POCN-type Pincer Complexes of NiII and NiIII : synthesis, reactivities, catalytic activities and physical properties

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.

Synthesis and properties of d6 metal complexes of bidentate and tridentate ‘super donor’ ligands

La polyvalence de la réaction de couplage-croisé C-N a été explorée pour la synthèse de deux nouvelles classes de ligands: (i) des ligands bidentates neutres de type N^N et (ii) des ligands tridentates neutres de type N^N^N. Ces classes de ligands contiennent des N-hétérocycles aromatiques saturés qui sont couplés avec hexahydropyrimidopyrimidine (hpp). Les ligands forment de cycles à six chaînons sur la coordination du centre Ru(II). Ce fait est avantageux pour améliorer les propriétés photophysiques des complexes de polypyridyl de Ru(II). Les complexes de Ru(II) avec des ligands bidentés ont des émissions qui dépendent de la basicité relative des N-hétérocycles. Bien que ces complexes sont électrochimiquement et photophysiquement attrayant, le problème de la stereopurité ne peut être évité. Une conception soigneuse du type de ligand nous permet de synthétiser un ligand bis-bidentate qui est utile pour surmonter le problème de stereopurité. En raison de la spécialité du ligand bis-bidentate, son complexe diruthénium(II,II) présente une grande diastéréosélectivité sans séparation chirale. Alors que l'unité de hpp agit comme un nucléophile dans le mécanisme de C-N réaction de couplage croisé, il peut également agir en tant que groupe partant, lorsqu'il est activé avec un complexe de monoruthenium. Les complexes achiraux de Ru(II) avec les ligands tridentés présentent des meilleures propriétés photophysiques en comparason avec les prototypes [Ru(tpy)2]2+ (tpy = 2,2′: 6′, 2′′-terpyridine). L’introduction de deux unités de hpp dans les ligands tridentates rend le complexe de Ru(II) en tant que ‘absorbeur noir’ et comme ‘NIR émetteur’ (NIR = de l’anglais, Near Infra-Red). Cet effet est une conséquence d'une meilleure géométrie de coordination octaédrique autour de l'ion Ru(II) et de la forte donation sigma des unités hpp. Les complexes du Re(I) avec des ligands tridentates présentent un comportement redox intéressant et ils émettent dans le bleu. L'oxydation quasi-réversible du métal est contrôlée par la donation sigma des fragments hpp, tandis que la réduction du ligand est régie par la nature électronique du motif N-hétérocycle central du ligand lui-même. Cette thèse presente également l'auto-assemblage des métal-chromophores comme ‘métallo-ligands’ pour former des espèces supramoléculaires discretes utilisant des complexes neutres. Les synthèses et propriétés des métaux-chromophores précités et les supramolécules sont discutées.

Lactide polymerization with iron alkoxide complexes

Les essais préliminaires pour préparer des alcoolates de fer à partir du bichlorure ou bibromure de fer (II), en les combinant avec des ligands de type diimino pyridine, ont engendré la formation de complexes homoleptiques et hétéroleptiques, dépendant des substituants sur les branches imines du ligand. Ces complexes homoleptiques octaédriques et paramagnétiques ont été étudiés par rapport à leurs propriétés spectroscopiques et cristallographiques. De plus, la synthèse des complexes de fer hétéroleptique a engendré de bons précurseurs penta-coordonnés pour les réactions de substitution de ligands avec des alcoolates de métaux alcalins, de manière à produire les dialcoolates de fer (II) désirés. Des techniques d’analyse telles que la spectroscopie UV-vis, l’analyse élémentaire, la spectrométrie de masse à haute résolution et la cristallographie aux rayons X ont été utilisées pour caractériser ces complexes de fer. L’activité catalytique de ces complexes de fer (II) a aussi été étudiée par rapport à la polymérisation du lactide; les dialcoolates convoités ont été générés in-situ en raison de la difficulté à produire et à isoler les dérivés alcoolates des complexes diimino pyridine de fer. Une étude approfondie a aussi été faite sur les réactions de polymérisation, surtout par rapport aux valeurs de conversion à l’échelle du temps, ainsi qu’à la tacticité des chaines de polymères obtenues. Ces analyses ont été effectuées par l’entremise de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, de la chromatographie d’exclusion stérique, et de la spectrométrie de masse MALDI (désorption-ionisation laser assistée par matrice).

Synthesis and Characterization Of Some Transition Metal Complexes Of Multidentate Ligands

Coordination chemistry of schiff bases is of considerable interest due to their various magnetic, catalytic and biological applications. Here it describes the spectral characterization of schiff bases and its Mn (II), Cu (II) and Ni (II) complexes. Then synthesis and spectral characterization of Zn (II), Cd (II) and Co (II) complexes of schiff base derived from 3-Formylsalicilic Acid and 1,3-diaminopropane. Then it discusses the synthesis and spectral studies of Copper (II) complexes of 2-Hydroxyacetophenone N-phenyl semicarbazone. Finally it discusses the synthesis and spectral characterization of Co (III) complexes of salicylaldehyde N-phenyl semicarbazone. The preparation and characterization of Cobalt (III) complexes of salicylaldehyde, N-phenylthiosemicarbazone containing hetrocyclic bases phenalthroline and bipyridine. Thiocyanate, azide and perchlorate ions act as coligands. Elemental analysis suggests +3 state for Cobalt. HNMR, IR and UV-visible spectra characterize the complexes.

Studies on Some New Metal-Hydrazone Complexes and Their Zeolite Encapsulated Analogues

The thesis deals with the synthesis, characterization and catalytic activity studies of some new Fe (III), Co (II), Ni (II) and Cu (II) complexes of hydrazones and their zeolite encapsulated analogues. Hydrazones have diverse applications in biological, non-biological and biochemical front. During the present study three hydrazone types of ligands namely, acetylacetone- 2-hydroxyphenylhydrazone (APAcAc), acetoacetanilide- 2-hydroxyphenylhydrazone (APAcAcA) and acetoacetanilide-3,5-dihydro-2,4-dione pyrimidylhydrazone (AUAcAcA) were synthesized by diazotization of primary amine and coupling with compounds containing active methylene group. First part of the thesis deals with the synthesis of Fe, Co, Ni and Cu complexes using three hydrazone types of ligands are given. Details regarding the characterization of these complexes with a view to establishing the molecular structures are presented in this part. The other part contains the method of encapsulation of these complexes in zeolite cavities and their characterizations of the encapsulated metal species are described. A comparitive account of the catalytic activities of the pure and encapsulated complexes for cyclohexanol oxidation was also carried out.

Studies on Some Simple and Zeolite-Y Encapsulated 3d-Transition Metal Complexes of Schiff Bases Derived From 2-Aminobenzothiazole

In this regard Schiff base complexes have attracted wide attention. Furthermore, such complexes are found to play important role in analytical chemistry, organic synthesis, metallurgy, refining of metals, electroplating and photography. Many Schiff base complexes are reported in literature. Their properties depend on the nature of the metal ion as well as on the nature of the ligand. By altering the ligands it is possible to obtain desired electronic environment around the metal ion. Thus there is a continuing interest in the synthesis of simple and zeolite encapsulated Schiff base complexes of metal ions. Zeolites have a number of striking structural similarities to the protein portion of natural enzymes. Zeolite based catalysts are known for their remarkable ability of mimicking the chemistry of biological systems. In view of the importance of catalysts in all the areas of modern chemical industries, an effort has been made to synthesize some simple Schiff base complexes, heterogenize them by encapsulating within the supercages of zeoliteY cavities and to study their applications. The thesis deals with studies on the synthesis and characterization of some simple and zeoliteY encapsulated Mn(II), Fe(III), Co(II), Ni(II) and Cu(II) complexes and on the catalytic activity of these complexes on some oxidation reactions. Simple complexes were prepared from the Schiff base ligands SBT derived from 2-aminobenzothiazole and salicylaldehyde and the ligand VBT derived from 2-aminobenzothiazole and vanillin (4-hydroxy-3- methoxybenzaldehyde). ZeoliteY encapsulated Mn(II), Fe(III), Co(II), Ni(II) and Cu(II) complexes of Schiff base ligands SBT and VBT and also of 2-aminobenzothiazole were synthesized. All the prepared complexes were characterized using the physico-chemical techniques such as chemical analysis (employing AAS and CHN analyses), magnetic moment studies, conductance measurements and electronic and FTIR spectra. EPR spectra of the Cu(II) complexes were also carried out to know the probable structures and nature of Cu(II) complexes. Thermogravimetric analyses were carried out to obtain the information regarding the thermal stability of various complexes. The successful encapsulations of the complexes within the cavities of zeoliteY were ascertained by XRD, surface area and pore volume analysis. Assignments of geometries of simple and zeoliteY encapsulated complexes are given in all the cases. Both simple and zeoliteY encapsulated complexes were screened for catalytic activity towards oxidation reactions such as decomposition of hydrogen peroxide, oxidation of benzaldehyde, benzyl alcohol, 1-propanol, 2-propanol and cyclohexanol.

Studies on Some Transition Metal Complexes of Schiff Bases Derived from Quinoxaline-2-carboxaldehyde

Two series of transition metal complexes of Schiff bases derived from quinoxaline-2-carboxaldehyde with semicarbazide (QSC) and furfurylamine (QFA) were synthesised and characterised by elemental analyses, molar conductance and magnetic susceptibility measurements, IR, electronic and EPR spectral studies. The QSC complexes have the general formula [M(QSC)Cl2]. A tetrahedral structure has been assigned for the Mn(II), Co(II) and Ni(II) complexes and a square-planar structure for the Cu(II) complex. The QFA complexes have the formula [M(QFA)2Cl2]. An octahedral structure has been assigned for these complexes. All of the complexes exhibit catalytic activity towards the oxidation of 3,5-di-tert-butylcatechol (DTBC) to 3,5-di-tert-butylquinone (DTBQ) using atmospheric oxygen. The cobalt(II) complex of the ligand QFA was found to be the most active catalyst.

Synthesis and Characterisation of New Transition Metal Complexes of Schiff Bases Derived from 3-hydroxyquinoxaline-2- carboxaldehyde and Application of Some ofthese Complexes as Hydrogenation and Oxidation Catalysts

The thesis deals with studies on the synthesis, characterisation and catalytic applications of some new transition metal complexes of the Schiff bases derived from 3-hydroxyquinoxaline 2-carboxaldehyde.. Schiff bases which are considered as ‘privileged ligands’ have the ability to stabilize different metals in different oxidation states and thus regulate the performance of metals in a large variety of catalytic transformations. The catalytic activity of the Schiff base complexes is highly dependant on the environment about the metal center and their conformational flexibility. Therefore it is to be expected that the introduction of bulky substituents near the coordination sites might lead to low symmetry complexes with enhanced catalytic properties. With this view new transition metal complexes of Schiff bases derived from 3-hydroxyquinoxaline-2-carboxaldehyde have been synthesised. These Schiff bases have more basic donor nitrogen atoms and the presence of the quinoxaline ring may be presumed to build a favourable topography and electronic environment in the immediate coordination sphere of the metal. The aldehyde was condensed with amines 1,8-diaminonaphthalene, 2,3-diaminomaleonitrile, 1,2-diaminocyclohexane, 2-aminophenol and 4-aminoantipyrine to give the respective Schiff bases. The oxovanadium(IV), copper(II) and ruthenium(II)complexes of these Schiff bases were synthesised and characterised. All the oxovanadium(IV) complexes have binuclear structure with a square pyramidal geometry. Ruthenium and copper form mononuclear complexes with the Schiff base derived from 4- aminoantipyrine while binuclear square planar complexes are formed with the other Schiff bases. The catalytic activity of the copper complexes was evaluated in the hydroxylation of phenol with hydrogen peroxide as oxidant. Catechol and hydroquinone are the major products. Catalytic properties of the oxovanadium(IV) complexes were evaluated in the oxidation of cyclohexene with hydrogen peroxide as the oxidant. Here allylic oxidation products rather than epoxides are formed as the major products. The ruthenium(II) complexes are found to be effective catalysts for the hydrogenation of benzene and toluene. The kinetics of hydrogenation was studied and a suitable mechanism has been proposed.

Studies on metal complexes with acylhydrazones based on heterocyclic carbonyl compounds

Dept.of Applied Chemistry, Cochin University of Science and Technology

Structural and biological investigations of metal complexes of some substituted thiosemicarbazones

Department of Applied Chemistry, Cochin University of Science and Technology

Spectral studies and crystal structures of some transition metal complexes of N4-substituted semicarbazones

The present work is concentrated on the studies of two novel semicarbazones, di-2-pyridyl ketone-N4-phenyl-3-semicarbazone (HL1) and quinoline-2-carboxaldehyde-N4-phenyl-3-semicarbazone (HL2). The compositions of these semicarbazones were determined by the CHN analyses. For the characterization of these compounds we have used IR, UV and NMR spectral studies. The molecular structure of quinoline-2-carboxaldehyde-N4-phenyl-3- semicarbazone (HL2) was obtained by single crystal X-ray diffraction studies. Also, we have synthesized Zn(II), Cd(II), Cu(II), Ni(II), Co(II) and Mn(II) complexes of these semicarbazones, HL1 and HL2. These complexes were characterized by various spectroscopic techniques, magnetic and conductivity studies. We could isolate single crystals of some Zn(II) and Cd(II) compounds suitable for X-ray diffraction studies. For other complexes we could not isolate single crystals of good quality for single crystal X-ray diffraction studies.

Transition Metal Complexes of Schiff Bases with Azide and Thiocyanate as Coligands:Spectral and Structural Investigations

Metallo-organic chemistry,incorporating the frontiers of both inorganic and organic chemical aspects,is a topic of utility concern.The first exploration of coordinated metal complexes dates back to the ninettenth century,during the days of Alfred Werner.Thereafter,inorganic chemistry witnessed a great outflow of coordination compounds,with unique structural characteristics and diverse applicatons.The diversity in structures exhibited by the coordination complexes of multidentate ligands have led to their usage as sensors,models for enzyme mimetic centers,medicines etc.The liganda chosen are of prime importance in determining the properties of coordination compounds.Schiff bases are compounds obtained by the condensation of an aidehyde or ketone with an amine.The chemical properties of Schiff bases and their complexes are widely explored in recent years owing to their pharmacological activity,their catalytic activities and so on.On the other hand pseudohalides like azide and thiocyanate are versatile candidates for the construction of dimeric or polymeric complexes having excellent properties and diverse applications.So a combination of the Schiff bases and the pseudohalogens for the synthesis of metal complexes can bring about interesting results.An attempt into this area is the besis of this Ph.D theis.

Transition metal complexes of some bis(thiosemicarbazones) derived from 2,6-diacetylpyridine and N4-substituted thiosemicarbazides:Synthesis, spectral and structural studies

Coordination chemistry of pentadentate 2,6-diacetylpyridine bis(thiosemicarbazone) Schiff base ligands has been intensively studied due to the versatility of the molecular chain in order to obtain very different geometries as well as their broad therapeutic activity. Metal complexes of thiosemicarbazone with aldehydes and ketones have been widely reported. But there have been fewer reports on potential pentadentate bis(thiosemicarbazones) formed from 2,6-diacetylpyridine. Keeping these in view, we have synthesized four bis(thiosemicarbazone) systems with 2,6-diacetylpyridine. In the present work, the chelating behavior of bis(thiosemicarbazones) are studied, with the aim of investigating the influence of coordination exerts on their conformation and or configuration, in connection with the nature of the metal and of the counter ion. The selection of the 2,6-diacetylpyridine as the ketonic part was based on its capability to form polynuclear complexes with different coordination number. The doubled armed bis(thiosemicarbazones) can coordinate to a metal centre as dianionic ligand by losing its amide protons or it can coordinate as monoanionic ligand by losing its amide proton from one of the thiosemicarbazone moiety or it can also be coordinate as neutral ligand. Hence it is interesting to explore the coordinating capabilities of these ligands whether in neutral form or anionic form and to study the structural variations occurring in the ligands during complexation such as change in conformation.

Studies on Simple and Encapsulated Transition Metal Complexes of Schiff Bases Derived from Diaminonaphthalene

Schiff base complexes of transition metal ions have played a significant role in coordination chemistry.In the present study we have synthesized some new Mn(II),Co(II) and Cu(II) complexes of Schiff bases derived from 1,8-diaminonaphthalene.Even though we could not isolate theses Schiff bases (as they readily cyclise to form the perimidine compounds),we were able to characterize unequivacally the complexes synthesized from these compounds as complexes of Schiff Bases. We Synthesized three perimidine derivatives ,2-(quinoxalin-2-yl)-2,3-dihydro-1H-perimidine,2-(2,3-dihydro-1H-perimidin-2-yl)-6-methoxyphenol and 4-(2,3-dihyro-1H-perimidin-2-yl)-2-methoxyphenol by the condensation of 1,8-diaminonaphthalene with quinoxaline-2-carboxaldehyde,2- hydroxy-3-methoxybenzaldehyde or 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde respectively.Theses compounds were used as precursor ligands for the preparation of Schiff base complexes.The complexes were characterized by using elemental analysis ,conductance and magnetic susceptibility measuremets ,infrared and UV-Visible spectroscopy ,thermogravimetric analysis and EPR spectroscopy .We also encapsulated the complexes in zeolite Y matrix and these encapsulated complexes were also characterized. We have also tried theses complexes as catalysts in the oxidation of cyclohexanol and decomposition of hydrogen peroxide.