Ligands BiaxPhos à double chiralité axiale et leurs applications en catalyse asymétrique

BiaxPhos ligands with two chiral axes and their application in asymmetric catalysis

• Auteur / Autrice : Gaspard Hedouin
• Direction : Françoise Colobert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 26/03/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'innovation moléculaire et applications (Strasbourg ; Mulhouse ; 2018-....)
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Voituriez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joanna Wencel-Delord, Jean-Baptiste Sortais, Aurélien Blanc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arnaud Voituriez, Virginie Vidal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyse à l'or

Imines

Iridium

Acides aminés

Rhodium

Hydrogénation

Chimie organique

Mots clés libres

Atropisomérie

Ligand

Ortho-terphényle

Diphosphine

Activation C-H

Sulfoxyde

Hydrogénation asymétrique

Rhodium

Acides aminés

Iridium

Imines

Catalyse à l'or

Énynes

Atropisomerism

Ligand

Ortho-terphenyl

Diphosphine

C-H activation

Sulfoxide

Asymmetric hydrogenation

Rhodium

Amino acid

Iridium

Imines

Gold catalysis

Enynes

Résumé

Dans un contexte où la catalyse asymétrique prend de plus en plus d’importance, la recherche de nouveaux ligands chiraux reste essentielle. Notre équipe a initialement développé le premier exemple d’arylation C-H atroposélective, dirigée par un groupement sulfoxyde et permettant d’accéder à des structures ortho-terphényles inédites. A la suite de ces travaux, nous avons mis à profit ce squelette ortho-terphényle afin de développer une nouvelle famille de ligands diphosphine, BiaxPhos, possédant deux axes atropisomériques. Cette thèse présente la synthèse des ligands BiaxPhos ainsi que leurs applications en catalyse asymétrique. Afin d’accéder à ces ligands, nous avons conçu une nouvelle voie de synthèse impliquant des échanges sélectifs avec des bases lithiées et permettant la formation de diphosphines hautement modulables. Par la suite, nous avons évalué le potentiel de ces ligands dans des réactions asymétriques. En premier lieu, notre ligand a montré un excellent pouvoir d’induction asymétrique pour l’hydrogénation de dérivés d’acides aminés catalysée au rhodium. De plus, afin de préparer des amines chirales, motifs très présents dans de nombreux composés pharmaceutiques ou agrochimiques, nous nous sommes intéressés à l’hydrogénation d’imines acycliques. Par catalyse avec des complexes iridium-BiaxPhos, il a été possible de générer des amines chirales dans des conditions douces et avec de très bonnes énantiosélectivités. Outre l’hydrogénation, notre ligand a également démontré son efficacité sur une réaction inédite d’alcoxycyclisation asymétrique d’énynes-1,6 catalysée à l’or, en collaboration avec le Pr Michelet. Les premières recherches sur ces ligands ont donc démontré un très fort potentiel en catalyse asymétrique et cela laisse entrevoir de nombreuses possibilités pour ce ligand dans le futur.

While considering the growing importance of asymmetric catalysis, the design of original chiral ligands remains a vivid research field. Our team developed the first example of atroposelective C-H arylation directed by a sulfoxide moiety, allowing the formation of new ortho-terphenyl scaffold. Following this work, we took advantage of this original scaffold to develop a new diphosphine ligand family, BiaxPhos, containing two atropisomeric axes. This work exhibits the synthesis of these BiaxPhos ligands and their application in asymmetric catalysis. To access these ligands, a new pathway based on sufloxide-lithium exchange has been designed to access highly modulable diphosphine molecules. Afterwards, the potential of these ligands in asymmetric reactions was evaluated. Our ligand demonstrated an excellent asymmetric induction for the hydrogenation of amino-acid derivatives catalyzed by rhodium. Moreover, to prepare chiral amines, which are abundant moieties in pharmaceutical and agrochemical industries, we were interested in the hydrogenation of acyclic imines. Iridium-BiaxPhos complexes are able to produce chiral amines under mild conditions and with good enantioselectivities. Going beyond hydrogenation, our ligand also demonstrated his efficiency for a novel asymmetric alcoxycyclization of 1,6-enynes catalyzed by gold. The first results for these ligands showed a high potential for chiral induction in asymmetric catalysis and numerous possibilities could be foreseen for this ligand in the future.