chaleur.
En appliquant cette méthode, l’équipe a créé des dizaines d’arynes aminés jusqu’alors non signalés et 20 précurseurs d’arynes entièrement nouveaux en une seule étape via une substitution aromatique nucléophile (SNAr). Les résultats sont publiés dans Nature.
Impopulaire malgré son potentiel
La construction de composés aromatiques avec de multiples substitutions est une tâche essentielle et difficile en chimie de synthèse. Les arynes sont un intermédiaire qui peut grandement faciliter ce processus, car ces intermédiaires hautement contraints ont deux extrémités réactives qui permettent diverses transformations chimiques.
Au fil des années, les scientifiques ont cherché des moyens de rendre les arynes plus accessibles aux réactions organiques, mais les progrès ont été limités, empêchant leur utilisation généralisée.
Les méthodes traditionnelles de dérivation des arynes reposent sur des bases dures pour éliminer les protons des liaisons C – H fortes, suivies de l'élimination des halogénures. La deuxième étape rend le procédé inadapté aux molécules comportant des groupes fonctionnels sensibles. Les scientifiques ont également expérimenté des précurseurs activés thermiquement, qui se sont révélés hautement explosifs, et les méthodes à lumière UV ont conduit à davantage de réactions indésirables que celles souhaitées.
Cela a créé un vide pour une méthode simple et douce capable de générer divers dérivés arynes à partir de matières premières facilement disponibles.
Sauter par-dessus la barrière de la synthèse
Les chercheurs de cette étude pensaient que la réponse à ce problème de longue date se cachait dans un simple réactif. Ils ont donc décidé d’explorer si les o-iodoniobenzoates pouvaient être transformés en précurseurs d’arynes faciles à synthétiser et pouvant être activés par la lumière visible ou une chaleur douce. Ils ont conçu une synthèse en un seul pot de précurseurs d'o-iodoniobenzoate à partir d'acides carboxyliques.
Malheureusement, les o-iodoniobenzoates sont peu solubles et sujets à des réactions secondaires indésirables. Après quelques essais et erreurs, le chercheur a découvert que l'introduction de groupes isopropoxy dans les o-iodoniobenzoates augmentait non seulement la solubilité du fragment, mais supprimait également les réactions indésirables.
Enfin, l’ajout d’un substituant adjacent au groupe carboxylate a produit des précurseurs d’aryne qui peuvent être activés par la lumière bleue ou par chauffage à 100 °C.
Des recherches plus approfondies ont révélé que l'activation thermique est en grande partie due à un effet de champ, dans lequel des groupes chimiques ajoutés à proximité du carboxylate sur le cycle aromatique créent un champ électronique qui favorise la décarboxylation.
En revanche, l’activation de la lumière bleue (398 nm) excite la molécule jusqu’à un état triplet. Cela provoque la rupture du cycle aromatique de l'iode et la molécule perd du CO2conduisant finalement à la formation d'aryne.
Les chercheurs soulignent que cette nouvelle approche tout-en-un ouvre l’accès à une vaste gamme de précurseurs arynes à partir des acides carboxyliques courants. Il est compatible avec de nombreux groupes fonctionnels et peut grandement simplifier la synthèse de composés aromatiques complexes pour les produits pharmaceutiques et agrochimiques, ouvrant ainsi la porte à un espace chimique jusqu’alors inexploré.
Écrit pour vous par notre auteur Sanjukta Mondal, édité par Lisa Lock, et vérifié et révisé par Robert Egan, cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour maintenir en vie le journalisme scientifique indépendant. Si ce reporting vous intéresse, pensez à faire un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte en guise de remerciement.
