Etude de complexes pour les réactions par transfert d’atome d’oxygène ou d’azote : de la synthèse à la photoactivation

Study of complexes for reactions by oxygen or nitrogen atom transfer : From synthesis to photoactivation

• Auteur / Autrice : Clémence Ducloiset
• Direction : Ally Aukauloo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 21/09/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Inorganique (Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Schulz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ally Aukauloo, Emmanuelle Schulz, Marine Desage-El Murr, Olivier Siri, Marie-Noëlle Collomb, Marie Sircoglou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marine Desage-El Murr, Olivier Siri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photochimie

Catalyseurs au rhodium

Catalyseurs au ruthénium

Amination

Oxydation catalytique

Mots clés libres

Oxydation

Amination

Ligands N4

Métal-Oxo

Complexes de ruthénium

Complexe dinucléaire de rhodium

Oxidation

Amination

N4 ligands

Metal-Oxo

Ruthenium complexes

Rhodium dinuclear complexes

Résumé

Les processus d’oxydation et d’amination sont très importants dans le monde de l’industrie mais les procédés actuels sont polluants. Afin de réaliser ces transformations de manière catalytique et propre, les réactions bioinspirées par transfert d’atome d’oxygène (TAO) et d’azote (TAN) ont été étudiées. La formation de l’espèce active à haut degré d’oxydation étant bien connue dans le cas des TAO, l’enjeu se situe dans le design des ligands. Dans le cas des TAN, cette étape est moins bien étudiée, limitant le développement de nouveaux catalyseurs. Enfin, l’utilisation d’une source d’énergie lumineuse, et non plus chimique, est recherchée afin de diminuer les déchets produits lors de ces réactions.Deux stratégies ont été mises en œuvre au cours de ce projet. Pour l’étude des réactions par TAO, deux nouveaux jeux de ligands, similaires aux porphyrines et aux BODIPY, ont été synthétisés. L’obtention et la caractérisation des complexes de ruthénium ainsi que leur réactivité par oxydation chimique ou électrochimique ont été réalisées. Pour les réactions de TAN, le mécanisme du dimère connu Rh2(esp)2 de type PCET (transfert couplé de proton et d’électron), semblable à celui des réactions par TAO, a été étudié en identifiant les différents intermédiaires formés grâce à une étude spectro-électrochimique. Ces différentes étapes ont ensuite été réalisées par voie photochimique développant ainsi l’utilisation de l’énergie lumineuse pour réaliser des réactions de TAO et TAN de manière éco-compatible.

Processes of oxidation and amination hold an important place on an industrial level but the current available methods are polluting and non-sustainable. To perform these transformations in the contour of green catalysis, bio-inspired oxygen atom transfer (OAT) and nitrogen atom transfer (NAT) reactions were addressed. In the case of OAT, the mechanism for the formation of the active species, the highly oxidized metal-oxo, is rather well described, and the challenge relies in the design of ligands to stabilize such species. For NAT, this step is less studied which limits the development of new catalysts. An even more challenging task resides in the use of light energy to generate these active species in the perspective to replace the classic oxidants. During this thesis, two projects have been undertaken. Firstly, the synthesis of dipyrrin based ligands and the corresponding ruthenium complex was evaluated for their ability to perform OAT reactions using conventional oxidants or the electrochemical way. Regarding the NAT reactions, we have investigated on the electrochemical, chemical and photochemical activation of the known catalyst Rh2(esp)2. Our strategy consisted in the activation of the nitrogen atom donor substrate, the sulfonamidate, in the coordination sphere of the catalyst. We disclose the spectroscopic signatures for the stepwise activation of the catalyst-substrate form. This work has as objective to set us on the path to develop a sustainable way to perform these reactions.