Complexes de fer(II) et de cobalt(II) de basse coordinance : synthèses, caractérisations et applications en réaction d’hydroamination des alcènes

Low valence iron(II) and cobalt(II) complexes : synthesis, characterisations and applications in alkenes hydroamination reaction

• Auteur / Autrice : Clément Lepori
• Direction : Jérôme Hannedouche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 08/12/2017
• 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 : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Cyrille Kouklovsky
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Hannedouche, Cyrille Kouklovsky, Marine Desage-El Murr, Vincent César
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marine Desage-El Murr, Clément Mazet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyse homogène

Métaux de transition -- Complexes

Catalyseurs au cobalt

Fer -- Composés

Mots clés libres

Fer

Cobalt

Catalyse

Complexe

Hydroamination

Iron

Cobalt

Catalysis

Complexe

Hydroamination

Résumé

Les motifs azotés sont présents dans de nombreuses molécules d’intérêts pharmaceutiques. Les méthodes de synthèses traditionnelles de ces motifs vont, par exemple, de la substitution nucléophile d’amines sur des halogénures d’alkyles à de l’amination réductrice des composés carbonylés. Ces méthodes, bien qu’efficaces, nécessitent néanmoins des quantités stœchiométriques de réactifs pour être appliquées et génèrent souvent des quantités importantes de déchets. Un des challenges de la chimie organique moderne consiste à développer de nouvelles méthodes de synthèses de ces motifs plus économiques et plus respectueuses de l’environnement en produisant un taux de déchets le plus faible possible. L’addition directe d’une amine sur une double liaison carbone-carbone non-activée que l’on appelle la réaction d’hydroamination des alcènes est une approche très prometteuse pour le développement d’une méthodologie de synthèse alternative de ces composés. En effet, dans cette réaction, tous les atomes du substrat de départ sont transférés au produit réduisant ainsi considérablement les déchets produits. De plus, les amines et les oléfines employées sont des réactifs relativement bon marché, abondants et variés. Néanmoins, cette transformation a priori simple nécessite généralement l’emploi d’un catalyseur. Dans la littérature, la réaction d’hydroamination des alcènes a été étudiée en utilisant comme catalyseur des complexes de métaux alcalins, alcalino-terreux, de terre-rares et de métaux de transition. Au commencement de ce projet, il n’existait pas d’exemples de réaction d’hydroamination des alcènes mettant en jeu des amines primaires non protégées catalysée par des complexes de fer ou de de cobalt. Dans ce contexte, notre équipe s’est intéressée à la réactivité de complexes de fer(II) et de cobalt(II) de basse valence stabilisés par des ligands de type β-dicétiminate. Ces complexes se sont révélés être d’excellents catalyseurs pour promouvoir la réaction d’hydroamination des amines primaires non protégées liées à des alcènes non activés.Dans un premier temps, les synthèses des complexes de fer(II) et de cobalt(II) alkyles stabilisés par des ligands β-dicétiminates ainsi que leurs applications en réaction de cyclohydroamination des amines primaires non protégées seront présentées. De plus, des études mécanistiques poussées permettront d’éclaircir le mécanisme de la réaction, qui est proposé de passer par une étape élémentaire clé d’insertion 1,2 migratoire aboutissant à la formation d’une liaison carbone-azote.Dans un second temps, les influences des propriétés électroniques et stériques des ligands sur la réactivité en réaction d’hydroamination des alcènes des complexes de fer(II) alkyles seront étudiées. Nous nous attarderons particulièrement sur des complexes stabilisés par des ligands β-dicétiminates dissymétriques ou iminoanilidures. Les données cristallographiques des complexes à l’état solide permettront alors de rationaliser les variations de réactivités de ces différents complexes.Enfin, les complexes de fer(II) et de cobalt(II) synthétisés précédemment seront exploités pour développer de nouvelles réactivités en réactions d’oxydation, d’amination oxydante ou de création de liaison azote-silicium par un couplage déshydrogénant.

The nitrogenous units are present in many molecules of pharmaceutical interest. The traditional synthesis methods of these units range, for example, from the nucleophilic substitution of amines on alkyl halides to reductive amination of the carbonyl compounds. These methods, although effective, nevertheless require stoichiometric amounts of reagents to be applied and often generate large amounts of waste. One of the challenges of modern organic chemistry is to develop new methods of synthesizing these more economical and environmentally friendly patterns by producing the lowest waste rate possible. The direct addition of an amine to an unactivated carbon-carbon double bond known as the alkene hydroamination reaction is a very promising approach for the development of an alternative synthesis methodology for these compounds. Indeed, in this reaction, all the atoms of the starting substrate are transferred to the product thus considerably reducing the waste produced. In addition, the amines and olefins employed are relatively inexpensive, abundant and varied reagents. Nevertheless, this simple transformation generally requires the use of a catalyst. In the literature, the hydroamination reaction of alkenes has been studied using alkali metal, alkaline earth, rare earth and transition metal complexes as catalysts. At the beginning of this project there were no examples of the hydroamination reaction of alkenes involving unprotected primary amines catalysed by iron or cobalt complexes. In this context, our team was interested in the reactivity of iron (II) and cobalt (II) complexes of low valence stabilized by β-diketiminate ligands. These complexes have proved to be excellent catalysts for promoting the hydroamination reaction of unprotected primary amines bound to non-activated alkenes.In a first step, the syntheses of the iron (II) and cobalt (II) complexes stabilized by β-diketiminate ligands as well as their applications in cyclohydroamination reaction of the unprotected primary amines will be presented. In addition, advanced mechanistic studies will clarify the mechanism of the reaction, which is proposed to go through a key elementary 1..2 migratory insertion leading to the formation of a carbon-nitrogen bond.In a second step, the influence of the electron and steric properties of the ligands on the reactivity in the hydroamination reaction of the alkenes of the iron (II) alkyl complexes will be studied. We will focus particularly on complexes stabilized by asymmetric β-diketiminate ligands or iminoanilides. The crystallographic data of the solid state complexes will then make it possible to rationalize the variations of reactivities of these various complexes.Finally, the iron (II) and cobalt (II) complexes synthesized above will be exploited to develop new reactivities in oxidation reactions, oxidative amination or the creation of a nitrogen-silicon bond by a dehydrogenating coupling.