Ligands NHCs Bifonctionnels Chiraux en Activation C-H Asymétrique Métallo-Catalysée – CHADOC

Tout d’abord, la synthèse efficace et modulable des ligands NHC chiraux développée au sein du laboratoire permet un accès rapide à une variété de complexes organométalliques possédant une large variété structurale.
Ainsi, en suivant une approche méthodique, la difficulté est augmentée graduellement, avec dans un premier temps la réalisation d’études concernant l’activation de liaisons sp2 C-H, pour ensuite se tourner vers la fonctionnalisation de liaisons sp3 C-H. Initialement réalisées avec des complexes de Pd(II), ces études sont ensuite transposées aux complexes de Ruthénium (II), Rhodium (I), Rhodium (III), Iridium(I) et Iridium (III). Le but ultime étant ici de développer des réactions énantiosélectives de couplage croisé déshydrogénant.
La mise en évidence éventuelle d’un caractère non-innocent du fragment basique du ligand NHC et de son implication dans l’étape clé d’activation de la liaison C-H nous permettra d’acquérir une meilleure compréhension du mécanisme mis en jeu dans ce type de transformation et de s’adapter si nécessaire.

Tâche 1.
1) La stratégie initialement considérée pour la préparation de complexes métalliques chiraux permet d’accéder simplement et efficacement à une variété de complexes inédits de Palladium(II), de Ruthénium(II), de Rhodium(I) et (III), d’Iridium(I) et (III). Grâce à cette méthode, un complexe de Palladium(II), équivalent des PEPPSI, a pu être préparé à l’échelle du gramme.
2) L’étude pour la préparation de ligands NHCs chiraux plus encombrés, incorporant le fragment diisopropylphenyl (DiPP) a fait l’objet d’une publication (J. Org. Chem 2016, 82, 1880).

Tâche 2.
1) L’étude mécanistique a démontré que les complexes NHC/Pd(II) ne réalisent pas l’activation C-H, mais que cette activation avait lieu au contact d’un centre métallique à haut degré d’oxydation de Pd(IV) (publication à l’étude).

Tâche 3.
1) Complexes NHC/Ruthénium-arène, catalyseurs pour l’arylation régiosélective de liaisons Csp2-H (publication en préparation).
2) Complexes NHC/Rh, catalyseurs pour la borylation régiosélective d’hétérocycles azotés par fonctionnalisation C-H (publication en préparation).

Après 18 mois, l’état d’avancement du projet reste en conformité avec le calendrier des jalons et livrables. Certains des résultats obtenus lors de ce projet ont d’ores et déjà fait l’objet d’une publication dans un journal à haut facteur d’impact (J. Org. Chem 2016, 82, 1880). Certains objectifs ont dû être revus afin d’être plus en adéquation avec le calendrier des livrables, notamment en ce qui concerne la réactivité des complexes métalliques synthétisés et de leurs futurs applications en catalyse asymétrique. En effet, les études réalisées ont pu mettre en évidence des réactivités inattendues et particulières aux complexes de métaux de transition nouvellement synthétisés. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives en termes d’applications catalytiques. Ainsi, les complexes NHC-Pd et NHC-Ru démontrent des comportements inédits dans des réactions modèles de fonctionnalisation C-H (publications en préparation). De plus, deux complexes NHC-Rh ont offert d’excellentes sélectivités dans des réactions de borylation régiosélective de substrats de type hétérocycles azotés (publications en préparation).

Il est également important de noter que durant ce projet de nouveaux complexes organométalliques chiraux luminescents ont été synthétisés et que l’étude de ces derniers à d’ébaucher sur un nouveau partenariat entre notre groupe de recherche et celui du Dr. Jeanne Crassous et du Dr. Ludovic Favereau à l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes.

Afin d’élargir le procédé de synthèse à une plus grande variété de complexes métalliques et d’étendre la diversité structurelle de ces derniers, nous avons entrepris une étude pour la préparation de ligands NHCs chiraux plus encombrés, incorporant le fragment diisopropylphenyl (DiPP). L’introduction de groupements très encombrés stériquement constituait une limitation majeure de notre précédente méthodologie de synthèse multicomposant de sels d’imidazolium dissymétriques. L’optimisation de cette méthodologie de synthèse grâce à l’ajout de ZnCl2 en tant qu’additif a permis de lever ce verrou et d’accéder efficacement aux précurseurs des ligands NHCs souhaités (travaux publiés dans J. Org. Chem 2016, 82, 1880). Il est important de noter que ces nouveaux ligands chiraux ont démontré des propriétés intéressantes en catalyse asymétrique autre que l’activation C-H.