Philippe Serp, Emmanuel Lerayer, Pierre Roblin, M. Rosa Axet, Yuanyuan Min, Tuan-Anh Nguyen, Olivier Heintz, Iann C. Gerber, Julien Roger, Jean-Cyrille Hierso, Didier Poinsot, Romuald Poteau, Yannick Coppel, Myrtil L. Kahn, H. Nasrallah, Franck Jolibois, Stéphane Brandès, Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne [Dijon] (ICMUB), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bourgogne (UB)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne [Dijon] (LICB), Université de Bourgogne (UB)-Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Génie Chimique (LGC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Bourgogne (UB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Université de Technologie de Belfort-Montbeliard (UTBM)-Université de Bourgogne (UB)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CNRS, Université de Bourgogne, Conseil Régional Bourgogne Franche-Comté (CHIMENE project), PIA-excellence ISITE-BFC program (COMICS project: Chemistry of Molecular Interactions Catalysis and Sensors), Fonds Européen de Développement Régional (FEDER), and ANR-16-CE07-0007,ICARE_1,Nanostrucutres métal@carbone innovante pour une catalyse durable(2016)
International audience; Ultrasmall gold nanoparticles (NPs) stabilized in networks by polymantane ligands (diamondoids) were successfully used as precatalysts for highly selective heterogeneous gold-catalyzed dimethyl allyl(propargyl)malonate cyclization to 5-membered conjugated diene. Such reaction usually suffers from selectivity issues with homogeneous catalysts. This control over selectivity further opened the way to one-pot cascade reaction, as illustrated by the 1,6-enyne cycloisomerization–Diels–Alder reaction of dimethyl allyl propargyl malonate with maleic anhydride. The ability to assemble nanoparticles with controllable sizes and shapes within networks concerns research in sensors, medical diagnostics, information storage, and catalysis applications. Herein, the control of the synthesis of sub-2-nm gold NPs is achieved by the formation of dense networks, which are assembled in a single step reaction by employing ditopic polymantanethiols. By using 1,1′-bisadamantane-3,3′-dithiol (BAd-SH) and diamantane-4,9-dithiol (DAd-SH), serving both as bulky surface stabilizers and short-sized linkers, we provide a simple method to form uniformly small gold NPs (1.3 ± 0.2 nm to 1.6 ± 0.3 nm) embedded in rigid frameworks. These NP arrays are organized alongside short interparticular distances ranging from 1.9 to 2.7 nm. The analysis of gold NP surfaces and their modification were achieved in joint experimental and theoretical studies, using notably XPS, NMR, and DFT modeling. Our experimental studies and DFT analyses highlighted the necessary oxidative surface reorganization of individual nanoparticles for an effective enyne cycloisomerization. The modifications at bulky stabilizing ligands allow surface steric decongestion for the alkyne moiety activation but also result in network alteration by overoxidation of sulfurs. Thus, sub-2-nm nanoparticles originating from networks building create convenient conditions for generating reactive Au(I) surface single-sites—in the absence of silver additives—useful for heterogeneous gold-catalyzed enyne cyclization. These nanocatalysts, which as such ease organic products separation, also provide a convenient access for building further polycyclic complexity, owing to their high reactivity and selectivity.