Etude de l’oxydation de complexes à ligand phosphasalen

Oxidation of phosphasalen complexes

• Auteur / Autrice : Irene MUSTIELES MARÍN
• Direction : Audrey Auffrant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 26/10/2017
• 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 : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Moléculaire (Palaiseau ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Yves Le Mest
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Audrey Auffrant, Elodie Anxolabéhère-Mallart, Fabrice Thomas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katell Sénéchal-David

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phosphine

Ligands (biochimie) -- Fixation

Oxydation

Mots clés libres

Phosphasalens

Iminophosphoranes

Ligands redox non-Innocents

Phosphasalens

Iminophosphoranes

Redox non-Innocent ligands

Résumé

Les ligands phosphasalen développés au sein du laboratoire peuvent être considérés comme les analogues phosphorés des ligands salen dont ils diffèrent par la présence de groupements iminophosphorane à la place des imines. L’introduction de ces fonctions a d’importantes conséquences sur les propriétés de ces ligands, qui sont plus électrodonneurs et plus flexibles que les dérivés salen correspondants, capables de stabiliser des métaux à haut degré d’oxydation. Ces ligands ont également un caractère redox non-innocent, une propriété très étudiée de nos jours tant en chimie de coordination qu’en catalyse.Dans la cadre de cette thèse, différents ligands ont été synthétisés en modifiant les différents paramètres au sein du ligand : les substituants du cycle phenolate, MeO vs. tBu (PsalentBu et PsalenOMe); les substituants du phosphore, alkyl vs. aryl (iPrPsalen); et le lien entre les deux azotes, avec l’introduction de différentes o-phenylenediamines à la place d’ethylenediamine, qui donne les ligands Psalophen, PsalophenOMe2, PsalophenMe and PsalophenCF3.Les complexes neutres de cuivre et nickel, ainsi que les produits de mono-oxydation ont été synthétisés et caractérisés. Pour déterminer précisément la structure électronique des complexes différentes techniques ont été utilisés : des spectroscopies UV-visible, RMN et RPE, voltampérométrie cyclique, diffraction de rayons X, mesures magnétiques à l’état solide (SQUID), ainsi que des calculs DFT.De manière générale ces travaux montrent que les phosphasalen sont mieux à même de stabiliser la densité de spin sur le métal, donnant en certains cas des complexes à haute valence (NiIII, CuIII) encore rares dans la littérature. Dans certains cas les observations expérimentales et les calculs pointent vers un état fondamental multiconfigurationel. Contrairement aux ligands salen, les complexes portant un lien aromatique entre les deux azotes dimerisent lors de l’oxydation. Afin de contrôler la densité électronique sur ce cycle, une série des complexes à ligands phosphasalophen ont été également étudies.Une synthèse de complexes phosphasalen de manganèse(II) et (III) a été également réalisée. La stabilisation des complexes oxo ou nitrido, ainsi que la catalyse d’oxydation ont été envisagés avec ces complexes et des résultats prometteurs ont été obtenus.

Phosphasalen ligands developed in our laboratory can be considered as the phosphorous analogues of salen ligands where the imines have been substituted by iminophosphorane functions. The presence of the P-N bond makes these ligands more electro-donating and more flexible than salen analogues. They are able to stabilize high-valent metal complexes, as in the case of a Ni phosphasalen complex, which was characterized as a NiIII complex in solution and in solid state. This was never obtained before with salen-type ligands.Phosphasalen ligands, as the salen ones, can act as redox non-innocent ligands. Therefore, upon oxidation either the ligand or the metal center can be oxidized depending on the relative energy of metal and ligand orbitals. This behavior has been deeply investigated in coordination chemistry and in catalysis.In order to elucidate the factors that influence the oxidation locus different ligands have been synthetized modifiying the phenolate subtituents, MeO vs. tBu (PsalentBu and PsalenOMe); the phosphorous substituents, alkyl vs. aryl (iPrPsalen); and the linker between the two nitrogen atoms, ethylenediamine vs. phenylenediamine (Psalophen, PsalophenOMe2, PsalophenMe and PsalophenCF3).The neutral and one-electron oxidized copper and nickel complexes were synthetized and characterized. In order to determine the electronic structure of the complexes a combination of different characterization techniques were used: UV-vis, EPR and NMR spectroscopies, cyclic voltammetry, X-ray diffraction, magnetic measurements (SQUID), as well as theoretical calculations.In a general manner, phosphasalen ligands favor a metal center oxidation in a higher extent than salen derivatives, leading in some cases to high-valent metal complexes (NiIII, CuIII), remaining rare cases in the literature. For some complexes, experimental observations and theoretical calculations point to the presence of multiconfigurational ground states. Contrary to salen, complexes bearing an aromatic linker between the two nitrogen atoms dimerize upon oxidation. In order to tune the electronic density in the central ring, a series of phosphasalophen complexes displaying different substituents in the aromatic bridge, have been studied.Manganese (II) and (III) phosphasalen complexes has been also studied. The stabilization of oxo and nitride complexes as well as catalytic applications have been targeted for these complexes and encouraging results have been obtained.