Pour un chimiste synthétique, les molécules complexes de la nature sont aussi belles que n'importe laquelle de ses autres créations. La perception de cette beauté dépend de la compréhension des structures chimiques et de leurs transformations, et, comme pour une œuvre d'art précieuse, s'approfondit à mesure que le sujet est étudié, peut-être même à un niveau s'approchant de la romance.
Elias James "E.J." Corey est un chimiste organique américain. En 1990, il a remporté le prix Nobel de chimie « pour son développement de la théorie et de la méthodologie de la synthèse organique », notamment l'analyse rétrosynthétique. Considéré par beaucoup comme l'un des plus grands chimistes vivants, il a développé de nombreux réactifs synthétiques, méthodologies et synthèses totales et a considérablement fait avancer la science de la synthèse organique.
Biographie
E.J. Corey le nom de famille a été anglicisé du Khoury arabe libanais, signifiant prêtre est né d'immigrants chrétiens orthodoxes grecs libanais à Methuen, Massachusetts, 50 km 31 mi au nord de Boston. Sa mère a changé son nom en « Elias » pour honorer son père, qui est décédé dix-huit mois après la naissance de Corey. Sa mère veuve, son frère, deux sœurs, sa tante et son oncle ont tous vécu ensemble dans une maison spacieuse, traversant la Grande Dépression. Enfant, Corey était indépendant et aimait les sports tels que le baseball, le football et la randonnée. Il a fréquenté une école élémentaire catholique et la Lawrence High School à Lawrence, Massachusetts.
À l'âge de 16 ans, Corey est entré au MIT, où il a obtenu un diplôme de bachelor en 1948 et un doctorat sous la direction du professeur John C. Sheehan en 1951. En entrant au MIT, la seule expérience de Corey en science était les mathématiques, et il a commencé sa carrière universitaire en poursuivant un diplôme en génie. Après son premier cours de chimie en deuxième année, il a commencé à repenser ses plans de carrière à long terme et a obtenu un diplôme de bachelor en chimie. Immédiatement après, à l'invitation du professeur John C. Sheehan, Corey est resté au MIT pour son doctorat. Après sa carrière d'études supérieures, il a reçu une nomination à l'Université de l'Illinois à Urbana–Champaign, où il est devenu professeur titulaire de chimie en 1956 à l'âge de 27 ans. Il a été initié en tant que membre du chapitre Zeta de Alpha Chi Sigma à l'Université de l'Illinois en 1952. En 1959, il a déménagé à l'Université Harvard, où il est actuellement professeur émérite de chimie organique avec un programme de recherche actif du Corey Group. Il a choisi de travailler en chimie organique en raison de « sa beauté intrinsèque et de sa grande pertinence pour la santé humaine ». Il a également été conseiller pour Pfizer depuis plus de 50 ans.
Parmi de nombreux honneurs, Corey a reçu la Médaille nationale de la science en 1988, le prix Nobel de chimie en 1990, et le plus grand honneur de l'American Chemical Society, la Médaille Priestley, en 2004.
Contributions majeures
Réactifs
Corey a développé plusieurs nouveaux réactifs synthétiques :
- PCC chlorochromate de pyridinium, également appelé réactif Corey-Suggs, est largement utilisé pour l'oxydation des alcools en cétones et aldéhydes correspondants. PCC présente plusieurs avantages par rapport aux autres oxydants commerciaux.
L'un de ces avantages est que le composé est disponible sous forme de solide jaune stable à l'air qui n'est pas très hygroscopique. Contrairement à d'autres agents oxydants, PCC peut accomplir des oxydations uniques avec seulement environ 1,5 équivalents schéma 1. L'alcool effectue une attaque nucléophile sur le métal chrome VI électropositive en déplaçant le chlore. L'anion chlorure agit alors comme une base pour obtenir le produit aldéhyde et le chromium IV. Le caractère légèrement acide du PCC le rend utile pour les réactions de cyclisation avec les alcools et les alcènes Schéma 2.
L'oxydation initiale donne l'aldéhyde correspondant, qui peut ensuite subir une réaction de Prins avec l'alcène voisin. Après élimination et oxydation supplémentaire, le produit est une cétone cyclique. Si ce produit n'est pas désiré, de l'acétate de sodium en poudre peut être utilisé comme tampon pour ne réaliser que l'oxydation initiale. La robustesse du PCC en tant qu'agent oxydant l'a également rendu utile dans le domaine de la synthèse totale Schéma 3. Cet exemple illustre que le PCC est capable d'effectuer un réarrangement oxydatif de Dauben avec des alcools tertiaires via un réarrangement -sigmatrope.
- Éther t-butyldiméthylsilyle TBS, éther triisopropylsilyle TIPS, et méthoxythoxymethyl MEM : sont des groupes protecteurs d'alcool populaires. Le développement de ces groupes protecteurs a permis la synthèse de plusieurs produits naturels qui n'avaient pas la compatibilité de groupe fonctionnel pour supporter les transformations chimiques standard. Bien que la communauté synthétique s'éloigne maintenant de l'utilisation de groupes protecteurs, il est toujours rare qu'une synthèse publiée d'un produit naturel les omette. Depuis 1972, le groupe TBS est devenu le groupe protecteur silicium le plus populaire. TBS est stable en chromatographie et assez labile pour le clivage en conditions basiques et acides. Plus important encore, les éthers TBS sont stables pour certains nucléophiles carbonés tels que les réactifs de Grignard et les énolates.
Dans le domaine de la synthèse de molécules complexes, TBS a été largement utilisé comme l'un des groupes protecteurs à base de silicium les plus polyvalents schéma 4. L'utilisation de CSA permet l'élimination sélective d'un éther TBS primaire en présence d'éther TBS tertiaire et d'éthers TIPS. Les autres moyens de déprotection du TBS incluent les acides également acides de Lewis, et les fluorures. Les groupes protecteurs TIPS ont également été mis au point par Corey et offrent une sélectivité accrue de la protection de l'alcool primaire par rapport à la protection de l'alcool secondaire et tertiaire. Les éthers TIPS sont plus stables en conditions acides et basiques, l'inconvénient de ce groupe protecteur par rapport aux éthers TBS étant que le groupe est moins labile pour la déprotection. Les réactifs les plus courants utilisés pour le clivage emploient les mêmes conditions que l'éther TBS, mais des temps de réaction plus longs sont généralement nécessaires.
Habituellement, les éthers TBS sont clivés par TBAF, mais l'éther TBS encombré ci-dessus survit aux conditions de réaction lors du clivage primaire de TIPS schéma 5. Le groupe protecteur MEM a d'abord été décrit par Corey en 1976. Ce groupe protecteur est similaire en réactivité et stabilité à d'autres éthers méthyle alkoxy en conditions acides. Le clivage des groupes protecteurs MEM est généralement réalisé en conditions acides, mais la coordination avec les halures de métaux améliore considérablement la labilité via un clivage assisté schéma 6.
- Les 1,3-dithianes ont été mis au point par E.J. Corey en 1965 comme modification temporaire d'un groupe carbonyle dans les réactions de déplacement et d'addition. La formation de dithiane a été le développement initial qui a introduit la chimie Umpolung et est largement utilisée pour l'inversion de réactivité. Les formations de dithianes peuvent être accomplies avec un acide de Lewis schéma 7 ou directement à partir de composés carbonyles.
Le pKa des dithianes est approximativement 30, permettant la déprotonation avec un réactif de lithium alkyle, généralement le n-butyllithium. La réaction avec les dithianes et les aldéhydes est maintenant connue sous le nom de réaction de Corey-Seebach. La dithiane une fois déprotonée agit comme un anion acyle utilisé pour attaquer les électrophiles entrants. Après la déprotection de la dithiane, généralement avec HgO, un produit cétone est observé à partir de l'anion dithiane acyle masqué. L'utilité de telles réactions a élargi le domaine de la synthèse organique en permettant aux chimistes synthétiques d'utiliser les déconnexions Umpolung dans la synthèse totale schéma 8. Les 1,3-dithianes sont également utilisés comme groupes protecteurs pour les composés carbonyles exprimant la polyvalence et l'utilité de ce groupe fonctionnel.
- De plus, Corey a commencé des études détaillées sur les cyclisations de cationiques polyoléfines utilisées dans la production enzymatique du cholestérol à partir de terpènes végétaux plus simples. Corey a établi les détails du remarquable processus de cyclisation en étudiant d'abord la synthèse biologique des stérols à partir du squalène.
Méthodologie
Plusieurs réactions développées dans le laboratoire de Corey sont devenues courantes en chimie organique synthétique moderne. Au moins 302 méthodes ont été développées dans le groupe Corey depuis 1950. Plusieurs réactions ont été nommées d'après lui :
- Réduction Corey-Itsuno, également connue sous le nom de réduction Corey-Bakshi-Shibata, est une réduction énantiosélective des cétones en alcools utilisant un catalyseur oxazaborolidine et divers boranes comme réducteur stœchiométrique. Le groupe Corey a d'abord démontré la synthèse du catalyseur en utilisant le borane et les aminoalcools chiraux. La réaction utilise l'acide aminé chiral proline et en présence de borane mène au catalyseur CBS schéma 9.
Plus tard, Corey a démontré que les boranes substitués étaient plus faciles à préparer et beaucoup plus stables. Le mécanisme de réduction commence avec l'oxazoborolidine étant seulement légèrement basique à, se coordonnant avec le borane stœchiométrique du complexe amine-bore schéma 10. Le manque de donation de l'azote au bore augmente son acidité de Lewis, permettant la coordination avec le substrat cétone. La complexation du substrat se produit à partir de la paire isolée la plus accessible de l'oxygène, ce qui entraîne une rotation restreinte autour de la liaison B-O en raison du groupe phényle voisin stériquement.
La migration de l'hydrure du borane vers le centre cétone électrophile se produit via un état de transition en anneau de 6 membré, conduisant à un intermédiaire en anneau de 4 membré donnant ultimement le produit chiral et la régénération du catalyseur. La réaction a également été d'une grande utilité pour les chimistes de produits naturels schéma 11. La synthèse de dysidiolide par Corey et ses collaborateurs a été réalisée via une réduction CBS énantiosélective en utilisant un complexe borane-diméthylsulfure.
- La synthèse d'alcyne Corey-Fuchs est la synthèse d'alcynes terminaux via une homologation monocarbonée d'aldéhydes utilisant la triphénylphosphine et le tétrabromure de carbone. Le mécanisme est similaire à celui de la réaction de Wittig par la formation d'une ylure de phosphore avec la triphénylphosphine et le tétrabromure de carbone. La réaction de l'ylure de phosphore avec le substrat aldéhyde donne une dibromooléfine.
Lors du traitement avec deux équivalents de n-BuLi, l'échange lithium-halogène et la déprotonation donnent une espèce acétylure de lithium qui subit une hydrolyse pour donner le produit alcyne terminal schéma 12. Plus récemment, une synthèse en une seule étape utilisant une procédure modifiée a été développée. Cette transformation synthétique s'est avérée réussie dans la synthèse totale +-taylorione par W.J. Kerr et ses collaborateurs schéma 13.
- L'oxydation Corey–Kim était une nouvelle transformation développée pour la conversion des alcools en aldéhydes et cétones correspondants. Ce processus offre une alternative moins toxique aux oxydations basées sur le chrome avec l'utilisation de N-chlorosuccinimidosulfoniumn chlorure NCS, diméthylsulfure DMS, et triéthylamine TEA. Le réactif Corey-Kim est formé in situ lorsque NCS et DMS réagissent pour former l'espèce chlorure de diméthylsuccinimidosulfonium schéma 14.
Le sel sulfonium alkoxy est déprotoné en position alpha avec la triéthylamine pour obtenir le produit oxydé. La réaction s'accommode d'une large gamme de groupes fonctionnels, mais les alcools allyliques et benzyliques sont généralement transformés en chlorures allyliques et benzyliques. Son application en synthèse est basée sur les conditions de protocole doux et la compatibilité des groupes fonctionnels et protecteurs. Dans la synthèse totale de l'ingénol, Kuwajima et ses collaborateurs ont exploité l'oxydation Corey-Kim en oxydant sélectivement les alcools secondaires moins encombrés schéma 15.
- L'oléfination Corey-Winter est une transformation stéréospécifique de 1,2-diols en alcènes impliquant le substrat diol, le thiocarbonyldiimidazole, et un excès de phosphite trialkyle. Le mécanisme a été réduit à deux voies possibles, mais le mécanisme exact est inconnu. Spécifiquement, la réaction entre le thionocarbonate et le phosphite trialkyle se produit soit par la formation d'une espèce ylure de phosphore soit un intermédiaire carbonoïde. Néanmoins, la réaction est stéréospécifique pour la plupart des substrats sauf si le produit entraînerait une structure excessivement tendue. La formation d'alcènes trans stériquement encombrés présents dans des anneaux de 7 membré a été tentée par Corey et ses collaborateurs, mais s'est avérée infructueuse même en employant cette nouvelle méthodologie synthétique entraînant une énorme tension de cycle. Plus important encore, les alcènes stéréospécifiques sont présents dans plusieurs produits naturels car la méthode continue d'être exploitée pour donner une série de substrats complexes. Le professeur T.K.M Shing et al ont utilisé la réaction d'oléfination Corey-Winter pour synthétiser +-Boesenoxide schéma 16.
- La réaction de Diels-Alder énantiosélective CBS a été développée en utilisant un échafaudage similaire à la réduction énantiosélective CBS. Après le développement de cette réaction, le réactif CBS s'est avéré être un réactif très polyvalent pour une série de plusieurs transformations synthétiques puissantes. L'utilisation d'un acide de Lewis chiral tel que le catalyseur CBS comprend une large gamme de substrats énones insaturés. La réaction procède probablement via un état de pré-transition en anneau de 6 membré hautement organisé pour donner des produits hautement enrichis en énantiosélectivité schéma 17.
Cet état de transition se produit probablement en raison d'un favorable stacking pi avec le substituant phényle. L'énantiosélectivité du processus est facilitée par la diène s'approchant du dièneophile de la face opposée du substituant phényle. La réaction de Diels-Alder est l'une des transformations les plus puissantes en synthèse synthétique
