Alkaline-earth complexes supported by fluorinated ancillary ligands

par Sorin-Claudiu Roşca

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Jean-François Carpentier et de Yann Sarazin.

Soutenue le 03-12-2015

à Rennes 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière (Rennes) , en partenariat avec Université européenne de Bretagne (PRES) et de Institut des Sciences Chimiques de Rennes (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Chimie organométallique des complexes alcalinoterreux à base de ligands fluorés


  • Résumé

    L'addition catalysée des amines ou phosphines sur des substrats insaturés (alcènes, alcynes ou allènes) constitue une méthode efficace pour la production d’amines et phosphines à hautes valeurs ajoutées. Pour ces réactions, les complexes hétéroleptiques des métaux alcalino-terreux ont émergé comme des précatalyseurs effi caces. Cette thèse décrit la synthèse de complexes des alcalino-terreux supportés par des ligands aminoalcoolates fluorés de type [{RO}AeN(SiMe2H)2] ({RO} = aminoalcoolate fluoré; Ae = Ca, Sr). Des études par diffraction de rayons X montrent que ces complexes utilisent des interactions Ae···F–C and β-Si–H···Ae pour être cinétiquement inertes. Étonnamment, la somme de ces interactions non-covalentes dites secondaires est prédominante par rapport à la coordination d'éthers sur le centre métallique. En outre, les ligands aminoalcoolates fluorés ont été utilisés pour préparer de rares exemples de complexes Ae hétéroleptiques impliquant la coordination intramoléculaire de donneurs d'électrons π (i.e. alcènes et alcynes). Ainsi, pour la première fois, des complexes Ae stabilisés par des combinaisons d’interactions Ae···Cπ, Ae···F−C et β-Si−H···Ae ont été synthétisés. La nature de ces interactions a été sondée par des moyens spectroscopiques, cristallographiques et calculatoires (DFT). En revanche, nos efforts pour obtenir des complexes Ca–aryles ont conduit à la formation de complexes trinucléaires originaux présentant des interactions secondaires β-Si-H···Ca extrêmement fortes. Certains de ces complexes de calcium ont ensuite été testés en catalyse d’hydrophosphination du styrène avec la diphénylphosphine. Ils ont démontré des activités remarquables (TOF ≈ 50 h−1) en conditions douces, ainsi qu’une régiosélectivité de 100% vers la formation du produit d'addition anti-Markovnikov. En collaboration avec le Pr. M. Etienne et le Dr C. Dinoi du Laboratoire de Chimie de Coordination (Toulouse), un précatalyseur hétéroleptique de calcium supporté par un ligand tris(indazolyl)borate fluoré a été utilisé pour l’hydroamination intramoléculaire du 2,2-diméthylpent-4-en-1-amine, et a fait preuve d’une activité catalytique parmi les plus élevées à ce jour.


  • Résumé

    The catalysed additions of amines or phosphines across unsaturated substrates (alkenes, alkynes or allenes) constitute atom-efficient routes for the production of valuable fine chemicals such as amines and phosphines. For these reactions, heteroleptic alkaline-earth complexes have emerged as promising precatalysts. This PhD thesis describes the synthesis and characterisation of a series of alkaline-earth complexes of type [{RO}AeN(SiMe2H)2] supported by fluorinated aminoalkoxides ({RO} = fluorinated aminoalkoxide; Ae = Ca, Sr ). X-ray diffraction studies show that these complexes heavily involve Ae···F–C and β-Si–H···Ae secondary interactions to achieve kinetic stabilisation. Remarkably, these so-called secondary, non-covalent interactions can be more beneficial towards the stabilisation of the metallic species than the coordination of ethers onto the metal centre. Furthermore, fluorinated aminoalkoxo ligands were used to prepare rare examples of Ae heteroleptic complexes featuring intramolecular coordination from π donors (i.e. alkenes and alkynes). For the first time, Ae complexes stabilised by a combination of Ae···Cπ, Ae···F–C and β-Si–H···Ae interactions were described. The structural and electronic features of these unique complexes were probed by crystallographic, spectroscopic and computational (DFT) methods. The utilisation of aryl-containing ligands resulted in the formation of trinuclear complexes featuring a unique pattern of strong β-Si–H···Ca agostic interactions. Some of these calcium heteroleptic complexes were tested in the hydrophosphination of styrene and HPPh2. They displayed high activities (TOF ≈ 50 h–1) under mild conditions with 100% regioselectivity towards the anti-Markovnikov addition product. In a collaboration with Prof. M. Etienne and Dr. C. Dinoi from the Laboratoire de Chimie de Coordination (Toulouse), a heteroleptic calcium complex supported by a fluorinated tris(indazolyl)borate was used in the intramolecular hydroamination of 2,2-dimethylpent-4-en-1-amine, and it displayed excellent performances.


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