Résumé: Dans le but de préparer des complexes de Zr pour la catalyse homogène de la polymérisation des lactides et de l’hydroamination des olefines, l’elaboration et l’optimisation d’une méthode systématique et efficace de synthèse des ligands dikétimines ayant différents substituants alkyles (R) à la position N,N’ a été realisée. Des dikétimines (nacnacRH) symétriques ont été obtenus avec une pureté de plus de 95 % et un rendement de 65 % lorsque R = Me et des rendements allant de 80 à 95 % lorsque le groupe R = n-Pr, i-Pr, i-Bu, Bu, Cy et (+)-CH(Me)Ph. La synthèse des dikétimines ayant des substituants N-alkyls différents, dite asymétriques, donne toujours un mélange statistique de trois ligands: nacnacR,R’H, nacnacR,RH et nacnacR’,R’H qui n’ont pu être separés. Seuls les dikétimines asymétriques avec un substituant N-alkyl et un autre N-aryl (nacnacR,ArH) ont été obtenus avec des rendements plus élevés que celui du mélange statistique. Par la suite, la complexation de ces ligands bidentés au Zr, la caractérisation de ces complexes et l’investigation de la réactivité ont été étudiés. Les complexes de Zr de type (nacnacR)2ZrCl2 ont été obtenus par deux voies de synthèse principales: la première consiste à traiter le sel de lithium du ligand avec le ZrCl4. La seconde est la réaction du ligand avec les complexes neutres d’alkyl-zirconium(IV) par protonation de l'alkyle coordonné. En solution, les complexes obtenus de (nacnacR)2ZrX2 possèdent un comportement dynamique via un « Bailar-twist » et les paramètres d'activation de cette isomérisation ont été calculés. Le complexe octaèdrique (nacnacBn)2ZrCl2 n'est pas réactif dans la carbozirconation et son alkylation n'était pas possible par l’échange des chlorures avec les alkyles. L’analogue diméthylé (nacnacBn)2ZrMe2 peut être préparé par alkylation du ZrCl4 avant la complexation du ligand. On a également observé que ce dernier n’est pas réactif dans la carbozirconation. L‘analogue diéthoxyde (nacnacBn)2Zr(OEt)2 est obtenu par échange des diméthyles avec les éthoxydes. La polymérisation du lactide avec celui-ci en tant que précurseur est relativement lente et ne peut être effectuée que dans le monomère fondu. Par conséquent, pour résoudre les problèmes rencontrés avec les complexes de zirconium (dikétiminates non-pontés), un ligand dikétimines pontés par le diaminocyclohexane, (±)-C6H10(nacnacXylH)2, LH2, (Xyl = 2,6-diméthylphényle) a été préparé. La complexation de ce ligand tetradenté au metal a été réalisée par deux voies de synthèse; la première est la réaction du sel de lithium de ce ligand avec le ZrCl4(THF)2. La deuxième est la déprotonation du ligand neutre avec le Zr(NMe2)4 et l’élimination du diméthylamine. Des complexes du type: (±)-C6H10(nacnacXylH)2ZrX2 avec X = Cl, NMe2 ont été obtenus. Les ligands de chlorure sont dans ce cas facilement remplaçables par des éthoxydes ou des méthyles. On a observé l’activité la plus élevée jamais observée pour un complexe d’un métal du groupe 4 avec le complexe de (±)-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OEt)2 dans la polymérisation de lactide. L'étude cinétique a montré que la loi de vitesse est du premier ordre en catalyseur et en monomère et la constante de vitesse est k = 14 (1) L mol-1 s-1. L'analyse des polymères a montré l’obtention de masses moléculaires faibles et l’abscence de stéréocontrôle. La réaction de (±)-C6H10(nacnacXylH)2ZrCl2 avec le triflate d’argent donne le (±)-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OTf)2. Le complexe bis-triflate obtenu possède une activité catalytique elevée pour les additions du type aza-Michael. L’utilisation du R,R-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OTf)2 énantiopur comme catalyseur, dans les additions du type aza-Michael asymétriques donne le produit desiré avec un excès énantiomérique de 19%. / Abstract: In order to prepare the complexes of Zr targeted for homogeneous catalysis in polymerization of lactides and hydroamination of activated olefins, we focused on the elaboration and the optimization of a systematic and efficient method for the synthesis of diketimines ligands with a variety of substituted alkyl (R) on their position N,N'. Symmetrical diketimines (nacnacRH) were obtained with a greater than 95% purity and a yield of 65% when R = Me and yields ranging from 80 to 95% when R = nPr, iPr, iBu, Bn, and Cy (+)-CH (Me) Ph. The Synthesis of diketimines with different N-alkyl substituents, called asymmetric, always gives a statistical mixture of three ligands: nacnacR,R'H nacnacR,RH and nacnacR',R'H that made their isolation problematic. Yields greater than statistical mixtures were obtained only with asymmetric diketimines bearing N-alky and N-aryl substituents (nacnacR,ArH). Subsequently, we studied the complexation of these bidentate ligands with Zr, the characterization of these complexes and investigation of their reactivity. Zr complexes of type (nacnacRH)2ZrCl2 were obtained via two main synthetic routes: the first consists in treatment of the lithium salt of the ligand with ZrCl4. The second is the reaction of the ligand with neutral complexes of alkyl-zirconium (IV) by protonation of the alkyl coordinated. In solution, the obtained complexes (nacnacR)2ZrX2 showed dynamic behavior via a "Bailar-twist" isomerization and the activation parameters of the isomerization were calculated. Octahedral complex (nacnacBn)2ZrCl2, showed no reactivity in alkylation and carbozirconation was not possible by the exchange of alkyl with chlorides. The dimethyl analogue (nacnacBn)2ZrMe2, can be prepared by alkylation of ZrCl4 before ligand complexing. The diethoxide analogue (nacnacBn)2Zr(OEt)2 is obtained by exchange of dimethyls with ethoxides. The latter had slow reactivity in lactide polymerization under melt conditions. Consequently, to address the problems encountered with unbridged (diketiminate) zirconium complexes, a cyclohexanediyl-bridged diketiminate ligand, (±)-C6H10(nacnacXylH)2, LH2, (Xyl = 2,6-dimethylphenyl) is prepared. Complexation of the tetradentate ligand is realized via two synthetic routes; The first is reaction of the lithium salt of the ligand with ZrCl4(THF)2. The second is deprotonation of the neutral ligand with Zr(NMe2)4 and elimination of dimethylamine. Complexes of the type: (±)-C6H10(nacnacXylH)2ZrX2 with X = Cl, NMe2 are obtained. The chloride ligands are in this case readily replaceable with ethoxides or methyls. The (±)-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OEt)2 complex showed the highest activity ever observed for any group 4 metal complex in lactide polymerization. The kinetic study showed that the rate law is first order in catalyst and monomer and the rate constant is k = 14(1) L mol−1 s−1. Analysis of the obtained polymer showed low molecular weight with no-stereocontrol. Reaction of the (±)-C6H10(nacnacXylH)2ZrCl2 with silver triflates yielded the (±)-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OTf)2. The obtained bis-triflate complex showed to be a highly active catalyst for aza-Michael additions. The use of the enatiopure R,R-C6H10(nacnacXyl)2Zr(OTf)2 as catalyst for asymmetric aza-Michael additions of activated olefines gave the desired product with an enantiomeric excess of 19%.

Résumé: Dans le but de préparer des complexes de Zr pour la catalyse homogène de la polymérisation des lactides et de l’hydroamination des olefines, l’elaboration et l’optimisation d’une méthode systématique et efficace de synthèse des ligands dikétimines ayant différents substituants alkyles (R) à la position N,N’ a été realisée. Des dikétimines (nacnacRH) symétriques ont été obtenus avec une pureté de plus de 95 % et un rendement de 65 % lorsque R = Me et des rendements allant de 80 à 95 % lorsque le groupe R = n-Pr, i-Pr, i-Bu, Bu, Cy et (+)-CH(Me)Ph. La synthèse des dikétimines ayant des substituants N-alkyls différents, dite asymétriques, donne toujours un mélange statistique de trois ligands: nacnacR,R’H, nacnacR,RH et nacnacR’,R’H qui n’ont pu être separés. Seuls les dikétimines asymétriques avec un substituant N-alkyl et un autre N-aryl (nacnacR,ArH) ont été obtenus avec des rendements plus élevés que celui du mélange statistique. Par la suite, la complexation de ces ligands bidentés au Zr, la caractérisation de ces complexes et l’investigation de la réactivité ont été étudiés. Les complexes de Zr de type (nacnacR)2ZrCl2 ont été obtenus par deux voies de synthèse principales: la première consiste à traiter le sel de lithium du ligand avec le ZrCl4. La seconde est la réaction du ligand avec les complexes neutres d’alkyl-zirconium(IV) par protonation de l'alkyle coordonné. En solution, les complexes obtenus de (nacnacR)2ZrX2 possèdent un comportement dynamique via un « Bailar-twist » et les paramètres d'activation de cette isomérisation ont été calculés. Le complexe octaèdrique (nacnacBn)2ZrCl2 n'est pas réactif dans la carbozirconation et son alkylation n'était pas possible par l’échange des chlorures avec les alkyles. L’analogue diméthylé (nacnacBn)2ZrMe2 peut être préparé par alkylation du ZrCl4 avant la complexation du ligand. On a également observé que ce dernier n’est pas réactif dans la carbozirconation. L‘analogue diéthoxyde (nacnacBn)2Zr(OEt)2 est obtenu par échange des diméthyles avec les éthoxydes. La polymérisation du lactide avec celui-ci en tant que précurseur est relativement lente et ne peut être effectuée que dans le monomère fondu. Par conséquent, pour résoudre les problèmes rencontrés avec les complexes de zirconium (dikétiminates non-pontés), un ligand dikétimines pontés par le diaminocyclohexane, (±)-C6H10(nacnacXylH)2, LH2, (Xyl = 2,6-diméthylphényle) a été préparé. La complexation de ce ligand tetradenté au metal a été réalisée par deux voies de synthèse; la première est la réaction du sel de lithium de ce ligand avec le ZrCl4(THF)2. La deuxième est la déprotonation du ligand neutre avec le Zr(NMe2)4 et l’élimination du diméthylamine. Des complexes du type: (±)-C6H10(nacnacXylH)2ZrX2 avec X = Cl, NMe2 ont été obtenus. Les ligands de chlorure sont dans ce cas facilement remplaçables par des éthoxydes ou des méthyles. On a observé l’activité la plus élevée jamais observée pour un complexe d’un métal du groupe 4 avec le complexe de (±)-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OEt)2 dans la polymérisation de lactide. L'étude cinétique a montré que la loi de vitesse est du premier ordre en catalyseur et en monomère et la constante de vitesse est k = 14 (1) L mol-1 s-1. L'analyse des polymères a montré l’obtention de masses moléculaires faibles et l’abscence de stéréocontrôle. La réaction de (±)-C6H10(nacnacXylH)2ZrCl2 avec le triflate d’argent donne le (±)-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OTf)2. Le complexe bis-triflate obtenu possède une activité catalytique elevée pour les additions du type aza-Michael. L’utilisation du R,R-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OTf)2 énantiopur comme catalyseur, dans les additions du type aza-Michael asymétriques donne le produit desiré avec un excès énantiomérique de 19%. / Abstract: In order to prepare the complexes of Zr targeted for homogeneous catalysis in polymerization of lactides and hydroamination of activated olefins, we focused on the elaboration and the optimization of a systematic and efficient method for the synthesis of diketimines ligands with a variety of substituted alkyl (R) on their position N,N'. Symmetrical diketimines (nacnacRH) were obtained with a greater than 95% purity and a yield of 65% when R = Me and yields ranging from 80 to 95% when R = nPr, iPr, iBu, Bn, and Cy (+)-CH (Me) Ph. The Synthesis of diketimines with different N-alkyl substituents, called asymmetric, always gives a statistical mixture of three ligands: nacnacR,R'H nacnacR,RH and nacnacR',R'H that made their isolation problematic. Yields greater than statistical mixtures were obtained only with asymmetric diketimines bearing N-alky and N-aryl substituents (nacnacR,ArH). Subsequently, we studied the complexation of these bidentate ligands with Zr, the characterization of these complexes and investigation of their reactivity. Zr complexes of type (nacnacRH)2ZrCl2 were obtained via two main synthetic routes: the first consists in treatment of the lithium salt of the ligand with ZrCl4. The second is the reaction of the ligand with neutral complexes of alkyl-zirconium (IV) by protonation of the alkyl coordinated. In solution, the obtained complexes (nacnacR)2ZrX2 showed dynamic behavior via a "Bailar-twist" isomerization and the activation parameters of the isomerization were calculated. Octahedral complex (nacnacBn)2ZrCl2, showed no reactivity in alkylation and carbozirconation was not possible by the exchange of alkyl with chlorides. The dimethyl analogue (nacnacBn)2ZrMe2, can be prepared by alkylation of ZrCl4 before ligand complexing. The diethoxide analogue (nacnacBn)2Zr(OEt)2 is obtained by exchange of dimethyls with ethoxides. The latter had slow reactivity in lactide polymerization under melt conditions. Consequently, to address the problems encountered with unbridged (diketiminate) zirconium complexes, a cyclohexanediyl-bridged diketiminate ligand, (±)-C6H10(nacnacXylH)2, LH2, (Xyl = 2,6-dimethylphenyl) is prepared. Complexation of the tetradentate ligand is realized via two synthetic routes; The first is reaction of the lithium salt of the ligand with ZrCl4(THF)2. The second is deprotonation of the neutral ligand with Zr(NMe2)4 and elimination of dimethylamine. Complexes of the type: (±)-C6H10(nacnacXylH)2ZrX2 with X = Cl, NMe2 are obtained. The chloride ligands are in this case readily replaceable with ethoxides or methyls. The (±)-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OEt)2 complex showed the highest activity ever observed for any group 4 metal complex in lactide polymerization. The kinetic study showed that the rate law is first order in catalyst and monomer and the rate constant is k = 14(1) L mol−1 s−1. Analysis of the obtained polymer showed low molecular weight with no-stereocontrol. Reaction of the (±)-C6H10(nacnacXylH)2ZrCl2 with silver triflates yielded the (±)-C6H10(nacnacXylH)2Zr(OTf)2. The obtained bis-triflate complex showed to be a highly active catalyst for aza-Michael additions. The use of the enatiopure R,R-C6H10(nacnacXyl)2Zr(OTf)2 as catalyst for asymmetric aza-Michael additions of activated olefines gave the desired product with an enantiomeric excess of 19%.

Kleine Moleküle wie Treibhausgase, aber auch Distickstoff und Disauerstoff stehen im Fokus der chemischen Forschung. Solche Moleküle sind durch ihr Vorkommen in der Atmosphäre ubiquitär vorhanden, preiswert und könnten als Synthesebausteine für die Darstellung von komplexeren Molekülen verwendet werden. In dieser Arbeit wurde die Reaktion koordinativ ungesättigter Diketiminato-Nickelkomplexe ([LNi] Komplexe) mit kleinen Molekülen untersucht. Zunächst wurden die Mechanismen der N2-Aktivierung durch reduzierte [LtBuNiI]- und [LMe6NiI] Komplexe miteinander verglichen. Dabei konnte das distickstoffaktivierende Schlüsselintermediat identifiziert und strukturell charakterisiert werden. Weiter wurden die N2-Komplexe [(LtBuNiI)( 1 1 N2)] bzw. K2[(LtBuNiI)( 1 1 N2)], die Vorläufer für [LNiI]- und [LNi0]– Komplexfragmente darstellen, hinsichtlich ihrer Potentials zur Aktivierung der reaktionsträgen Treibhausgase SF6 und NF3 untersucht. Über Reaktionen von Übergangsmetallkomplexen mit NF3 war bis dahin noch nicht berichtet worden; zur Umsetzung von SF6 existierten wenige Publikationen, in denen aber sehr viele mechanistische Fragen offengeblieben sind. Die Mechanismen der SF6- und NF3-Aktivierung wurden durch Kombination einer Vielzahl von ex- und in situ Analysen beleuchtet. Im Falle der SF6 Aktivierung gelang es zudem, ein Nickel(I)-Intermediat zu isolieren. Ein Produkt beider Systeme war der Fluorido-Nickel(II)-Komplex [LtBuNiIIF], dessen Reaktionsverhalten ebenfalls studiert wurde. Doch nicht nur Komplexe mit Nickelatomen in niedrigen Oxidationsstufen erwiesen sich für die Aktivierung kleiner Moleküle geeignet, sondern auch kationische [LtBuNiII(D)]+-Komplexe. Diese Nickel(II)-Komplexe reagierten mit fluorierten Molekülen, N2O sowie O2, was bemerkenswert ist, da Nickel(II)-Komplexe üblicherweise inert gegenüber O2 sind. Im Zuge der O2-Studien wurde ein metastabiler Oranoperoxidkomplex isoliert und strukturell charakterisiert, was beispiellos in der Literatur ist. / Current research focuses on the activation of small molecules like greenhouse gases, thermodynamically stable molecules like N2 and kinetically stabilized molecules like O2, which are all abundant in the atmosphere. Thus, it appears to be alluring to use them as cheap and readily available building blocks for the synthesis of value-added compounds. This dissertation deals with the reaction of low-coordinate diketiminate nickel complexes [LNi] and such small molecules. Initially, the mechanisms of the dinitrogen activation by reduced [LtBuNiI] and [LMe6NiI] complexes were studied. As a result, the key intermediate [(LtBuNiI)x(3 Br)xKx] (x > 1) was identified and structurally characterized. Subsequently, the nickel complexes [(LtBuNiI)( 1 1 N2)] and K2[(LtBuNiI)( 1 1 N2)], which represent sources for [LtBuNiI] and [LtBuNi0]– moieties, were applied to the activation of the inert, but very efficient greenhouse gases SF6 and NF3. Prior to these investigations, no transition metal complex had been reported to react with NF3. Publications dealing with the conversion of SF6 had been scarce, too, while at same time, the mechanisms involving its activation had been speculative. The mechanisms of the NF3 and SF6 activation reactions were deduced combining numerous ex-situ and in situ analytical methods. In case of the SF6 activation, even an intermediate could be isolated. In both systems, the nickel fluoride complex [LtBuNiIIF] was formed and its reaction behaviour was also studied. Furthermore, not only [LtBuNiI]- and [LtBuNi0]– moieties proved to be reactive towards small molecules, but also cationic [LtBuNiII(D)]+ complexes, which were specifically developed for this purpose. The reactions of [LtBuNiII(D)]+ complexes with fluorinated molecules (e. g. PhF, NF3), O2 and N2O were studied. In course of the O2 activation, a metastable organoperoxide complex was isolated and structurally characterized, which is unparalleled in the literature.