L’hydrogénation sans hydrogène offre une solution simple aux chimistes médicinaux
Une réaction d’hydrogénation électrochimique pourrait constituer un nouvel outil pratique pour les chimistes de laboratoire. La technique élimine le besoin d’hydrogène gazeux et de catalyseurs coûteux à base de métaux de transition qui sont généralement utilisés dans les hydrogénations. Il est également tolérant à de nombreux groupes fonctionnels différents, ce qui le rend bien adapté à la chimie avancée.
Les réactions d’hydrogénation sont un pilier de la chimie de synthèse, mais elles nécessitent généralement des catalyseurs à base de métaux rares et coûteux comme le ruthénium, le rhodium ou l’iridium. Ces réactions ont également tendance à utiliser des conditions de réaction difficiles, notamment des pressions élevées d’hydrogène gazeux. Au cours de la dernière décennie, des alternatives électrochimiques ont été développées, mais elles se sont heurtées à des défis, notamment en raison du nombre limité de substrats pouvant être utilisés.
Aujourd’hui, une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université de Greenwich, au Royaume-Uni, a développé un nouveau protocole d’hydrogénation électrochimique, basé sur la génération de diimide à partir d’hydrate d’hydrazine, qui peut être utilisé avec une large gamme de matières premières. Le procédé permet la réduction des akènes, des alcynes, ainsi que des composés portant des groupes nitro et azido. En raison de la simplicité de la méthode et de sa tolérance à différents substrats, les chercheurs à l’origine de ces travaux pensent qu’elle constituera un outil utile pour les chimistes médicinaux ayant besoin d’une hydrogénation à un stade avancé de leurs composés.
Kevin Lam de Greenwich a dirigé l’étude aux côtés de collègues universitaires italiens et de chercheurs du centre de recherche sur les médicaments de GSK à Stevenage. Lam affirme que la recherche pourrait aider les chimistes de synthèse qui n’ont pas un accès pratique à l’hydrogène gazeux. «Pour les chimistes médicinaux travaillant à petite échelle, cette méthode pourrait être appliquée», explique Lam. « Dans certains cas, la sélectivité est encore meilleure que l’utilisation du palladium et de l’hydrogène sous hautes pressions. »
Le chercheur Jamie Walsh, basé à Greenwich, qui a également travaillé sur le projet, décrit la méthode comme étant « vraiment facile et simple » à mettre en œuvre. «Vous prenez votre cellule électrochimique et placez votre composé dans le solvant, qui peut être du méthanol ou de l’acétonitrile, ajoutez l’hydrate d’hydrazine et démarrez l’électrolyse», explique-t-il. « Parfois, vous pouvez ajouter de l’acide trifluoracétique si votre composé porte un groupe facilement réductible, mais c’est une réaction très simple. »
Le processus commence par l’oxydation de l’hydrazine à l’anode pour former du diimide. Ce diimide peut ensuite donner ses atomes d’hydrogène pour réduire le composé du substrat, la réaction étant accélérée par la formation de diazote, qui est dégagé sous forme de gaz.
Lam reconnaît que l’utilisation d’hydrazine – un composant du carburant pour fusée – dans une réaction pourrait faire sourciller. «L’utilisation à grande échelle de l’hydrazine peut s’avérer problématique, car elle est explosive», dit-il. «Dans notre cas, il n’est utilisé qu’à petite échelle et nous utilisons de l’hydrate d’hydrazine, ce qui le rend beaucoup plus facile à manipuler.»
Le groupe a également utilisé cette technique pour une série de réactions de deutération. « Les composés deutérés peuvent avoir des propriétés pharmacocinétiques accrues, c’est pourquoi ils peuvent être importants pour les applications pharmaceutiques. » dit Walsh. En ajoutant de l’eau lourde (D2O) grâce à leurs solvants, l’équipe a pu deutérer les composés tout en évitant le recours à des D coûteux2 gaz. Certains des produits alcanes générés présentaient une incorporation de deutérium supérieure à 99 %.
Philip Norcott, de l’Université nationale australienne de Canberra, expert en synthèse organique, affirme que ces travaux peuvent « offrir de nouvelles opportunités pour la chimiosélectivité dans les réactions chimiques ».
«L’hydrazine reste une matière première toxique, mais l’un des avantages de la manipulation électrochimique réside dans les conditions de réaction douces utilisant les températures et les pressions ambiantes, et dans le fait que la vitesse de réaction peut être contrôlée simplement par le flux de courant défini», ajoute-t-il.
