Donneurs d’électrons organiques : développement d’un nouveau système catalytique photoredox

Organic electron donors : development of a new catalytic photoredox system

• Auteur / Autrice : Arona Fall
• Direction : Patrice Vanelle, Julie Broggi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Chimiques
• Date : Soutenance le 22/11/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences chimiques (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Radicalaire (ICR) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Feray
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anis Tlili
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Étienne Brachet, Marine Desage-El Murr

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sulbactam

Catalyse photorédox

Catalyseurs

Oxydoréduction

Électrons

Mots clés libres

Réactions par transfert mono ou biélectronique

Système catalytique photoredox

Donneurs d'électrons organiques de type énamine

Organic electron donors

Single electron transfer (SET)

Double electron transfer (DET)

Photoredox catalytic system

Résumé

Durant ces dernières décennies, la réactivité des donneurs d’électrons organiques de type énamine (DEO) a été largement exploitée dans des réactions de réduction par transfert électronique. De part leurs forts pouvoir réducteur avec des potentiels redox exceptionellement négatifs, les DEOs sont capables de transférer spontanément un ou deux électrons à des substrats organiques, formant ainsi des intermédiaires radicalaires ou anioniques. Cependant, ces DEOs sont toujours utilisés en quantité stœchiométrique, ce qui limite leur compétivité face aux catalyseurs organométalliques et organiques.Les travaux de cette thèse consistent à répondre à cette problématique en développant un nouveau système catalytique avec ces DEOs. Pour cela, plusieurs stratégies ont été envisagées. Dans une première méthode, une quantité catalytique du DEO serait utilisée pour amorcer le transfert d’électron pour la réduction du substrat. L’oxydation d’intermédiaires radicalaires générés, permettrait alors de régénérer le DEO. Cette stratégie n’a malheureusement pas donné de résultat. Une seconde méthode consisterait à régénérer le DEO à partir de la forme oxydée DEO2+, stable à l’air et d’un donneur d’électron sacrificiel (amine tertiaire, dithionite de sodium ou Rongalite®) sous photoactivation. Plusieurs étapes d’optimisation ont permis d’aboutir à un système catalytique photoredox efficace avec la forme oxydée comme photocatalyseur et la Rongalite® en tant que donneur sacrificiel. Ce nouveau système catalytique photoredox a été appliqué à la réduction de divers groupements fonctionnels (sulfone, halogénure d’aryle, triflate) par transfert mono et biélectronique.

During this last decade, the reactivity of enamine-based organic electron donor (OED) has been widely explored in electron transfer processes. With exceptionally negative redox potentials, OEDs spontaneously promote single (SET) or double electron transfer (DET) to an organic substrate, to form radical or anionic intermediates. However, the use of stoichiometric amount of OEDs limits their competitivity compared to their organometallic and organic catalysts. This thesis project consisted in developing a new catalytic system with OEDs. Different strategies were envisaged. In a first method a catalytic amount of OED would initiate the electron transfer to reduce the substrate. The oxidation of the generated radical intermediate would allow the regeneration of OED. Unfortunately, this strategy was unsuccessful. The second strategy would consist in regenerating the OED from its air-stable oxidized form OED2+ and a sacrificial electron donor (tertiary amine, sodium dithionite or Rongalite®) under photoactivation. Several optimizing steps allowed the development of a new efficient catalytic photoredox system with the oxidized form as photocatalyst and Rongalite® as sacrificial electron donor. This new photoredox catalytic system was applied to the reduction of various functionals groups (sulfone, aryl halide and triflate) by single electron transfer (SET) and double electron transfer (DET). The reactivity of the photocatalytic system was also explored in radical addition reactions.