A novel heteroditopic terpyridine-pincer ligand as building block for mono- and heterometallic Pd(II) and Ru(II) complexes

A palladium-catalyzed Stille coupling reaction was employed as a versatile method for the synthesis of a novel terpyridine-pincer (3, TPBr) bridging ligand, 4'-{4-BrC6H2(CH2NMe2)(2)-3,5}-2,2':6',2 ''-terpyridine. Mononuclear species [PdX(TP)] (X = Br, Cl), [Ru(TPBr)(tpy)](PF6)(2), and [Ru(TPBr)(2)](PF6)(2), synthesized by selective metalation of the NCNBr-pincer moiety or complexation of the terpyridine of the bifunctional ligand TPBr, were used as building blocks for the preparation of heterodi- and trimetallic complexes [Ru(TPPdCl)(tpy)](PF6)(2) (7) and [Ru(TPPdCl)(2)]-(PF6)(2) (8). The molecular structures in the solid state of [PdBr(TP)] (4a) and [Ru(TPBr)(2)](PF6)(2) (6) have been determined by single-crystal X-ray analysis. Electrochemical behavior and photophysical properties of the mono-and heterometallic complexes are described. All the above di- and trimetallic Ru complexes exhibit absorption bands attributable to (MLCT)-M-1 (Ru -> tpy) transitions. For the heteroleptic complexes, the transitions involving the unsubstituted tpy ligand are at a lower energy than the tpy moiety of the TPBr ligand. The absorption bands observed in the electronic spectra for TPBr and [PdCl(TP)] have been assigned with the aid of TD-DFT calculations. All complexes display weak emission both at room temperature and in a butyronitrile glass at 77 K. The considerable red shift of the emission maxima relative to the signal of the reference compound [Ru(tpy)(2)](2+) indicates stabilization of the luminescent (MLCT)-M-3 state. For the mono- and heterometallic complexes, electrochemical and spectroscopic studies (electronic absorption and emission spectra and luminescence lifetimes recorded at room temperature and 77 K in nitrile solvents), together with the information gained from IR spectroelectrochemical studies of the dimetallic complex [Ru(TPPdSCN)(tpy)](PF6)(2), are indicative of charge redistribution through the bridging ligand TPBr. The results are in line with a weak coupling between the {Ru(tpy)(2)} chromophoric unit and the (non)metalated NCN-pincer moiety.

Dba-free palladium intermediates of the Heck-Matsuda reaction

The dba-free Heck-Matsuda reaction was investigated via direct ESI-MS(/MS) monitoring. Palladium species involved in the reduction of Pd(ii) during a Wacker type reaction and several dba-free arylpalladium transient complexes were detected and characterized. Based on these findings, a more comprehensible catalytic cycle for this pivotal reaction is suggested. © 2013 The Royal Society of Chemistry.

Estudo da atividade biológica de compostos de paládio (II)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Espécies moleculares e supramoleculares de Pd(II) contendo ligantes N,S doadores: síntese e caracterização

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Compostos de paládio(II) contendo ligantes sulfurados: síntese, caracterização e investigação da atividade biológica

This work deals with the synthesis, spectroscopic characterization of mono and polynuclear Pd(II) compounds obtained from the reaction between [PdCl2(MeCN)2] precursor and imidazolidine-2-thione (L1) and benzimidazoline-2-thione (L2). The interaction between [PdCl2(MeCN)2] and imidazolidine-2-thione, in the 1:2 molar ratio, using MeOH as solvent, yielded compound [Pd2Cl4(L1)4]Cl2 (1) whereas the complex [Pd2Br4(L1)4]Br2 (2) was obtained from the reaction between 1 and Br- ions. Binuclear compounds of general formulae [Pd2(L2)4]X23/2 MeOH {X= Cl-(3), Br-(4)} were synthesized using benzimidazoline-2-thione as ligand, employing the same procedure used in the synthesis of 1 and 2, respectively. The new complexes 1-4 are crystalline, air stable and soluble in methanol and dmso. The compounds were characterized by elemental analysis, IR spectroscopy, ESI/MS mass spectrometry and thermogravimetry. Coordination of the ligands L1 and L2 via sulphur atom was evidenced by the shift of the CS band (~499 cm-1, 1 and 2; ~620 cm-1, 3 and 4) to lower frequencies in comparison with those found in the free ligands (510 cm-1, L1; 660 cm-1, L2), indicating the weakening of the CS bom after coordination. ESI/EM mass spectra (positive mode) of the complexes 1-4 allowed atribute the molecular formulae [Pd2X4(L1)4]X2 {X= Cl-(1), Br-(2)} and [Pd2(L2)4]X2 {X= Cl-(3), Br-(4)} by the appearance of the peaks at m/z 794,61 [(1) + MeOH]+, m/z 836,77 [(2) - 2H - L1]+, m/z 810 [(3) - 2Cl]+, m/z 810 [(4) - 2Br]+. The TG-DTA curves showed that the complexes 1 and 2 are thermally stable up to 212 and 169º C, respectively, and further decompose to metallic palladium at 527º C (1, obt. 28,46 %; calcd. 27,88%) and 895º C (2, obt. 22,85 %; calcd. 22,62%). Compounds 3 and 4 exhibited an initial mass loss of ~5% between 25 -146º C related to the release of metanol molecules. The complexes 3...Fujimura Leite.

Compostos de paládio(II) contendo ligantes N,S-quelantes: síntese, caracterização e investigação da atividade biológica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

I. Development of the In Situ Reductive Ozonolysis of Alkenes with Tertiary Amine N-Oxides. II. Progress toward the Asymmetric Synthesis of Peroxyplakoric Acid A3.

Ozone, first discovered in the mid 1800’s, is a triatomic allotrope of oxygen that is a powerful oxidant. For over a century, research has been conducted into the synthetic application and mechanism of reactions of ozone with organic compounds. One of the major areas of interest has been the ozonolysis of alkenes. The production of carbonyl compounds is the most common synthetic application of ozonolysis. The generally accepted mechanism developed by Rudolf Criegee for this reaction involves the 1,3-electrocyclic addition of ozone to the π bond of the alkene to form a 1,2,3-trioxolane or primary ozonide. The primary ozonide is unstable at temperatures above -100 °C and undergoes cycloreversion to produce the carbonyl oxide and carbonyl intermediates. These intermediates then recombine in another 1,3-electrocyclic addition step to form the 1,2,4-trioxolane or final ozonide. While the final ozonide is often isolable, most synthetic applications of ozonolysis require a subsequent reductive or oxidative step to form the desired carbonyl compound. During investigations into the nucleophilic trapping of the reactive carbonyl oxide, it was discovered that when amines were used as additives, an increased amount of reaction time was required in order to consume all of the starting material. Surprisingly, significant amounts of aldehydes and a suppression of ozonide formation also occurred which led to the discovery that amine N-oxides formed by the ozonation of the amine additives in the reaction were intercepting the carbonyl oxide. From the observed production of aldehydes, our proposed mechanism for the in situ reductive ozonolysis reaction with amine N-oxides involves the nucleophilic trapping of the carbonyl oxide intermediate to produce a zwitterionic adduct that fragments into 1O2, amine and the carbonyl thereby avoiding the formation of peroxidic intermediates. With the successful total syntheses of peroxyacarnoates A and D by Dr. Chunping Xu, the asymmetric total synthesis of peroxyplakorate A3 was investigated. The peroxyplakoric acids are cyclic peroxide natural products isolated from the Plakortis species of marine sponge that have been found to exhibit activity against malaria, cancer and fungi. Even though the peroxyplakorates differ from the peroxyacarnoates in the polyunsaturated tail and the head group, the lessons learned from the syntheses of the peroxyacarnoates have proven to be valuable in the asymmetric synthesis of peroxyplakorate A3. The challenges for the asymmetric synthesis of peroxyplakorate A3 include the stereospecific formation of the 3-methoxy-1,2-dioxane core with a propionate head group and the introduction of oxidation sensitive dienyl tail in the presence of a reduction sensitive 1,2-dioxane core. It was found that the stereochemistry of two of the chiral centers could be controlled by an anti-aldol reaction of a chiral propionate followed by the stereospecific intramolecular cyclization of a hydroperoxyacetal. The regioselective ozonolysis of a 1,2-disubstituted alkene in the presence of a terminal alkyne forms the required hydroperoxyacetal as a mixture of diastereomers. Finally, the dienyl tail is introduced by a hydrometallation/iodination of the alkyne to produce a vinyl iodide followed by a palladium catalyzed coupling reaction. While the coupling reaction was unsuccessful in these attempts, it is still believed that the intramolecular cyclization to introduce the 1,2-dioxane core could prove to be a general solution to many other cyclic peroxides natural products.

Dimeric allylpalladium(II) complexes with pyrazolate bridges: Synthesis, characterization, structure and thermal behaviour

The synthesis, characterization and thermal behaviour of some new dimeric allylpalladium (II) complexes bridged by pyrazolate ligands are reported. The complexes [Pd(mu-3, 5-R'(2)pz)(eta(3)-CH2C(R)CH2)](2) [R = H; R'= CH(CH3)(2) (1a); R = H, R' = C(CH3)(3) (1b), R = H; R' = CF3 (1c); R = CH3, R' = CH(CH3)(2) (2a); R = CH3, R' = C(CH3)(3) (2b); and R = CH3, R' = CF3 (2c)] have been prepared by the room temperature reaction of [Pd(eta(3)-CH2C(R)CH2)(acac)](acac = acetylacetonate) with 3,5-disubstituted pyrazoles in acetonitrile solution. The complexes have been characterized by NMR (H-1, C-13{H-1}), FT-IR, and elemental analyses. The structure of a representative complex, viz. 2c, has been established by single-crystal X-ray diffraction. The dinuclear molecule features two formally square planar palladium centres which are bridged by two pyrazole ligands and the coordination of each metal centre is completed by allyl substituents. The molecule has non-crystallographic mirror symmetry. Thermogravimetric studies have been carried out to evaluate the thermal stability of these complexes. Most of the complexes thermally decompose in argon atmosphere to give nanocrystals of palladium, which have been characterized by XRD, SEM and TEM. However, complex 2c can be sublimed in vacuo at 2 mbar without decomposition. The equilibrium vapour pressure of 2c has been measured by the Knudsen effusion technique. The vapour pressure of the complex 2c could be expressed by the relation: In (p/Pa)(+/- 0.06) = -18047.3/T + 46.85. The enthalpy and entropy of vapourization are found to be 150.0 +/- 3 kJ mol(-1) and 389.5 +/- 8 J K-1 mol(-1), respectively. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

I. Synthetic Studies Toward the Total Synthesis of Polycyclic Natural Products – Communesin F, Perophoramidine and Ineleganolide. II. Nickel Catalyzed Intramolecular C–O Bond Formation

Expedient synthetic approaches to the highly functionalized polycyclic alkaloids communesin F and perophoramidine are described using a unified approach featuring a key decarboxylative allylic alkylation to access a crucial and highly congested 3,3-disubstituted oxindole. Described are two distinct, stereoselective alkylations that produce structures in divergent diastereomeric series possessing the critical vicinal all-carbon quaternary centers needed for each synthesis. Synthetic studies toward these challenging core structures have revealed a number of unanticipated modes of reactivity inherent to these complex alkaloid scaffolds. Finally, a previously unknown mild and efficient deprotection protocol for the o-nitrobenzyl group is disclosed – this serendipitous discovery permitted a concise endgame for the formal syntheses of both communesin F and perophoramidine.

In addition, the atroposelective synthesis of PINAP ligands has been accomplished via a palladium-catalyzed C–P coupling process through dynamic kinetic resolution. These catalytic conditions allow access to a wide variety of alkoxy- and benzyloxy-substituted PINAP ligands in high enantiomeric excess.

An efficient and exceptionally mild intramolecular nickel-catalyzed carbon–oxygen bond-forming reaction between vinyl halides and primary, secondary, and tertiary alcohols has been achieved. This operationally simple method allows direct access to cyclic vinyl ethers in high yields in a single step.

Finally, synthetic studies toward polycyclic ineleganolide are described. The entire fragmented carbon framework has been constructed from this work. Highly (Z)-selective olefination was achieved by the method by the Ando group.

Transfert ultrarapide d’électron et transfert modéré d’énergie au sein d’assemblages supramoléculaires de colorants et d’un cluster de palladium

Résumé : Les transferts d’électrons photo-induits et d’énergie jouent un rôle primordial dans un grand nombre de processus photochimiques et photobiologiques, comme la respiration ou la photosynthèse. Une très grande quantité de systèmes à liaisons covalentes ont été conçus pour copier ces processus de transferts. Cependant, les progrès sont, en grande partie, limités par les difficultés rencontrées dans la synthèse de nouveaux couples de types donneurs-accepteurs. Récemment, des espèces utilisant des liaisons non-covalentes, comme les liaisons hydrogènes, les interactions [pi]-[pi], les liaisons de coordination métal-ligands ou encore les interactions électrostatiques sont le centre d’un nouvel intérêt du fait qu’ils soient plus faciles à synthétiser et à gérer pour obtenir des comportements de transferts d’électrons ou d’énergie plus flexibles et sélectifs. C’est dans cette optique que le travail de cette thèse a été mené, i.e. de concevoir des composés auto-assemblés avec des porphyrines et un cluster de palladium pour l’étude des transferts d’électrons photo-induits et d’énergie. Cette thèse se divise en quatre parties principales. Dans la première section, le chapitre 3, deux colorants porphyriniques, soit le 5-(4-carboxylphényl)-10, 15, 20-tristolyl(porphyrinato)zinc(II) (MCP, avec Na+ comme contre-ion) et 5, 15-bis(4-carboxylphényl)-15, 20-bistolyl(porphyrinato)zinc(II) (DCP, avec Na+ comme contre-ion) ont été utilisés comme donneurs d’électrons, et le [Pd3(dppm)3(CO)]2+ ([Pd32+], dppm = (Ph2P)2CH2, PF6‾ est le contre-ion) a été choisi comme accepteur d’électrons. La structure de l’assemblage [Pd32+]•••porphyrine a été élucidée par l’optimisation des géométries à l’aide de calculs DFT. La spectroscopie d’absorption transitoire (TAS) montre la vitesse de transferts d’électrons la plus rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection) jamais enregistrée pour ce type de système (porphyrine-accepteur auto-assemblés). Généralement, ces processus sont de l’ordre de l’échelle de la ps-ns. Cette vitesse est comparable aux plus rapides transferts d’électrons rapportés dans le cas de systèmes covalents de type porphyrine-accepteur rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection). Ce transfert d’électrons ultra-rapide (ket > 1.2 × 1013 s-1) se produit à l’état énergétique S1 des colorants dans une structure liée directement par des interactions ioniques, ce qui indique qu’il n’est pas nécessaire d’avoir de forts liens ou une géométrie courbée entre le donneur et l’accepteur. Dans une deuxième section, au chapitre 4, nous avons étudié en profondeur l’effet de l’utilisation de porphyrines à systèmes π-étendus sur le comportement des transferts d’électrons. Le colorant 9, 18, 27, 36-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPBP, avec Na+ comme contre-ion) a été sélectionné comme candidat, et le 5, 10, 15, 20-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)porphyrineatozinc(II) (TCPP, avec Na+ comme contre-ion) a aussi été utilisé à des fins de comparaisons. TCPBP et TCPP ont, tous deux, été utilisés comme donneurs d’électrons pour fabriquer des assemblages supramoléculaires avec le cluster [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Les calculs DFT ont été réalisés pour expliquer les structures de ces assemblages. Dans les conditions expérimentales, ces assemblages sont composés principalement d’une porphyrine avec 4 équivalents de clusters. Ces systèmes ont aussi été investigués par des mesures de quenching (perte de luminescence), par électrochimie et par d’autres techniques. Les transferts d’électrons (< 85 fs; temps inférieurs à la limite de détection) étaient aussi observés, de façon similaire aux assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les résultats nous indiquent que la modification de la structure de la porphyrine vers la tétrabenzoporphyrine ne semble pas influencer le comportement des cinétiques de transferts d’électrons (aller ou retour). Dans la troisième section, le chapitre 5, nous avons synthétisé la porphyrine hautement [pi]-conjuguée: 9, 18, 27, 36-tétra-(4-carboxyphényléthynyl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPEBP, avec Na+ comme contre-ion) par des fonctionnalisations en positions meso- et β, β-, qui présente un déplacement vers le rouge de la bande de Soret et des bandes Q. TCPEBP était utilisé comme donneur d’électrons pour fabriquer des motifs supramoléculaires avec le [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Des expériences en parallèle ont été menées en utilisant la 5, 10, 15, 20-tétra-(4-carboxyphényl)éthynylporphyrinatozinc(II) (TCPEP, avec Na+ comme contre-ion). Des calculs DFT et TDDFT ont été réalisés pour de nouveau déterminer de façon théorique les structures de ces systèmes. Les constantes d’association pour les assemblages TCPEBP•••[Pd32+]x sont les plus élevées parmi tous les assemblages entre des porphyrines et le cluster de palladium rencontrés dans la littérature. La TAS a montré, encore une fois, des processus de transferts d’électrons dans des échelles de l’ordre de 75-110 fs. Cependant, les transferts de retour d’électrons sont aussi très rapides (< 1 ps), ce qui est un obstacle potentiel pour des applications en cellules solaires à pigment photosensible (DSSCs). Dans la quatrième section, le chapitre 6, les transferts d’énergie triplets (TET) ont été étudiés pour les assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les analyses spectrales des états transitoires dans l’échelle de temps de la ns-[mu]s démontrent de façon évidente les TETs; ceux-ci présentent des transferts d’énergie lents et/ou des vitesses moyennes pour des transferts d’énergie T1-T1 (3dye*•••[Pd32+] → dye•••3[Pd32+]*) opérant à travers exclusivement le mécanisme de Förster avec des valeurs de kET autour de ~ 1 × 105 s-1 selon les mesures d’absorption transitoires à 298 K. Des forces motrices non-favorables rendent ces types de processus non-opérants ou très lents dans les états T1. L’état T1 de [Pd32+] (~8190 cm-1) a été qualitativement déterminé par DFT et par la mise en évidence de l’émission S0 ← Tn retardée à 680-700 nm provenant de l’annihilation T1-T1, ce qui fait que ce cluster peut potentiellement agir comme un donneur à partir de ses états Tn, et accepteur à partir de T1 à l’intérieur de ces assemblages. Des pertes d’intensités de types statiques pour la phosphorescence dans le proche-IR sont observées à 785 nm. Ce travail démontre une efficacité modérée des colorants à base de porphyrines pour être impliquée dans des TETs avec des fragments organométalliques, et ce, même attachées grâce à des interactions ioniques. En conclusion, les assemblages ioniques à base de porphyrines et de clusters de palladium présentent des propriétés de transferts d’électrons S1 ultra-rapides, et des transferts d’énergie T1 de vitesses modérées, ce qui est utile pour de possibles applications comme outils optoélectroniques. D’autres études, plus en profondeur, sont présentement en progrès.