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T TH HÈ ÈS SE E En vue de l'obtention du D DO OC CT TO OR RA AT T D DE E L L’ ’U UN NI IV VE ER RS SI IT TÉ É D DE E T TO OU UL LO OU US SE E Délivré par l'Université Toulouse III - Paul Sabatier Discipline ou spécialité : Chimie organique et catalyse JURY Bihi Hassan LAZREK, Professeurs à la Faculté des Sciences Semlalia-Marrakech Christophe DARCEL, Professeur à l'Université de Rennes 1 Mohamed AKSSIRA, Professeur à la Faculté des Sciences et Techniques-Mohamadia Véronique PIMIENTA, Professeur de l'Université Paul Sabatier-Toulouse Maryse GOUYGOU, Maitre de Conférences HDR de l'Université Paul Sabatier-Toulouse Ahmed BENHARREF, Professeur à la Faculté des Sciences Semlalia-Marrakech Membres Invités : M.URRUTIGOÏTY, Pr. à l'INP-Toulouse, A. ALAGUI Pr. à FSSM-Marrakech Ecole doctorale : Science de la Matière (SDM) Unité de recherche : Laboratoire de Chimie de Coordination(LCC), Equipe Catalyse et Chimie Fine Directeur(s) de Thèse : Maryse GOUYGOU, Docteur HDR de l'Université Paul Sabatier Ahmed BENHARREF Professeur à la Faculté des Sciences Semlalia-Marrakech Rapporteurs : Christophe DARCEL Professeur à l'Université de Rennes 1 Mohamed AKSSIRA Professeur à la Faculté des Sciences et Techniques-Mohamadia Présentée et soutenue par : Abderrahim EL HAIB Le : 05/02/2011 Titre : VALORISATION DE TERPENES NATURELS ISSUS DE PLANTES MAROCAINES PAR TRANSFORMATIONS CATALYTIQUES NOM : EL HAIB PRENOM : ABDERRAHIM SUJET : « VALORISATION DE TERPENES NATURELS ISSUS DE PLANTES MAROCAINES PAR TRANSFORMATIONS CATALYTIQUES » DIRECTEURS DE THESE : DR. MARYSE GOUYGOU ET PR. AHMED BENHARREF RESUME Les sesquiterpènes isolés de l’huile essentielle de Cèdre de l’Atlas représentent une famille de molécules naturelles abondantes, de faible coût et présentant des propriétés olfactives et biologiques notables. La valorisation de ces substances naturelles passe par leur fonctionnalisation à partir de réactions réalisées dans le cadre d'une économie d’atomes dans le but d’accroitre l’activité biologique reconnue de la molécule naturelle ou de découvrir de nouvelles activités. Les constituants principaux de l’huile essentielle de Cèdre de l’Atlas sont les himachlènes pour la partie hydrocarbure et les atlantones pour la partie oxygénée. Afin d’élargir le spectre des structures accessibles et de développer ainsi de nouvelles molécules, nous avons introduit des étapes intermédiaires supplémentaires à la fonctionnalisation de ces substrats : la transformation des himachalènes sesquiterpèniques en deux dérivés époxydes et la transformation des α-atlantones en oléfines et alcools allyliques. Les - et -époxydes dérivés des himachalènes ont été engagés dans des réactions de catalyse acide avec des acides de Lewis et de Bronsted. Ces catalyseurs favorisent une réaction d’ouverture-réarrangement stéréosélective. La sélectivité de ces réarrangements est contrôlée par la nature du catalyseur acide et/ou par les conditions de la réaction (solvant, température, temps). De nouvelles molécules chirales tricycliques en particulier des cétones et des alcools ont pu être synthétisées ainsi que des molécules contenant des motifs cyclobutane. La réaction de méthoxycarbonylation catalysée par des complexes du palladium a été abordée sur les oléfines dérivés de l’atlantone. Le système catalytique [PdCl2(dppf)] permet d’obtenir des résultats encourageants en terme de conversion et rendement en esters. Cependant, les conditions catalytiques sont encore à améliorer afin de favoriser la chimiosélectivité de la réaction. A partir des alcools allyliques dérivés de l’atlantone, la réaction de cyclocarbonylation catalysée par des systèmes catalytiques [PdCl2L2]/SnCl2 a été explorée. Cette réaction conduit à un mélange de deux lactones chirales, une lactone à 6 chainons (obtenue sous forme d’un mélange de deux diastéréoisomères) et une lactone à 5 chainons (obtenue sous forme d’un mélange de trois diastéréoisomères). La lactone à 6 chaînons est favorisée par un système catalytique comportant un ligand monophosphine alors que les ligands diphosphines orientent la réaction vers la formation de la lactone à 5 chainons. Mots clés : sesquiterpènes naturels du cèdre de l’Atlas, transformation catalytique, réarrangement, acide de Lewis, acide de Bronsted, alcoxycarbonylation, palladium. SUMMARY The sesquiterpenes isolated from the essential oil of Atlas Cedar (Cedrus Atlantica) represent an interesting family of abundant and natural molecules which have a moderate cost and present olfactive and biological properties. The possibility of obtaining best use from these natural substances goes through their functionalization, with the aim at increasing the known biological activity or at investigating novel properties. The principal products of the essential oil of Atlas Cedar are composed of himachalenes in the hydrocarbon part and of atlantones in the oxygenate part. In order to reach new molecules derived from these products, two epoxides were prepared starting from himachalenes and olefins and allylic alcohol from atlantones. The reactivity of epoxides derived-himachalene in rearrangement reactions catalyzed by Lewis and Bronsted acids was studied. Lewis and Bronsted acids have been demonstrated to be efficient catalysts for the stereoselective ring opening-mediated rearrangement of these epoxides. The selectivity of these rearrangements, controlled by the nature of the acid catalyst and/or by the reaction conditions (solvent, temperature, time), give an access to new chiral polycyclic structures such as bi- or tricyclic ketone, tricyclic alcohol and cyclobutane compounds. Starting from olefins and allylic alcohol derived from atlantones, the alkoxycarbonylation and cyclocarbonylation reactions catalyzed by complexes of palladium have been investigated. The catalytic systems [PdCl2L2]/SnCl2.H2O with L representating monophosphine or diphosphine have been studied. Linear esters can be reached from the olefins notably in presence of the ligand ddpf but the catalytic conditions must be still studied to improve the chemoselectivity of the reaction. Novel five- or six-membered lactones have been synthesized from the cyclocarbonylation of the allylic alcohols. The six-membered lactone is obtained in two diastereomer mixture and the five-membered lactone in three diastereomers. The nature of the ligand plays a crucial role in the regioselectivity of the reaction Key words: sesquiterpenes, catalytic functionalisation, rearrangement reactions, Lewis acid, Bronsted acid, alkoxycarbonylation, cyclocarbonylation, palladium AVANT-PROPOS - Nom et Prénom de l’auteur : EL HAIB ABDERRAHIM. Intitulé du travail : VALORISATION DE TERPENES NATURELS ISSUS DE PLANTES MAROCAINES PAR TRANSFORMATIONS CATALYTIQUES - Encadrant : - Nom, prénom et grade : Maryse GOUYGOU, Maitre de conférence HDR - Laboratoire et institution : Laboratoire de Chimie de Coordination, Université Paul Sabatier, Toulouse III. - Coencadrant : - Nom, prénom et grade : Ahmed BENHARREF, PES -Laboratoire et institution : Laboratoire Biomoléculaire, Substances Naturelles et Réactivité FSSM Cadi Ayyad-Marrakech - Lieux de réalisation des travaux: Laboratoire de Chimie de Coordination de Paul-Sabatier Toulouse III et Laboratoire Biomoléculaire, Substances Naturelles et Réactivité FSSM Cadi Ayyad-Marrakech - Période de réalisation du travail de thèse : 2007-2010 - Cadres de coopération : Thèse en cotutelle entre l’Université Paul-Sabatier de Toulouse-France et l’Université Cadi Ayyad de Marrakech-Maroc - Ce travail a donné lieu aux résultats suivants : - Publications: - Article 1: Molecular rearrangement of epoxide derived from sesquiterpenes by Lewis acid catalysis - A. El Haib, A. Benharref, S. Parrès-Maynadié, E. Manoury, J.C. Daran, M. Urrutigoïty, M. Gouygou. Tetrahedron : Asymmetry, 2010, 21,1272 - Article 2: Lewis acid- and Bronsted acid-catalyzed stereoselective rearrangement of epoxides derived from himachalenes: access to new chiral polycyclic structures. - A. El Haib, A. Benharref, S. Parrès-Maynadié, E. Manoury, M. Urrutigoïty, M. Gouygou. Tetrahedron : Asymmetry, 2011, 22, 101. - Communications orales: - « Valorisation de terpènes naturels issus de plantes marocaines par transformations catalytiques », Second Colloque Maroco-Français en Chimie Moléculaire, 12-15 Novembre 2007, Toulouse, France, A. El Haib ; A. Benharref ; M. Urrutigoïty ; E. Manoury. M. Gouygou. - « Valorisation de terpènes naturels issus de plantes marocaines par transformation catalytiques », réunion du laboratoire international associé 25 Mars 2009, LIA, Toulouse- France, A. El Haib, A. Benharref, E Manoury, M. Urrutigoïty, M. Gouygou. - « Ouverture et réarrangement d’époxydes dérives de sesquiterpènes par catalyse acide » 4th International Meeting Molecular Chemistry and Development (RICMD4), 25-26 Novembre, 2010, Marrakech-Maroc. A. El Haib, A. Benharref, E Manoury, M. Urrutigoïty, M. Gouygou. - Communications par affiche : - « Réarrangement intramoléculaire d’époxydes dérivés de sesquiterpènes par catalyse acide et catalyse organométallique », 29 –30 Avril 2009, RENACOM, Tetouan-MAROC, A. El Haib, A. Benharref, E Manoury, M. Urrutigoïty, M. Gouygou. - « Rearrangement intramoleculaire d’époxydes dérivés de sesquiterpènes par catalyse acide », 17ème Journée de l’Institut de Recherche Pierre Fabre "Recent Advances in Catalysis and New Methodologies", Sorèze, 11 Juin 2010. A. El Haib, A. Benharref, E. Manoury, M. Urrutigoïty, M. Gouygou. - « Rearrangement intramoleculaire d’époxydes dérivés de sesquiterpènes par catalyse acide », 4ème Journée Catalyse, 24 Septembre 2010, Toulouse, A. El Haib, A. Benharref, E. Manoury, M. Urrutigoïty, M. Gouygou. -« Réactions de réarrangement des époxy-himachalènes catalysées par des acides de Lewis et de Bronsted », « The chemical Browsers » Journée Scientifique de l’ENSCM (Ecole Nationale Supérieure de Chimie Montpellier), 11 février 2011. A. El Haib, A. Benharref, E. Manoury, M. Urrutigoïty, M. Gouygou. A mes parents A ma sœur et mes frères Au lecteur REMERCIEMENTS Ce travail de recherche a été effectué dans le Laboratoire de Chimie Biomoléculaire, Substances Naturelles et Réactivité de l’Université Cadi Ayyad-Marrakech, en collaboration avec le Laboratoire de Chimie de Coordination, Equipe « Catalyse et Chimie fine » de l’Ecole Nationale Supérieure des Ingénieurs en Arts Chimiques Et Technologiques de Toulouse, sous la codirection scientifique de Monsieur le uploads/Finance/ etude-cedre-de-l-x27-atlas-pdf.pdf