Formation de liaisons C-C, C-S, C-N et C-P réalisée par catalyse au cuivre, au manganèse ou en absence de métal de transition

Formation of C-C, C-S, C-N and C-P bonds performed by using copper, manganese catalysis or transition-metal-free methods

• Auteur / Autrice : Yujia Liu
• Direction : Marc Taillefer, Florian Monnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie Moléculaire
• Date : Soutenance le 20/11/2017
• Etablissement(s) : Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....) - Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier / ICGM ICMMM
• Jury : Président / Présidente : Michel Etienne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Taillefer, Michel Etienne, Yves Génisson, Véronique Michelet, Françoise Quignard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yves Génisson, Véronique Michelet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lithium -- Composés organiques

Catalyseurs au manganèse

Catalyseurs au cuivre

Mots clés libres

Sonogashira

Méthylthiolation

Couplage aromatique

Cuivre

Manganèse

Organolithien

Sonogashira

Methylthiolation

Aromatic coupling

Copper

Manganese

Organolithium

Résumé

Cette thèse se situe dans le cadre général de la recherche de nouvelles méthodes de synthèse, peu coûteuses et éco-compatibles, permettant d’accéder à des molécules intéressantes dans le domaine pharmaceutique, agrochimique ou dans celui des matériaux. Plus particulièrement, l’objectif consiste à créer des liaisons C-C et C-hétéroatome (S, N, P) par la catalyse au cuivre, au manganèse ou à l’aide de méthodes ne faisant pas appel à des métaux de transition.Dans une première partie, une réaction de Sonogashira réalisée par catalyse au cuivre sous des conditions biphasiques (eau / substrats organiques) a été décrite. La charge en catalyseur peut être diminuée jusqu’ à 0,02-0,2 mol% et un intermédiaire potentiel de cette réaction, correspondant à un cluster de cuivre lié à un groupe acétylure, a été identifié par diffraction aux rayons X.Dans une deuxième partie, nous avons décrit un nouveau système catalytique au cuivre permettant de réaliser, sous atmosphère de dioxyde de carbone, la méthylthiolation d’halogénures d’aryle, en utilisant le diméthylsulfoxyde comme source du fragment méthylthio. Le rôle de CO2, dont la présence est un facteur crucial pour la formation des sulfures d’aryle méthyle correspondants, est discuté.La troisième partie décrit des réactions d’homocouplage et d’hétérocouplage, catalysées au manganèse, et mettant en jeu des dérivés aryllithiens synthétisés in situ à partir d’halogénures d’aryle. Selon les conditions expérimentales, des biaryles symétriques ou dissymétriques peuvent être obtenus. Un complexe intermédiaire du manganèse pouvant intervenir dans les mécanismes réactionnels a été détecté par l’ESI-MS.Enfin, un système associant DMF et t-BuOK et ne faisant pas appel au complexe de métaux de transition a été développé pour réaliser l’arylation de nucléophiles variés tels que le pyrazole, l’imidazole, le disulfure de dialkyle ou l’oxyde de diarylphosphine à partir de dérivés halogénés aromatiques. Pour ce sujet, les travaux sont à un stade préliminaire.

This thesis is one part of a general research of the novel, non-expensive and environmentally friendly methods for the synthesis of the interesting molecules in the pharmaceutical, agrochemical or material field. In particular, the objective consists of creating the C-C and C-heteroatom (S, N, P) bonds by using copper, manganese catalysis or transition-metal-free system.In the first part, a copper-catalyzed palladium-free Sonogashira reaction has been realized under biphasic conditions (water / organic substrates) allowing decreasing the copper loading up to 0.02 – 0.2 mol% and a potential intermediate species of this reaction, corresponding to a copper cluster linked with acetylide moiety, has been identified by X-ray diffraction.In the second part, we described a novel carbon dioxide involved copper-catalyzed system for the methylthiolation of aryl halides using dimethylsufoxide as a source of methylthio group. The presence of carbon dioxide is a crucial factor for the formation of aryl methyl sulfides products and its role is discussed.The third part describes the manganese-catalyzed homocoupling and cross-coupling reactions via the formation in situ of aryllithium from corresponding aryl halides or arenes. According to the experimental conditions, the symmetrical or unsymmetrical biaryls could be obtained. An intermediate complex of manganese which could involve in the reaction mechanism was detected by ESI-MS.Finally, a transition-metal-free system associating DMF with t-BuOK has been developed to realize the arylation of aromatic halide derivatives and various nucleophiles such as pyrazol, imidazole, dialkyl disulfide or diarylphosphine oxide. This project is at a preliminary stage.