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.

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.

Les esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques et les dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitués : synthèses et applications

Les cyclopropanes sont des motifs d’une grande importance puisqu’ils sont présents dans plusieurs molécules biologiquement actives en plus d’être de puissants intermédiaires dans la synthèse de molécules complexes. Au cours de cet ouvrage, nous avons développé une nouvelle méthode générale pour la synthèse d’ylures d’iodonium de malonates, soit d’importants précurseurs d’esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques. Ainsi, à l’aide de ces ylures, une méthode très efficace pour la synthèse d’esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques racémiques a été développée. Des travaux ont aussi été entrepris pour la synthèse énantiosélective de ces composés. Par ailleurs, les esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques ont été utilisés dans le développement de deux nouvelles méthodologies, soit dans une réaction de cycloaddition (3+3) avec des imines d’azométhines et dans la formation d’allènes par l’addition-1,7 de cuprates. Nous avons aussi poursuivi l’étude synthétique du cylindrocyclophane F impliquant l’utilisation de cyclopropanes pour le contrôle des centres chiraux. Ainsi l’addition-1,5 d’un cuprate sur un ester cyclopropane-1,1-dicarboxylique a été utilisée comme l’une des étapes clés de notre synthèse. L’autre centre chiral a pu être contrôlé par l’hydrogénolyse sélective d’un cyclopropylméthanol. Ces études ont, par ailleurs, mené au développement d’une nouvelle réaction d’arylcyclopropanation énantiosélective utilisant des carbénoïdes de zinc générés in situ à partir de réactifs diazoïques. Cette méthode permet d’accéder très efficacement aux cyclopropanes 1,2,3-substitués. De plus, nous avons développé la première réaction de Simmons-Smith catalytique en zinc menant à un produit énantioenrichi.

Vers des assemblages de complexes métalliques oligonucléaires, servant d’antenne solaire au niveau moléculaire

Les fichiers additionnels sont les données cristallographiques en format CIF. Voir le site de la Cambridge Crystallographic Data Centre pour un visualiseur: http://www.ccdc.cam.ac.uk

The synthesis, characterisation and reactivity of 2-phosphanylethylcyclopentadienyl complexes of cobalt, rhodium and iridium

2-Phosphanylethylcyclopentadienyl lithium compounds, Li[C5R'(4)(CH2)(2)PR2] (R = Et, R' = H or Me, R = Ph, R' = Me), have been prepared from the reaction of spirohydrocarbons C5R'(4)(C2H4) with LiPR2. C5Et4HSiMe2CH2PMe2, was prepared from reaction of Li[C5Et4] with Me2SiCl2 followed by Me2PCH2Li. The lithium salts were reacted with [RhCl(CO)2]2,[IrCl(CO)3] or [Co-2(CO)(8)] to give [M(C5R'(4)(CH2) 2PR2)(CO)] (M = Rh, R = Et, R' = H or Me, R= Ph, R' = Me; M = Ir or Co, R = Et, R' = Me), which have been fully characterised, in many cases crystallographically as monomers with coordination of the phosphorus atom and the cyclopentadienyl ring. The values of nu(CO) for these complexes are usually lower than those for the analogous complexes without the bridge between the cyclopentadienyl ring and the phosphine, the exception being [Rh(Cp'(CH2)(2)PEt2)(CO)] (Cp' = C5Me4), the most electron rich of the complexes. [Rh(C5Et4SiMe2CH2PMe2)(CO)] may be a dimer. [Co-2(CO)(8)] reacts with C5H5(CH2)(2)PEt2 or C5Et4HSiMe2CH2PMe2 (L) to give binuclear complexes of the form [Co-2(CO)(6)L-2] with almost linear PCoCoP skeletons. [Rh(Cp'(CH2)(2)PEt2)(CO)] and [Rh(Cp'(CH2)(2)PPh2)(CO)] are active for methanol carbonylation at 150 degrees C and 27 bar CO, with the rate using [Rh(Cp'(CH2)(2)PPh2)(CO)] (0.81 mol dm(-3) h(-1)) being higher than that for [RhI2(CO)(2)](-) (0.64 mol dm(-3) h(-1)). The most electron rich complex, [Rh(Cp'(CH2)(2)PEt2)(CO)] (0.38 mol dm(-3) h(-1)) gave a comparable rate to [Cp*Rh(PEt3)(CO)] (0.30 mol dm(-3) h(-1)), which was unstable towards oxidation of the phosphine. [Rh(Cp'(CH2)(2)PEt2)I-2], which is inactive for methanol carbonylation, was isolated after the methanol carbonylation reaction using [Rh(Cp'(CH2)(2)PEt2)(CO)].

Intramolecular carbenoid insertions : the reactions of [alpha]-diazoketones derived from furanyl, thienyl, benzofuranyl and benzothienyl acetic acids with rhodium (II) acetate /

A number of synthetically useful ring systems can be prepared via the intramolecular insertion of a metal-stabilized carbenoid into a heteroaromatic systems. The chemical outcome of these reactions are dependent not only on the nature of the heteroatom but also on the length of the aliphatic tether linking the carbenoid moiety with the aromatic fragment. Our work with furanyl and thienyl systems containing a single methylene tether have allowed for some rather atypical chemistry. For example, treatment of l-diazo-3-(2-thienyl)-2-propanone (6) with catalytic rhodium (II) acetate yields 5,6- dihydro-4^-cyclopenta[Z>]thiophen-5-one (3) while, the isomeric l-diazo-3-(3-thienyl)-2- propanone(15) gives a spiro-disulphide (20). Novel chemistry was also exhibited in the analogous furanyl systems. While treatment of l-diazo-3-(3-furanyl)-2-propanone (52) with Rh2(OAc)4 resulted in the expected 2-(4-Oxo-2-cyclopentenyliden)acetaldehyde (54), isomeric l-diazo-3-(2- furanyl)-2-propanone (8) undergoes vinylogous Wolff rearrangement to give a mixture of 6a-methyl-2,3,3a,6a-tetrahydrofuro[2,i-^>]furan-2-one (44) and 2-(2-methyl-3-furyl)acetic acid (43). Rhodium acetate catalyzed decomposition of l-diazo-3-(3-benzofuranyl)-2- propanone (84) and l-diazo-3-(2-benzofuranyl)-2-propanone (69)also allows for vinylogous Wolff rearrangement, a chemistry unseen in benzofuranyl systems with longer tethers. A number of interesting products were isolated from the trapping of intermediate ketenes. Decomposition of l-diazo-3-(3-benzothienyl)-2-propanone (100) resulted in the formation of 2,3-dihydro-l//-benzo[^]cyclopenta[^thiophen-2-one (102). However, in addition to (102), a dimer was also generated from the decomposition of l-diazo-3-(2- benzothienyl)-2-propanone (109). The insight into the mechanistic underpinnings of the above reactions are provided by molecular modeling at a PM3 level.

Synthesis, spectroscopy and spectroelectrochemistry of chlorocarbonyl {1,2-bis[(2,6-diisopropylphenyl)imino]-acenaphthene-kappa(2)-N,N '}rhodium (I)

Reaction of the dinuclear complex [{Rh(CO)(2)}(2) (mu-Cl)(2)]with an alpha-diimine ligand, 1,2- bis[(2,6-diisopropylphenyl) imino] acenaphthene (iPr(2)Ph-bian), produces square-planar [RhCl(CO)(iPr(2)Ph-bian)]. For the first time, 2: 1 and 1: 1 alpha-diimine/dimer reactions yielded the same product. The rigidity of iPr(2)Ph-bian together with its flexible electronic properties and steric requirements of the 2,6-diisopropyl substituents on the benzene rings allow rapid closure of a chelate bond and replacement of a CO ligand instead of chloride. A resonance Raman study of [RhCl(CO)(iPr(2)Ph-bian)] has revealed a predominant Rh-to-bian charge transfer (MLCT) character of electronic transitions in the visible spectral region. The stabilisation of [RhCl(CO)(iPr(2)Ph-bian)] in lower oxidation states by the pi-acceptor iPr(2)Ph-bian ligand was investigated in situ by UV-VIS, IR and EPR spectroelectrochemistry at variable temperatures. The construction of the novel UV-VIS-NIR-IR low-temperature OTTLE cell used in these studies is described in the last part of the paper.

Dynamic axial ligand-site exchange in facially discriminated ruthenium(II) carbonyl and rhodium(III) halide metalloporphyrins

For a series of six-coordinate Ru(II)(CO)L or Rh(III)(X–)L porphyrins which are facially differentiated by having a naphthoquinol- or hydroquinol-containing strap across one face, we show that ligand migration from one face to the other can occur under mild conditions, and that ligand site preference is dependent on the nature of L and X–. For bulky nitrogen-based ligands, the strap can be displaced sideways to accommodate the ligand on the same side as the strap. For the ligand pyrazine, we show 1 H NMR evidence for monodentate and bidentate binding modes on both faces, dependent on ligand concentration and metalloporphyrin structure, and that inter-facial migration is rapid under normal conditions. For monodentate substituted pyridine ligands there is a site dependence on structure, and we show clear evidence of dynamic ligand migration through a series of ligand exchange reactions.

Theoretical study of two states reactivity of methane activation on iron atom and iron dimer

Density functional theory (DFT) calculations have been carried out to explore the catalytic activation of C–H bonds in methane by the iron atom, Fe, and the iron dimer, Fe2. For methane activation on an Fe atom, the calculations suggest that the activation of the first C–H bond is mediated via the triplet excited-state potential energy surface (PES), with initial excitation of Fe to the triplet state being necessary for the reaction to be energetically feasible. Compared with the breaking of the first C–H bond, the cleavage of the second C–H bond is predicted to involve a significantly higher barrier, which could explain experimental observations of the HFeCH3 complex rather than CH2FeH2 in the activation of methane by an Fe atom. For methane activation on an iron dimer, the cleavage of the first C–H bond is quite facile with a barrier only 11.2, 15.8 and 8.4 kcal/mol on the septet state energy surface at the B3LYP/6-311+G(2df,2dp), BPW91/6-311+G(2df,2dp) and M06/B3LYP level, respectively. Cleavage of the second C–H bond from HFe2CH3 involves a barrier calculated respectively as 18.0, 10.7 and 12.4 kcal/mol at the three levels. The results suggest that the elimination of hydrogen from the dihydrogen complex is a rate-determining step. Overall, our results indicate that the iron dimer Fe2 has a stronger catalytic effect on the activation of methane than the iron atom.

Analysis of the NF-κB p50 dimer interface by diversity screening

An in vivo screen has been devised for NF-κB p50 activity in Escherichia coli exploiting the ability of the mammalian transcription factor to emulate a prokaryotic repressor. Active intracellular p50 was shown to repress the expression of a green fluorescent protein reporter gene allowing for visual screening of colonies expressing active p50 on agar plates. A library of mutants was constructed in which the residues Y267, L269, A308 and V310 of the dimer interface were simultaneously randomised and twenty-five novel functional interfaces were selected which repressed the reporter gene to similar levels as the wild-type protein. The leucine-269 alanine-308 core was repeatedly, but not exclusively, selected from the library whilst a diversity of predominantly non-polar residues were selected at positions 267 and 310. These results indicate that L269 and A308 may form a hot spot of interaction and allow an insight into the processes of dimer selectivity and evolution within this family of transcription factors.

A study, by fire-assay and ICP-MS, of the distribution of rhodium, platinum, and gold in iron-age pottery

Forty-six archaeological specimens were treated by fire-assay and subsequently analysed by ICP-MS for selected precious metals: Ph, Pt and Au. The investigation was prompted by the possibility that archaeological samples could serve as "indicators" of the precious metal composition of the clays from the excavated sites. Therefore, the experimentally obtained concentrations were carefully studied to determine if there were anomalous levels of these precious metals in the deposits from which the specimens originated. Furthermore, the analytical data were used to establish if it was feasible to distinguish ancient potsherds based on precious metal concentrations, for employment as a basis in provenance studies.

Quantification of D-dimer levels in human saliva

Background: Plasma D-dimer tests are currently used to exclude deep vein thrombosis and pulmonary embolism. Human saliva has numerous advantages over blood as a diagnostic sample. The aims of our study were to develop a reliable immunoassay to detect D-dimer levels in saliva, and to determine the correlation between salivary and blood D-dimer levels. Results/methodology: Saliva and blood samples were collected from 40 healthy volunteers. We developed a AlphaLISA((R)) immunoassay with acceptable analytical performances to quantify D-dimer levels in the samples. The median salivary D-dimer levels were 138.1 ng/ml (morning) and 140.7 ng/ml (afternoon), and the plasma levels were 75.0 ng/ml. Salivary D-dimer levels did not correlate with plasma levels (p = 0.61). Conclusion: For the first time, we have quantified D-dimer levels and found twofold increase in saliva (p < 0.05) than in plasma. Further studies are required to demonstrate the clinical relevance/utility of salivary D-dimer in patients with confirmed deep vein thrombosis and/or pulmonary embolism.

Synthesis and Reactions of Binuclear Diolefin Rhodium(I) Compounds bridged by Nitrogen Heterocycles, Crystal Structure of Dichloro-Di-1,5-Cyclooctadiene(Mu-Pyrazine)-Dirhodium(I) [[Rh(1,5-C8h12)Cl]2(Mu-C4h4n2)]

Binuclear complexes of rhodium(I) of the type [(dien)(X)Rh(μ-N-N)Rh(X)(dien)] (dien = 1,5-cyclooctadiene or norbornadiene; N-N = pyrazine, 4,4′-bipyridine or Phenazine and X = Cl or Br) with bridging heterocycles have been isolated and their reactions with carbon monoxide, 2,2′-bipyridine and 1,10-phenanthroline investigated. The crystal structure of [(COD)(Cl)Rh(μ-pyrazine)Rh(Cl)(COD)] has been determined.

Structural effects of a dimer interface mutation on catalytic activity of triosephosphate isomerase.The role of conserved residues and complementary mutations

The active site of triosephosphate isomerase (TIM, EC: 5.3.1.1), a dimeric enzyme, lies very close to the subunit interface. Attempts to engineer monomeric enzymes have yielded well-folded proteins with dramatically reduced activity. The role of dimer interface residues in the stability and activity of the Plasmodium falciparum enzyme, PfTIM, has been probed by analysis of mutational effects at residue 74. The PfTIM triple mutant W11F/W168F/Y74W (Y74W*) has been shown to dissociate at low protein concentrations, and exhibits considerably reduced stability in the presence of denaturants, urea and guanidinium chloride. The Y74W* mutant exhibits concentration-dependent activity, with an approximately 22-fold enhancement of kcat over a concentration range of 2.5–40 μm, suggesting that dimerization is obligatory for enzyme activity. The Y74W* mutant shows an approximately 20-fold reduction in activity compared to the control enzyme (PfTIM WT*, W11F/W168F). Careful inspection of the available crystal structures of the enzyme, together with 412 unique protein sequences, revealed the importance of conserved residues in the vicinity of the active site that serve to position the functional K12 residue. The network of key interactions spans the interacting subunits. The Y74W* mutation can perturb orientations of the active site residues, due to steric clashes with proximal aromatic residues in PfTIM. The available crystal structures of the enzyme from Giardia lamblia, which contains a Trp residue at the structurally equivalent position, establishes the need for complementary mutations and maintenance of weak interactions in order to accommodate the bulky side chain and preserve active site integrity.