Complexes de Dianions Géminés et Leurs Carbénoïdes pour l’Activation de PetitesMolécules

par Samuel Ho

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Nicolas Mézailles.

Soutenue le 29-04-2016

à Paris Saclay en cotutelle avec Nanyang Technological University , dans le cadre de École doctorale Approches interdisciplinaires : fondements, applications et innovation (Palaiseau, Essonne) , en partenariat avec LHFA - Laboratoire Hétérochimie Fondamentale et Appliquée (laboratoire) et de École polytechnique (Palaiseau, Essonne) (laboratoire) .

Le président du jury était François Mathey.

Le jury était composé de Grégory Nocton.

Les rapporteurs étaient François Mathey, Pak Hing Leung, Keith Izod.


  • Résumé

    Cette thèse décrit la synthèse de carbénoïdes métalliques et leur application vers l’activation de petites molécules et la réduction catalytique du CO2 par BH3.Le premier chapitre décrit la synthèse d’un nouveau ligand asymétrique Ph2P(S)CH2P(BH3)Ph2. Puis, les complexes monoanioniques et dianioniques de lithium et de magnésium ont pu être synthétisés. Leurs structures ont été résolves par diffraction des rayons X et calculées par DFT.Dans le deuxième chapitre, l'oxydation des complexes dianioniques Ph2P(S)CLi2P(BH3)Ph2 avec C2Cl6 et Ph2P(S)CMgP(BH3)Ph2 avec CBr4, a conduit à une insertion intramoléculaire B-H sans précédent de BH3 sur le carbone central via une espèce carbénoïde. Ensuite, le carbénoïde Ph2P(S)C(Cl)P(S)Ph2Li,fais une insertion intermoléculaire B-H avec BH3. Le mécanisme d’insertion B-H a été étudié par spectroscopie RMN et rationalisé par DFT, impliquant un état de transition avec concomitance de la rupture des liaisons B-H et C-Cl et formation des liaisons Li-Cl et C-H. Cela explique la facilité de l’insertion. Aussi, la tentative d'isolement du carbénoïde de magnésium intermédiaire a été décrite.La synthèse et la réactivité du carbénoïde bis(iminophosphoranyl) de lithium [Ph2P(NMes)C(Cl)P(NMes)Ph2Li] (Mes = 1,3,5-Me3C6H2 ) sont présentées dans le troisième chapitre. La réaction avec BH3 conduit à des espèces de boronium ClC{PPh2NMes}2BH2 et LiBH4.Le quatrième chapitre décrit l'utilisation du composé boronium comme l'un des meilleurs catalyseurs pour la réduction de CO2 par BH3. Un intermédiaire ClC{PPh2NMes}2BH{OC(O)H}, a pu être isolé et un mécanisme de cette transformation a été proposé.Enfin, au chapitre cinq, la synthèse d'une nouvelle espèce carbénoïde de lithium asymétrique (Ph2P(S)C(Cl)P(NMes)Ph2Li a été décrite. La réactivité avec BH3 a été étudiée et a donné une insertion B-H.

  • Titre traduit

    Geminal Dianionic Complexes and Their Corresponding Carbenoids for Small Molecule Activation


  • Résumé

    The thesis describes the synthesis of metal carbenoids and their application towards small molecule activation and the catalytic reduction of CO2 with borane.Chapter 1 describes the synthesis of a novel unsymmetric phosphonium-stabilized methane ligand, Ph2P(S)CH2P(BH3)Ph2. The monoanionic and dianionic lithium and magnesium derivatives were subsequently synthesized. Their electronic structures were elucidated by X-ray crystallography and DFT calculations.Chapter 2 reports the mild oxidation of the dianionic complexes Ph2P(S)CLi2P(BH3)Ph2,and Ph2P(S)CMgP(BH3)Ph2, with C2Cl6 and CBr4 respectively, which underwent an unprecedented intramolecular B-H insertion with BH3 into the central carbon via a carbenoid species, which readily dimerizes. In addition, the carbenoid Ph2P(S)C(Cl)P(S)Ph2Li, underwent a similar intermolecular B-H insertion with BH3 to form Ph2P(S)CBH2(H)P(S)Ph2. The mechanism of the B-H bond insertion was studied by NMR spectroscopy and DFT calculations, which shows the concerted bond breaking of a B-H and C-Cl bond and the bond forming of a Li-Cl and C-H bond. This accounts for the low energy required for the B-H insertion reaction. Moreover, the attempted isolation of the magnesium carbenoid intermediate was described.The synthesis and reactivity of bis(iminophosphoranyl)carbenoid Ph2P(NMes)C(Cl)P(NMes)Ph2Li (Mes = 1,3,5-Me3C6H2 )was presented in Chapter and reacted with BH3 yielding the boronium species. ClC(PPh2NMes)2BH2,Chapter 4 describes the application of the boronium species as one of the best catalyst for CO2 reduction by BH3. An intermediate ClC{PPh2NMes}2BH{OC(O)H}, was isolated and a mechanism of this transformation was proposed.Lastly, in chapter 5, the step wise synthesis of a novel unsymmetric carbenoid Ph2P(S)C(Cl)P(NMes)Ph2Li was described. The reactivity with BH3 was probed and showed a B-H insertion reaction.


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