Germylène P,N-hétérocyclique : synthèse et réactivité

P,N-heterocyclic germylene : synthesis and reactivity

• Auteur / Autrice : Natalia Del Rio
• Direction : Tsuyoshi Kato
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organométallique de coordination
• Date : Soutenance le 15/12/2016
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hétérochimie Fondamentale et Appliquée

Mots clés

Mots clés contrôlés

Petites molécules

Germanium -- Composés

Mots clés libres

Germylène

Réactivité

Petites molécules

Germylene

Reactivity

Small molecules

Résumé

Ce travail de thèse est axé sur la synthèse et la réactivité d'un nouveau germylène P,N-hétérocyclique stabilisé par un fragment phosphanylidène-phosphorane. Le premier chapitre constitue un état de l'art des études portant sur la réactivité des espèces dérivées du groupe principal vis-à-vis de petites molécules (H2, NH3, éthylène, etc.). Une emphase particulière a été apportée à la description des différents mécanismes impliqués dans l'activation des liaisons de hautes énergies et à leur comparaison avec ceux rencontrés dans le cas des métaux de transitions. Le deuxième chapitre présente la synthèse et la caractérisation complète de germylene-phosphacétènes stabilisés par différents ligands phosphine fonctionnalisés. Ces dérivés sont thermiquement labiles et leur décarbonylation à diverse températures conduit au germylène-phosphinidène transitoire correspondant. L'évolution de ces intermédiaires est étroitement liée à la nature du ligand phosphine coordinné au Ge(II) central et, dans le cas du germylène stabilisé par un ligand diaminophosphine à quatre chaînons très volumineux, une migration intramoléculaire conduisant à un nouveau germylène cyclique à six chaînons est observée. L'étude de ce germylène P,N-hétérocyclique fait l'objet du troisième chapitre de ce manuscrit. Ce germylène présente un écart énergétique HOMO-LUMO faible du fait de sa stabilisation par le fragment phosphanilidène-phosphorane. En conséquence, sa réactivité est accrue en comparaison des germylènes N-hétérocycliques classiques pour qui l'écart d'énergie singulet-triplet est supérieur. La réactivité de ce nouveau germylène, incluant une étude en chimie de coordination vers acides de Lewis, est présentée. Dans le quatrième chapitre, un adduit réactif du germylène P,N-hétérocyclique avec un borane a été étudié expérimental et théoriquement. Du fait de l'existence de plusieurs sites réactifs de différentes natures au sein de ce composé, il se comporte comme un système ''multi-activation'' vis-à-vis de petites molécules. Son utilisation en tant que catalyseur dans des transformations organiques sera également présentée.

The synthesis and reactivity of a new P,N-heterocyclic germylene, stabilized by a phosphanylidene-phosphorane moiety, are the subjects of this work. In the first chapter, a bibliographic study resumes the state of the art of principal main-group systems capable to activate small molecules, such as H2, NH3, ethylene, etc. following similar activation mechanism that those of transition metal complexes. The second chapter present the synthesis and full characterization of stable phosphaketenes functionalized germylenes supported by different phosphine ligands. These derivatives are thermally labile and easily undergo thermal decarbonylation, affording the corresponding transient germylene-phosphinidene. The evolution of these intermediates is strongly related to the nature of the phosphine ligand coordinated to the Ge(II) centre and, in the case of the germylene stabilized by the bulkier four-membered cyclic diamino-phosphine, the phosphine ligand migrates from the germanium to the phosphorus atom to form a new six-membered cyclic germylene. The study of this P,N-heterocyclic germylene is the main subject in the thirds chapter. This germylene presents a small HOMO-LUMO energy gap due to the stabilization provided by the phosphanilidene-phosphorane fragment. As a consequence, it presents an enhanced reactivity compared to that of classical N-heterocyclic germylenes, where the singlet-triplet energy gap is larger. The reactivity of this new germylene, as well as its coordination ability towards Lewis acids, will be discussed. In the fourth chapter, a stable adduct of the P,N-heterocyclic germylene with a bulky borane will be experimental and theoretically studied. Due to the presence of multiple reactive sites in this germylene-borane complex, it behaves as a multiple-activation system towards small molecules. Its use as catalyst in some organic transformations will be also presented.