Fonctionnalisation déprotonative des liaisons C(sp³)-H allyliques avec les N-tert-butyl-N'-silyldiazènes

Deprotonative Functionalization of Allylic C(sp³)-H Bonds with N-tert-Butyl-N'-Silyldiazenes

• Auteur / Autrice : XueYan Zhang
• Direction : Louis Fensterbank, Clément Chauvier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie moléculaire
• Date : Soutenance le 17/02/2025
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut parisien de chimie moléculaire (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Muriel Durandetti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Presset, Christophe Bour
• DOI : 10.70675/aa3541c6z8c32z4e8czb259za0151dfea86a

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isomérisation

Catalyse

Métallation

Silylation

Fonctionnalisation chimique

Mots clés libres

Silyldiazènes

Fonctionnalisation C-H

Métallisation

Silylation

Isomérisation

Silyldiazenes

C-H functionalization

Metalation

Silylation

Isomerization

Résumé

La fonctionnalisation des liaisons C(sp³)-H allyliques revêt une importance majeure en synthèse organique, permettant la construction directe de structures moléculaires complexes sans pré-fonctionnalisation des substrats. Bien que la catalyse par les métaux de transition ait conduit à des avancées significatives dans ce domaine, son coût élevé, la présence de résidus métalliques et les enjeux de durabilité limitent son applicabilité. Cette thèse développe un système sans métal de transition basé sur les N-tert-butyl-N'-silyldiazènes, permettant la fonctionnalisation sélective des liaisons C(sp³)-H allyliques et explore de manière systématique son application dans la silylation, l'isomérisation et la synthèse de 1,3-diènes. 1. Silylation des liaisons C(sp³)-H allyliques médiée par les silyldiazènes : Cette étude propose une stratégie innovante utilisant les silyldiazènes comme base et source de silicium, permettant la formation efficace de liaisons C(sp³)-Si. Sous conditions douces, cette approche génère un intermédiaire allylpotassique substitué par le silicium (silylated allylpotassium), conduisant à une silylation linéaire hautement régiosélective. Cette méthode évite les réactions secondaires couramment observées dans les systèmes catalysés par les métaux de transition, notamment l'élimination β-hydrure et la formation de sous-produits indésirables. En outre, des études mécanistiques combinant cinétique expérimentale et calculs DFT confirment le rôle clé de l'intermédiaire silylated allylpotassium dans l'activation sélective des liaisons C-H allyliques. 2. Isomérisation catalytique des oléfines allyliques assistée par les silyldiazènes : Cette thèse explore également le rôle des silyldiazènes dans l'isomérisation positionnelle des doubles liaisons. Les résultats montrent que l'introduction de silyldiazènes améliore considérablement l'efficacité de l'isomérisation des oléfines terminales tout en optimisant la régiosélectivité. Dans des conditions optimisées, ce système catalyse efficacement l'isomérisation de divers substrats allyliques, notamment ceux portant des substituants alkyles. L'étude mécanistique révèle que les silyldiazènes favorisent la formation d'intermédiaires métallés allyliques, tout en influençant la migration de la double liaison via un contrôle cinétique, ce qui permet une meilleure sélectivité et un contrôle accru de la configuration finale du produit. 3. Synthèse de 1,3-diènes médiée par les silyldiazènes : Sur cette base, une nouvelle stratégie de génération d'anions allyliques sous l'effet des silyldiazènes a été développée, permettant une réaction en une étape entre les composés allyliques et les imines via une addition suivie d'une élimination β, conduisant ainsi efficacement à la formation de 1,3-diènes. Cette méthode présente une excellente compatibilité avec divers substrats et favorise principalement la formation de 1,3-diènes hautement E-sélectifs. Les investigations expérimentales et théoriques démontrent que les silyldiazènes jouent un rôle central dans ce système en régulant la formation et la stabilité des anions allyliques, favorisant ainsi leur couplage efficace avec les imines avant l'élimination β, ce qui permet la libération du 1,3-diène tout en régénérant le catalyseur. Conclusion : Cette thèse explore la réactivité unique des silyldiazènes en tant que bases fortes dynamiques et leur rôle dans la fonctionnalisation des liaisons C(sp³)-H allyliques, introduisant une approche sans métal de transition pour ces transformations clés. Grâce à la modulation basique des silyldiazènes, cette stratégie permet une silylation efficace, une isomérisation régiosélective et une synthèse sélective de 1,3-diènes. En plus d'élargir les outils disponibles pour la fonctionnalisation des liaisons C-H allyliques, cette approche ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de systèmes catalytiques sans métaux de transition en chimie organique.

The functionalization of allylic C(sp³)-H bonds is of significant importance in organic synthesis, enabling the direct construction of complex molecular architectures without the need for pre-functionalized substrates. While transition metal catalysis has led to remarkable advancements in this field, concerns regarding high costs, metal residue contamination, and sustainability have limited its broader application. This dissertation presents a transition-metal-free system based on N-tert-butyl-N'-silyldiazenes, designed for the selective functionalization of allylic C(sp³)-H bonds, and systematically explores its application in silylation, isomerization, and 1,3-diene synthesis. 1. Silylation of Allylic C(sp³)-H Bonds Mediated by Silyldiazenes : This study introduces a strategy utilizing silyldiazenes as both a base and a silicon source, enabling the efficient formation of C(sp³)-Si bonds. Under mild conditions, the reaction generates a silylated allylpotassium intermediate, facilitating highly regioselective linear silylation. This approach avoids common side reactions associated with traditional metal-catalyzed systems, such as β-hydride elimination or byproduct formation. Mechanistic investigations, incorporating kinetic studies and DFT calculations, confirm that the silylated allylpotassium intermediate plays a crucial role in the selective activation of allylic C-H bonds. 2. Silyldiazene-Assisted Catalytic Isomerization of Allylic Olefins: The role of silyldiazenes in the positional isomerization of double bonds is further explored. Experimental results reveal that silyldiazenes significantly enhance the efficiency of terminal olefin isomerization while improving regioselectivity. Under optimized conditions, the system effectively catalyzes the isomerization of a broad range of allylic substrates, including alkyl-substituted allylic compounds. Mechanistic studies suggest that silyldiazenes facilitate the formation of allylic metal intermediates and influence the kinetics of double bond migration, leading to improved selectivity and enhanced configurational control. 3. Silyldiazene-Promoted Synthesis of 1,3-DienesBuilding on these findings, this research develops a silyldiazene-mediated allylic anion strategy, enabling the one-step addition-β-elimination reaction of allylic compounds with imines, thereby achieving an efficient synthesis of 1,3-dienes. This method exhibits broad substrate compatibility and predominantly yields highly E-selective 1,3-dienes. Experimental and computational studies demonstrate that silyldiazenes play a key role in regulating the formation and stability of allylic anions, facilitating their efficient coupling with imines, followed by β-elimination to release the 1,3-diene while regenerating the catalyst.ConclusionThis dissertation investigates the unique basicity of silyldiazenes and their application in the functionalization of allylic C(sp³)-H bonds, proposing a transition-metal-free strategy for these key transformations. By leveraging the dynamic basicity of silyldiazenes, this system enables efficient silylation, regioselective isomerization, and selective 1,3-diene synthesis. Beyond expanding the toolbox for allylic C-H bond functionalization, this work provides new insights into the development of transition-metal-free catalytic systems in organic synthesis.