Catalyse à l'Or(I/III)

262 Pages·2015·8.49 MB·French

UNIVERSITÉ DE STRASBOURG

ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES CHIMIQUES
Institut de Chimie, UMR 7177

THÈSE

présentée par :
Marie HOFFMANN

soutenue le : 26 juin 2015

pour obtenir le grade de :
Docteur de l’université de Strasbourg
Discipline/ Spécialité : Chimie

Catalyse à l’Or(I/III) : de la Réactivité au
Catalyseur, en passant par l’Analyse
Structurale

THÈSE dirigée par :

Mr BLANC Aurélien Chargé de recherche, Université de Strasbourg
Mr PALE Patrick Professeur, Université de Strasbourg

RAPPORTEURS:

Mr NOLAN Steven P. Professeur, University of St Andrews (GB)
Mr ALEXAKIS Alexandre Professeur, Université de Genève (CH)

« Because I love Gold »
A. S. K. Hashmi, 09/20/2013 Strasbourg

Remerciements

Je souhaite tout d’abord sincèrement remercier le Pr. Steven P. Nolan, le Pr. Alexandre Alexakis et
le Dr. Joseph Moran, pour avoir accepté de juger ce travail de thèse. C’est un grand honneur. Merci
également au Pr. A. Stephen K. Hashmi, qui avec le Dr. Joseph Moran, avait accepté d’évaluer mes
recherches à mi-parcours.

Un grand merci à mon « big boss » Pr. Patrick Pale, qui m’a ouvert les portes de son laboratoire il y
a 6 ans déjà et qui m’a donné mon premier cours de chimie organique en 2007 ! C’est une petite famille
que nous avons bâtie au fil des années. Entre grandes accolades et désaccords, nous avons vécu des milliers
de choses qui resteront gravées en moi, m’ont appris et fait grandir. Je te serai éternellement
reconnaissante pour tous ces moments et resterai profondément admirative de ta gargantuesque culture
et de tant d’autres choses.
Je souhaite ensuite exprimer ma plus profonde gratitude au Dr. Aurélien Blanc… les mots me
manquent à ton égard chef. Tu as été pour moi bien plus que l’entendement ne pouvait l’imaginer, un chef,
un guide, un conseiller, un père, un frère, un ami, un confident, une épaule, un soutien, un sauveur parfois
(!!)… je remercie la vie de t’avoir placé sur mon chemin. Il m’est presque douloureux de t’écrire aujourd’hui
puisque je me rends compte que tout cela sera vraiment bientôt fini. Nos caractères auront fait bien des
étincelles dans tous les sens du terme, des éclats de rire aux éclats de voix. Merci pour ta patience et pour
m’avoir poussée à être meilleure jour après jour, sans toi, rien de tout cela n’aurait été possible. Tu garderas
toujours une place bien particulière dans mon cœur. Du plus profond de moi, pour TOUT, merci Auré.

Mes pensées vont ensuite à tous les gens que j’ai pu croiser au laboratoire et qui ont tous, chacun
à leur façon, rendu ces années incroyables et inoubliables.
À mon p’tit Kiki. Je suis si heureuse d’avoir pu travailler ces quelques années à tes côtés et d’avoir
partagé avec toi bien plus qu’un bench ou un évier ! Ta bonne humeur à toute épreuve est un bol d’air frais
permanent, tes rires me manqueront terriblement. Merci pour ton soutien de chaque jour, pour m’avoir
supportée (ce qui n’a pas toujours dû être simple !) et pour tous ces moments. Tu es un petit bout de femme
génialissime et une chimiste promise à un bel avenir. Je suis et resterai admirative de ta volonté de fer à
t’accrocher seule, chaque soir, à cette paillasse, ne lâche rien, l’harmalidine tu vaincras !
À mon premier collègue Kern. Sans nul doute la plus explosive de mes rencontres ! Si ça n’a pas
toujours été simple, nous avons vécu cul à cul de belles années ! Tu es certainement le plus jeune savant
i
fou qu’il m’ait été donné de côtoyer et je ne peux qu’espérer un jour avoir la moitié de ta culture
scientifique. Je te souhaite une infinie réussite dans tout ce que tu entreprends.
À Hub. Sans nul doute la plus « bizarre » de mes rencontres ! Si tes mots se font souvent rares, ton
esprit hors du commun fait de toi un homme à part. J’ai beaucoup apprécié partager ces trois années à tes
côtés, le labo, les pots et la SECO (!). Je me demanderai toujours comment ton incarnation du calme absolu
a fait pour supporter l’énergumène que je suis ! Tu es une belle personne et je te souhaite le meilleur.
À Soph, ma blondasse. Si nichée dans ton trou au fond du couloir, il nous aura fallu pas mal de
temps pour faire connaissance, nous avons rapidement rattrapé le temps perdu ! Chaque moment passé
ensemble est toujours un grand moment. Les meilleures caïpi du monde n’ont pas la même saveur sans
Auré et toi ! Ma vomit free, j’ai déjà hâte de notre prochaine soirée.
À Andréa. Cela fait maintenant plusieurs années que tu es partie mais ta rencontre a fait naître
beaucoup de choses en moi. J’espère réussir à devenir au moins un petit peu de la superbe femme et grande
chimiste que tu es. Notre dernière soirée à danser sur mon bureau restera gravée en moi à jamais. Que la
vie t’apporte ce qu’il y a de mieux.
À JM, ce grand fou ! Je t’accorde le titre de la plus barrée de mes rencontres ! Ça a été un honneur
de pouvoir évoluer toutes ces années à tes côtés. Tu es un professeur hors norme dont j’ai adoré suivre les
cours et tes conseils sont toujours des meilleurs, pour ceux qui ont appris à décrypter le Weibelien !
Enseigner sous ta tutelle a été incroyablement formateur. Pour toutes ces années et pour ta bonne humeur
toujours contagieuse, merci.
Je n’ai bien sûr pas la place pour que chacun ait son petit paragraphe (bah oui 6 ans c’est long),
mais un grand merci à tous ceux que le LASYROC m’a permis de rencontrer. À Aurélien Alix, sans qui je
n’aurais même pas osé poser un pied au laboratoire et qui est d’une bonne humeur sans faille, tes étudiants
ont de la chance. À Julie R. sa chère et tendre, qui a été ma première encadrante de stage il y a bien des
années et qui depuis n’a eu de cesse de m’encourager. À grand Tom et Horse, dont le côté décalé m’a fait
tant rire. À Flo, qui a amené beaucoup de vie au laboratoire. À Béa, pour avoir elle aussi dansé sur le bureau
et dédicacé le plafond. À Ani, avec qui j’ai partagé toutes ces années. À Mamy, car comme moi elle est une
grognasse(!). À Julie O., la plus belle des cAnasses. À Dieu, ses mocassins et ses chaussettes blanches, avec
qui j’ai passé une ou deux mémorables soirées. À Pit, ce cerveau ambulant. À Wimmer et à sa bonne humeur
(!). À Allan, Bob et José, que je connais peu mais à qui je souhaite de réussir. À Manon, la plus canon des
stagiaires, qui a enduré avec le sourire tout ce que je lui ai demandé ! Bravo pour ça, tu m’as impressionnée.
À Valérie, dont la douceur est toujours si agréable dans ce monde de brutes. À PDF, pour ses conseils avisés.
À tous les professeurs croisés au fil des années et grâce à qui j’en suis arrivée là. Une dédicace spéciale à
(super)Momo pour sa bonne humeur, ses conseils et pour le prix du fair-play (!), ainsi qu’à Lionel, Bruno et
les membres du magasin (surtout Georges et Lydia). Enfin, à tous les autres que je n’ai pas cités…
ii
J’aimerais à présent remercier toutes ces personnes que 8 ans, 9 mois et 26 jours de chimie m’ont
permis de rencontrer et qui sont devenus mes amis, des piliers de ma vie et ma famille.
À toi ma Bella. Tu es une partie intégrante de moi et l’une des plus belles parties. Ton soutien
indéfectible, ta présence, tes rires, tes mots, ta folie… Tu m’as permis d’avancer chaque jour et aidé à garder
la tête haute. Je te serai éternellement reconnaissante d’être dans ma vie. Tu es une femme incroyable.
Merci Pri d’être là, d’être ma personne.
À Boulou. Ton amitié et ton soutien ont été à toute épreuve. Tu as toujours su me tirer vers le haut,
me faire avancer et me redonner le sourire. Avoir partagé la fac, la chimie, le RU, les apéros, les soirées, les
fous rires, les conneries, les bonnes choses comme les moins bonnes, Rome, Gérardmer, Lyon, Nancy … a
tant contribué à faire de ces années des moments de vie inoubliables, merci pour tout ça. J’espère qu’il y
en aura tant d’autres. Nul doute que tu gagneras la bataille de la vie.
À Mat. Tu es une personne avec un très grand cœur, merci de m’y avoir fait une place. Nous aurons
beaucoup ri et je suis admirative de ce que tu es. Si tu manques parfois de confiance en toi, j’aimerais que
tu te voies au travers de mes yeux et alors tu verrais à quel point c’est insensé. Ne change rien, tu feras
partie de ces grands hommes.
À Miloude. L’une de mes premières rencontres et l’une de mes premières supportrices. Si les
kilomètres nous séparent aujourd’hui, j’ai gravé tous nos moments au plus profond de moi pour que jamais
leurs souvenirs ne se floutent. Tu as été ma moitié et le chemin parcouru ensemble n’a été qu’une
succession de moments géniaux. Infiniment merci de m’avoir soutenue et d’avoir été auprès de moi.
À Julie (barbie piche !), ma bombasse. Cette fois l’une de mes dernières trouvailles ! Mais peu de
temps ont suffi à faire naitre cette belle alchimie que nous partageons. À ta charrette ma belle, je serai
toujours là pour t’aider à la tirer ou à la rafistoler quand ce sera nécessaire.
Tout ce chemin parcouru n’aurait pas pu être fait sans mes amis les plus chers et les plus fidèles. À
Seb, qui me fait tant rire, qui veille toujours sur moi d’un œil attentif et protecteur et avec qui j’ai partagé
tellement de bons moments. Clin d’œil aussi à AnneMa sa future femme, que votre vie soit merveilleuse. À
ma gaufre, sa chérie et son petit bout. Tu es mon frère de cœur et ta présence et ton soutien me permettent
d’avancer chaque jour, merci Nico. À Vanes, avec qui j’ai fait mes premières conneries et qui est devenue
une femme incroyable. Longue vie à ton demi toi et Alex. À mon autre Miloude, qui est la femme la plus
forte qu’il m’ait été donné de rencontrer et dont la fierté à mon égard est sans pareille. À Matteo, cet
homme douteux rital et fêtard jusqu’au bout des ongles. À Céline et à son amitié qui traverse les années. À
Julie R., une pépite de femme que j’admire.
À tous ceux qui comptent beaucoup pour moi et qui partagent ma vie : Mike, Fab, Cécilia, Yann L.,
Guiz, Charline, Mèl, Karima, Mirloup, Lepage, Delphine, Lulu, Cécilou, Drèd, Claudia, Franck, Laure, Juju et
iii
Sarah. À ceux que je ne vois malheureusement plus mais qui ont beaucoup compté et finalement contribué
à tout ça : Sou, Yann F., Peltier, Skippy, Cochon., Wesh, Vanina, Claire, Mag, Marie-Laure, Hervé, Baylich,
Steve H., Arnaud… Et enfin à tous ceux que j’ai dû oublier…

Mes derniers mots iront à ma famille « de sang ». Je remercie mes frères et sœurs. À Julien, que je
croise plus souvent en soirée qu’aux repas de famille. À Justine, avec qui j’ai partagé le plus de temps et à
qui je souhaite la réussite. À Camille, qu’il m’a fallu 11 ans pour retrouver mais que j’aime et admire
profondément. À Arthur, mon boubou d’amour à la gueule d’ange. Je leur souhaite tout ce qu’il y a de
meilleur et bien plus. Merci à ma mère, qui est celle qui a partagé toutes mes années et à Didier de prendre
soin d’elle et d’Arthur. J’adresse également mes sincères remerciements à mes grands-parents, qui ont
toujours voulu le meilleur pour moi. Merci aussi à mon oncle et parrain, qui est un homme et un père dont
je suis très fière et qui m’a permis d’avoir deux très jolies cousines. Pour finir, je tiens à adresser quelques
mots à ma famille espagnole, mais tout particulièrement à pépé et mémé, qui m’ont ouvert leur cœur.

Encore merci aux membres du jury. À tous les autres, je vous aime, longue et belle vie à nous !!!

Marie

P.S. : Un énorme merci à Mat, Julie et Kiki, sans qui ce manuscrit n’aurait sûrement pas vu le jour avant un
bon moment… !

iv
Introduction générale

Notre laboratoire, qui avant la période du « gold rush » s’intéressait déjà aux propriétés
catalytiques des métaux de la monnaie cuivre et argent, a décidé de s’immiscer dans cette ruée face au
potentiel de découvertes. Si l’or, sous sa forme cationique, fait actuellement figure de référence en termes
d’acide de Lewis π (carbophilie), son utilisation en tant qu’acide de Lewis σ (aza-, oxophilie) est moins
répandue. C’est donc dans ce contexte que mes travaux ont débuté. Ils ont eu pour but de continuer à
révéler et à mettre en avant le potentiel des catalyseurs d’or, grâce à la découverte de nouvelles réactions
permettant d’obtenir des motifs d’intérêt à forte valeur ajoutée, présents dans le domaine
pharmaceutique.

Pourtant et comme nous allons le voir, l’ensemble des recherches effectuées et présentées dans
ce manuscrit découle de l’étude d’une seule réaction, qui avait déjà été mise au point au laboratoire. Ainsi,
la volonté de valoriser le produit issu de cette réaction nous a conduits à la cyclisation de Nazarov. Les divers
éléments qui ont émané de cette première étude, nous ont ensuite permis de mener des recherches dans
différentes directions.

Pour présenter le contexte, le Chapitre 1 fait un point sur l’essor de la catalyse à l'or sur les
différentes propriétés liées à sa forme cationique de charge +1 et +3, ainsi que sur l’impact en chimie
organique. La réaction de Nazarov y est également introduite et illustrée.

La première partie du Chapitre 2 est consacrée à l’étude de la réaction de Nazarov par catalyse à
l’or. Elle met en exergue la capacité de l’or(I/III) à agir comme acide de Lewis σ, permettant alors d’obtenir
des cyclopenténones. Afin d’obtenir ces composés de façon toujours plus efficace, les deux autres parties
de ce chapitre sont consacrées à la mise au point de réactions en cascade. Ces transformations, qui
combinent plusieurs étapes de catalyse en une seule et même réaction, visent à réduire le nombre d’étapes
globales pour synthétiser des cyclopenténones. Par ailleurs, elles permettent de démontrer le potentiel de
l’or comme catalyseur multifacette, c’est-à-dire comme une espèce capable de combiner des réactivités à
la fois π et σ.

L’efficacité de l’or cationique à promouvoir la cyclisation de Nazarov, a ensuite guidé notre volonté
de mettre au point une version asymétrique de cette réaction. Les résultats obtenus sont présentés dans
le Chapitre 3. Si nos efforts se sont tout d’abord concentrés sur cet aspect, les difficultés rencontrées nous
ont conduits à réorienter nos objectifs. Ainsi, dans un second temps et parce que sur ce point les exemples
v
sont rares, nous nous sommes attelés à développer un nouveau type de catalyseurs chiraux d’or(III). La voie
de synthèse employée pour tenter d’y accéder nous a finalement permis d’obtenir les premiers exemples
de complexes chiraux d’or(I) et d’argent(I), basés sur des carbènes N-hétérocycliques portant un bras
oxazoline.

Dans le Chapitre 4, nous allons voir comment un sous-produit, issu d’une des étapes utilisée lors
de la synthèse des cyclopenténones, nous a permis de mettre au point une nouvelle réaction. Un
réarrangement d’acyloxy alcynylcétones catalysé à l’or(I) a ainsi été développé, pour obtenir des acyloxy
furanes trisubstitués.

Au cours de ces différentes études, des divinyl cétones et des furanes, comportant tous deux des
doubles liaisons trisubstituées, ont été synthétisés. Si dans le premier cas, la diastéréoisomérie de cette
insaturation a dû être déterminée, dans le second, c’est la régioisomérie qui a dû être résolue. Alors que
les méthodes de résonnance magnétique nucléaire, dites « classiques » ou « de routine », permettent
parfois de résoudre ces questions, il nous est apparu nécessaire de trouver une technique permettant d’y
répondre de façon plus affirmative. Ainsi, le Chapitre 5 présente comment la résonnance magnétique
nucléaire sélective J-résolue hétéronucléaire nous a permis de résoudre des problèmes d’attribution de
structure lorsqu’une oléfine trisubstituée est impliquée. Outre nos objectifs initiaux, qui concernaient les
divinyl cétones et les furanes, la technique a pu être étendue à d’autres composés connus pour avoir
soulevé des interrogations dans la littérature, tels que les dérivés de flavonoïdes, les aurones et les lactones.

Pour finir, le Chapitre 6 est consacré à la description des composés retrouvés dans ce manuscrit.
Une conclusion générale permet de résumer les principaux travaux effectués au cours de cette thèse.

vi