Investigation of proline-catalyzed aldol reactions using a reactive force field

Résumé

L’organocatalyse est définie comme l’utilisation de molécules ne contenant pas d’atomes métalliques et de poids moléculaire relativement faible pour catalyser des réactions organiques. Lors des deux dernières décennies, ce domaine de recherche s’est considérablement développé suite à la rationalisation de l’utilisation de la proline comme catalyseur asymétrique. Ce type de catalyseurs présente certains avantages qui expliquent leur popularité. Ils sont en effet souvent relativement peu couteux (ou dérivés de composés peu coûteux), ne sont pas sensibles à l’humidité, et de manière générale peu toxiques. Le mécanisme de ces réactions a été le sujet
de nombreux débats dans la littérature.
Dans ce travail, le mécanisme de la réaction d’aldolisation catalysée par la proline, un des exemples originaux d’organocatalyse asymétrique, est étudié par le biais d’outils de la chimie théorique. Plus précisément, des simulations de dynamique moléculaire sont menées avec le champ de forces réactif ReaxFF permettant la modélisation d’étapes clés de la réaction
prenant en compte son environnement chimique (comme les molécules de solvant) de façon explicite. Les simulations de dynamique moléculaire sont combinées à des méthodes d’énergie libre, notamment l’approche adaptive biasing force afin de déclencher les réactions à observer et obtenir leur profil d’énergie libre.
ReaxFF est un champ de forces permettant de traiter les ruptures et formations de liaisons chimiques. Il se base sur une connectivité atomique dynamique dérivée d’ordres de liaison calculés à partir des distances interatomiques. Suite au manque de paramètres suffisamment
précis pour la réaction étudiée, une méthode de paramétrisation basée sur une procédure de recuit simulé Monte Carlo a été développée. L’optimisation des paramètres est menée sur base de calculs de fonctionnelle de la densité électronique avec la fonctionnelle M06-2X qui fournit de bons résultats pour la réaction étudiée au vue de données de référence obtenues par des calculs quantiques fiables.

la date de réponse	26 oct. 2016
langue originale	Anglais
L'institution diplômante	Universite de Namur
Superviseur	Daniel Vercauteren (Promoteur), Denis Jacquemin (Copromoteur), Benoit Champagne (Président), Jérémy Harvey (Jury), Steve Lanners (Jury) & Jérôme Hénin (Jury)