Synthèse et étude de l'activité catalytique de nouveaux complexes cationiques bien définis à base de gallium(I) et d'indium(I), évaluation de divers sels à l'anion faiblement coordinant en tant qu’abstracteurs d'halogénures.

par Guillaume, Jean, Gregoire, Thiery

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Vincent Gandon.

Soutenue le 22-11-2016

à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes , en partenariat avec université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) et de Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (laboratoire) .

Le président du jury était Mathieu Pucheault.

Le jury était composé de Vincent Gandon, Mathieu Pucheault, Pierre de Frémont, Emmanuel Lacôte, Christophe Bour, Gaëlle Blond.

Les rapporteurs étaient Pierre de Frémont, Emmanuel Lacôte.


  • Résumé

    Le premier projet de ce travail de doctorat a consisté à étudier l’activité catalytique de complexes à base de gallium(I), pour continuer à rechercher des alternatives aux catalyseurs à base de métaux nobles, plus communs, mais réputés coûteux et/ou toxiques. Le savoir-faire de l’équipe en catalyse par des complexes de gallium(III) a pu être réinvesti dans l’étude de ce bas degré d’oxydation du gallium, rarement étudié dans la littérature scientifique, dans l’espoir de détecter des réactivités et/ou sélectivités différentes d’avec des complexes de gallium(III). Ainsi, le complexe cationique bien défini de gallium(I) [Ga(PhF)2][Al(OC(CF3)3)4] a été employé dans une large gamme de réactions dans lesquelles les catalyseurs à base de gallium(III) avaient déjà fait leurs preuves, telles que l’hydroarylation d’arénynes, la réaction de Friedel-Crafts ou encore l’hydrogénation d’alcènes par transfert, pour laquelle une réactivité supérieure à celle des complexes usuellement utilisés au sein de l’équipe a été observée. Un analogue à base d’indium(I), [In(PhF)2][Al(OC(CF3)3)4], a également été étudié dans ces réactions, sans succès. En revanche, il s’est avéré efficace dans le cadre de réactions d’hydroamination d’aminoalcènes.En parallèle a été conduit un projet basé sur l’étude en tant qu’abstracteurs d’halogénures de complexes de divers métaux (argent, lithium, potassium, thallium(I)) comportant l’anion perfluoré, très volumineux et très faiblement coordinant [Al(OC(CF3)3)4]-. Dans le cadre de l’activation de pré-catalyseurs à base d’or(I), de gallium(III) ou d’indium(III) par abstraction d’halogénures, les sels d’argent sont les plus communément employés dans la littérature. Cependant, ces sels d’argents ne sont pas innocents en termes de réactivité. Par ailleurs, si les cations métalliques des sels employés en abstraction d’halogénures font l’objet d’un nombre raisonnable d’études dans la littérature, ce n’est pas autant le cas des anions qui leur sont associés : notre étude s’oriente selon ces deux problématiques. Il s’est avéré que les propriétés très faiblement coordinantes de l’anion [Al(OC(CF3)3)4]- ont mené à des réactivités et sélectivités différentes de celles obtenues avec l’emploi de sels plus usuels, AgSbF6 plus particulièrement, dans le cadre de réaction classiquement catalysées par l’or(I) ou le gallium(III) et déjà étudiées dans le premier projet de ce travail de thèse. Les complexes à base de gallium(I) et d’indium(I) impliqués dans le premier projet ont également été, succinctement, étudiés dans ce projet parallèle.

  • Titre traduit

    Synthesis and study of the catalytic activity of new well-defined gallium(I) and indium(I)-based cationic complexes, evaluation of diverse weakly coordinating anion-containing salts as halide abstractors.


  • Résumé

    In the main project of this thesis work, the catalytic activity of gallium(I)-based complexes was explored. The aim was to keep on looking for alternatives to noble metals-based, more common catalysts, which have a reputation for being expensive and/or toxic. The know-how developed in the team on gallium(III)-based catalysis was reinvested into the study of this low oxidation degree of gallium, only scarcely studied in the literature. It was hoped to then detect different reactivity and/or selectivity than with gallium(III) complexes. Thus, the well-defined, cationic, gallium(I)-based complex [Ga(PhF)2][Al(OC(CF3)3)4] was used in a large array of reactions that were already successfully studied with gallium(III)-based catalysts, such as the hydroarylation of arenynes, the Friedel-Crafts reaction or the transfer hydrogenation of alkenes. In this later reaction in particular, the observed reactivity was superior to that achieved with the catalysts more commonly used in the team. An indium(I)-based analogue, [In(PhF)2][Al(OC(CF3)3)4], was also tested in these reactions, without any success. However, it was actually efficient in the context of aminoalkenes hydroamination reactions.The side-project of this work consisted in the study as halide abstractors of complexes, based on diverse metals (silver, lithium, potassium, thallium(I)) and containing the perfluorinated, very bulky and very weakly coordinating anion (WCA) [Al(OC(CF3)3)4]-. In the frame of the activation of gold(I), gallium(III) or even indium(III)-based pre-catalysts by halide abstraction, silver salts are the most frequently used. However, these silver salts are not non-innocent in terms of reactivity. Besides, if the cationic metal of the salts used in halide abstraction are the subject of a reasonable amount of studies in the literature, it is not the case of their anionic counterparts: we planned to address these two problematics with this project. It appeared that the very weakly coordinating properties of the anion [Al(OC(CF3)3)4]- in the context of the previously referred to reactions classically catalyzed by gold(I) or gallium(III)-based complexes led to different reactivity and selectivity than those achieved with the usual salts and in particular AgSbF6. The gallium(I) and indium(I)-based complexes involved into the main project were also briefly studied in this side-project.



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