Titre :	Helicenic N-heterocyclic carbenes (helicenic NHCs) : synthesis and study of the physico-chemical and catalytic properties
Titre original :	Carbènes N-hétérocycliques hélicéniques (hélicènes-NHCs) : synthèse et étude des propriétés physico-chimiques et catalytiques
Type de document :	texte imprimé
Auteurs :	Pallova, Lenka, Auteur ; Vincent Cesar, Directeur de thèse ; Bastin, Stéphanie, Directeur de thèse
Année de publication :	2020
Langues :	Anglais (eng)
Tags :	PROPELLERS  N-HETEROCYCLIC CARBENES  ASYMMETRIC CATALYSIS WITH GOLD(I) HÉLICÈNES  CARBÈNES HÉTÉROCYCLIQUES  CATALYSE ASYMÉTRIQUES A L'OR(I)
Résumé :	"This PhD thesis is focused on the chemistry of helicenic N-heterocyclic carbenes (NHCs) thus merging two domains of intense research, namely the chemistries of helicenes and of N-heterocyclic carbenes. The main objective is to develop new classes of helicenic NHC ligands based on the imidazo[1,5-a]pyridin-3-ylidene (IPy) platform functionalised in position 5 of the heterobicycle with adequate helicenic moieties. The functionalisation of the rigid bicyclic IPy structure in position 5 provides L-shaped helicenic NHC ligands which are expected to be well-suited for asymmetric gold(I) catalysis. The synthesis, the study of physico-chemical and catalytic properties of new helicenic NHCs are displayed. First the novel synthesis of C2-symmetric fluorenyl-derived [5] and [7] helicene-like molecules (flu[n]helicenes) is described. The developed synthetic pathway to access flu[5]- and flu[7]helicenes comprises three synthetic steps and has been optimised on a multi-gram scale. Firstly, the symmetrical 1,5-diketones are prepared by base-assisted condensation of formaldehyde with two equivalents of ?-tetralone or 3,4-dihydrophenanthren-4-one. Then an intramolecular McMurry reaction between the two carbonyl moieties of 1,5-diketones affords the partially-hydrogenated (or saturated) fluoreno[5]- and fluoreno[7]helicenes with an internal tetra-substituted, overcrowded C=C bond. The chiral separation and structural characterisation of the different diastereomers are presented as well as their chiroptical properties. The desired fluorenyl-derived [5] and [7] helicene-like molecules are obtained in a final dehydrogenative aromatisation of the saturated fluoreno[5]- and fluoreno[7]helicenes with overall yields of 43% and 22% respectively. The prepared flu[5]- and flu[7]helicenes were then grafted on the 5-bromoimidazo[1,5-a]pyridinium bromide salts via a nucleophilic aromatic substitution (SNAr) to afford the L-shaped helicenic imidazopyridinium salts functionalised at the C5 position of the IPy platform. The latter precursors were monodeprotonated to generate zwitterionic fluorenide-imidazopyridinium compounds or deprotonated twice to yield the corresponding stable free anionic NHCs. The latter were cleanly coordinated to gold(I) centre generating in situ anionic gold(I) complexes, which could be further transformed into a zwitterionic helicenic gold(I) complex by addition of triphenylphosphine, or reprotonated on the helicenic moiety with an acid affording the helicenic NHC-gold(I) complexes. The detailed study of the kinetic and thermodynamic conformers of these gold(I) complexes is presented indicating a possible Au···H-C contact between the acidic helicene proton of the cyclopentadiene ring and the AuI centre. The preliminary results obtained in cycloisomerisation of 1,6-enynes showed low catalytic activity, which might be due to the presence of the acidic helicenic proton of the cyclopentadiene ring in the gold(I) complex. In order to avoid this deleterious acidic proton on the fluorenyl-derived helicenic moiety, the latter was derivatized by alkylation. Depending on the protocol, the alkyl moiety was either installed on the central apical position or on one carbon of the inner rim of the cyclopentadiene ring creating a new centre of chirality on the helicene moiety and inducing axial and helical chirality. The derivatized helicenic NHC-gold(I) complexes were prepared in hundreds of mg and were resolved by chiral HPLC. Their activity in the asymmetric gold(I)-catalysed transformations notably in cycloisomerisation of 1,6-enynes is presented." "Cette thèse de doctorat est centrée sur la chimie des carbènes N-hétérocycliques (NHC) hélicoïdaux, combinant ainsi deux domaines de recherche que sont la chimie des hélicènes et des carbènes N-hétérocycliques. L'objectif principal est de développer un nouveau type de ligands NHCs hélicéniques basés sur la plateforme imidazo[1,5-a]pyridin-3-ylidène (IPy) fonctionnalisée en position 5 de l'hétérobicycle par des entités hélicéniques adéquates. La fonctionnalisation en position 5 de la structure bicyclique rigide IPy conduit à des ligands NHC hélicoïdaux en forme de “L” dont l'arrangement spatial devrait être bien adapté à la catalyse asymétrique à l'or(I). La synthèse, l'étude des propriétés physico-chimiques et catalytiques des nouveaux NHC hélicoïdaux sont présentées. Tout d'abord, une nouvelle voie de synthèse de molécules C2-symétriques du type [5] et [7]- hélicènes dérivées du fluorényle (flu[n]hélicènes) est décrite. Cette voie d'accès aux flu[5]- et flu[7]hélicènes comprend trois étapes de synthèse et a été optimisée à l'échelle de plusieurs grammes. Premièrement, les 1,5-dicétones symétriques sont préparées par condensation de formaldéhyde avec deux équivalents de ?-tétralone ou de 3,4-dihydrophénanthrén-4-one en présence de base. Ensuite, une réaction de McMurry intramoléculaire entre les deux fonctions carbonyles des 1,5-dicétones conduit aux fluoréno[5]- et fluoréno[7]hélicènes partiellement hydrogénés (ou saturés) avec une liaison C=C tétra-substituée. La séparation chirale et la caractérisation structurelle des différents diastéréoisomères des fluoréno[5]- et [7]hélicènes sont présentées ainsi que leurs propriétés chiroptiques. Les molécules cibles du type [5] et [7]-hélicènes dérivées du fluorényle sont obtenues lors d’une dernière étape d'aromatisation déshydrogénante des fluoréno[5]- et fluoréno[7]hélicènes saturés avec un rendement global de 43% et 22% respectivement. Les flu[5]- et flu[7]hélicènes préparés ont ensuite été greffés sur les sels de bromure de 5-bromoimidazo[1,5-a]pyridinium via une réaction de substitution nucléophile aromatique (SNAr) pour donner les sels d'imidazopyridinium hélicéniques en forme de L fonctionnalisés en position C5 de la plateforme IPy. Ces précurseurs sont monodéprotonés pour générer des composés fluorénure-imidazopyridinium zwitterioniques ou doublement déprotonés pour donner les NHC anioniques libres stables correspondants. La coordination de ces derniers sur l'or(I) a conduit aux complexes anioniques d'or(I) in situ qui peuvent être soit transformés en un complexe hélicoïdal zwitterionique d'or(I) par addition de triphénylphosphine, soit reprotonés sur la partie hélicoïdale avec un acide pour donner les complexes NHCs hélicoïdaux d’or(I). L'étude détaillée des conformères cinétiques et thermodynamiques de ces complexes d'or(I) est présentée, suggérant une possible interaction Au---H-C entre le proton acide du cycle cyclopentadiène de l’hélicène et le centre métallique. Les résultats préliminaires obtenus en cycloisomérisation des 1,6-énynes ont montré une faible activité catalytique, qui pourrait être due à la présence du proton hélicoïdal acide du cycle cyclopentadiène dans le complexe d'or(I). Afin d'éviter l'effet délétère de ce proton acide présent sur le cyclopentadiène de l'entité hélicénique, la substitution de cette dernière par un groupe alkyle a été développée. Selon la méthode de synthèse utilisée, le groupe alkyle a été introduit soit sur la position centrale apicale, soit sur un carbone du bord intérieur du cycle cyclopentadiène, créant un nouveau centre de chiralité sur la partie hélicoïdale et induisant de ce fait une chiralité axiale et hélicoïdale. Ces complexes NHC hélicoïdaux d’or(I) ont été préparés à l'échelle de la centaine de mg et ont été résolus par HPLC chirale. Leur activité a été évaluée dans des transformations asymétriques catalysées à l'or(I), notamment en cycloisomérisation des 1,6-énynes."
Document :	Thèse de Doctorat
Etablissement_delivrance :	Université de Toulouse 3
Date_soutenance :	05/11/2020
Ecole_doctorale :	Sciences de la Matière (SdM)
Domaine :	Chimie Moléculaire
Localisation :	LCC
En ligne :	https://theses.fr/2020TOU30265

Helicenic N-heterocyclic carbenes (helicenic NHCs) : synthesis and study of the physico-chemical and catalytic properties = Carbènes N-hétérocycliques hélicéniques (hélicènes-NHCs) : synthèse et étude des propriétés physico-chimiques et catalytiques [texte imprimé] / Pallova, Lenka, Auteur ; Vincent Cesar, Directeur de thèse ; Bastin, Stéphanie, Directeur de thèse . - 2020.
Langues : Anglais (eng)

Tags :	PROPELLERS  N-HETEROCYCLIC CARBENES  ASYMMETRIC CATALYSIS WITH GOLD(I) HÉLICÈNES  CARBÈNES HÉTÉROCYCLIQUES  CATALYSE ASYMÉTRIQUES A L'OR(I)
Résumé :	"This PhD thesis is focused on the chemistry of helicenic N-heterocyclic carbenes (NHCs) thus merging two domains of intense research, namely the chemistries of helicenes and of N-heterocyclic carbenes. The main objective is to develop new classes of helicenic NHC ligands based on the imidazo[1,5-a]pyridin-3-ylidene (IPy) platform functionalised in position 5 of the heterobicycle with adequate helicenic moieties. The functionalisation of the rigid bicyclic IPy structure in position 5 provides L-shaped helicenic NHC ligands which are expected to be well-suited for asymmetric gold(I) catalysis. The synthesis, the study of physico-chemical and catalytic properties of new helicenic NHCs are displayed. First the novel synthesis of C2-symmetric fluorenyl-derived [5] and [7] helicene-like molecules (flu[n]helicenes) is described. The developed synthetic pathway to access flu[5]- and flu[7]helicenes comprises three synthetic steps and has been optimised on a multi-gram scale. Firstly, the symmetrical 1,5-diketones are prepared by base-assisted condensation of formaldehyde with two equivalents of ?-tetralone or 3,4-dihydrophenanthren-4-one. Then an intramolecular McMurry reaction between the two carbonyl moieties of 1,5-diketones affords the partially-hydrogenated (or saturated) fluoreno[5]- and fluoreno[7]helicenes with an internal tetra-substituted, overcrowded C=C bond. The chiral separation and structural characterisation of the different diastereomers are presented as well as their chiroptical properties. The desired fluorenyl-derived [5] and [7] helicene-like molecules are obtained in a final dehydrogenative aromatisation of the saturated fluoreno[5]- and fluoreno[7]helicenes with overall yields of 43% and 22% respectively. The prepared flu[5]- and flu[7]helicenes were then grafted on the 5-bromoimidazo[1,5-a]pyridinium bromide salts via a nucleophilic aromatic substitution (SNAr) to afford the L-shaped helicenic imidazopyridinium salts functionalised at the C5 position of the IPy platform. The latter precursors were monodeprotonated to generate zwitterionic fluorenide-imidazopyridinium compounds or deprotonated twice to yield the corresponding stable free anionic NHCs. The latter were cleanly coordinated to gold(I) centre generating in situ anionic gold(I) complexes, which could be further transformed into a zwitterionic helicenic gold(I) complex by addition of triphenylphosphine, or reprotonated on the helicenic moiety with an acid affording the helicenic NHC-gold(I) complexes. The detailed study of the kinetic and thermodynamic conformers of these gold(I) complexes is presented indicating a possible Au···H-C contact between the acidic helicene proton of the cyclopentadiene ring and the AuI centre. The preliminary results obtained in cycloisomerisation of 1,6-enynes showed low catalytic activity, which might be due to the presence of the acidic helicenic proton of the cyclopentadiene ring in the gold(I) complex. In order to avoid this deleterious acidic proton on the fluorenyl-derived helicenic moiety, the latter was derivatized by alkylation. Depending on the protocol, the alkyl moiety was either installed on the central apical position or on one carbon of the inner rim of the cyclopentadiene ring creating a new centre of chirality on the helicene moiety and inducing axial and helical chirality. The derivatized helicenic NHC-gold(I) complexes were prepared in hundreds of mg and were resolved by chiral HPLC. Their activity in the asymmetric gold(I)-catalysed transformations notably in cycloisomerisation of 1,6-enynes is presented." "Cette thèse de doctorat est centrée sur la chimie des carbènes N-hétérocycliques (NHC) hélicoïdaux, combinant ainsi deux domaines de recherche que sont la chimie des hélicènes et des carbènes N-hétérocycliques. L'objectif principal est de développer un nouveau type de ligands NHCs hélicéniques basés sur la plateforme imidazo[1,5-a]pyridin-3-ylidène (IPy) fonctionnalisée en position 5 de l'hétérobicycle par des entités hélicéniques adéquates. La fonctionnalisation en position 5 de la structure bicyclique rigide IPy conduit à des ligands NHC hélicoïdaux en forme de “L” dont l'arrangement spatial devrait être bien adapté à la catalyse asymétrique à l'or(I). La synthèse, l'étude des propriétés physico-chimiques et catalytiques des nouveaux NHC hélicoïdaux sont présentées. Tout d'abord, une nouvelle voie de synthèse de molécules C2-symétriques du type [5] et [7]- hélicènes dérivées du fluorényle (flu[n]hélicènes) est décrite. Cette voie d'accès aux flu[5]- et flu[7]hélicènes comprend trois étapes de synthèse et a été optimisée à l'échelle de plusieurs grammes. Premièrement, les 1,5-dicétones symétriques sont préparées par condensation de formaldéhyde avec deux équivalents de ?-tétralone ou de 3,4-dihydrophénanthrén-4-one en présence de base. Ensuite, une réaction de McMurry intramoléculaire entre les deux fonctions carbonyles des 1,5-dicétones conduit aux fluoréno[5]- et fluoréno[7]hélicènes partiellement hydrogénés (ou saturés) avec une liaison C=C tétra-substituée. La séparation chirale et la caractérisation structurelle des différents diastéréoisomères des fluoréno[5]- et [7]hélicènes sont présentées ainsi que leurs propriétés chiroptiques. Les molécules cibles du type [5] et [7]-hélicènes dérivées du fluorényle sont obtenues lors d’une dernière étape d'aromatisation déshydrogénante des fluoréno[5]- et fluoréno[7]hélicènes saturés avec un rendement global de 43% et 22% respectivement. Les flu[5]- et flu[7]hélicènes préparés ont ensuite été greffés sur les sels de bromure de 5-bromoimidazo[1,5-a]pyridinium via une réaction de substitution nucléophile aromatique (SNAr) pour donner les sels d'imidazopyridinium hélicéniques en forme de L fonctionnalisés en position C5 de la plateforme IPy. Ces précurseurs sont monodéprotonés pour générer des composés fluorénure-imidazopyridinium zwitterioniques ou doublement déprotonés pour donner les NHC anioniques libres stables correspondants. La coordination de ces derniers sur l'or(I) a conduit aux complexes anioniques d'or(I) in situ qui peuvent être soit transformés en un complexe hélicoïdal zwitterionique d'or(I) par addition de triphénylphosphine, soit reprotonés sur la partie hélicoïdale avec un acide pour donner les complexes NHCs hélicoïdaux d’or(I). L'étude détaillée des conformères cinétiques et thermodynamiques de ces complexes d'or(I) est présentée, suggérant une possible interaction Au---H-C entre le proton acide du cycle cyclopentadiène de l’hélicène et le centre métallique. Les résultats préliminaires obtenus en cycloisomérisation des 1,6-énynes ont montré une faible activité catalytique, qui pourrait être due à la présence du proton hélicoïdal acide du cycle cyclopentadiène dans le complexe d'or(I). Afin d'éviter l'effet délétère de ce proton acide présent sur le cyclopentadiène de l'entité hélicénique, la substitution de cette dernière par un groupe alkyle a été développée. Selon la méthode de synthèse utilisée, le groupe alkyle a été introduit soit sur la position centrale apicale, soit sur un carbone du bord intérieur du cycle cyclopentadiène, créant un nouveau centre de chiralité sur la partie hélicoïdale et induisant de ce fait une chiralité axiale et hélicoïdale. Ces complexes NHC hélicoïdaux d’or(I) ont été préparés à l'échelle de la centaine de mg et ont été résolus par HPLC chirale. Leur activité a été évaluée dans des transformations asymétriques catalysées à l'or(I), notamment en cycloisomérisation des 1,6-énynes."
Document :	Thèse de Doctorat
Etablissement_delivrance :	Université de Toulouse 3
Date_soutenance :	05/11/2020
Ecole_doctorale :	Sciences de la Matière (SdM)
Domaine :	Chimie Moléculaire
Localisation :	LCC
En ligne :	https://theses.fr/2020TOU30265