Second generation Trisoxazolines : New polydentate and recyclable dendritic ligands for asymmetric catalysis

par Manuela Gaab

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Stéphane Bellemin-Laponnaz et de Lutz Gade.

Soutenue en 2009

à Strasbourg en cotutelle avec Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg .

  • Titre traduit

    Trisoxazolines de seconde génération : Nouveaux ligands multidentates et dendritiques recyclables pour la catalyse asymétrique


  • Résumé

    Le présent travail, axé sur un élargissement et une optimisation des applications des ligands de type tris(oxazolinyl)ethane (trisoxazolines) en catalyse asymétrique « acide de Lewis », présente une panoplie de nouveaux ligands stéréodirecteurs multidentates et porteurs de fonctions capables de permettre d’ultérieurs connexions ou autre greffage (« linkers »). Basé sur la préparation (à l’échelle du gramme) de précurseurs fonctionnalisés de la classe des alcools aminés appropriés, trois dérivés chiraux pentadentates de symétrie C1 et deux dérivés hexadentates de symétrie C3 de la famille des trisoxazolines, incorporant des fonctions (thio)ether, ont pu être synthétisés. Conférant de meilleures stabilités cinétiques envers les métaux labiles comme les lanthanides, ces nouveaux ligands sont alors supposés fournir des applications plus efficaces dans les transformations stéréosélectives. Les bis- et trisoxazolines contenant une fonction alkynyl ont pu être greffées de façon covalente à des supports dendritiques de type carbosilane et le potentiel catalytique des complexes de cuivre(II) de ces nouveaux ligands polydispersés a pu être examiné au travers de l’étude de deux réactions de référence. Pour chacune de ces réactions, les catalyseurs multisites de type bisoxazoline montrent une meilleure sélectivité et plus particulièrement, une activité catalytique supérieure. Cette observation peut être interprétée comme étant due à une gêne dans la décoordination de la troisième unité oxazoline, représentant l’étape clé pour la génération de l’espèce catalytiquement active pour les complexes de cuivre porteurs de ligands trisoxazoline immobilisés. Les catalyseurs dendritiques de seconde génération ont été encapsulés dans des sachets à membranes de dialyse. Ainsi, les réactions catalytiques ont pu être effectuées en immergent ces « sachets catalytiques » dans un récipient contenant une solution de substrat. Les catalyseurs contenant les unités bisoxazoline ont ainsi conduits à de bons résultats reproductibles après plusieurs recyclages, alors que la performance des dendrimères contenant les ligands trisoxazoline diminue de manière monotone au fil des tours catalytiques en raison de leur faible activité, nécessitant alors une augmentation du temps de réaction après chaque cycle. Par conséquence, ceci engendre une perte plus importante du catalyseur.


  • Résumé

    In this work, directed towards more efficient and broadened applications of tris(oxazolinyl)ethanes (trisoxazolines) in asymmetric Lewis acid catalysis, a library of new stereodirecting polydentate and linker-functionalised ligands was designed. On the basis of a multigramm-scale access to appropriately functionalised α-amino alcoholprecursors, three C1-chiral pentadentate and two C3-symmetric hexadentate trisoxazoline derivatives, incorporating peripheral (thio)ether functions, were synthesised. Conferring greater kinetic persistence to labile metals such as lanthanides, they are assumed to allow efficient applications in stereoselective transformations. Bis- and trisoxazolines containing an alkynyl unit have been covalently attached to carbosilane dendrimers and the general catalytic potential of their CuII-complexes was assessed by studying two benchmark reactions. For both of them, the bisoxazoline-based multisite catalysts displayed superior selectivity and, in particular, catalyst activity. The latter was interpreted as being due to the hindered decoordination of the third oxazoline unit, the key step in the generation of the active catalyst, in the immobilised trisoxazolinecopper complexes. Second generation dendrimer catalysts were immobilised in dialysis membrane bags, allowing to effect catalytic conversions by dipping them into substrate-filled reaction vessels. The bisoxazoline-based catalysts gave good and reproducible results after several recyclings, whereas the performance of the trisoxazoline dendrimers decreased monotonically due to their low activity, which necessitated an increased reaction time for each cycle. This resulted in higher levels of catalyst leaching.


  • Résumé

    Im Rahmen dieser Arbeit wurde, mit dem Ziel Tris(oxazolinyl)ethanderivate (Trisoxazoline) in der asymmetrischen Lewissäure-Katalyse effizienter und breiter anzuwenden, eine Serie neuer polydentater und Linker-funktionalisierter Steuerliganden synthetisiert. Basierend auf einem Zugang zu entsprechend funktionalisierten α-Aminoalkoholvorstufen im Multigramm-Maßstab wurden drei C1-chirale pentadentate und zwei C3-symmetrische hexadentate Trisoxazolinderivate mit peripheren (Thio)etherfunktionen synthetisiert. Diese tragen im Prinzip zur kinetischen Stabilisierung labiler Metalle, z. B. Der Lanthanoiden, bei und ermöglichen so deren effiziente Anwendung in stereoselektiven Reaktionen. Nach der kovalenten Trägerung Alkinyl-funktionalisierter Bis- und Trisoxazoline an Carbosilandenrimeren wurde das katalytische Potential ihrer CuII-Komplexe in zwei Benchmarkreaktionen abgeschätzt. Bisoxazolin-basierte Vielzentrenkatalysatoren erzielten mit beiden Systemen höhere Selektivitäten und insbesondere Aktivitäten als ihre Trisoxazolinanaloga. Dies wurde auf die gehinderte Dekoordination des dritten Oxazolins, dem Schlüsselschritt bei der Ausbildung des aktiven Katalysators im Falle der immobilisierten Trisoxazolin-Kupferkomplexe, zurückgeführt. Dendritische Katalysatoren der zweiten Generation wurden in einer Dialysemembran immobilisiert, um durch Eintauchen der resultierenden Beutel in mit Substrat befüllte Reaktionsgefäße katalytische Umsetzungen durchzuführen. Dabei erzielten die Bisoxazolinbasierten Katalysatoren über mehrere Läufe gute, reproduzierbare Werte, während jene der Trisoxazolindendrimere monoton abnahmen. Dies ließ sich auf ihre geringe Aktivität, die damit verbundenen längeren Reaktionszeiten und die erhöhten Katalysatorverluste durch Leaching zurückführen.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (162 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 133-147

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2009;0069
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