Les complexes d'organophosphine borane : de la frustration à l'inspiration

Organophosphorous borane complexes : from frustration to inspiration

• Auteur / Autrice : Jonathan Dupré
• Direction : Annie-Claude Gaumont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 19/10/2017
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire et thio-organique (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Rouden
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annie-Claude Gaumont, Hélène Gérard, Sami Lakhdar, Thibault Cantat, Joseph Moran

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie de la fonctionnelle de densité

Réactions chimiques -- Mécanismes

Catalyse

Phosphore

Mots clés libres

Mécanismes réactionnels

Phosphorus

Catalysis

Reaction mechanisms

DFT

Résumé

Les travaux décrits dans ce manuscrit de thèse concernent l’exploitation des interactions acide-base de Lewis entre deux partenaires organophosphorés et organoborés. Quatre types d’interactions ont été particulièrement au cœur de notre étude, allant de la frustration de la liaison P-B à la formation de complexes acide base de Lewis fortement liés. L’étude de ces interactions, couplée à des outils de physico-chimie organique et de chimie théorique, nous ont permis, non seulement de comprendre les paramètres clés de la réactivité mais également de mettre en avant de nouvelles voies de synthèse. Dans un premier temps, notre étude s’est portée sur l’hydrogénation de composés insaturés par les Paires de Lewis Frustrées (FLP). Ainsi, l’origine de l’incapacité des P/B à réduire les accepteurs de Michael a été expliquée par des mesures cinétiques de la nucléophilie et de la basicité de Lewis de phosphines encombrées. Dans une seconde partie, l’hydricité de complexes de phosphine borane (PBs) variées a été mesurée, nous permettant d’établir une échelle de prédiction de la réduction de divers électrophiles en présence de ces donneurs d’hydrure ioniques. Cette étude nous a conduit à considérer les PBs comme substrats dans des réaction de borylation intramoléculaire impliquant BH3 comme source de bore. Cependant, des résultats inattendus ont mis en exergue une migration prépondérante à la borylation lors de la réaction entre les PBs et un acide de Lewis, donnant accès à une nouvelle familles de PBs possédant un atome de bore électro-déficitaire. Des études cinétiques couplées à une étude par DFT ont permis de rationaliser la réactivité observée. Enfin, l’exploitation des interactions réversibles entre une phosphine secondaire et un acide de Lewis organique ou métallique nous ont permis de contrôler la régiosélectivité lors de l’hydrophosphination d’alcènes 1,1-disubstitués par les diarylphosphines. Nos études mécanistiques soutiennent fortement l’implication d’un carbocation comme intermédiaire réactionnel.

The research in this thesis describes the exploration of the Lewis-acid Lewis-base interactions between organophopshine and organoborane compounds. We focused our attention on four types of interactions going from frustrating to stong P-B bonds. Our understanding of these interactions is based on detailed kinetics and computational calculations, allowing us to find a new reactivity of these species. In a first part, we studied the metal-free hydrogenation of unsaturated compounds using Frustrated Lewis Pairs (FLPs). Based on the measurement of the nucleophilicity and the Lewis basicity parameters of sterically hindered phosphines, we were able to explain reasons of the failure of P/B FLPs to catalyse the hydrogenation of Michael acceptors under H2. In the second chapter, we employed the Mayr’s linear-free energy relationship to measure the hydricity of various phosphine borane complexes (PBs) and compare their reactivity to commons hydride donors. Based on these kinetic parameters, we next turned our attention to investigate the effect of a strong Lewis acid, (B(C6F5)3), to prevent the expected intramolecular borylation of PBs to take place. By combining kinetic and computational investigations, we have been able to understand factors controlling this reaction. In the last chapter, we reported on the regioselective organocatalytic Markovnikov hydrophosphination of aryl alkenes. Importantly, we highlighted that the reversible formation of a phosphine-Lewis acid complex is in the core of the catalytic process. Mechanistic investigations support the formation of a carbocation in the catalytic cycle.