Etude théorique de la structure et la réactivité d'agrégats mixtes d'organolithiens, Structure and reactivity of mixed organolithium aggregates-A theoretical study

Hassan Khartabil

Description

Sous la direction de Manuel Ruiz-Lopez
Thèse soutenue le 12 novembre 2008: Nancy 1
Ce travail se situe dans le contexte de la chimie des organolithiens, qui a fait l’objet de nombreuses études théoriques et expérimentales pendant ces dernières années. Il concerne plus particulièrement l’étude de la structure et de la réactivité des systèmes superbasiques monométalliques lithiés à l’aide de différents outils de la chimie théorique. Dans un premier temps, la dynamique moléculaire et les méthodes mixtes QM/MM ont été utilisées pour modéliser l’effet d’un solvant coordinant sur les différents types d’agrégats. Ensuite, le rôle de la solvatation sur la contribution entropique et enthalpique à l’énergie libre des agrégats n-BuLi, LiPM (LiPM= (S)-N-méthyle-2-pyrrolidine méthylate de lithium) et des agrégats mixtes n-BuLi / LiPM a été discuté en détail. Enfin, nous avons réalisé quelques calculs d’états de transition qui ont permis de discuter les mécanismes réactionnels possibles lors de la réaction de la 2-chloropyridine avec la superbase n-BuLi / LiPM dans différents solvants.
-organolithien
-superbase
-lithiation
-chimie théorique
-sélectivité
-DFT
-dynamique moléculaire
-effets de solvant
-QM/MM
-addition nucléophile
-agrégats
-aminoalcoolate
In this work, we report computational investigation intended to get a deeper insight on the structure and reactivity of organolithium compounds and the role of solvent on aggregation. Briefly, we have investigated : (1) The structure and the dynamics of simple aggregates in ethereal solvents. (2) The structure of n-BuLi, LiPM and mixed n-BuLi/LiPM aggregates in gas phase, hexane and THF. (3) The reaction mechanisms of n-BuLi/LiPM aggregates with pyridine making a comparison between the reaction rates for a-, ortho-metallation and nucleophilic addition. Several solvent models have been used. Molecular Dynamics simulations have been carried out using a previously developed QM/MM approach. Quantum mechanical calculations have been carried out at density functional theory and ab initio levels.
Source: http://www.theses.fr/2008NAN10102/document

Sujets

• Organolithien
• Chimie théorique
• Sélectivité
• Théorie de la fonctionnelle de la densité
• Dynamique moléculaire
• Addition nucléophile

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 102
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

AVERTISSEMENT

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Faculté des Sciences et Techniques
U.F.R. Sciences et techniques de la matière et des procédés
Ecole Doctorale Lorraine de Chimie et Physique Moléculaires SESAMES
Thèse
présentée en vue l’obtention du titre de
Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy I
Spécialité Chimie Informatique et Théorique
par
Hassan K. KHARTABIL
Etude théorique de la structure et de la
réactivité d’agrégats mixtes d’organolithiens
Soutenance publique le 12 novembre 2008
JURY
Président : Mr. Yves FORT Professeur, Université Henri Poincaré, Nancy, France.
Rapporteurs : Mr. Jean-François HALET Directeur de recherches, C.N.R.S., Rennes, France.
Mme Hélène GERARD Maître de Conférences, Université Pierre et Marie Curie,
Paris 6, France.
Examinateurs : Mr. José I. GARCÍA Laureiro Chercheur CSIC, Université de Zaragoza, Espagne.
Mr. Philippe GROS Directeur de recherches, C.N.R.S., Nancy, France.
Mr. Manuel RUIZ-LÓPEZ Directeur de recherches, C.N.R.S., Nancy, France.
Équipe de Chimie et Biochimie Théoriques, Unité Mixte de Recherche CNRS-UHP 7565
Faculté des Sciences et Techniques, BP 239 - 54506 Vandœuvre-lès-Nancy Cedex




Au tout début, il y eut celui qui possédait la graine d’idée. Ma tête devint son coton
humide…
Ensuite il y eut ceux qui offrirent un jardin et celui qui accepta d’arroser jour après jour cette graine
devenue plantule.

Comme dans toutes les histoires heureuses de graines, il y eut un soleil, une terre fertile avec
des petits vers travailleurs, il y eut même des abeilles pour venir butiner les premières fleurs et
féconder les premières idées… Il y eut la pluie et puis le beau temps.

Parfois il y eut du vent, mais jamais vraiment d’orage… plusieurs fois, il y eut des
papillons… Décidément, cette graine était bien tombée.

Aujourd’hui je tiens dans mes mains un petit fruit encore vert que je ne finirai peut-être pas
de mûrir…

Ne me demandez pas comment cela a pu fonctionner, c’est beaucoup trop compliqué !
Je sais qui est la graine, je sais qui est la pluie, je sais qui est l’abeille… leurs noms sont bien rangés
dans ma tête… A tous ceux-là je dis merci !




























Remerciements



Monsieur Manuel RUIZ-LÓPEZ, Directeur de Recherche CNRS, a dirigé mes travaux de
recherche avec la conviction, les qualités pédagogiques et l’enthousiasme communicatif dont il sait
faire preuve. C’est à la fois un privilège et une expérience exceptionnelle que d’avoir pu bénéficier de
ses conseils. Cette thèse doit beaucoup à son soutien et à ses encouragements. Merci.

Je remercier Monsieur le Professeur Yves FORT, pour qui j’ai une grande admiration, me fait
l’honneur de présider le jury et de m’annoncer personnellement l’obtention de titre de Docteur.

J'exprime ma sincère gratitude à Monsieur Philippe GROS, Directeur de Recherche CNRS, tout
d’abord pour son épaulement tout au long de cette thèse, ensuite pour toutes ses remarques
pertinentes, pour nos longues discussions et pour tout le reste…

J’adresse tout mes respects aux Monsieur Jean-François HALET, Directeur de Recherche CNRS,
qui a été rapporteur de ce travail. Un scientifique de grand valeur et son présence dans le jury m’a
particulièrement touché.

J’aimerais remercier tout particulièrement Madame Hélène GERARD, Maître de Conférences,
Université Pierre et Marie Curie, qui a été rapporteur de ce travail, pour ses fructueuses
discussions, pour ces travaux et pour l’intérêt qu’elle a porté a mon travail.

Merci également à Monsieur José I. GARCÍA Laureiro, chercheur à l’Université de Zaragoza,
C’est un grand plaisir pour moi qu’il ait accepté d’examiner ce travail.

Je remercie vivement Monsieur le Professeur Jean-Louis RIVAIL pour l’attention qu’il a portée à
mon travail.

Mes remerciements vont également à Madame Marilia T. C. Martins-Costa, Ingénieur de recherche
CNRS, pour m’avoir aidé à réaliser les simulations QM/MM, qui ont fortement contribué à
l’originalité de cette thèse.

Merci également aux personnes que j’ai eu la chance de côtoyer durant ces années : Monsieur
Daniel RINALDI, Monsieur Alain CARTIER, Xavier et Gérald ainsi que l’ensemble les membres
de l'équipe CBT.

Merci à tous les amis rencontrés à l’université: Saron, Delphine, Eddy, Yohann, Jean-Paul, Adèle,
Elise, Olexandr, Al'ona, Jennifer pour leur gentillesse et leur amitié.

Je n’oublie pas abo aubay et ... Un très grand merci à vous que je ne cite pas ici « mes chers amis »
d’avoir partagé avec moi les bons et les mauvais moments. Vos noms sont bien rangés dans mon
cœur et je serai toujours présent pour vous.

Un remerciement particulier à ma famille qui a toujours su m'épauler et me guider avec durant les
moments difficiles et les remises en question. J’espère que vous êtes fier de moi.

MERCI A TOUS !

SOMMAIRE
Lexique……………………………………………………………………...…iii
Avant propos………………………………………………………..…………..1
Chapitre 1 : Introduction……………………………………………..……….3
1.1 Bases et superbases en synthèse organique……………………………………...…………6
1.1.1 Bases classiques……………………………………………………..…………...7
1.1.2 Superbases…………………………………………………………..…………..14
1.2 Lithiation de la pyridine………………………………………………………..…………17
1.2.1 Lithiation par des bases classiques……………………………………………...17
1.2.2 Lithiation par des superbases…………………………………………….......…19
1.3 Objectifs de ce travail …………………………………………...……………………….20
Références.……………………………………………………………………………………22
Chapitre 2 : Méthodes de calcul utilisées…………………………………….31
2.1 Résumé …………………………………………………………………..………………34
2.2 Méthodes DFT………………………………………………………...…………………35
2.3 Modèles implicites de solvant..………………………………...………………….…….36
2.4 Modèles explicites de solvant…………………………...……………………………….37
2.5 Champ de force QM/MM………………………………………………………………..39
Références.………………………………………………...………………………………….43
i Chapitre 3 : Etude par dynamique moléculaire QM/MM d’agrégats
modèles RLi et RLi/ROLi dans un solvant éthéré………………..…………47
3.1 Résumé…………………………………………...……………………………………….49
3.2 Simulation d’agrégats RLi……………………………..…………………………………51
3.3 Simulation d’agrégats RLi/ROLi…………………………..……………………………..67
Chapitre 4 : Etude de la structure et de la réactivité d’agrégats de type n-
BuLi / Aminoalcoolate de Lithium………………………………...................99
4.1 Résumé……………………………………………………………………….….……....101
4.2 Effets du solvant sur l’agrégation des superbases n-BuLi/LiPM ……..……….…..…...103
4.3 Réactivité des superbases n-BuLi/LiPM…………………………………………...……137
Conclusions.………………..……………………………………………....…151
ii LEXIQUE
Composés
DABCO 1,4-diazabicyclo[2,2,2]octane
DEE diéthyléther
diméthyléther DME
DoM directed ortho-metallation.
GoD groupe orthodirecteur
diisopropylamidure de lithiumLDA
LiCKOR superbase Lochmann-Schlosser n-BuLi/t-BuOK
LiDMAE diméthylaminoéthylate de lithium
(S)-N-méthyl-2-pyrrolidineméthylate de lithiumLiPM
LTMP 2,2,6,6-tétraméthylpipéridylamidure de lithium
N,N,N’,N’’,N’’-pentaméthyldiéthylènetriaminePMDTA
TMEDA N,N,N’,N’-tétraméthyléthylènediamine
Méthodes
AIM Atom In Molecules
Becke88 Becke (1988) exchange functional
Becke’s 3-parameter hybrid functional using the Lee-Yang-Parr correlation B3LYP
functional.
BSSE Basis Se