Développement de nouveaux ligands carbènes N-Hétérocycliques (NHCs) à chiralité hélicoïdale pour la catalyse asymétrique

Design of new helicenic N-heterocyclic carbenes (NHCs) ligands for asymmetric catalysis

• Auteur / Autrice : Delphine Pichon-Barré
• Direction : Marc Mauduit, Olivier Baslé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 08/04/2021
• Etablissement(s) : Rennes, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Jury : Président / Présidente : Florence Mongin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Mauduit, Olivier Baslé, Florence Mongin, Joanna Wencel-Delord, Emmanuel Magnier, Rodolphe Jazzar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joanna Wencel-Delord, Emmanuel Magnier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ligands

Catalyse asymétrique

Mots clés libres

2-pyridylidène

Réaction de Zincke

Oxazolidine

Alkylation allylique

Addition conjuguée

Dialkylzincs

2-pyridylidene

Zincke reaction

Copper

Allylic alkylation

Conjugated addition

Résumé

Les carbènes N-hétérocycliques (NHCs) se sont avérés d’excellents ligands en catalyse asymétrique. Parmi tous les éléments de chiralité introduits et utilisés dans cette classe de ligands, la chiralité hélicoïdale reste sous exploitée. C’est dans ce contexte que s’inscrivent ces travaux de thèse. Notre choix s’est porté sur le développement de ligands 2- pyridylidènes chiraux possédant 2 à 4 cycles aromatiques fusionnés (Pyr-Hx). Grâce à la réaction de Zincke, 10 nouveaux sels de pyridinium mono- et bidentés ont ainsi été synthétisés avec succès. Évalués en alkylation allylique asymétrique du diéthylzinc sur le phosphate de cinnamyle, les ligands Pyr-Hx portant un motif hydroxyalkyl chiral ont conduit à des excès énantiomériques modérés (jusqu’à 44% ee). Il a également été mis en lumière que la déprotonation des sels hydroxyalkylpyridinium ainsi que de leurs homologues imidazolinium conduisaient sélectivement à des oxazolidines chirales. Jouant le rôle de carbène transitoire, ces oxazolidines ont permis d’isoler les premiers complexes alkoxy-NHC‒cuivre chiraux. Ces derniers ont montré d’excellentes énantiosélectivités (jusqu’à 99% ee) en alkylation allylique et en addition conjuguée asymétrique mettant en jeu respectivement des phosphates alliques et des énones cycliques avec divers dialkylzincs. Des sélectivités similaires ont également été obtenues avec les oxazolidines en abscence de cuivre. Par ailleurs, les premiers complexes isoquinolin-1- ylidènes d’or et de cuivre (Pyr-H2) ont été isolés et caractérisés. Enfin, un sel d’imidazolinium portant deux motifs [4]hélicènes a pu être synthétisé. Cependant, le manque de stabilité des complexes métalliques correspondants a limité leurs études en catalyse.

N-heterocyclic carbenes have demonstrated impressive chiral inductions in asymmetric catalysis. Among all elements of chirality introduced into NHC skeletons, the helical chirality remains under exploited. On this concern, we envisioned to develop chiral 2- pyridylidene ligands bearing 2 to 4 fused aromatic rings (Pyr-Hx). Thanks to Zincke reaction, up to 10 news mono- and bidentate pyridinium salts were synthetized. Pyr-Hx ligands containing a hydroxyalkyl moiety afforded low to moderate enantioselectivities (up to 44% ee) in asymmetric allylic alkylation of cinnamyl phosphate with diethylzinc. We were delighted to observe that deprotonation of hydroxyalkyl-pyridinium salts as well as their imidazolinium counterparts led to the exclusive formation of chiral oxazolidines. Acting as transcient carbenes, those oxazolidines enabled the isolation of the first chiral alkoxy-NHC-copper complexes. Theses complexes showed excellents enantioselectivities (up to 99% ee) in both allylic alkylation and conjugated addition involving allylic phosphates and cyclic enones respectively and various dialkylzincs. Remarkably, high enantioinductions were also observed by using oxazolidines in copper-free asymmetric allylic alkylation. Furthermore, the first isoquilin-1-ylidene gold and copper complexes (Pyr-H2) were isolated in excellent yields and fully characterized. Finally, an imidazolinium salt bearing two [4]helicenes fragments was synthetized. Unfortunately, the lack of stability of corresponding metal complexes has limited their use in asymmetric catalysis.