Synthèse électrochimique de dérivés bas-valents de samarium pour des applications électrosynthétiques et catalytiques

Electrochemical synthesis of low-valent samarium derivatives for electrosynthetic and catalytic applications

• Auteur / Autrice : Linhao Sun
• Direction : Mohamed Mellah
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 18/12/2013
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Chimie de Paris-Sud (Orsay, Essonne ; 2006-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de catalyse moléculaire
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marie Beau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Mellah, Jean-Marie Beau, Pierre Van de Weghe, Corinne Gosmini, Anny Jutand
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Van de Weghe, Corinne Gosmini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrocatalyse

Électrochimie organique

Samarium

Mots clés libres

Diiodure de samarium

Anode soluble

Catalyse

Cathode de samarium

Électrosynthèse

Couplage carbone-carbone

Pinacolisation

Allylation

Samarium diiodide

Catalysis

Electrochemistry

Samarium cathode

Coupling reactions

Résumé

Depuis la découverte par le Pr. Kagan en 1977 de conditions douces de synthèse du diiodure de samarium (SmI2), ce réactif est rapidement devenu un des meilleurs réducteurs chimiques utilisé en synthèse organique. Cependant, en tant que réducteur mono-électronique, il est souvent employé en quantité sur-stœchiométrique ce qui impose l’utilisation de quantité importante de réactif qui possède par ailleurs une faible solubilité dans le THF (solvant de choix pour ce réactif) ce qui impose également de trop importantes quantités de solvant. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à l’utilisation de l’électrochimie comme alternative de synthèse de SmI2 pour apporter un certain nombre de solutions aux limitations manifestes de l’utilisation de ce réactif.Dans un premier temps nous avons mis en œuvre une méthode de synthèse du SmI2 grâce à l’utilisation originale d’une anode ''sacrificielle'' de samarium. Le SmI2 électrogénéré, dosé et parfaitement caractérisé nous a permis de réaliser différentes réactions de formation de liaisons carbone-carbone médiées par ce réactif. Le SmI2 est produit et consommé en continu ce qui réduit considérablement les quantités de solvant habituellement exigées. Cette approche a également permis de préparer et de caractériser d’autres dérivés divalents de samarium souvent plus difficiles à synthétiser. Nous avons ensuite exploré la possibilité d’exploiter cette approche électrochimique pour la mise en place d’une nouvelle procédure catalytique en SmI2. Après avoir mis en évidence l’efficacité de la réduction électrochimique de sels trivalents de samarium en dérivés divalents grâce à l’emploi d’une cathode de samarium, nous avons établi les conditions opératoires d’une nouvelle procédure catalytique en SmI2 assistée par électrochimie évitant ainsi tout additif métallique. Cette approche catalytique a été appliqué avec succès dans différentes réactions de couplage.

Since the seminal reports of Kagan, dedicated to the preparation of samarium diiodides and its usefulness in organic synthesis, SmI2 became one of the most important reducing agents available to the synthetic organic chemist, promoting a multitude of radical and anionic reactions. However, the major limitations according to its preparation remains the concentration of SmI2 in THF (around 0.1M) and the inert atmosphere needed during its manipulation. Therefore, the majority of organic reactions mediated by SmI2 as reductive reagent require a stoichiometric amount or even a large excess.We report herein a new electrochemical method to prepare solutions of samarium diiodide in THF. The simple electrolysis of a samarium rod provides a rapid and straightforward in situ synthesis of SmI2. The electrogenerated complex catalyzes various C-C bond formations. The reagent is produced continuously and leads to efficient organic electrosynthesis with significantly smaller amounts of solvent than usually required. Moreover, samarium metal has been then used for the first time as electrode material to perform an efficient and versatile SmI2 catalytic system assisted by electrochemistry. The established electrocatalytic procedure that excludes any metal additives was successfully applied in various transformations mediated by this useful reagent.