"Vers de nouvelles approches durables pour construire des liaisons carbone-carbone"

Jury :

Mme Rym ABIDI, Rapporteure, Faculté des sciences de Bizerte - Université de Carthage
M. Anis TLILI, Rapporteur, ICBMS, CNRS, Université Claude-Bernard Lyon 1
M. Guillaume BERIONNI, Examinateur, Université de Namur
M. Hatem MAJDOUB, Examinateur, Faculté des sciences de Monastir - Université de Monastir
M. Yves Canac, Examinateur, LCC, CNRS, Université Paul Sabatier de Toulouse
M. Sami LAKHDAR, Directeur de thèse, LHFA, CNRS, Université Paul Sabatier de Toulouse
M. Jamil KRAIEM, Co-directeur de thèse, Faculté de pharmacie

Résumé :

Le travail présenté dans cette thèse aborde de nouvelles méthodologies pour la formation de liaisons carbone-carbone. Tout d'abord, nous avons mis au point une nouvelle approche synthétique respectueuse de l'environnement pour les cétones aromatiques. Deuxièmement, nous avons développé une transformation catalytique coopérative (métathèse/photoisomérisation) permettant un accès facile aux oléfines de type Z à partir du catalyseur Grubbs de deuxième génération, sélectif pour les oléfines de type E. Dans la troisième partie de notre travail, nous avons conçu une nouvelle méthodologie catalytique (catalyseur au palladium/photoisomérisation) permettant un accès aisé aux vinylsilanes de type Z.

Les cétones aromatiques sont largement utilisées comme précurseurs clé dans la fabrication de produits pharmaceutiques, d'insecticides, de cosmétiques et d'autres produits chimiques. Traditionnellement, ces composés sont produits par l'acylation d’arènes dans laquelle des chlorures d'acyle et des anhydrides sont fréquemment utilisés comme agents d'acylation. Ce processus implique l'utilisation de catalyseurs type acides de Lewis forts tels que l'AlCl3, le ZnCl2 et le TiCl4.

Cependant, en raison de la basicité de Lewis des cétones, l'utilisation d'une quantité stoechiométrique ou plus d'un acide de Lewis est nécessaire pour la préparation de ces composés, ce qui pose un problème en raison des importantes quantités de déchets générées.

Dans cette partie de notre travail, nous avons développé une version catalytique de cette réaction permettant un accès facile aux cétones aromatiques en utilisant un solvant vert, (le carbonate de propylène) et en favorisant l'utilisation de catalyseurs disponibles, peu coûteux et à faible toxicité, tels que les sels ferriques, en quantités catalytiques (5 % en moles). Cette méthode est économique et respectueuse de l'environnement.
Deuxième projet : La métathèse croisée des oléfines est l'une des approches les plus puissantes et pratiques pour la formation de doubles liaisons carbone-carbone. La stéréosélectivité des alcènes est principalement gouvernée par la structure du catalyseur.

Par exemple, le catalyseur de deuxième génération de Grubbs, couramment appelé benzylidène-[1,3-bis(2,4,6-triméthylphényl)imidazolidin-2-ylidène]-dichloro-ruthénium , est connu pour conduire à la formation exclusive des alcènes de type E . Dans ce travail, nous avons démontré que l’isomère contra-thermodynamique (Z) peut être facilement obtenus en combinant simplement le catalyseur de métathèse avec un photosensibilisateur organique. Des études mécanistiques expérimentales et computationnelles ont été menées et nous ont permis de proposer un mécanisme réactionnel de cette réaction inédite.

Le dernier projet de cette thèse consiste à développer une réaction d’hydrosilylation catalytique des alcynes. En effet, en couplant un catalyseur au palladium avec un photosensibilisateur organique sous lumière visible, nous avons pu accéder à un large panel de vinylsilanes de type E. Cette nouvelle stratégie offre un moyen simple et efficace d'obtenir ces substances précieuses, ouvrant de nouvelles perspectives en chimie de synthèse et des applications potentielles dans d'autres industries.

Abstract:

The work presented in this thesis addresses new methodologies for the formation of carbon- carbon bonds. Firstly, we developed a new environmentally friendly method to access aromatic ketones. Secondly, we devised a cooperative catalytic transformation (metathesis/photoisomerization) enabling easy synthesis of Z-type olefins from the second- generation Grubbs catalyst, selective for E-type olefins. In the third part of our work, we designed a new catalytic methodology (palladium/photoisomerization catalyst) allowing easy access to Z-type vinylsilanes.
First project: Aromatic ketones are widely used as key precursors in the production of pharmaceuticals, insecticides, cosmetics, and other chemicals. Traditionally, these compounds are produced through the acylation of arenes, where acyl chlorides and anhydrides are frequently used as acylating agents. This process involves the use of strong Lewis acid catalysts such as AlCl3, ZnCl2, and TiCl4.

However, due to the Lewis basicity of ketones, the use of stoichiometric amounts or more of a Lewis acid is necessary for the preparation of these compounds, leading to a problem due to the significant amounts of waste generated.

In this part of our work, we developed a catalytic version of this reaction, allowing easy access to aromatic ketones using a green, non-toxic, recyclable, and biodegradable solvent (propylene carbonate) and promoting the use of readily available, inexpensive, and low- toxicity catalysts such as ferric salts, in catalytic amounts (5% by moles). This method is economical and environmentally friendly.

Cross-metathesis of olefins is one of the most powerful and practical approaches for the formation of carbon-carbon double bonds. The stereoselectivity of alkenes is primarily governed by the catalyst's structure. In the second part of my PhD work, we demonstrated that the contra-thermodynamic isomer (Z) can be easily obtained by simply combining the metathesis catalyst with an organic photosensitizer. Experimental and computational mechanistic studies were conducted, allowing us to propose a reaction mechanism for this unprecedented reaction.

The final project involves developing a catalytic hydrosilylation reaction of alkynes. By coupling a palladium catalyst with an organic photosensitizer under visible light, we were able to access a wide range of E-type vinylsilanes. This new strategy provides a simple and efficient tool of obtaining these valuable substances, opening new perspectives in synthetic chemistry.