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.

Réaction d’amination intramoléculaire de liens C-H à partir de N-mésyloxycarbamates catalysée par des complexes de rhodium et d’autres métaux de transition : s ynthèse verte d’oxazolidinones

La réaction d’amination de liens C-H, impliquant la transformation directe d’un lien C-H en lien C-N constitue une approche synthétique d’avenir pour la préparation de composés azotés. L’application de cette stratégie de manière intramoléculaire apparaît comme une approche puissante pour la synthèse de composés hétérocycliques. En particulier, les oxazolidinones, carbamates cycliques à cinq chaînons, constituant une nouvelle classe d’antibiotiques très prometteuse, pourraient être synthétisées par cette méthode. Il y a moins d’une dizaine d’années, notre groupe de recherche a travaillé sur le développement de méthodologies utilisant des espèces nitrènes métalliques pour l’amination intra et intermoléculaire. Les N-tosyloxycarbamates, en présence d’une base et d’un catalyseur dimère de rhodium (II) tétracarboxylate sont les précurseurs de ces espèces nitrènes métalliques, capables de faire l’insertion de liens C(sp3)-H. Dans ces travaux de thèse, nous avons travaillé sur le développement d’une méthode plus « verte » d’amination intramoléculaire. Les N-mésyloxycarbamates, plus légers que leurs homologues N-tosyloxycarbamates, ont été identifiés comme d’excellents précurseurs de nitrènes. La méthodologie développée ne nécessite que 3 mol % de dimère de rhodium Rh2(tpa)4 et de 1,5 équivalents de solution aqueuse saturée de K2CO3, le tout dans l’acétate d’éthyle et donne de bons rendements de cyclisation. Une étude de l’étendue réactionnelle a été effectuée, montrant la tolérance et les limitations de notre système catalytique : les hétéroatomes ne posent pas de problèmes hormis l’atome d’azote, qui doit être protégé afin de garantir la transformation. En outre, nous avons constaté que les liens C-H aliphatiques secondaires sont moins réactifs que les liens tertiaires. Après avoir tenté de développer des conditions réactionnelles spécifiques aux liens C-H non activés, nous avons montré la possibilité d’aminer des liens C-H propargyliques de manière chimiosélective ; la triple liaison C-C peut ensuite être dérivatisée efficacement, donnant accès à la formule saturée correspondante ainsi qu’à d’autres motifs. Dans un désir de substituer les complexes de rhodium par d’autres complexes de métaux plus abondants et moins dispendieux, nous nous sommes tournés, dans un premier temps, vers les complexes de fer et par la suite, vers les pinceurs de nickel. Les phtalocyanines de fer ont été identifiées comme étant de bons catalyseurs de l’amination intramoléculaire de N-mésyloxycarbamates. Le chlorure de phtalocyanine de fer (III), en présence d’un sel de AgBF4 et de K2CO3, dans le 1,1,2,2-tétrachloroéthane anhydre, permet l’obtention de la 4-phenyloxazolidin-2-one avec 63% de rendement. En outre, il est possible d’atteindre un rendement de 49% à partir du même substrat N-mésyloxycarbamate, par catalyse avec un pinceur de nickel de type POCN, en présence d’un sel de mésylate. Des indices sur le mécanisme des ces deux transformations ont pu être recueillis lors de la courte étude de ces systèmes.

Réaction d’amination intramoléculaire de liens C-H à partir de N-mésyloxycarbamates catalysée par des complexes de rhodium et d’autres métaux de transition : s ynthèse verte d’oxazolidinones

La réaction d’amination de liens C-H, impliquant la transformation directe d’un lien C-H en lien C-N constitue une approche synthétique d’avenir pour la préparation de composés azotés. L’application de cette stratégie de manière intramoléculaire apparaît comme une approche puissante pour la synthèse de composés hétérocycliques. En particulier, les oxazolidinones, carbamates cycliques à cinq chaînons, constituant une nouvelle classe d’antibiotiques très prometteuse, pourraient être synthétisées par cette méthode. Il y a moins d’une dizaine d’années, notre groupe de recherche a travaillé sur le développement de méthodologies utilisant des espèces nitrènes métalliques pour l’amination intra et intermoléculaire. Les N-tosyloxycarbamates, en présence d’une base et d’un catalyseur dimère de rhodium (II) tétracarboxylate sont les précurseurs de ces espèces nitrènes métalliques, capables de faire l’insertion de liens C(sp3)-H. Dans ces travaux de thèse, nous avons travaillé sur le développement d’une méthode plus « verte » d’amination intramoléculaire. Les N-mésyloxycarbamates, plus légers que leurs homologues N-tosyloxycarbamates, ont été identifiés comme d’excellents précurseurs de nitrènes. La méthodologie développée ne nécessite que 3 mol % de dimère de rhodium Rh2(tpa)4 et de 1,5 équivalents de solution aqueuse saturée de K2CO3, le tout dans l’acétate d’éthyle et donne de bons rendements de cyclisation. Une étude de l’étendue réactionnelle a été effectuée, montrant la tolérance et les limitations de notre système catalytique : les hétéroatomes ne posent pas de problèmes hormis l’atome d’azote, qui doit être protégé afin de garantir la transformation. En outre, nous avons constaté que les liens C-H aliphatiques secondaires sont moins réactifs que les liens tertiaires. Après avoir tenté de développer des conditions réactionnelles spécifiques aux liens C-H non activés, nous avons montré la possibilité d’aminer des liens C-H propargyliques de manière chimiosélective ; la triple liaison C-C peut ensuite être dérivatisée efficacement, donnant accès à la formule saturée correspondante ainsi qu’à d’autres motifs. Dans un désir de substituer les complexes de rhodium par d’autres complexes de métaux plus abondants et moins dispendieux, nous nous sommes tournés, dans un premier temps, vers les complexes de fer et par la suite, vers les pinceurs de nickel. Les phtalocyanines de fer ont été identifiées comme étant de bons catalyseurs de l’amination intramoléculaire de N-mésyloxycarbamates. Le chlorure de phtalocyanine de fer (III), en présence d’un sel de AgBF4 et de K2CO3, dans le 1,1,2,2-tétrachloroéthane anhydre, permet l’obtention de la 4-phenyloxazolidin-2-one avec 63% de rendement. En outre, il est possible d’atteindre un rendement de 49% à partir du même substrat N-mésyloxycarbamate, par catalyse avec un pinceur de nickel de type POCN, en présence d’un sel de mésylate. Des indices sur le mécanisme des ces deux transformations ont pu être recueillis lors de la courte étude de ces systèmes.

Organometallic pincer-type complexes: recent applications in synthesis and catalysis

YCY pincer palladacycles, where YCY is typically an SCS, NCN, PCP, SeCSe anionic six-electron donor ligand (e.g. see 1-6, Scheme 1.1), are a well-established family of organometallic complexes with manifold applications in catalysis, synthesis and materials science [1-24]. Their synthesis can be achieved by many routes including C-H activation, oxidative addition, transmetalation and trans-cyclopalladation [25].

Préparation, caractérisation et étude de réactivité de complexes de nickel comportant un ligand de type "pincer"

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

How accurately can the acetabular rim be trimmed in hip arthroscopy for pincer-type femoral acetabular impingement: a cadaveric investigation

PURPOSE: The purpose of this study was to evaluate the precision of central hip arthroscopy in the assessment and treatment of pincer-type femoroacetabular impingement (FAI) avoiding the posterolateral portal, with its close proximity to the main arterial blood supply of the femoral head, the medial circumflex femoral artery. METHODS: Seven human cadaveric hips underwent arthroscopic trimming of the acetabular labrum and rim along a preoperatively defined 105 degrees arc of resection for treatment of a presumed pincer-type lesion. After the arthroscopic procedure, all specimens were dissected and measured for evaluation of the location, quantity, and quality of the area undergoing resection. RESULTS: The difference between the actual and planned arc of resection was 18.7 degrees +/- 4.7 degrees (range, 2 degrees to 34 degrees). This was mainly because of a lack of accuracy in the presumed posterior starting point (PSP), with a mean deviation of 19 degrees +/- 3.4 degrees (range, 10 degrees to 36 degrees). Correlation analysis showed that variance in the arc of resection was mainly dependent on the PSP (r = 0.739, P = .058). CONCLUSIONS: Central hip arthroscopy is a feasible option in treating anterosuperior pincer-type FAI by use of the anterior and anterolateral portals only. This cadaveric study showed that there is a significant risk of underestimating the actual arc of resection compared with the planned arc of resection for posterosuperior pincer-type lesions because of the modest accuracy in determining the PSP of the resection. CLINICAL RELEVANCE: Accurate preoperative planning and arthroscopic identification of anatomic landmarks at the acetabular side are crucial for the definition of the appropriate starting and ending points in the treatment of pincer-type FAI. Whereas anterosuperior pincer-type lesions can be addressed very precisely with our technique, the actual resection of posterosuperior lesions averaged 19 degrees less than the planned resection, which may have clinical implications.

Prevalence of cam and pincer-type deformities on hip MRI in an asymptomatic young Swiss female population: a cross-sectional study

OBJECTIVES Femoroacetabular impingement is proposed to cause early osteoarthritis (OA) in the non-dysplastic hip. We previously reported on the prevalence of femoral deformities in a young asymptomatic male population. The aim of this study was to determine the prevalence of both femoral and acetabular types of impingement in young females. METHODS We conducted a population-based cross-sectional study of asymptomatic young females. All participants completed a set of questionnaires and underwent clinical examination of the hip. A random sample was subsequently invited to obtain magnetic resonance images (MRI) of the hip. All MRIs were read for cam-type deformities, increased acetabular depths, labral lesions, and impingement pits. Prevalence estimates of cam-type deformities and increased acetabular depths were estimated, and relationships between deformities and signs of joint damage were examined using logistic regression models. RESULTS The study included 283 subjects, and 80 asymptomatic females with a mean age of 19.3 years attended MRI. Fifteen showed some evidence of cam-type deformities, but none were scored to be definite. The overall prevalence was therefore 0% [95% confidence interval (95% CI) 0-5%]. The prevalence of increased acetabular depth was 10% (95% CI 5-19). No association was found between increased acetabular depth and decreased internal rotation of the hip. Increased acetabular depth was not associated with signs of labral damage. CONCLUSIONS Definite cam-type deformities in women are rare compared to men, whereas the prevalence of increased acetabular depth is higher, suggesting that femoroacetabular impingement has different gender-related biomechanical mechanisms.

Bis(thiophenolate)pyridine pincer ligands and trivalent zirconocene complexes relevant to early transition metal polymerization catalysts

Two major topics are covered: the first chapter is focused on the development of post-metallocene complexes for propylene polymerization. The second and third chapters investigate the consequences of diisobutylaluminum hydride (HAlⁱBu₂) additives in zirconocene based polymerization systems.

The synthesis, structure, and solution behavior of early metal complexes with a new tridentate LX₂ type ligand, bis(thiophenolate)pyridine ((SNS) = (2-C₆H₄S)₂-2,6-C₅H₃N) are investigated. SNS complexes of Ti, Zr, and Ta having dialkylamido coligands were synthesized and structurally characterized. The zirconium complex, (SNS)Zr(NMe₂)₂, displays C₂ symmetry in the solid state. Solid-state structures of tantalum complexes (SNS)Ta(NMe₂)₃ and (SNS)TaCl(NEt₂)₂ also display pronounced C₂ twisting of the SNS ligand. 1D and 2D NMR experiments show that (SNS)Ta(NMe₂)₃ is fluxional with rotation about the Ta N(amide) bonds occurring on the NMR timescale. The fluxional behavior of (SNS)TaCl(NEt₂)₂ in solution was also studied by variable temperature ¹H NMR. Observation of separate signals for the diastereotopic protons of the methylene unit of the diethylamide indicates that the complex remains locked on the NMR timescale in one diastereomeric conformation at temperatures below -50 °C.

Reduction of Zr(IV) metallocenium cations with sodium amalgam (NaHg) produces EPR signals assignable to Zr(III) metallocene complexes. Thus, chloro-bridged heterobinuclear ansa-zirconocenium cation [((SBI))Zr(μ-Cl)₂AlMe₂]⁺B(C₆F₅)_4¯ (SBI = rac-dimethylsilylbis(1-indenyl)), gives rise to an EPR signal assignable to the complex (SBI)Zr^III(μ-Cl)₂AlMe₂, while (SBI)Zr^III-Me and (SBI)Zr^III(-H)2AlⁱBu₂ are formed by reduction of [(SBI)Zr(μ-Me)₂AlMe₂]⁺B(C₆F₅)_4¯ and [(SBI)Zr(μ-H)₃(AlⁱBu₂)₂]⁺B(C₆F₅)4¯, respectively. These products are also formed, along with (SBI)Zr^III-ⁱBu and [(SBI)Zr^III]⁺ AlR4¯ when (SBI)ZrMe₂ reacts with HAlⁱBu₂, eliminating isobutane en route to the Zr(III) complex. Studies concerning the interconversion reactions between these and other (SBI)Zr(III) complexes and reaction mechanisms involved in their formation are also reported.

The addition of HAlⁱBu₂ to precatalyst [(SBI)Zr(µ-H)₃(AlⁱBu₂)₂]⁺ significantly slows the polymerization of propylene and changes the kinetics of polymerization from 1st to 2nd order with respect to propylene. This is likely due to competitive inhibition by HAlⁱBu₂. When the same reaction is investigated using [(ⁿBuCp)₂Zr(μ-H)₃(AlⁱBu₂)₂]⁺, hydroalumination between propylene and HAlⁱBu₂ is observed instead of propylene polymerization.

Complexes pinceurs de type POCOP de Nickel (II) : synthèse, caractérisation, réactivité et applications catalytiques

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.

Vibrational spectroscopy of phthalocyanine and naphthalocyanine in sandwich-type (na)phthalocyaninato and porphyrinato rare earth complexes : (Part 10) The infrared and Raman characteristics of phthalocyanine in heteroleptic bis(phthalocyaninato) rare earth complexes with decreased molecular symmetry

The infrared (IR) spectroscopic data for a series of eleven heteroleptic bis(phthalocyaninato) rare earth complexes MIII(Pc)[Pc(α-OC5H11)4] (M = Sm–Lu, Y) [H2Pc = unsubstituted phthalocyanine, H2Pc(α-OC5H11)4 = 1,8,15,22-tetrakis(3-pentyloxy)phthalocyanine] have been collected with 2 cm−1 resolution. Raman spectroscopic properties in the range of 500–1800 cm−1 for these double-decker molecules have also been comparatively studied using laser excitation sources emitting at 632.8 and 785 nm. Both the IR and Raman spectra for M(Pc)[Pc(α-OC5H11)4] are more complicated than those of homoleptic bis(phthalocyaninato) rare earth analogues due to the decreased molecular symmetry of these double-decker compounds, namely C4. For this series, the IR Pc√− marker band appears as an intense absorption at 1309–1317 cm−1, attributed to the pyrrole stretching. With laser excitation at 632.8 nm, Raman vibrations derived from isoindole ring and aza stretchings in the range of 1300–1600 cm−1 are selectively intensified. In contrast, when excited with laser radiation of 785 nm, the ring radial vibrations of isoindole moieties and dihedral plane deformations between 500 and 1000 cm−1 for M(Pc)[Pc(α-OC5H11)4] intensify to become the strongest scatterings. Both techniques reveal that the frequencies of pyrrole stretching, isoindole breathing, isoindole stretchings, aza stretchings and coupling of pyrrole and aza stretchings depend on the rare earth ionic size, shifting to higher energy along with the lanthanide contraction due to the increased ring-ring interaction across the series. The assignments of the vibrational bands for these compounds have been made and discussed in relation to other unsubstituted and substituted bis(phthalocyaninato) rare earth analogues, such as M(Pc)2 and M(OOPc)2 [H2OOPc = 2,3,9,10,16,17,23,24-octakis(octyloxy)phthalocyanine].