Synthesis, properties and characterization of N-Alkyl substituted b-Diketiminato copper(I) Complexes

Abstract

Le ligand nacnacxylH (xyl = C6Me2H3) et les ligands dikétimines N-alkyle substitués (nacnacCH(Me)PhH, nacnacBnH and nacnaciPrH) ont été préparés avec de bons rendements à l’exception du nacnaciPrH (23%) en utilisant un protocole en une étape et à l’aide d’un montage Dean-Stark. La réaction du S,S-nacnacCH(Me)PhH et du nacnacBnH avec le nBuLi dans le THF conduit au S,S-nacnacCH(Me)PhLi(THF) et au nacnacBnLi(THF). Les tentatives de bromation de ces composés par le N-bromosuccinimide conduisent plutôt aux ligands S,S-succnacnacCH(Me)PhH et succnacnacBnH (succ = succinimido) substitués par un groupement succinimido sur le carbone  La chloration par le N-chlorosuccinimide conduit au produit désiré, mais avec des impuretés. La réaction de ces ligands avec le CuOtBu (ou bien MesCu, où Mes = C6Me3H2, et une quantité catalytique de CuOtBu) en présence de bases de Lewis donne les (nacnacxylCu)2(-toluène), nacnacxylCuCNC6H3(Me)2, nacnacCH(Me)PhCuL (L = PPh3, PMe3, CNC6H3(Me)2, DMAP, lutidine, Py, MeCN), nacnacBnCuL (L = PPh3, CNC6H3(Me)2, styrène, trans-stilbene, phenylvinylether, acrylonitrile, diphenylacetylène), nacnaciPrCuL (L = PPh3, CNC6H3(Me)2, MeCN) et le succnacnacCH(Me)PhCuL (PPh3, CNC6H3(Me)2, pyridine). Tous ces complexes sont jaunes et sensibles à l’air et à l’humidité. En l’absence de fortes bases de Lewis, on n’observe pas de réaction entre les précurseurs de cuivre et les ligands N-alkyle substitués. Les études RMN des complexes dans le C6D6 ne présentent pas de complexe de toluène mais un mélange à l’équilibre du (nacnacxylCu)2(-C6D6) et nacnacxylCu(C6D6) dans une proportion de 2 pour 1. Alors que l’addition de plus de cinquante équivalents soit de THF, soit de toluène n’induit aucun changement des spectres RMN, l’addition de 2 équivalents de MeCN conduit instantanément au complexe nacnacxylCu(MeCN). De plus, le (nacnacxylylCu)2(-C6D6) ne se coordone ni ne réagit avec le N2O, même après avoir été chauffé à 60°C pendant treize jours. En présence de DPA (diphenylacétylène), la réaction du nacnacBnH avec le CuOtBu conduit au dimère ponté (nacnacBnCu)2(µ-DPA). L’addition d’un excès de DPA (10-12 équivalents) transforme le dimère ponté en complexe lié en position terminale nacnacBnCuDPA. Les nacnacRH (R = CH(Me)Ph et i-Pr) ne forment pas de complexe ni avec les oléfines ni avec le DPA. Une réactivité similaire a été observée avec les complexes de nacnacCH(Me)PhCu(NCMe) et nacnaci-PrCu(NCMe). Tandis que le complexe lié en position terminale par MeCN a été isolé et caractérisé, l’équilibre en solution nous laisse suspecter la formation d’un complexe d’acétonitrile ponté. Des études de réactivité comparatives ont été menées sur quelques complexes de cuivre. La Morpholine ne réagit pas avec le nacnacBnCu(acrylonitrile) contrairement à l’acrylonitrile libre. L’expérience de l’échange d’oléfine montre que l’acrylonitrile (une oléfine électro-attractrice) se lie plus fortement que les autres oléfines, mettant ainsi en évidence l’importance de la rétrodonation  face à la donation La rétrodonation est cependant faible comparée aux autres complexes de styrène structurellement caractérisés. Les complexes nacnacCH(Me)PhCuL (L = PPh3 et MeCN) ont été employés dans la cyclopropanation catalytique du styrène et dans l’addition conjuguée du ZnEt2 sur la 2-cyclohexénone, mais les résultats indiquent que le ligand dikétimine est éliminé avant son entrée dans le cycle catalytique. Par conséquent, il n’y a pas d’induction chirale. Les complexes tétra coordinées de cuivre avec les nacnacRCu(phen) (R = Bn, CH(Me)Ph et Phen = 1,10-phenanthroline, 2-Mes-1,10-phenanthroline, 2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline (dmp) et 2,9-diphenyl-1,10-phenanthroline (dpp)) ont été synthétisés. Ces complexes sont d’une intense couleur bleue et des interactions d’empilement entre l’un des cycles phényle des ligands nacnac et la phénanthroline ont été observées dans les structures à l’état solide. Les mesures en absorption UV-visible ont été effectuées dans le toluène et les bandes MLCT sont déplacées vers le rouge par rapport à celles des complexes de cuivre et bisphénanthroline. Tous ces composés émettent à l’état solide mais les complexes 1,10-phenanthroline et 2-Mes-1,10-phenanthroline n’émettent pas en solution. Pour renforcer les interactions d’empilement , les nouveaux ligands nacnacRH (R = CH2C6H2(OMe)3, CH2C6F5) et leurs complexes de cuivre respectifs ont été préparés avec du dmp et dpp. Afin de permettre la comparaison, le nacnaciBuCu(dmp) a été synthétisé. Alors que les complexes dmp montrent une augmentation des interactions intramoléculaires - avec les substituants phényle du ligand dikétimine et de la phénanthroline, les complexes dpp ne révèlent pas de telles interactions. Les complexes perfluorés montrent, en absorption et en émission, un déplacement significatif vers le bleu, alors que les complexes substitués par un groupements isobutyle présentent des transitions déplacées vers le rouge. Alors que les intensités de luminescence et les durées de vie sont faibles, les déplacements réduits de Stokes et les pics étroits de luminescence comparables indiquent une réduction des distorsions de l’état excité.

The ligand nacnacxylH (xyl = C6Me2H3) and the N-alkyl substituted diketimine ligands (nacnacCH(Me)PhH, nacnacBnH and nacnaciPrH) have been prepared in good yields except nacnaciPrH (23%) using a one-step procedure with the help of a Dean-Stark apparatus. Reaction of S,S-nacnacCH(Me)PhH and nacnacBnH with nBuLi in THF gave S,S-nacnacCH(Me)PhLi(THF) and nacnacBnLi(THF). Attempts to brominate these THF adducts with N-bromosuccinimide gave instead the -carbon substituted succinimido ligands S,S-succnacnacCH(Me)PhH and succnacnacBnH (succ = succinimido). Chlorination with N-chlorosuccinimide, afforded the desired product albeit with significant amounts of impurities. Reaction of these ligands with CuOtBu (or MesCu and catalytic amounts of CuOtBu, Mes = C6Me3H2) in the presence of Lewis bases gave (nacnacxylCu)2(-toluene), nacnacxylCuCNC6H3(Me)2, nacnacCH(Me)PhCuL (L = PPh3, PMe3, CNC6H3(Me)2, DMAP, lutidine, Py, MeCN), nacnacBnCuL (L = PPh3, CNC6H3(Me)2, styrene, trans-stilbene, phenylvinylether, acrylonitrile, diphenylacetylene), nacnaciPrCuL (L = PPh3, CNC6H3(Me)2, MeCN) and succnacnacCH(Me)PhCuL (PPh3, CNC6H3(Me)2, pyridine). All complexes are yellow and sensitive to air and moisture. There was no reaction between the copper precursors and the N-alkyl substituted ligands in the absence of strong Lewis bases. NMR studies of the complex (nacnacxylCu)2(-toluene) in C6D6, showed no toluene adduct but an equilibrium mixture of (nacnacxylCu)2(-C6D6) and nacnacxylCu(C6D6) in a ratio of 2:1. While addition of up to 50 equiv of either toluene or THF did not cause any significant change in the 1H NMR spectrum, addition of 2 equiv MeCN gave instantaneously the nacnacxylCu(MeCN) complex. In addition, (nacnacxylylCu)2(-C6D6) did not coordinate or react with N2O even after heating at 60 oC for thirteen days. In the presence of DPA (diphenylacetylene), reaction of nacnacBnH with CuOtBu yields the bridged dimer (nacnacBnCu)2(µ-DPA). Addition of excess DPA (10-12 equiv) converts the bridged dimer to the terminally bound complex nacnacBnCuDPA. NacnacRH (R = CH(Me)Ph and i-Pr) did not form complexes with olefins or with DPA. Similar reactivity was observed in nacnacCH(Me)PhCu(NCMe) and nacnaci-PrCu(NCMe) complexes. While the terminally bound MeCN complex was isolated and characterized, equilibrium in solution led us to suspect the formation of a bridged acetonitrile adduct. Reactivity and comparative studies were performed with several copper complexes. Morpholine did not react with nacnacBnCu(acrylonitrile) while free acrylonitrile does. Olefin exchange experiment showed that acrylonitrile (an electron withdrawing olefin) binds stronger than the other olefins examined, showing the importance of -backbonding relative to -donation. -Backbonding is, however, still low when compared other structurally characterized transition metal styrene complexes. Complexes nacnacCH(Me)PhCuL (L = PPh3 and MeCN) have been employed in catalytic cyclopropanation of styrene and the conjugate addition of ZnEt2 to 2-cyclohexenone, but results indicate that the diketimine ligand is lost before it enters the catalytic cycle. Hence, there was no chiral induction. Four-coordinate copper(I) complexes of the form nacnacRCu(phen) (R = Bn, CH(Me)Ph and Phen = 1,10-phenanthroline, 2-Mes-1,10-phenanthroline, 2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline (dmp) and 2,9-diphenyl-1,10-phenanthroline (dpp)) were also prepared. The complexes are intensely blue in colour and intramolecular -stacking interactions between one of the phenyl rings of nacnac ligand with the phenanthroline were observed in the solid state structures. UV-vis absorption measurements were performed in toluene and the MLCT bands are red-shifted relative to those of bisphenanthroline copper complexes. All compounds are emissive in the solid state, but 1,10-phenanthroline and 2-Mes-1,10-phenanthroline complexes do not emit in solution. To buttress the -stacking interactions, the new ligands nacnacRH (R = CH2C6H2(OMe)3, CH2C6F5) and their respective copper complexes with dmp and dpp were prepared. For the sake of comparison, nacnaciBuCu(dmp) was prepared. While the dmp complexes showed enhanced -intramolecular interactions with both phenyl substituents of the diketimine ligand and the phenanthroline, dpp revealed no such interactions. The perfluorinated complex showed a significant blue-shift in absorption and emission spectra when compared to the other complexes, while the isobutyl substituted complex displayed red-shifted transitions. While luminescence intensities and lifetimes were low, reduced Stoke shifts and comparable sharp luminescence peaks indicate reduced distortions in the excited state.