Vers une synthèse durable de molécules fonctionnalisées : réaction multicomposants entre un diène, un dérivé carbonylé et un nucléophile par catalyse au nickel

Towards a sustainable synthesis of functionalized molecules : nickel-catalyzed multicomponent reaction between a diene, a carbonyl derivative, and a nucleophile

• Auteur / Autrice : Anthony Saint Pol
• Direction : Maël Penhoat, Mathieu Sauthier, Laetitia Chausset-Boissarie, Aurélien Béthegnies
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale, industrielle
• Date : Soutenance le 17/10/2025
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Miniaturisation pour la synthèse, l'analyse et la protéomique (MSAP) - UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide
• Partenaire(s) de recherche : Financeur : Centre national de la recherche scientifique (France ; 1939-....) - Hauts-de-France. Conseil régional - Université de Lille (2022-....)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Hannedouche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine S. J. Cazin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abderrahmane Amgoune, Corinne Gosmini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés carbonylés

Chimie verte

Catalyseurs au nickel

Catalyse homogène

Butadiène

Réactions multicomposants

Mots clés libres

Réaction multicomposants

Chimie verte

Nickel

1.3-Butadiène

Catalyse homogène

Nucléophiles

Multicomponent reaction

Green chemistry

Nickel

1.3-Butadiene

Homogeneous catalysis

Résumé

En chimie organique, les réactions de couplage entre un dérivé carbonylé et un 1,3-diène impliquent généralement des métaux de transition (Pd, Ru, Ir, Ni) et génèrent souvent des sels ou des sous-produits. L'utilisation de 1,3-diènes comme le butadiène permet des réactions de difonctionnalisation formant plusieurs liaisons en une seule étape, mais les méthodes existantes nécessitent fréquemment des réactifs organoborés ou des complexes de zirconium, générant des déchets en quantités stœchiométriques.Ainsi une réaction multicomposants catalysée par le nickel (métal abondant et peu coûteux) a été développée, basée sur un couplage oxydant entre un aldéhyde, le butadiène et un complexe de nickel(0) pour former un intermédiaire η³:η¹-allylalcoxynickel, ensuite attaqué par un nucléophile sur l'allyle, permettant d'obtenir des produits hautement fonctionnalisés avec une économie d'atomes de 100 %.Cette thèse présente le développement de trois réactions de couplage multicomposants catalysées par des complexes générés in situ de nickel(0)/1,2-dppmb.La première réaction, impliquant des dérivés carbonylés, le butadiène et des amines secondaires, permet la synthèse de molécules de type 5-aminopent-3-en-1-ol, portant une double liaison, un groupement alcool et un groupement amine. Cette réaction se distingue par l'emploi de solvants verts et de réactifs simples. De plus, elle conduit sélectivement au produit de couplage linéaire résultant de l'attaque nucléophile en position terminale de l'allyle du complexe η³:η¹-allylalcoxynickel avec un rapport E/Z de 80/20.La deuxième réaction utilise l'éthanol comme solvant et nucléophile. Elle génère à la fois des produits linéaires et ramifiés, résultant des deux attaques nucléophiles possibles sur l'allyle du complexe, ainsi qu'un 1,3-dioxane issu du couplage de deux unités carbonylées et d'un 1,3-diène. Cela a conduit à deux voies distinctes d'optimisation et de généralisation de la réaction.Enfin, la troisième réaction utilise des esters de malonates monoalkylés sans recours à une base pour leur activation, ce qui permet la synthèse de nouveaux produits de couplage sélectivement linéaires et d'obtenir uniquement l'isomère E.

In organic chemistry, coupling reactions between a carbonyl derivative and a 1,3-diene typically involve transition metals (Pd, Ru, Ir, Ni) and often generate salts or by-products. The use of 1,3-dienes such as butadiene enables difunctionalization reactions that form multiple bonds in a single step, but existing methods frequently require organoboron reagents or zirconium complexes, producing stoichiometric amounts of waste.Therefore, a multicomponent reaction catalyzed by nickel (an abundant and inexpensive metal) has been developed, based on an oxidative coupling between the carbonyl derivative, butadiene, and nickel to form a η³:η¹-allylalkoxynickel intermediate. This intermediate is then attacked by a nucleophile at the allyl moiety, allowing the formation of highly functionalized products with 100% atom economy.This thesis presents the development of three multicomponent coupling reactions catalyzed by in situ generated nickel(0)/1,2-dppmb complexes.The first reaction, involves aldehyde derivatives, butadiene, and secondary amines and enables the synthesis of 5-aminopent-3-en-1-ol molecules bearing a double bond, an alcohol group, and an amine group. This reaction is characterized by the use of green solvents and simple reagents. Moreover, it selectively leads to the linear coupling product resulting from the nucleophilic attack at the terminal position of the allyl group of the η³:η¹-allylalkoxynickel complex, with an E/Z ratio of 80/20.The second reaction uses ethanol as both solvent and nucleophile. It generates linear and branched products, arising from the two possible nucleophilic attacks on the allyl group of the complex, as well as a 1,3-dioxane formed from the insertion of two carbonyl units and a 1,3-diene. This led to two distinct pathways for the optimization and generalization of the reaction.Finally, the third reaction employs monoalkylated malonate esters without the use of a base for their activation, enabling the synthesis of new, selectively linear coupling products and yielding exclusively the E isomer.