Ce travail de thèse est consacré au développement de nouvelles méthodologies en catalyse mettant en jeu des complexes métalliques à base de métaux non nobles, en l’occurrence le cobalt et le niobium. Ces deux métaux ont été utilisés pour catalyser des réactions d’hydrofonctionnalisation de liaisons multiples carbone‒carbone. L’objectif était de proposer des systèmes catalytiques compétitifs à base de métaux non précieux et de promouvoir leur utilisation par rapport à d’autres métaux peu abondants et onéreux. Un complexe de cobalt bien défini, HCo(PMe3)4, a été employé pour catalyser des réactions d’hydroboration régio- et stéréosélectives d’alcynes internes, ainsi que des réactions de diboration d’alcynes. D’autre part, un système catalytique au niobium(V) cationique a été mis au point et utilisé pour diverses réactions d’hydrofonctionnalisation intramoléculaires, permettant la synthèse d’une large famille d’hétérocycles. De manière à mettre encore davantage en lumière ce métal et ces bienfaits, des travaux ont été réalisés en catalyse énantiosélective. Un système catalytique chiral de niobium(V) a été utilisé pour l’hydroalkoxylation d’alcènes énantiosélective. Des résultats encourageants ont été obtenus même si ce système doit encore être optimisé et testé en présence de différents hydroxyalcènes. / This PhD work has focused on the development of new methodologies in catalysis based on non-noble metals: cobalt and niobium. These two metals have been used to catalyze hydrofunctionalization reactions of carbon‒carbon multiple bonds. The aim of those projects was to propose competitive catalytic systems based on non-precious metals and to promote their use compared to other rare and expensive metals. To this end, we successfully demonstrated that a well-defined cobalt complexe HCo(PMe3)4 is an efficient catalyst for regio- and stereoselective hydroboration reactions of internal alkynes, as well as diboration reactions. Also, a new catalytic system based on cationic niobium(V) has been developed and used to catalyze intramolecular hydrofunctionalization reactions leading to the synthesis of a large family of heterocycles. In order to reveal even more the potential of niobium in catalysis, we aimed to propose a chiral system able to catalyze enantioselective hydroalkoxylation of alkenes. Despite the promising results, some more efforts on the optimization of this system still need to be done.

<p>Cationic gold(I) complexes containing phosphine and N-heterocyclic carbene based ligands are a powerful catalysts for the hydrofunctionalization of C-C multiple bonds with carbon and heteroatom based nucleophiles as well as the cycloisomerization of enynes and related &#960;-systems. Mechanisms involving outer sphere, nucleophilic attack an activated gold &#960;-complex are typically invoked for both hydrofunctionalizations and cycloisomerizations, however, direct experimental evidence for these mechanisms remain limited.</p><p>Gold(I) catalyzed allene racemization is an important background reaction in the hydrofunctionalization of 1,3 disubstituted allenes. It can compromise chirality transfer or be exploited to realized stereoconvergent synthesis of allylic alcohols and amines. The kinetics of the racemization of aromatic 1,3-disubstituted allenes catalyzed by gold(I) phosphine complexes has been investigated. The rate of racemization displayed first order dependence on allene and gold concentration. Kinetic analysis gold(I) catalyzed racemization of allenes as a function of allene and phosphine donor ability established a depletion of electron density on the terminal allene carbons and an accumulation of electron density on the phosphine ligand in the rate-limiting transition state.</p><p>Investigation of the mechanism of gold(I) catalyzed hydrofunctionalization of allenes with alcohols, carbamates, and anilines established a variable catalyst resting state depending on the equilibrium binding affinities of the nucleophile and the relative concentrations of allene and nucleophile that are employed. Reversible C-X bond formation may explain the difference in regioselectivity observed for hydroalkoxylation and hydroamination with carbamates. Additionally, in situ analysis of the hydrofunctionalization of enatiopure 1,3-disubstituted allenes for enatiopurity of the allene and product ruled out trapping of an achiral &#951;1-intermediate and established concomitant allene racemization as the cause of loss of enatiopurity.</p><p>Finally we report the two gold(I) carbene complexes not stabilized by &#960;-conjugated heteroatoms. First, we report the hydride abstraction from a neutral gold cycloheptatrienyl complex that was isolated and characterized in solution and by single crystal X-ray diffraction. This complex represents the first example of a gold carbenoid complex that lacks conjugated heteroatom stabilization. Second we report the synthesis of the first gold(I) vinylidene via hydride abstraction from a gold (disilyl)ethylacetylide complex to form a cationic &#946;,&#946;-disilacyclopentyl vinylidene complex. The C1 and C2 carbon atoms of the vinylidene complex underwent facile interconversion presumably through the gold &#960;-disilacyclohexyne.</p> / Dissertation

<p>The importance of nitrogen-containing compounds in human life has drawn us to focus on the preparation of amine derivatives, combined with the limitations associated with traditional methods for the formation of C-N bonds has prompted us to develop new and efficient syntheses, of amine and ether derivatives and explore the mechanisms of the gold(I)-catalyzed reactions.</p><p>A mixture of AuCl[P(t-Bu)2o-biphenyl] (5 mol %) and AgOTf (5 mol %) served as an effective catalyst for the intermolecular hydroamination of allenes with arylamines to form N-prenylaniline and N,N-diprenylaniline derivatives. This gold(I)-catalyzed protocol was effective for the formation of arylamines at non-forcing conditions with wide substrate scope in both allene and aniline, in high yields with good regioselectivity diastereoselectivity.</p><p>The mechanism of the gold(I)-catalyzed hydroalkoxylation and hydroamination of alcohols and carbamates with allenes, catalyzed by AuIPrCl (IPr= 1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-ylidine) and AgOTf was investigated. The experimental rate laws for both reactions indicate first-order behavior in nucleophile and catalyst and zero-order behavior in catalyst. We propose an outer-sphere mechanism with turnover limiting protonolysis for the gold(I)-catalyzed hydrofunctionalization of allenes with alcohols or carbamates based on kinetic isotope effect, saturation behavior, and stereochemical analysis of hydroalkoxylation.</p><p>The mechanism of gold(I)-catalyzed hydroamination of allenes with arylamines was examined. Specifically, we explored the hydroamination of 3-methy-1,2-butadiene with aniline catalyzed by AuCl[P(t-Bu)2o-biphenyl] (5 mol %) and AgOTf (5 mol %) in dioxane at 45 °C to form N-prenylaniline and N,N-diprenylaniline. The kinetics of this reaction were determined to be first-order in aniline, allene, and catalyst. We have concluded that the mechanism for the gold(I)-catalyzed intermolecular hydroamination of allenes with arylamines involves outer-sphere attack of aniline on the gold-&#61552;-allene complex based on stereochemical analysis of the hydroamination product from the reaction of an enantiomerically enriched allene, (R)-1-phenyl-1,2-butadiene, with 3-bromoaniline.</p> / Dissertation

Ce travail de thèse s’est focalisé sur la formation de liaisons carbone-oxygène à partir d’alcènes et d’allènes non activés via des réactions intramoléculaires d’hydroalcoxylation ou d’hydroacylalcoxylation catalysées par des complexes de terres rares.Premièrement, la version racémique de ces réactions catalysées par deux systèmes différents a été étudiée : les tri-alkyls ainsi que les triflates de terres rares. Lors de cette étude, les différents effets stériques ou électroniques ainsi que les différentes substitutions sur l’insaturation ont été évalués. Pour les deux systèmes catalytiques, une sélectivité Markovnikov a été mise en évidence ; pour chacun de ces systèmes catalytiques deux mécanismes différents sont proposés. En effet, en plus des propriétés acide de Lewis, le fait que les alkyls de terres rares soient des bases de Brønsted, explique la différence de comportement catalytique des deux systèmes.Par la suite, ces réactions ont été étudiées dans leur version asymétrique. Pour cela, différents ligands chiraux ont été associés au triflate de scandium ; d’autre part, de nouveaux complexes mono-alkyl binaphtolate de terres rares dérivés des tri-alkyls ont également été synthétisés. Avec ces derniers, des éthers cycliques ont été obtenus avec des excès énantiomériques allant jusqu’à 34%.Etant donné que les triflates de terres rares ont montré une très bonne activité et que les mono-alkyl binaphtolates de scandium et d’yttrium ont conduit à d’encourageantes énantiosélectivités, il a été proposé de créer un nouveau complexe de terre rare muni de ligands chiraux associés par des liaisons ioniques ; les premiers essais de préparation de binaphtolate monotriflate de scandium et d’yttrium sont très prometteurs.Enfin, dans le cadre d’une collaboration, de nouveaux complexes de terres rares comportant des ligands dérivés de la BINAM ont été synthétisés et une étude RMN HMBC ¹H/¹ ⁵N a été réalisée afin de déterminer les différences forces de liaisons métal-azote. Ces complexes chiraux ont été notamment utilisés afin de mettre en évidence le concept de ligand relai avec la réalisation monotope de deux réactions métallocatalysée et organocatalysée consécutives. / This thesis is focused on intramolecular carbon-oxygen bond formation of non-activated alkenes and allenes by hydroalkoxylation or hydroacylalkoxylation reactions catalyzed by rare earths complexes.Firstly, the racemic version of these reactions catalyzed by two different systems has been studied: tri-alkyls and triflate rare earth. In this study, different steric or electronic effects and different substitutions on insaturations have been evaluated. For both systems, Markovnikov selectivity was evidenced; two different mechanisms for each system have been proposed. Indeed, in addition to the Lewis acid properties, the fact that rare earth alkyls are also Brønsted bases, could explain the difference of catalytic behavior of these systems.Thereafter, enantioselective versions of these reactions have been studied. For that, different chiral ligands have been associated on scandium triflate; on the other hand, new mono-alkyl binaphtholate complexes from tri-alkyl complexes have been synthesized. Therewith, cyclic ethers have been obtained with enantiomeric excesses up to 34%.As triflate rare earths have shown an excellent activity and yttrium and scandium mono-alkyl binaphtholate led to encouraging enantioselectivity, it has been proposed to create a new rare earth complex with chiral ligand associated with ionic bonds; the first tests of scandium and yttrium binaphtholate monotriflate preparation are very promising.Finally, in the frame of a collaboration, new rare earth complexes bearing ligands derived from BINAM have been synthesized and a HMBC ¹H/¹ ⁵N NMR study have been realized to determine the strength of the different carbon-nitrogen bonds. These chiral complexes have been especially used to highlight the concept of relay ligand with one pot consequent metallocatalyzed and organocatalyzed reactions.

Ce travail de thèse est dédié au développement des deux familles de complexes chiraux binaphtolates de terres rares et leur application en catalyse asymétrique dans les réactions d’addition de Michael, de Henry, de Strecker et d’hydroalkoxylation. La préparation d’une nouvelle famille de complexes chiraux bisbinaphtolates de terres rares a été optimisée. Ces nouveaux complexes ont été entièrement caractérisés grâce à des analyses RMN, IR, de spectroscopie de masse et des études de DRX de monocristaux isolés. Après une étude de stabilité, nous avons pu montrer que ces nouveaux complexes de terres rares peuvent être pesés à l’air libre et utilisés dans des réactions asymétriques sans dégazage des réactifs ni des solvants. Les comportements catalytiques de ces nouveaux complexes hétérobimétalliques ont été étudiés en détail dans des réactions énantiosélectives de Henry, de Strecker et d’addition de Michael. Une température d’isoinversion et un effet non linéaire ont notamment été mis en évidence dans la réaction d’addition de Michael de malonates sur des énones conduisant à des produits énantioenrichis avec des excès énantiomériques allant jusqu’à 83%. Une seconde famille de complexes monobinaphtolate monoalkyl de terres rares a été synthétisée et complètement caractérisée. Une structure DRX de ce type de complexe a pu être obtenue pour la première fois. Ces complexes ont été évalués dans des réactions de Strecker et d’hydroalkoxylation. Concernant cette dernière, la sélectivité a tout d’abord été étudiée avec ces complexes dans le cas des allènes et un mécanisme a pu être proposé. D’autre part, les premiers exemples d’hydroalkoxylation asymétrique d’alcènes, catalysés par ces complexes monobinaphtolate monoalkyl de terres rares, ont pu être décrits. / This thesis is mainly devoted to the development of two families of rare earths chiral binaphtolate complex and their application in asymmetric catalysis such as Michael addition, Henry reaction, Strecker reaction and hydroalkoxylation reaction. At first, the preparation of a new family of rare earth bisbinaphtolate complexes has been optimized with complete characterizations including NMR, IR, mass spectroscopy and XRD studies on isolated single crystals. These new rare earths complexes are relative stable which can be used under air condition. The catalytic behavior of these new heterobimetallic complexes have been studied in detail: an isoinversion temperature was determined and the nonlinear effect was observed for asymmetric Michael additions of malonates on enones wich lead products with enantiomeric excess up to 83%. Secondly, a family of rare earth monobinaphtolate monoalkyl complexs has been synthesized and characterized. The first XRD structure of this family of complex was obtained. Steric substitutions of binaphtolate ligands on position 3,3’ have been proven to be essential for the formation of these complex. The selectivity of reaction of hydroalkoxylation of allene was studied with a proposed mechanism. First examples of asymmetric hydroalkoxylation of alkene catalyzed by rare earth complexes have been achieved by our rare earth monoalkyl monobinaphtolate complex.

This thesis describes the catalysed addition of X-H bonds (X = S, O and N) to alkynes using a range of novel rhodium(I) and iridium(I) complexes containing hybrid bidentate phosphine-pyrazolyl, phosphine-imidazolyl and phosphine-N heterocyclic carbene (NHC) donor ligands. The synthesis of novel bidentate phosphine-pyrazolyl, phosphine-imidazolyl (P-N) and phosphine-NHC (PC) donor ligands and their cationic and neutral rhodium(I) and iridium(I) complexes [M(P N)(COD)]BPh4, [M(PC)(COD)]BPh4, [Ir(P-N)(CO)2]BPh4 and [M(P-N)(CO)Cl] were successfully performed. An unusual five coordinate iridium complex with phosphine-NHC ligands [Ir(PC)(COD)(CO)]BPh4 was also obtained. Seventeen single crystal X-ray structures of these new complexes were determined. A range of these novel rhodium and iridium complexes were effective as catalysts for the addition of thiophenol to a variety of alkynes. Iridium complexes were more effective than rhodium analogues. Cationic complexes were more effective than neutral complexes. Complexes with hybrid phosphine-nitrogen donor were more effective than complexes containing bidentate nitrogen donor ligands. An atom-economical, efficient method for the synthesis of cyclic acetals and bicyclic O,O-acetals was successfully developed based on the catalysed hydroalkoxylation. Readily prepared terminal and non-terminal alkyne diols were cyclised into bicyclic O,O-acetals in quantitative conversions in most cases. The efficiency of a range of rhodium and iridium complexes containing bidentate P-N and PC donor ligands as catalysts for the cyclisation of 4-pentyn-1-amine to 2-methyl-1-pyrroline varied significantly. The cationic iridium complexes with the bidentate phosphine-pyrazolyl ligands, [Ir(R2PyP)(COD)]BPh4 (2.39-2.42) were extremely efficient as catalysts for this transformation. Increasing the size of the substituent on or adjacent to the donor led to improvement in catalytic activity of the corresponding metal complexes. The mechanism of the catalysed hydroalkoxylation was proposed to proceed by the initial activation of the alkyne via ?? coordination to the metal centre. The ?? binding of both aliphatic and aromatic alkynes to [Ir(PyP)(CO)2]BPh4 (2.44) was observed by low temperature NMR and no reaction between 2.44 and alcohols was observed. In contrast, the facility in which thiol and amine oxidatively added to 2.44 led the proposal that in the hydrothiolation and hydroamination reaction, the catalytic cycle commences with the activation of the X-H bond (X = S, N) by an oxidative addition process.

This thesis describes the catalysed addition of X-H bonds (X = S, O and N) to alkynes using a range of novel rhodium(I) and iridium(I) complexes containing hybrid bidentate phosphine-pyrazolyl, phosphine-imidazolyl and phosphine-N heterocyclic carbene (NHC) donor ligands. The synthesis of novel bidentate phosphine-pyrazolyl, phosphine-imidazolyl (P-N) and phosphine-NHC (PC) donor ligands and their cationic and neutral rhodium(I) and iridium(I) complexes [M(P N)(COD)]BPh4, [M(PC)(COD)]BPh4, [Ir(P-N)(CO)2]BPh4 and [M(P-N)(CO)Cl] were successfully performed. An unusual five coordinate iridium complex with phosphine-NHC ligands [Ir(PC)(COD)(CO)]BPh4 was also obtained. Seventeen single crystal X-ray structures of these new complexes were determined. A range of these novel rhodium and iridium complexes were effective as catalysts for the addition of thiophenol to a variety of alkynes. Iridium complexes were more effective than rhodium analogues. Cationic complexes were more effective than neutral complexes. Complexes with hybrid phosphine-nitrogen donor were more effective than complexes containing bidentate nitrogen donor ligands. An atom-economical, efficient method for the synthesis of cyclic acetals and bicyclic O,O-acetals was successfully developed based on the catalysed hydroalkoxylation. Readily prepared terminal and non-terminal alkyne diols were cyclised into bicyclic O,O-acetals in quantitative conversions in most cases. The efficiency of a range of rhodium and iridium complexes containing bidentate P-N and PC donor ligands as catalysts for the cyclisation of 4-pentyn-1-amine to 2-methyl-1-pyrroline varied significantly. The cationic iridium complexes with the bidentate phosphine-pyrazolyl ligands, [Ir(R2PyP)(COD)]BPh4 (2.39-2.42) were extremely efficient as catalysts for this transformation. Increasing the size of the substituent on or adjacent to the donor led to improvement in catalytic activity of the corresponding metal complexes. The mechanism of the catalysed hydroalkoxylation was proposed to proceed by the initial activation of the alkyne via ?? coordination to the metal centre. The ?? binding of both aliphatic and aromatic alkynes to [Ir(PyP)(CO)2]BPh4 (2.44) was observed by low temperature NMR and no reaction between 2.44 and alcohols was observed. In contrast, the facility in which thiol and amine oxidatively added to 2.44 led the proposal that in the hydrothiolation and hydroamination reaction, the catalytic cycle commences with the activation of the X-H bond (X = S, N) by an oxidative addition process.

Cette thèse décrit la synthèse, la caractérisation, les réactivités, et les propriétés physiques de complexes divalents et trivalents de Ni formés à partir de nouveaux ligands «pincer» de type POCN. Les ligands POCN de type amine sont préparés d’une façon simple et efficace via l’amination réductrice de 3-hydroxybenzaldéhyde avec NaBH4 et plusieurs amines, suivie par la phosphination de l’amino alcool résultant pour installer la fonction phosphinite (OPR2); le ligand POCN de type imine 1,3-(i-Pr)2PC6H4C(H)=N(CH2Ph) est préparé de façon similaire en faisant usage de PhCH2NH2 en l’absence de NaBH4. La réaction de ces ligands «pincer» de type POCN avec NiBr2(CH3CN)x en présence d’une base résulte en un bon rendement de la cyclométalation du lien C-H situé en ortho aux fonctions amine et phosphinite. Il fut découvert que la base est essentielle pour la propreté et le haut rendement de la formation des complexes «pincer» désirés. Nous avons préparé des complexes «pincer» plan- carrés de type POCN, (POCNRR΄)NiBr, possédant des fonctions amines secondaires et tertiaires qui démontrent des réactivités différentes selon les substituants R et R΄. Par exemple, les complexes possédant des fonctions amines tertiaires ArCH2NR2 (NR2= NMe2, NEt2, and morpholinyl) démontrent des propriétés rédox intéressantes et pourraient être convertis en leurs analogues trivalents (POCNR2)NiBr2 lorsque réagis avec Br2 ou N-bromosuccinimide (NBS). Les complexes trivalents paramagnétiques à 17 électrons adoptent une géométrie de type plan-carré déformée, les atomes de Br occupant les positions axiale et équatoriale. Les analyses «DSC» et «TGA» des ces composés ont démontré qu’ils sont thermiquement stables jusqu’à ~170 °C; tandis que la spectroscopie d’absorption en solution a démontré qu’ils se décomposent thermiquement à beaucoup plus basse température pour regénérer les complexes divalents ne possédant qu’un seul Br; l’encombrement stérique des substitutants amines accélère cette route de décomposition de façon significative. Les analogues NMe2 et N(morpholinyl) de ces espèces de NiIII sont actifs pour catalyser la réaction d’addition de Kharasch, de CX4 à des oléfines telles que le styrène, tandis qu’il fut découvert que l’analogue le moins thermiquement stable (POCNEt2)Ni est complètement inerte pour catalyser cette réaction. Les complexes (POCNRH)NiBr possédant des fonctions amines secondaires permettent l’accès à des fonctions amines substituées de façon non symétrique via leur réaction avec des halogénures d’alkyle. Un autre avantage important de ces complexes réside dans la possibilité de déprotonation pour préparer des complexes POCN de type amide. De telles tentatives pour déprotoner les fonctions NRH nous ont permis de préparer des espèces dimériques possédant des ligands amides pontants. La nature dimérique des ces complexes [P,C,N,N-(2,6-(i-Pr)2PC6H3CH2NR)Ni]2 (R= PhCH2 et Ph) fut établie par des études de diffraction des rayons-X qui ont démontré différentes géométries pour les cœurs Ni2N2 selon le substituant N : l’analogue (PhCH2)N possède une orientation syn des substitutants benzyles et un arrangement ressemblant à celui du cyclobutane du Ni et des atomes d’azote, tandis que l’analogue PhN adopte un arrangement de type diamant quasi-planaire des atomes du Ni et des atomes d’azote et une orientation anti des substituants phényles. Les espèces dimériques ne se dissocient pas en présence d’alcools, mais elles promouvoient l’alcoolyse catalytique de l’acrylonitrile. De façon intéressante, les rendements de ces réactions sont plus élevés avec les alcools possédant des fonctions O-H plus acides, avec un nombre de «turnover» catalytique pouvant atteindre 2000 dans le cas de m-cresol. Nous croyons que ces réactions d’alcoolyse procèdent par activation hétérolytique de l’alcool par l’espèce dimérique via des liaisons hydrogènes avec une ou deux des fonctions amides du dimère. Les espèces dimériques de Ni (II) s’oxydent facilement électrochimiquement et par reaction avec NBS ou Br2. De façon surprenante, l’oxydation chimique mène à l’isolation de nouveaux produits monomériques dans lesquels le centre métallique et le ligand sont oxydés. Le mécanisme d’oxydation fut aussi investigué par RMN, «UV-vis-NIR», «DFT» et spectroélectrochimie. / This thesis describes the synthesis, characterization, reactivities, and physical properties of divalent and trivalent complexes of Nickel based on new POCN-type pincer ligands. The amino-type POCN ligands were prepared in a simple and efficient manner via reductive amination of 3-hydroxybenzaldehyde with NaBH4 and various amines, followed by phosphination of the resulting amino alcohol to install the phosphinite (OPR2) functionality. The imino-type POCN ligand 1,3-(i-Pr)2PC6H4C(H)=N(CH2Ph) was prepared similarly using PhCH2NH2 in the absence of NaBH4. Reaction of these POCN-type pincer ligands with NiBr2(CH3CN)x in the presence of a base results in the high yield cyclometalation of the C-H bond which is ortho to the amine and phosphinite functionalities. The base was found to be essential for a clean and high yield formation of the desired pincer complexes. We have thus prepared square planar POCN-type pincer complexes (POCNRR΄)NiBr featuring tertiary or secondary amine moieties that exhibit different reactivities as a function of amine substituents R and R΄. For instance, complexes bearing the tertiary amine moieties ArCH2NR2 (NR2= NMe2, NEt2, and morpholinyl) displayed interesting redox properties and could be converted into their trivalent analogues (POCNR2)NiBr2 when reacted with Br2 or N-bromosuccinimide (NBS). These 17-electron, paramagnetic trivalent complexes adopt a distorted square pyramidal geometry with Br atoms at axial and equatorial positions. DSC and TGA analyses of these compounds revealed them to be thermally stable up to ~170 °C; whereas absorption spectroscopy in solution showed that they undergo thermal decomposition at much lower temperatures to regenerate the monobromo divalent complexes; increased steric bulk of the amine substituents accelerate this decomposition pathway significantly. The NMe2 and N(morpholinyl) analogues of these NiIII species are active catalysts for the Kharasch addition of CX4 to olefins such as styrene, whereas the least thermally stable analogue (POCNEt2)Ni was found to be completely inert for this reaction. The complexes (POCNRH)NiBr featuring secondary amine moieties allow access to unsymmetrically substituted amine moieties via reaction with alkyl halides. Another important advantage of these complexes lies in the possibility of deprotonation to prepare amide-type POCN complexes. Such attempts at deprotonating the NRH moieties have allowed us to prepare dimeric species featuring bridging amido ligands. The dimeric nature of these complexes [P,C,N,N-(2,6-(i-Pr)2PC6H3CH2NR)Ni]2 (R= PhCH2 and Ph) was established through X-ray diffraction studies that showed different geometries for the Ni2N2 cores as a function of N-substituent: the (PhCH2)N analogue featured a syn orientation of the benzyl substituents and a cyclobutane-like arrangement of Ni and of the nitrogen atoms, whereas the PhN analogue adopted a nearly planar diamond-like arrangement of the Ni and of the nitrogen atoms and an anti orientation of the phenyl substituents. These dimeric species do not dissociate in the presence of alcohols, but they promote the catalytic alcoholysis of acrylonitrile. Interestingly, yields of these reactions are higher with alcohols possessing more acidic O-H moieties, with a catalytic turnover number reaching up to 2000 in the case of m-cresol. These alcoholysis reactions are believed to proceed through heterolytic activation of the alcohol by dimeric species via hydrogen bonding with one or two amido moieties in the dimer. The dimeric Ni (II) species were found to undergo facile oxidation both electrochemically and in reaction with NBS or Br2. Surprisingly, chemical oxidation led to isolation of new monomeric products in which both the metallic center and the ligand were oxidized. giving a trivalent species featuring an imine-type POCN ligand. Oxidation mechanism was investigated in detail by NMR, UV-vis-NIR, DFT and spectroelectrochemistry.

No description available.

Ce mémoire décrit la synthèse, la caractérisation spectroscopique et l’étude de la réactivité catalytique d’une nouvelle série de complexes pinceurs de Ni(II) formés à partir du ligand POCOPPh (P,C,P-2,6-{Ph2PO}2C6H4), très peu étudié dans le cas du nickel. Les études décrites dans ce mémoire examinent l’effet des substituants des phosphines sur les propriétés spectroscopiques et électrochimiques ainsi que les activités catalytiques. La synthèse du ligand a été améliorée par rapport à la procédure connue dans la littérature en diminuant le temps de réaction à 30 min et la température jusqu'à température ambiante. Les composés pinceur (P,C,P-2,6-{Ph2PO}2C6H3)NiX ont été obtenus avec des rendements variant entre 60% et 88%. Le premier complexe a été synthétisé en faisant réagir le précurseur NiBr2(NCCH3)x avec le ligand POCOPPh pour donner (POCOPPh)NiBr. Ce dernier réagit par la suite avec les sels d’argent et de potassium pour donner 4 nouveaux complexes soient : (POCOPPh)NiCN, (POCOPPh)NiOTf, (POCOPPh)NiOAc et (POCOPPh)NiONO2 (OTf = triflate et OAc = acetate). Vu la réactivité limitée du dérivé bromure, le dérivé (POCOPPh)NiOTf a été utilisé pour la préparation du composé (POCOPPh)NiCCPh. Le dérivé Ni-OTf a été utilisé également pour la synthèse des complexes (POCOPPh)NiR qui ont été détectés par RMN. Ces complexes (POCOPPh)NiR ont montré une stabilité trop faible et donnent des nouveaux complexes de type (POCOPPh)NiX en échangeant l’halogène avec le Mg ou de type (POCOPPh)NiOH en s’hydrolysant. Les espèces cationiques [(POCOPPh)NiNCR][OTf] (R= Me, CHCH2, CHCHMe, C(Me)CH2, NCCH2CH2N(Ph)H) ont été obtenues facilement et avec des bon rendements à partir du (POCOPPh)NiOTf. Tous les composés obtenus ont été caractérisés par la spectroscopie RMN (1H, 13C{1H}, 31P{1H}, 19F{1H}), la spectroscopie IR et la spectroscopie UV-vis. L’analyse élémentaire et l’analyse par la diffraction des rayons X, dont le but est de résoudre la structure à l’état solide, ont été utilisées pour la plupart des complexes. Des études de voltampérométrie cyclique ont été menées pour déterminer la densité électronique des centres métalliques et l’effet des phosphines sur cette propriété électrochimique. Dans le but de déterminer l’effet des substituants des phosphines sur l’activité catalytique des complexes, nous avons évalué les réactivités catalytiques des deux complexes (POCOPPh)NiOTf et (POCOPi-Pr)NiOTf dans la réaction d’hydroamination des oléfines activés et plus spécifiquement l’acrylonitrile. Après optimisation des conditions expérimentales, on a constaté que la réactivité des deux composés sont similaires mais une grande différence apparaît après l’ajout des additifs. En effet, le complexe (POCOPi-Pr)NiOTf donne une bonne activité catalytique en présence de la triéthylamine, tandis que cette activité diminue considérablement en présence d’eau, contrairement au complexe (POCOPPh)NiOTf qui est plus actif en présence d’eau. Dans le cas du complexe (POCOPPh)NiOTf, on a pu montrer que la base se coordonne au nickel dans le produit formé après la réaction d’hydroamination, ce qui diminue l’activité de ce complexe dans certains cas. Également on a exploré la réaction de l’addition du lien O-H sur l’acrylonitrile, et étonnamment le complexe (POCOPPh)NiOTf est beaucoup plus actif que son homologue (POCOPi-Pr)NiOTf dans le cas des alcools aromatiques. Par contre, les alcools aliphatiques restent un défi majeur pour ce genre de complexe. Le mécanisme de cette réaction qui a été proposé montre que l’alcoolyse passe par les deux intermédiaires (POCOPPh)NiOAr et [(POCOPPh)NiOAr][HOAr] mais l’isolation de ces intermédiaires observés par RMN semble être difficile. / This thesis describes the synthesis, spectroscopic characterization and the catalytic activities of a new family of pincer complexes of Ni (II) starting from the ligand POCOPPh (P,C,P-2,6-{Ph2PO}2C6H4) for which very few nickel complexes have been reported previsouly. We discuss the influence of P-substituents on the spectroscopic, electrochemical and catalytic activities of these complexes. The synthesis of POCOPPh has been improved comparatively to the procedure reported in the literature by reducing the reaction time to 30 minutes and the temperature to room temperature. The complex (P,C,P-2,6-{Ph2PO}2C6H3)NiBr was obtained with 88% yield by reacting the precursor NiBr2(NCCH3)x with POCOPPh . This complex was then reacted with various silver and potassium salts to give the following complexes (POCOPPh)NiCN, (POCOPPh)NiOTf, (POCOPPh)NiOAc and (POCOPPh)NiONO2 (OTf = triflate et OAc = acetate). The limited reactivity of the bromo derivative led us to use (POCOPPh)NiOTf for the preparation of some of the desired derivatives, such as (POCOPPh)NiCCPh. Attempts to prepare the desired alkyl derivatives (POCOPPh)NiR were not successful, but we were able to detect these derivatives using NMR. The thermal instability of (POCOPPh)NiR led to formation of new (POCOPPh)NiX complexes by halogen exchange with MgX2 or (POCOPPh)NiOH by hydrolysis. The cationic species [(POCOPPh)NiNCR][OTf] (R = Me, CHCH2, CHCHMe, C(Me)CH2, NCCH2CH2N(Ph)H) also were obtained easily from the (POCOPPh)NiOTf with good yields. All these complexes were characterized by elemental analysis, NMR spectroscopy (1H, 13C{1H} 31P{1H}, 19F{1H}), IR spectroscopy and UV-vis spectroscopy. For most complexes analysis by X-ray diffraction allowed us to establish their solid state structures. A few studies by cyclic voltammetry have been done to determine the electronic density of the metal center and the P-substituent influence on this characteristic. In order to investigate the effect of phosphine substituents on the catalytic activities of this type of complexes, catalytic studies were undertaken with the following two complexes (POCOPPh)NiOTf and (POCOPi-Pr)NiOTf in hydroamination of activated olefins specifically acrylonitrile. After optimization of experimental conditions, it was found that both complexes have similar activities but what makes a huge difference is the use of additives. Indeed, (POCOPi-Pr)NiOTf showed good catalytic activity in the presence of triethylamine as base but this activity decreased significantly in the presence of water. The opposite was observed with (POCOPPh)NiOTf complex: it was shown that triethylamine coordinates to the nickel center in this complex and hence reduces its activity in some cases. We Also explored other reactions such as the addition of the O-H bond in aromatic alcohols to acrylonitrile, and it was surprising that (POCOPPh)NiOTf is much more active than its homologous (POCOPi-Pr)-NiOTf. However aliphatic alcohols remain a major challenge for this kind of complex. Mechanistic studies suggest that this reaction passes through the following intermediates (POCOPPh)NiOAr and [(POCOPPh)NiOAr][HOAr]. These species were observed by NMR but not isolated.