In situ formation of ligand 2,2'-[(E)-diazene-1,2-diyldicarbonothioyl]diphenol and structural characterization of its binuclear rhodium(V) complex containing RhO2+

The ligand 2,2'-[(E)-diazene-1,2-diyldicarbonothioyl]diphenol has been synthesised in situ by aerial oxidation of o-hydroxythiobenzhydrazide [H(htbh)] in presence of rhodium(III) in DMSO. Each ligand binds two RhO2+ ions through its N and S atoms and the O atom of its deprotonated hydroxy group. Each RhO2+ contains two cis-Rh = O bonds. The sixth coordination site of each rhodium(v) is occupied by the O of DMSO.

Efficient 1,4-addition of enones and boronic acids catalyzed by a Ni-Zn hydroxyl double salt-intercalated anionic rhodium(III) complex

Intercalation of an in situ prepared [Rh(OH)6]3- complex into an anion exchangeable Ni-Zn layered hydroxy double salt (Rh/NiZn) was demonstrated. The resulting Rh/NiZn effectively catalyzed the 1,4-addition of diverse enones and phenylboronic acids to their corresponding β-substituted carbonyl compounds. In the case of 2-cyclohexen-1-one and phenylboronic acid, a turnover frequency (TOF) of 920 h-1 based on Rh was achieved. The [Rh(OH)6]3- complex maintained its original monomeric trivalent state within the NiZn interlayer following catalysis, attributable to a strong electrostatic interaction between the NiZn host and anionic Rh(III) complex.

Hydrophenylation of internal alkynes with boronic acids catalysed by a Ni–Zn hydroxy double salt-intercalated anionic rhodium(III) complex

[Rh(OH)6]3− intercalated Ni–Zn mixed basic salt (Rh/NiZn) acts as an efficient catalyst for the hydrophenylation of internal alkynes with arylboronic acids under mild conditions. The turnover number per Rh site approached 740 in the reaction between 4-octyne and phenylboronic acid. The catalytic monomeric Rh(III) complex is stabilised within the NiZn interlayers, attributable to a strong electrostatic interaction, promoting its re-use.

Non-covalent immobilization of RhDuphos on carbon nanotubes and carbon xerogels

The immobilization of the chiral complex RhDuphos, by electrostatic or π–π (adsorption) interactions, on carbon nanotubes and carbon xerogels is investigated. To promote such interactions, the supports were either oxidized or heat treated to create carboxylic type surface groups or an apolar surface, respectively. The catalysts were tested in the hydrogenation of methyl 2-acetamidoacrylate. The prepared hybrid catalysts are less active than the homogeneous RhDuphos, but most of them show a high enantioselectivity and the one prepared with the oxidized carbon xerogel is also reusable, being able to give a high substrate conversion, keeping as well a high enantioselectivity. The anchorage by electrostatic interactions is more interesting than the anchorage by π–π interactions, as the π–π adsorption method produces a modification of the metal complex structure leading to an active hybrid catalyst but without enantioselectivity. The creation of carboxylic groups on the support surface has led to some hindering of the complex leaching.

Synthetic scope and DFT analysis of the chiral binap-gold (I) complex-catalyzed 1,3-dipolar cycloaddition of azlactones with alkenes

The 1,3-dipolar cycloaddition between glycine-derived azlactones with maleimides is efficiently catalyzed by the dimeric chiral complex [(Sa)-Binap·AuTFA]2. The alanine-derived oxazolone only reacts with tert-butyl acrylate giving anomalous regiochemistry, which is explained and supported by Natural Resonance Theory and Nucleus Independent Chemical Shifts calculations. The origin of the high enantiodiscrimination observed with maleimides and tert-butyl acrylate is analyzed using DFT computed at M06/Lanl2dz//ONIOM(b3lyp/Lanl2dz:UFF) level. Several applications of these cycloadducts in the synthesis of new proline derivatives with a 2,5-trans-arrangement and in the preparation of complex fused polycyclic molecules are described.

Divinyldisiloxane and divinylsilane complexes of rhodium(I)

Reaction of the tetrakis(cyclooctene)rhodium(I) complex [{Rh(C8H14-c)2(μ-Cl)}2] with the appropriate divinyldisiloxane molecules (ViSiR2)2O (R=Me or Ph) yields, by displacement of the cycloctene ligands, the complexes [{Rh(ViSiR2)2O(μ-Cl)}2] (R=Me (1) or Ph (2)). These react further with a tertiary phosphine PR3 to give cis-[Rh{(ViSiR2)2O}(PR′3)Cl] (R′=Ph or C6H4Me-p). The complex cis-[{Rh(Vi2SiMe2)(μ-Cl)}2] (7) was similarly prepared by the displacement of ethylene from [{Rh(C2H4)2(μ-Cl)}2] by the divinyldimethylsilane Vi2SiMe2. X-ray molecular structures of the crystalline complexes 1, 2 and 7 show a distorted square planar Rh(I) environment, the CH2CH groups being orthogonal to this plane; 1 and 2 have the Rh–(ViSiR2)2O metallacycle in the chair conformation, but differ in the nature of the central Rh(Cl)RhCl core, which is planar for 1 and puckered for 2, but each of 1 and 2 is the rac-diastereoisomer, whereas 7 has the meso-configuration. In solution 1 and 2 exist as a mixture of isomers, probably the rac- and meso-pairs as established by multinuclear NMR spectral studies. A series of saturation transfer NMR spectroscopic experiments showed that the divinyldisiloxane ligands in [{Rh(ViSiPh2)2O(μ-Cl)}2] underwent a dynamic process involving the dissociation, rotation and then reassociation of the vinyl groups.

Coordination of phosphido-boratabenzene ligands to transition metals

Environ 90% des composés produits industriellement sont fabriqués à l’aide de catalyseurs. C’est pourquoi la conception de catalyseurs toujours plus performants pour améliorer les procédés industriels actuels est toujours d’intérêt. De la grande variété de complexes avec des métaux de transition rapportés jusqu’à présent, les complexes zwitterioniques attirent notre attention par leurs activités catalytiques souvent supérieures aux complexes cationiques normaux. Un complexe métallique zwitterionique est un fragment métal-ligand neutre où la charge positive est située sur le centre métallique et où la charge négative est délocalisée sur un des ligands liés au métal. Nous proposons la synthèse de ligands anioniques phosphine comportant des groupements borates et boratabenzènes. Cette dernière espèce est un cycle à 6 membres où l’un des atomes de carbone est remplacé par un atome de bore et qui est négativement chargé. La capacité de ces phosphines anioniques à se lier à un centre métallique à l’aide de la paire libre du phosphore est due à la nature du lien P-B qui défavorise l’interaction entre la paire libre du phosphore et l’orbitale p vide du bore. Les propriétés de di-tert-butylphosphido-boratabenzène (DTBB) comme ligand phosphine anionique hautement donneur et encombré ainsi que la découverte de ses modes de coordination inhabituels pour stabiliser les métaux de transition insaturés ont été étudiés au cours de ce travail. De nouvelles perspectives sur les modes de coordination de phosphido-boratabenzène et la force de l’interaction du lien P-B seront discutées ainsi que les applications catalytiques. Nous avons d’abord étudié la coordination η1 avec des complexes de fer, ce qui nous a fourni des données quantitatives précieuses sur la capacité du DTBB d’agir comme ligand très donneur par rapport aux autres ligands donneurs bien connus. La capacité du DTBB à changer de mode de coordination pour soutenir les besoins électroniques du métal a été démontrée par la découverte d’une nouvelle espèce ferrocenyl phosphido-boratabenzène et sa nucléophilie a été étudiée. Au meilleur de notre connaissance, aucun exemple d’un ligand boratabenzène coordonné aux métaux du groupe 11 n’existe dans la littérature. Voilà pourquoi nous avons décidé d’explorer les modes de coordination du ligand DTBB avec Cu(I), Ag(I) et Au(I). A notre grande surprise, le ligand DTBB est capable de stabiliser les métaux du groupe 11 aux états d’oxydation faibles par une liaison MP qui est une coordination du type η1, un mode de coordination guère observé pour les ligands boratabenzène. Pendant nos travaux, notre attention s’est tournée vers la synthèse d’un complexe de rhodium(I) afin de tester son utilité en catalyse. A notre grande satisfaction, le complexe Rh-DTBB agit comme un précatalyseur pour l’hydrogénation des alcènes et alcynes à la température ambiante et à pression atmosphérique et son activité est comparable à celle du catalyseur de Wilkinson. Dans un désir d’élargir les applications de notre recherche, notre attention se tourna vers l’utilisation des composés du bore autres que le boratabenzène. Nous avons décidé de synthétiser une nouvelle espèce phosphido-borate encombrée. Lorsqu’elle réagit avec des métaux, l’espèce phosphido-borate subit un clivage de la liaison P-B. Toutefois, cette observation met en évidence la singularité et les avantages de la stabilité de la liaison P-B lors de l’utilisation du fragment boratabenzène. Ces observations enrichissent notre compréhension des conditions dans lesquelles la liaison P-B du ligand DTBB peut être clivée. Ces travaux ont mené à la découverte d’un nouveau ligand ansa-boratabenzène avec une chimie de coordination prometteuse.

Rhodium cationic complexes using dithioethers as chiral ligands. Application in styrene hydroformylation

Addition of the dithioethers (−)-DIOSR2 (R=Me, iPr) (2,3-O-isopropylidene-1,4-dimethyl (and diisopropyl) thioether-L-threitol) to a dichloromethane solution of [Rh(COD)2]ClO4 (COD=1,5-cyclooctadiene) yielded the mononuclear complexes [Rh(COD)(DIOSR2)]ClO4. X-ray diffraction methods showed that the [Rh(COD)(DIOSiPr2)]ClO4 complex had an square-planar coordination geometry at the rhodium atom with the iPr groups in anti position. Cyclooctadiene complexes react with carbon monoxide to form dinuclear tetracarbonylated complexes [(CO)2Rh(μ-DIOSR2)2(CO)2](ClO4)2. [Rh(COD)(DIOSR2)]ClO4 are active catalyst precursors in styrene hydroformylation at 30 atm and 65°C which give conversions of up to 99% with a regioselectivity in 2-phenylpropanal as high as 74%. In all cases enantioselectivities are low.

Diastereoselective Synthesis of Planar Chiral N-Substituted Ferrocenes Derived from Epimeric Imidazolones and their Application to Asymmetric Hydrogenation of Quinolines

This thesis describes the synthesis and use of an N-substituted ferrocene bearing a proline-derived chiral directing group and diastereoselective lithiation-electrophile quench of the pro-Sp hydrogen of the ferrocene to give planar chiral products in >95:5 dr. The auxiliary group is found to be stable to lithium bases of types RLi and R2NLi giving the same diastereoselectivity. The anti- epimer of the previously mentioned syn auxiliary induces lithiation of pro Rp rather than pro Sp hydrogen in >95:5 dr. Upon electrophile quench and elimination, the enantiomer of the syn-derived planar chiral imidazolone is obtained. Hence, this method provides a practical way to prepare planar chiral enantiomers in this series without the use of a more expensive D-proline derived starting material. The syn and anti epimers have β, γ-stereogenic centers and the origin of stereoselectivity in lithiation appears to be driven by the conformational bias exerted by the β-silyloxy moiety in each chiral auxiliary. In the thesis, this conclusion is supported using insensitivity of lithiation selectivity to the bulkiness of the base, comparison of enantiomers, deuteration experiments, nOe difference studies and computational modeling of the ground states and lithiation transition states for both substrates. The products are then converted to ligand precursors to make iridium and rhodium complexes. Among them, one of the cationic iridium complex is found to be effective in the asymmetric hydrogenation of 2-substituted quinolines with enantioselectivities up to 80% at pressures as low as 5 atm.

Synthèse stéréosélective de dérivés cyclopropaniques di-accepteurs par catalyse avec des complexes de rhodium(II)

Les dérivés cyclopropaniques di-accepteurs représentent des intermédiaires synthétiques précieux dans l’élaboration de structures moléculaires complexes, ayant des applications dans plusieurs domaines de la chimie. Au cours de cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à la synthèse de ces unités sous forme énantioenrichie en utilisant la cyclopropanation d’alcènes par catalyse avec des complexes de Rh(II) utilisant des composés diazoïques di-accepteurs comme substrats. Suite au développement initial d’une méthode de cyclopropanation d’alcènes catalytique asymétrique utilisant des nitro diazocétones, de multiples études expérimentales quant au mécanisme de stéréoinduction dans ce type de réaction ont été effectuées. Nous avons alors pu identifier le groupement p-méthoxyphénylcétone du substrat et le catalyseur Rh2(S-TCPTTL)4 comme étant une combinaison clé pour l’atteinte de diastéréosélectivités et d’excès énantiomères élevés. Ceci a mené au développement de deux autres méthodes de cyclopropanation stéréosélectives distinctes, utilisant soit une cyano diazocétone ou un céto diazoester. Nous avons démontré l’utilité des dérivés cyclopropaniques énantioenrichis obtenus par ces trois méthodes dans une panoplie de manipulations synthétiques, dont l’addition nucléophile d’amines et de cuprates, la cycloaddition formelle avec un aldéhyde, et la synthèse de dérivés cyclopropaniques importants en chimie médicinale. Une étude structurelle approfondie des complexes de Rh(II) chiraux nous a permis de déterminer les facteurs responsables de leur pouvoir d’énantioinduction dans notre système réactionnel, ce qui a d’énormes implications dans d’autres méthodologies utilisant ces mêmes catalyseurs. Le dévoilement d’une conformation inattendue dite ‘All-up’, ainsi que de la présence d’interactions stabilisantes régissant la rigidité de cet arrangement se sont avérés cruciaux dans notre compréhension du mécanisme. Dans le cadre de cette investigation, nous avons développé une méthode générale pour la synthèse de complexes de Rh(II) hétéroleptiques, multipliant ainsi le nombre de catalyseurs accessibles dans l’élaboration éventuelle de nouvelles réactions stéréosélectives, et nous permettant d’effectuer une étude structurelle plus détaillée. De plus, nous avons développé une méthode particulièrement efficace pour la synthèse d’un autre type de dérivé cyclopropanique di-accepteur par catalyse avec des complexes de Rh(II), les cyano-cyclopropylphosphonates. Les produits de cette transformation sont obtenus avec des énantiosélectivités élevées, et sont des substrats intéressants pour des réactions tandem d’ouverture de cycle par addition nucléophile / oléfination de composés carbonylés. De plus, ces composés sont des précurseurs de molécules utiles en chimie médicinale tels que les acides aminocyclopropylphosphoniques.

A joint computational and experimental study of a novel dioxomolybdenum(VI) complex bearing chiral N,N-dimethyllactamide ligand

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Chiral rhodium complexes covalently anchored on carbon nanotubes for enantioselective hydrogenation

Chiral rhodium hybrid nanocatalysts have been prepared by covalent anchorage of pyrrolidine-based diphosphine ligands onto functionalized CNTs. This work constitutes the first attempt at covalent anchoring of homogeneous chiral catalysts on CNTs. The catalysts, prepared with two different chiral phosphines, were characterized by ICP, XPS, N2 adsorption and TEM, and have been tested in the asymmetric hydrogenation of two different substrates: methyl 2-acetamidoacrylate and α-acetamidocinnamic acid. The hybrid nanocatalysts have shown to be active and enantioselective in the hydrogenation of α-acetamidocinnamic acid. A good recyclability of the catalysts with low leaching and without loss of activity and enantioselectivity was observed.

Synthesis of α,β-diamino acid derivatives via asymmetric Mannich reactions of glycine imino esters catalyzed by a chiral phosphoramidite·silver complex

AgOTf·phosphoramidite complexes efficiently catalyze the enantioselective Mannich-type reaction between benzophenone-imine glycine methyl ester and N-tosyl aldimines in the absence of a base. The corresponding syn-adducts, which are the direct precursors of α,β-diamino acids, are obtained with moderate to good syn-diastereoselectivities (up to 9:1) and high enantioselectivities (up to 99% ee).