Catalyse énantiosélective à l'Au(I) dirigée par un contre-ion lié au métal

Enantioselective Au(I) catalysis following the Tethered Counterion-Directed Catalysis approach

• Auteur / Autrice : Yunliang Yu
• Direction : Nicolas Rabasso, Angela Marinetti, Xavier Guinchard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 30/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....) - Institut de chimie des substances naturelles (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1959-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Moreau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Mouriès-Mansuy, Vincent César, Olivier Baslé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Virginie Mouriès-Mansuy, Vincent César

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ligands

Catalyse asymétrique

Catalyse à l'or

Mots clés libres

Catalyse à l'Au(I)

Énantiosélectivité

Chimie du phosphore

Au(I) catalysis

Enantioselectivity

Phosphorus chemistry

Résumé

En raison de leur capacité à active des liaisons insaturées, les complexes d'Au(I) chiraux sont très utilisés en catalyse énantiosélective. Notre équipe a récemment décrit de nouveaux complexes d'Au(I) chiraux bifonctionnels, les CPAPhosAuCl, qui présentent à la fois un atome d'or et une fonction acide phosphorique. Ces complexes présentent l'avantage d'avoir un lien entre le complexe d'Au(I) et son contre-ion phosphate, ce qui apporte une grande rigidité et organisation aux intermédiaires réactionnels impliqués et par conséquent favorise l'énantiosélectivité des processus catalytiques. Cette stratégie dite du « contre-ion lié » (“Tethered Counterion-Directed Catalysis”, TCDC) a été appliquée dans des réactions de cycloisomerisations combinées à des additions nucléophiles. Sur la base de ces études préliminaires, au cours de ce travail de thèse, nous avons étendu la réactivité développée à l'utilisation de naphtols comme nucléophiles. Ces composés agissent comme C- ou O- nucléophiles. Une étude complète a été développée pour comprendre et diriger la réactivité, pour obtenir des composés hétérocycliques fortement énantioenrichis. Nous avons ensuite étendu la réactivité des CPAPhosAuCl dans la formation d'autres paires d'ions. Pour cela, nous avons sélectionné les allénamides, qui sont activés par les CPAPhosAuCl de manière à former des paires d'ion iminium/phosphate. Ces composés très électrophiles peuvent réagir avec des naphtols de manière à promouvoir des réactions de déaromatisation du noyau naphtol avec de fortes énantiosélectivités. Enfin, nous avons entamé une étude pour étendre la stratégie TCDC à la catalyse par d'autres métaux de transition, comme l'iridium, le rhodium, le palladium ou le platine. De nouveaux complexes ont été préparés et les premiers tests catalytiques dans des réactions de cycloisomérisations sont encourageants.

Due to their unique ability to activate carbon-carbon multiple bonds, chiral Au(I) complexes are widely used in enantioselective homogeneous catalysis and, therefore, the design of new chiral ligands and complexes contributes hugely to the development of the field. Our group has designed recently a new family of chiral gold catalysts, the (CPAPhos)AuCl complexes, that display bifunctional phosphine-phosphoric acid ligands. The idea behind this design is that the phosphoric acid function of the ligand will provide a phosphate counterion to the catalytically active cationic gold species. The introduction of a tether between the coordinating phosphine and the phosphate function will enhance the rigidity and geometrical constraints in the key intermediates involved in asymmetric processes. This strategy was referred as “Tethered Counterion-Directed Catalysis” (TCDC). Previously, the TCDC strategy has been applied successfully to tandem reactions involving cycloisomerization of 2-alkynyl enones and nucleophilic addition steps. Based on these preliminary studies, this PhD work has expanded the tandem cycloisomerization/addition reaction to other series of nucleophiles, such as naphthols. In these processes, 1- and 2-naphthols reacted with the carbocation-phosphate intermediates of the cycloisomerization reaction as either C- or O-nucleophiles, delivering the corresponding addition products in high yields and enantioselectivities. Examples of solvent-dependent enantiodivergence, as well as further conversion of the C-addition products into highly enantioenriched polycyclic compounds have been demonstrated. The second objective of this PhD work, has been to extend the TCDC approach to catalytic reactions involving ion-pairing modes other than the carbocation-phosphate ion pairs considered so far. Allenamides, which are known to form iminium salts as intermediates under gold activation, have been considered as suitable substrates, as far as they might generate tethered iminium-phosphate ion pairs via the TCDC strategy. The intramolecular nature of these iminium phosphates should provide the rigidity and well-defined shape necessary to the stereochemical control of subsequent reactions. On this basis, we have been able to carry out the highly enantioselective Au(I) catalyzed dearomatization of naphthols with allenamides, which opens a new field for the application of the asymmetric TCDC strategy in gold catalysis. Moreover, the success achieved by the CPAPhos ligands in gold catalysis, encouraged us to expand the strategy to other transition metals. New series of catalytically active transition-metal complexes, namely palladium(II), rhodium(I) and iridium(I) derivatives, were designed and synthesized in this PhD work. These complexes showed good catalytic activities in benchmark reactions, such as the cycloisomerizations of 1,5 and 1,6-enynes.In conclusion, this PhD work has successfully demonstrated several gold-promoted asymmetric reactions that take advantage of the TCDC strategy. It also provided initial disclosures toward the application of the TCDC approach to other fields of transition-metal catalysis.