Soutenance de thèse de GUERIN Paul
Titre de thèse
Applications de complexes Pd-NHC chiraux au couplage de Kumada-Tamao-Corriu énantiosélectif pour la synthèse de biaryles à chiralité axiale et planaire
Applications of chiral Pd-NHC compleses to the enantioselective Kumada-Tamao-Corriu coupling for the synthesis of axial and planar biaryles
Résumé de la thèse
La catalyse organométallique est un champ important de la recherche en chimie depuis plusieurs décennies. Les ligands azotés et phosphorés ont contribué significativement au développement de ce domaine. La découverte des carbènes N-hétérocycliques (NHC) et leur utilisation comme ligands de métaux de transition ont conduit à de nouvelles avancées majeures. Les NHC sont connus pour être de bons ligands des métaux de transition formant des complexes à la stabilité accrue grâce à leur caractère -donneur et -accepteur mais aussi des espèces très réactives en catalyse. Ils ont permis le développement de nombreuses transformations pour la synthèse organique. Des versions chirales de ces ligands ont donc été développées, permettant la réalisation de transformations énantiosélectives, telles que des réactions de couplage. Ceci constitue le contexte de ce travail de thèse.
Le premier chapitre de ce manuscrit présente un état de l'art sur le couplage de Kumada-Tamao-Corriu (KTC), en revenant sur les points historiques, les différents systèmes catalytiques, puis sur le développement des versions énantiosélectives. Cette présentation met en exergue la rareté de l'utilisation de ligands NHC pour le couplage énantiosélectif de KTC. Les travaux antérieurs du laboratoire concernant les complexes Pd(NHC) atropisomériques sont exposés au début du second chapitre, puis leurs applications pour l'obtention de biaryles atropisomériques (chiralité axiale) via le couplage de KTC (jusqu'à 63% ee) est ensuite détaillée. D'autres complexes Pd(NHC) à chiralité centrale issus de la littérature ont également été testés. Les différents résultats montrent, outre l'influence du complexe utilisé, que l'énantiosélectivité est contrôlée par l'organomagnésien employé.
Le troisième et dernier chapitre est dédié au développement d'un concept de couplage de KTC permettant de générer une chiralité planaire, selon un dédoublement cinétique dynamique avec des substrats métacyclophanes. Après un état de l'art sur leurs synthèses énantiosélectives, le design et la synthèse de nombreuses séries de métacyclophanes sont détaillés. L'étude de la stabilité configurationnelle de ceux-ci permet de choisir judicieusement lesquels de ces substrats choisir pour réaliser un dédoublement cinétique dynamique lors du couplage de KTC. Ainsi il a été possible d'obtenir des métacyclophanes à chiralité planaire configurationellement stables et énantioenrichis (jusqu'à 84% ee). Le concept est ensuite élargi pour la synthèse de métacyclophanes à chiralité axiale et planaire (jusqu'à 85% ee), avec un contrôle identique de l'énantiosélectivité, et de manière diastéréosélective.
Thesis resume
Organometallic catalysis has been an important area of research in chemistry for several decades. Nitrogen and phosphorus-based ligands have significantly contributed to the development of this field. The discovery of N-heterocyclic carbenes (NHCs) and their use as ligands for transition metals have led to major new advancements. NHCs are known to be good ligands for transition metals, forming complexes with enhanced stability due to their σ-donating and π-accepting character, but also as highly reactive species in catalysis. They have enabled the development of many transformations for organic synthesis. Chiral versions of these ligands have thus been developed, enabling enantioselective transformations, such as coupling reactions. This is the context for this thesis.
The first chapter of this manuscript presents a state-of-the-art review on the Kumada-Tamao-Corriu (KTC) coupling, revisiting the historical aspects, various catalytic systems, and the development of enantioselective versions. This presentation highlights the rarity of using NHC ligands for the enantioselective KTC coupling. The previous work of the laboratory on atropisomeric Pd(NHC) complexes is discussed at the beginning of the second chapter, followed by a detailed exploration of their applications for obtaining atropisomeric biaryls (axial chirality) via the KTC coupling (up to 63% ee). Other Pd(NHC) complexes with central chirality from the literature were also tested. The results show that, in addition to the influence of the complex used, enantioselectivity is controlled by the organomagnesium reagent employed.
The third and final chapter is dedicated to the development of a KTC coupling concept that generates planar chirality, through dynamic kinetic resolution with metacyclophane substrates. After a state-of-the-art review on their enantioselective syntheses, the design and synthesis of numerous series of metacyclophanes are detailed. The study of their configurational stability allows for a careful selection of which substrates to choose in order to perform dynamic kinetic resolution during the KTC coupling. This has led to the synthesis of metacyclophanes with configurationally stable planar chirality and enantioenrichment (up to 84% ee). The concept is then extended to the synthesis of metacyclophanes with both axial and planar chirality (up to 85% ee), with identical control over enantioselectivity, and diastereoselectively.