Utilisation du motif imidazole en transport d'anions et en catalyse organométallique

Le motif imidazole, un hétérocycle à 5 atomes contenant 2 atomes d’azote et trois atomes de carbone, présente des propriétés physico-chimiques intéressantes qui en font un composé de choix pour plusieurs applications. Parmi ces propriétés, la fonctionnalisation simple des deux atomes d’azote pour former un sel d’imidazolium est très intéressante. Ces sels sont d’excellents précurseurs de carbènes N-hétérocycliques (NHC) et sont couramment utilisés pour synthétiser des ligands en vue d’une utilisation en catalyse organométallique. D’autre part, cette famille de composés possède des propriétés anionophores permettant une utilisation en transport anionique. Le présent travail contient les résultats de travaux concernant ces deux domaines, soit la catalyse et le transport anionique. Dans un premier temps, les propriétés de dérivés de l’imidazole sont exploitées pour former un catalyseur de type palladium-NHC qui est utilisé pour catalyser la réaction de Suzuki-Miyaura en milieu aqueux. L’efficacité de ce catalyseur a été démontrée en utilisant aussi peu que 0,001 mol% pour un rendement quantitatif. Il s’agit de la première occurrence d’un processus hétérogène et recyclable dans l’eau, utilisant un catalyseur de type Pd-NHC et qui ne nécessite aucun additif ou co-solvant. Le recyclage a été prouvé jusqu’à 10 cycles sans diminution apparente de l’activité du catalyseur. Dans un second temps, plusieurs sels d’imidazolium ont été testés en tant que transporteurs transmembranaires d’anions chlorures. Les propriétés intrinsèques des sels utilisés qui en font des transporteurs efficaces ont été élucidées. Ainsi, les paramètres qui semblent affecter le plus le transport anionique sont le changement du contre-anion du sel d’imidazolium de même que la propension de ce dernier à s’auto-assembler via une succession d’empilements-π. De plus, les propriétés du transport ont été élucidées, montrant la formation de canaux transmembranaires qui permettent non-seulement la diffusion d’ions Cl-, mais aussi le transport de protons et d’ions Ca2+. L’intérêt de cette recherche repose d’abord dans le traitement de diverses pathologies voyant leur origine dans le dysfonctionnement du transport anionique. Cependant, les propriétés bactéricides des sels d’imidazolium utilisés ont été identifiées lors des dernières expériences.

Études vers la synthèse totale du cylindrocyclophane F et Synthèse d’hétérocycles azotés fluorescents

Dans ce mémoire, deux principaux sujets seront présentés. Nos efforts se sont d’abord tournés vers la synthèse du cylindrocyclophane F, un [7,7]-paracyclophane naturel, puis vers l’élaboration d’une nouvelle classe d’hétérocycles fluorescents. Premièrement, la cyclopropanation, une des étapes clés de la synthèse du cylindrocyclophane F, ainsi qu’une nouvelle voie de synthèse passant par une réaction de cyclopropénation ont été revisitées. La possibilité d’employer une méthode de macrocyclisation, incluant une réaction de couplage de Suzuki sur deux centres sp3, a ensuite été étudiée sur un substrat modèle. Deuxièmement, la synthèse de benzo[a]imidazo[2,1,5-c,d]indolizines à partir de N-[(6-bromo-2-pyridinyl)méthyl]benzamides a été développée. Dans un premier temps, le tandem cyclodéshydratation/aromatisation effectué en présence de 2-méthoxypyridine a été optimisé afin d’obtenir la 5-bromo-3-phénylimidazo[1,5-a]pyridine. Puis, une arylation intramoléculaire en présence d’une quantité catalytique d’un complexe de palladium a permis d’obtenir l’hétérocycle fusionné désiré. Les propriétés photochimiques de cette nouvelle classe d’hétérocycles seront aussi présentées.

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).

Progrès vers la synthèse totale de l'hodgsonox

Ce mémoire présente une poursuite de l’étude vers la synthèse de l’hodgsonox, un sesquiterpénoïde naturel possédant des propriétés insecticides contre la mouche verte d’Australie, Lucilia cuprina. L’hodgsonox comporte six centres stéréogènes et trois cycles : un époxyde fusionné à un cycle à cinq chaînons et une fonction éther cyclique à six chaînons doublement allylique. La stratégie de synthèse de l’hodgsonox proposée comporte dix-neuf étapes linéaires. Elle s’appuie sur les travaux préliminaires de Lise Bréthous, étudiante au doctorat, de Nicolas Lévaray, étudiant à la maîtrise, ainsi que du Dr. Ying Dong Lu et de la Dr. Sonia Diab, qui ont tous travaillé précédemment dans le groupe de la Pr. Lebel. La première étape de cette synthèse consiste en une hydrogénation cinétique dynamique de Noyori permettant d’obtenir un seul diastéréoisomère à partir de l’α-acétylbutyrolactone. Une séquence de six étapes linéaires supplémentaires, comprenant l’ouverture de la lactone ainsi qu’une métathèse d’oléfine, permet d’obtenir le cycle à cinq chaînons avec un rendement global de 37%. L’unité isopropyle est par la suite installée par une addition conjuguée pour former un éther d’énol silylé, qui est directement oxydé en la cétone correspondante avec l’acétate de palladium(II). Une réaction d’hydrosilylation subséquente permet d’obtenir la stéréochimie syn attendue de l’unité isopropyle. Par la suite, la carbonylation d’un intermédiaire triflate permet d’obtenir le squelette de base pour la formation de l’éther cyclique. Enfin, le cycle à six chaînons est formé par insertion O−H intramoléculaire d’un diazo avec un rendement global de 2% sur 17 étapes. Les travaux spécifiques de l’auteure comprennent l’évaluation de conditions catalytiques pour l’oxydation de Saegusa de l’éther d’énol silylé. Les trois dernières étapes ont également été explorées par l’auteure. Il s’agit de l’époxydation de la double liaison endocyclique, de l’insertion dans un lien O−H catalysée par un dimère de rhodium, et de la méthylénation. Enfin, l’exploration d’une voie alternative a été entamée. Cette nouvelle voie consiste à former l’éther cyclique par une substitution nucléophile sur un époxyde. La double liaison exo-cyclique serait installée par une simple réaction de déshydratation.

Development of a Phase Separation Strategy in Macrocyclization Reactions

La réaction de macrocyclisation est une transformation fondamentale en chimie organique de synthèse. Le principal défi associcé à la formation de macrocycles est la compétition inhérente avec la réaction d’oligomérisation qui mène à la formation de sousproduits indésirables. De plus, l’utilisation de conditions de dilutions élevées qui sont nécessaires afin d’obtenir une cyclisation “sélective”, sont souvent décourageantes pour les applications à l’échelle industrielle. Malgré cet intérêt pour les macrocycles, la recherche visant à développer des stratégies environnementalement bénignes, qui permettent d’utiliser des concentrations normales pour leur synthèse, sont encore rares. Cette thèse décrit le développement d’une nouvelle approche générale visant à améliorer l’efficacité des réactions de macrocyclisation en utilisant le contrôle des effets de dilution. Une stratégie de “séparation de phase” qui permet de réaliser des réactions à des concentrations plus élevées a été developpée. Elle se base sur un mélange de solvant aggrégé contrôlé par les propriétés du poly(éthylène glycol) (PEG). Des études de tension de surface, spectroscopie UV et tagging chimique ont été réalisées afin d’élucider le mécanisme de “séparation de phase”. Il est proposé que celui-ci fonctionne par diffusion lente du substrat organique vers la phase ou le catalyseur est actif. La nature du polymère co-solvant joue donc un rôle crutial dans le contrôle de l’aggrégation et de la catalyse La stratégie de “séparation de phase” a initiallement été étudiée en utilisant le couplage oxidatif d’alcynes de type Glaser-Hay co-catalysé par un complexe de cuivre et de nickel puis a été transposée à la chimie en flux continu. Elle fut ensuite appliquée à la cycloaddition d’alcynes et d’azotures catalysée par un complexe de cuivre en “batch” ainsi qu’en flux continu.

Zeolite-encapsulated Co(II), Ni(II) and Cu(II) complexes as catalysts for partial oxidation of benzyl alcohol and ethylbenzene

Co(II), Ni(II) and Cu(II) complexes of dimethylglyoxime and N,N-ethylenebis(7-methylsalicylideneamine) have been synthesized in situ in Y zeolite by the reaction of ion-exchanged metal ions with the flexible ligand molecules that had diffused into the cavities. The hybrid materials obtained have been characterized by elemental analysis, SEM, XRD, surface area, pore volume, magnetic moment, FTIR, UV-Vis and EPR techniques. Analysis of data indicates the formation of complexes in the pores without affecting the zeolite framework structure, the absence of any extraneous species and the geometry of encapsulated complexes. The catalytic activities for hydrogen peroxide decomposition and oxidation of benzyl alcohol and ethylbenzene of zeolite complexes are reported. Zeolite Cu(II) complexes were found to be more active than the corresponding Co(II) and Ni(II) complexes for oxidation reactions. The catalytic properties of the complexes are influenced by their geometry and by the steric environment of the active sites. Zeolite complexes are stable enough to be reused and are suitable to be utilized as partial oxidation catalysts.

Synthesis, characterization and hydrodesulphurisation activity of CoMo/gama-Al2O3 catalyst prepared through molecular designed dispersion method

CoMo/gama-Al2O3 catalysts for hydrodesulphurisation activity were prepared by making use of the molecular designed dispersion (MDD) method. Molybdenum and cobalt pyrrolidine-N-carbodithioate (Pydtc) complexes were used for the incorporation of metals on the support. The catalysts were characterized by elemental analysis, low temperature oxygen chemisorption, temperature programmed reduction (TPR) and laser Raman spectroscopy. The hydrodesulphurisation activity of all the catalysts were carried out and results were compared with those of the catalysts prepared through the conventional method. Higher molybdenum dispersion, smaller molybdenum clusters, lower reduction temperature of catalyst and better hydrodesulphurisation activity were observed for the catalysts prepared through the MDD method

Ni(II) and Ru(II) Schiff base complexes as catalysts for the reduction of benzene

Two new complexes, [MII(L)(Cl)(H2O)2]·H2O (where M=Ni or Ru and L = heterocyclic Schiff base, 3- hydroxyquinoxaline-2-carboxalidene-4-aminoantipyrine), have been synthesized and characterized by elemental analysis, FT-IR, UV–vis diffuse reflectance spectroscopy, FAB-MASS, TG–DTA, AAS, cyclic voltammetry, conductance and magnetic susceptibility measurements. The complexes have a distorted octahedral structure andwere found to be effective catalysts for the hydrogenation of benzene. The influence of several reaction parameters such as reaction time, temperature, hydrogen pressure, concentration of the catalyst and concentration of benzenewas tested. A turnover frequency of 5372 h−1 has been found in the case of ruthenium complex for the reduction of benzene at 80 ◦C with 3.64×10−6 mol catalyst, 0.34 mol benzene and at a hydrogen pressure of 50 bar. In the case of the nickel complex, a turnover frequency of 1718 h−1 has been found for the same reaction with 3.95×10−6 mol catalyst under similar experimental conditions. The nickel complex shows more selectivity for the formation of cyclohexene while the ruthenium complex is more selective for the formation of cyclohexane

Ruthenium complexes of Schiff base ligands as efficient catalysts for catechol–hydrogen peroxide reaction

Zeolite Y-encapsulated ruthenium(III) complexes of Schiff bases derived from 3-hydroxyquinoxaline-2-carboxaldehyde and 1,2- phenylenediamine, 2-aminophenol, or 2-aminobenzimidazole (RuYqpd, RuYqap and RuYqab, respectively) and the Schiff bases derived from salicylaldehyde and 1,2-phenylenediamine, 2-aminophenol, or 2-aminobenzimidazole (RuYsalpd, RuYsalap and RuYsalab, respectively) have been prepared and characterized. These complexes, except RuYqpd, catalyze catechol oxidation by H2O2 selectively to 1,2,4-trihydroxybenzene. RuYqpd is inactive. A comparative study of the initial rates and percentage conversion of the reaction was done in all cases. Turn over frequency of the catalysts was also calculated. The catalytic activity of the complexes is in the order RuYqap > RuYqab for quinoxaline-based complexes and RuYsalap > RuYsalpd > RuYsalab for salicylidene-based complexes. The reaction is believed to proceed through the formation of a Ru(V) species.

Copper(II) complexes of embelin and 2-aminobenzimidazole encapsulated in zeolite Y-potential as catalysts

Copper(II) complexes of two biologically important ligands, viz., embelin (2,5-dihydroxy-3-undecyl-2,5-cyclohexadien 1,4-dione) and 2-aminobenzimidazole were entrapped in the cages of zeolite Y by the flexible ligand method. The capability of these compounds in catalyzing the reduction of oxygen (industrially known as deoxo reaction) was explored and the results indicate an enhancement of the catalytic properties from that of the simple copper ion exchanged zeolite. These point to the ability of the ligands in enhancing the oxygen binding capability of the metal ion. Elemental analyses, Fourier transform infrared (FTIR), diffuse reflectance and EPR spectral studies, magnetic susceptibility measurements, TG, surface area analyses and powder X-ray diffraction studies were used in understanding the presence, composition and structure of the complexes inside the cages. The study also reveals the increased thermal and mechanical stability of the complexes as a result of encapsulation.

Three Component Mannich Reaction and 1,5-Benzodiazepine Synthesis Catalyzed by a Tetranitrile-Silver Complex

This manuscript describes the first example of silver ion complex of a dendritic tetranitrile ligand catalyzed one-pot three component Mannich reaction and 1,5-benzodiazepine synthesis. The catalyst can be separated from the products by a change in the solvent. The catalyst is reusable.

Characterization and Catalytic Activity of Polymer Supported Ruthenium Schiff Base Complexes Towards Catechol Oxidation

Ruthenium(III) complexes of the Schiff bases formed by the condensation of polymer bound aldehyde and the amines, such as 1,2-phenylenediamine (PS-opd), 2-aminophenol (PS-ap), and 2-aminobenzimidazole (PS-ab) have been prepared. The magnetic moment, EPR and electronic spectra suggest an octahedral structure for the complexes. The complexes of PS-opd, PS-ap, and PS-ab have been assigned the formula [PS-opdRuCl3(H2O)], [PS-apRuCl2(H2O)2], [PS-ab- RuCl3(H2O)2], respectively. These complexes catalyze oxidation of catechol using H2O2 selectively to o-benzoquinone. The catalytic activity of the complexes is in the order [PS-ab- RuCl3(H2O)2] . [PS-opdRuCl3(H2O)] [PS-apRuCl2(H2O)2]. Mechanism of the catalytic oxidation of catechol by ruthenium( III) complex is suggested to take place through the formation of a ruthenium(II) complex and its subsequent oxidation by H2O2 to the ruthenium(III) complex.

Studies on the Synthesis and Transformations of a few Bicyclic and Dispiro Compounds

In this thesis, we report our endeavours in the synthesis of a few polycyclic compounds. We were interested in the synthesis of a few bicyclic compounds designed to undergo interesting photochemical transformations including tripletmediated di-π-methane rearrangement and/or competing singlet-mediated electrocyclic reactions. Our target molecules have "inbuilt" structural features which will potentially alter the photochemistry of the substrate under consideration.The present investigation was undertaken to test our hypothesis on selective intramolecular quenching of singlet or triplet excited states of molecules.We adopted Dies-Alder reaction for the synthesis of several of the bicyclic compounds we were interested in. Some of the precursor dienes synthesised by us are capable of undergoing intramolecular cycloaddition reactions as well. So, it was important to delineate the conditions and structural features that will enable a particular molecule to undergo intermolecular and intramolecular Dies-Alder reaction when treated with a suitable dienophile.Though, the main focus of this thesis is on the synthesis of bicyclic and tricyclic systems capable of undergoing di-π-methane rearrangement, in the last chapter of this thesis, we describe our findings on the synthesis of a few dispirocompounds. These systems were encountered as unexpected products in the attempted synthesis of novel dibenzoylalkene-type systems. Consequently, a brief survey on the synthesis and transformations of dibenzoylalkenes is also included as an integral part of this thesis.

A comparative study on the anisole methylation activity of lanthanum-promoted Sn02 catalyst and its sulfate-doped analogue

A comparative study on the anisole methylation with methanol over lanthanum-promoted Sn02 catalyst and its sulfate-doped analogue is presented. A maximum 2.6-xylenol selectivity of 82% was achieved at 400 degreeC under optimized conditions at an anisole conversion of 65% over lanthanum-promoted Sn02 catalyst. The sulfate modification resulted in the dealkylation of anisole to phenol followed by several unselective side reactions due to the creation of strong acid sites. The activity of lanthanum-modified tin oxide catalysts in the selective formation of 2.6-xylenol is ascribed to the presence of weak Lewis acid sites and comparatively stronger basic sites.