| Rhodium-catalyzed cascade C–H bond functionalization for the synthesis of nitrogen-containing heterocycles (Synthèse d'hétérocycles azotés par fonctionalisations de liaisons C–H en cascade catalysées par des complexes de rhodium) Peng, Marie - (2022-11-24) / Universite de Rennes 1 Rhodium-catalyzed cascade C–H bond functionalization for the synthesis of nitrogen-containing heterocycles
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Soulé, Jean-François; Doucet, Henri Discipline : Chimie moléculaire et macromoléculaire Laboratoire : ISCR Ecole Doctorale : Matière, Molécules et Matériaux Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie Mots-clés : Catalyse, Fonctionnalisation de Liaisons C–H, Hétérocycles Azotés, Réaction en Cascade, Rhodium
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Résumé : Depuis 20 ans, la fonctionnalisation directe de liaisons C–H catalysée par des métaux de transition s’est imposée comme une stratégie de choix pour la construction rapide de liaisons C–C et C–X. Les résultats obtenus lors de ces travaux de recherche visent à développer de nouvelles voies de synthèse permettant l’accès à divers hétérocycles azotés à partir de molécules peu fonctionnalisées disponibles dans le commerce. Dans un premier temps, nous avons développé des conditions permettant l’accès à des motifs dihydroquinolinones via une réaction en cascade d’alkylation et d’amidation d’anilines catalysée au Rh(I). La présence d’un groupement directeur amovible de type phosphore trivalent permet notamment de diriger sélectivement la fonctionnalisation de liaisons C–H en position ortho et d’induire l’amidation intramoléculaire après hydrolyse de la liaison N–P. Dans un second objectif, nous avons élaboré une stratégie de fonctionnalisation de liaisons C–H ortho-dirigée de nitroarènes en présence de diarylalcynes et d’anhydrides. Cette réaction en cascade a permis d’obtenir des structures oxindoles 3,3-disubstitués en une seule étape. Cette transformation est notamment facilitée par l’emploi d’un catalyseur de rhodium (CpTMP*)Rh(III) [CpTMP* = 1-(3,4,5-trimethoxy phenyl)-2,3,4,5-tetramethylcyclopentadienyl] que nous avons mis au point. L’utilisation de ce catalyseur de Rh(III) a notamment pu être étendu à l’hétéroarylation d’amides par couplages de liaisons C–H/ C–H. Le Rh(III) associé à l’Ag(I) a permis d’obtenir différents complexes bi(hétéro)aromatiques à température ambiante. Des études mécanistiques approfondies ont été réalisées sur chaque réaction afin de rationaliser les différents processus catalytiques. Abstract : Over the past two decades, the C–H bond functionalization raised as a powerful tool for the rapid construction of C–C bonds et C–X bonds. This research work aimed to demonstrate new methodologies to access nitrogen-containing heterocycles from readily available substrates. First, we developed conditions providing dihydroquinolinone scaffolds via Rh(I)-catalyzed cascade reaction of alkylation – amidation of anilines. This process is facilitated by the use of trivalent phosphorus as a traceless directing group to selectively induce the ortho-C–H bond functionalization prior to N–P bond hydrolysis allowing the intramolecular amidation. In a second part, we reported a Rh(III)-catalyzed ortho-C–H bond functionalization of nitroarenes with diarylakynes and anhydrides. This cascade reaction delivered 3,3-disubstituted oxindoles in a single-step process. Notably, the reactivity is enhanced by using a rhodium complex (CpTMP*)Rh(III) [CpTMP* = 1-(3,4,5-trimethoxyphenyl)-2,3,4,5-tetramethyl-cyclopentadienyl] that we developed. The use of this Rh(III) catalyst was further extended for the ortho-heteroarylation of amides by C–H/C–H bonds couplings. Various bi(hetero)aromatics were synthesized under mild conditions using Rh(III) and Ag(I) as catalysts. Deep mechanistic investigations were disclosed for each reaction to highlight the catalytic pathway of these novel Rh-catalyzed transformations. | |||