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N° ORDRE : 3681 de la thèse
THÉSE
présentée
DEVANT L’UNIVERSITÉ DE RENNES 1
pour obtenir le grade de :
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE RENNES 1
Mention : CHIMIE
PAR
Ali ALAAEDDINE
Equipe d’accueil : Laboratoire Catalyse et Organométalliques
UMR 6226 « Sciences Chimiques de Rennes » Ecole Doctorale : Science de la Matière
Composante Universitaire SPM
Complexes Organométalliques des Groupes 3 et 13 : Applications en Chimie Fine et Catalyse de Polymérisation
Soutenue le 29 Février 2008 devant la commission d’Examen
Composition du Jury
Mme. C. PINEL, Directrice de recherche CNRS, IRCE, Lyon Rapporteur
M. S. DAGORNE, Chargé de recherche CNRS, Strasbourg Rapporteur
M. A. ROUCOUX, Professeur, ENSCR, Rennes Examinateur
M. C. THOMAS, Maître de conférences, Université de Rennes 1 Examinateur
M. J.-F. CARPENTIER, Professeur, Université de Rennes 1 Directeur de thèse
Remerciements
Ces travaux de thèse ont été réalisés au sein du laboratoire Catalyse et
Organométalliques-UMR 6226 sous la direction du Professeur Jean-François
Carpentier.
Je tiens à remercier le professeur Jean-François Carpentier de m’avoir accueilli au sein
de son laboratoire et d’avoir dirigé ce travail, pour m’avoir aussi laissé un grand degré
de liberté et d’indépendance dans mon travail. Je lui adresse toute ma gratitude pour
les conseils et la confiance qu'il m'a accordée tout au long de ma thèse. Son
enthousiasme, son expérience et sa disponibilité ont été d'une aide considérable.
J’exprime également toute ma gratitude au docteur Christophe Thomas pour sa grande
disponibilité et le temps qu’il a passé pour corriger le manuscrit. Christophe, je
n’oublierai jamais les premières manipes que nous avons fait ensemble avec le cyanure
et sans doute toujours vive le Homos… !!!. Merci.
Je remercie les docteurs Catherine Pinel et Samuel Dagorne pour m'avoir fait
l'honneur de juger ce travail en tenant le rôle de rapporteur, ainsi que le professeur
Alain Roucoux pour avoir accepté de présider son jury.
Je tiens à remercier toutes les personnes qui sont impliquées dans ce travail : Mr.
Thierry Roisnel pour la résolution des structures radiocristallographiques, Mr. Paul
Le Maux pour sa disponibilité et ses aides (GC, HPLC,………) et Mr. Sourisak
Sinbandhit pour les analyses RMN.
Je remercie aussi bien sûr tous les membres du laboratoire, anciens et présents, pour
l'ambiance joyeuse et conviviale régnant au sein du laboratoire. Une mention toute
particulière à Noureddine (surtout de m’avoir laissé des moments inoubliables plein de
suspenses lors de tes manips explosées…hayatii wala….), Katya (merci pour ton
soutien et d’avoir aussi supporté trois arabes à côte de toi) et Miloud (habibii choo
mechi el mirabeau). Je remercie également dans le désordre : Evgueni (eh oui!! pour
ton aide et tes blagues quotidiennes.. Merci), Nicolas (l’étranger du bureau), Abder,
Clemence, Bing et tous les autres que j'ai oublié de les citer ici.
Je remercie bien sûr Brigitte, 3al cappuccino kil d2i2a…w yala badi ni222 (lol), je
n’oublierai jamais ces trois dernières années qu’on a passé ensemble.
Et comment pourrais-je oublier de remercier mes amis tout au long de cette aventure,
tous ceux qui m’ont accompagné dès mon arrivée en France, Ali Ayad, Mohamed
Jahjah et Akram Hijazi, passant par Hussein Nasser, Alia, mes voisins de
Mirabeau (Muhieddine, Ali Saad, Bilal, Majd, Ayman, Ali Yassin, Youssef, Ali
Assaf, Ismail, ……) et tous mes amis qui sont nombreux à citer mais impossible de
les oublier. Je veux vous remercier infiniment pour votre soutien ainsi que votre sincère
amitié pendant les années que j’ai passé entre vous à Lyon et Rennes. C’est grâce à
vous que j’ai senti que je suis entre mes frères et sœurs et que l’étranger fut une belle
expérience.
Je ne trouve pas de mots pour remercier de tout mon cœur ma belle et chère Hanane,
merci pour m’avoir soutenu durant toutes ces années, sans toi rien n’aurait été
possible. Merci.
Enfin, je remercie tout particulièrement mes parents pour m’avoir, d’abord, donner la
chance de continuer mes études en France et aussi de leurs soutiens durant toutes ces
années. Vous êtes les plus précieux dans ma vie……
…الى األهل األعّزاء
شكري لكم تعجز الكلمات أن تنتظم فى جملة لتعّبر عن مدى
أهديكم هذا الّنجاح
Sommaire
Sommaire
Introduction générale………………………………………………..1
Chapitre 1 : Etude bibliographique………………………………...5 I. Introduction………………...……………………….……………………...5
II. Synthèses de cyanhydrines énantiomériquement pures……….…………..8 1. Par voie enzymatique…………..………………………..…………………………8
2. Par catalyse organique…………....………………………………………………..9
3. Par catalyse organométallique………………………….…..……………………10
III. Combinaisons catalytiques in situ pour l’addition asymétrique de
cyanure sur une fonction carbonyle…………….…………………………...11 1. Complexes avec ligands bidentates……………………………………………....11
2. Complexes avec ligands tridentates…………………………………….………..15
3. Complexes avec ligands tétradentates…………………………………...............18
IV. Utilisation de bases achirales avec les complexes métalliques sur des
ligands tétradentates : Principe de la double activation………………….....26 1. Complexes de titane………………………..……………………………………..26
2. Complexes de l’aluminium……………………………..………………………...31
V. Influence du ligand anionique (X–) dans les complexes {salen}V(O)X sur
la cyanosilylation asymétrique du benzaldéhyde………………...…………35
VI. Conclusions……………...……………………………………………...37
Chapitre 2 : Complexes des métaux des groupes 3 et 13
Synthèses et caractérisations……….….…...……………………...39
I. Introduction…...…………………………………………………………..39
II. Objectifs de cette étude…………….……………...……………………..42
III. Complexes de l’aluminium…………………………...………………...43 1. Synthèse de complexes {salen}AlX…………………………...………………….43
1.1. Synthèse de complexes (1R,2R)-{salen}AlMe………………………………43
1.2. Synthèse des complexes (1R,2R)-{salen}Al(OiPr) (4a,b)…….……………..47
1.3. Synthèse des complexes (1R,2R)-{salen}AlCl (6a,b)…….…........................49
1.4. Etudes structurales par diffraction des rayons X………….………………….50
1.5. Synthèse du complexe (1R,2R)-{cyclohexyl-salen}AlBr (6c)……………....54
1.6. Synthèse des complexes (1R,2R)-{cyclohexyl-salen}Al[OP(O)X2] (7)….….54
2. Complexes diamino-dialcoolates fluorés de l’aluminium………………………57
2.1. Synthèses des pro-ligands diamine-diols fluorés [ONCyNO]H2….………….57
2.2. Synthèses et caractérisations en solution des complexes rac-
{ArONCyNOCF3}AlX………………………………………………………………63 2.3. Etude par diffraction des rayons X du complexe 19a……….……………….65
IV. Complexes de métaux du groupe 3…………….………...……………..67 1. Synthèse de complexes bis(oxazolinato) de métaux du groupe 3…………........67
1.1. Comportements en solution des complexes
[Box]2Ln[N(SiHMe2)2] (23-25)…………………………………………………..70
1.2. Etude par diffraction des rayons X du complexe 25a………………………..71
2. Synthèse de complexes {ONCyNO}Y[N(SiHMe2)2](THF)……………….……...74
2.1 Complexe (1R,2R)-{cyclohexyl-salen}Y[N(SiHMe2)2](THF) 27……………74
2.2. Complexe rac-{ArONCyNOCF3}Y[N(SiHMe2)2](THF) 28…………………...74
V. Conclusions……………...……………………………………………...77
Chapitre 3 : Applications en catalyse asymétrique………………79 I. Introduction……………………………………………………………….79
II. Cyanosilylation de fonctions carbonyles…………………………….…..80 1. Complexes {salen}AlX……………………………………………………………80
1.1. Cyanosilylation de l’acétophénone avec les complexes (1R,2R)-{salen}AlX
(2-7).........................................................................................................................81
1.2. Influence de la température…………………………………………………..86
1.3. Influence du solvant………………………………………………………….87
1.4. Influence des ligands chiraux et achiraux……………………………………88
1.5. Etude cinétique……………………………………………………………….91
1.6. Influence de la base…………………………………………………………..92
1.7. Mécanisme de la réaction…………………………………………………….94
2. Complexes des ligands [CF3ONCyNOCF3]2– 8, 9…………………………………..96
3. Complexes de métaux du groupe 3……………………………………………..101
III. Réaction d’aldolisation………………………………………………...104 1. Généralités……………………………………………………………………….104
2. Résultats et discussion…………………………………………………………..108
2.1. Réaction d’hydroxyméthylation…………………………………………….108
2.2. Réaction de Mukaiyama…………………………………………………….112
IV. Conclusions…………………………………………………………...115
Chapitre 4 : Polymérisation par ouverture de cycle de DL-Lactide
et de DL-β-Butyrolactone………………..……………………….119 I. Introduction……………………………………………………………...119
II. PLA : Synthèses et microstructures…………………………………….120
III. Rappels bibliographiques……………………………………………...124
IV. Résultats et discussion…………………………………………………130 1. Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide et de la rac-beta-
butyrolactone avec les complexes bis[bis(oxazolinato)]-lanthanide 23-25……...130
2. Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide avec le complexe {
ArONCyNOCF3}Al(OiPr) (19b)………………………………..…………………...139
3. Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide avec le complexe
{ArONCyNOCF3}Y[N(SiHMe2)]2(THF) (28)………………………………………..141
V. Conclusions…………………………………………………………….141
Conclusions générales et perspectives…………………………...143
Chapitre 5 : Partie expérimentale………………………………..146
I. Conditions générales…………...……………………………………….146
II. Analyses………………………………………………………………...146
III. Détermination de la structure cristallographique de complexes 3b, 5b, 6c,
19a, 25a, 28..................................................................................................147
IV. Synthèses et caractérisations…………………………………………..148
V. Procédures de cyanosilylation………………………………………….166
VI. Procédures d’aldolisation…………..…………………………………166
VII. Procédures de polymérisation…...……………………………………167
Annexe cristallographique………………………………………..169 Références........................................................................................172
Liste des abréviations
δ : Déplacement chimique (en ppm) THF : tétrahydrofurane
e.e : Excès énantiomérique Et2O : diéthyléther
RMN : Résonance Magnétique Nucléaire EtOH : Ethanol
GC : Chromatographie en phase gazeuse iPrOH : Isopropanol
HPLC : Chromatographie liquide à haute GPC : Chromatographie par perméation
performance de gel
SM : spectrométrie de masse TMS : Triméthylsilyle
TOF : Tun over frequency LA : Lactide
J : Constante de couplage (en Hz) BBL : beta-Butyrolactone
ppm : Part par million PDI : Indice de polymolécularité
Introduction générale
Introduction générale
Introduction générale
La catalyse s'est révélée être un outil indispensable et l'utilisation de complexes
organométalliques est devenue primordiale pour la synthèse de molécules de plus en plus
élaborées. De nombreuses réactions organiques n'auraient pas vu le jour sans l'emploi de
catalyseur.
En catalyse asymétrique, les systèmes organométalliques employés font intervenir des
ligands chiraux complexés à un métal (souvent de transition mais aussi du groupe principal).
Ces auxiliaires chiraux contrôlent le mode d’approche des réactifs dans la sphère de
coordination du catalyseur ainsi que leur transformation énantiosélective grâce à des
interactions stériques et électroniques spécifiques. La performance du catalyseur se mesure en
terme de stéréosélectivité mesurée par l’excès énantiomérique (ee, %) du produit chiral
obtenu en chimie fine. D’autres critères comme la chimiosélectivité (tolérance vis-à-vis
d’autres groupes fonctionnnels), la productivité du catalyseur (mesurée par le rapport
substrat : catalyseur (S/C) ou le turn over number ; ton = rapport du nombre de moles de
produit formé sur le nombre de moles de catalyseur), et l’efficacité (consommation effective
des réactifs de départ) sont décisifs pour le succès commercial du procédé. Enfin, la capacité
de production dépend du rendement horaire du procédé, mesuré par le turn over frequency =
tof par unité de temps, h-1. Comprendre comment la structure d’un catalyseur permet de
moduler tous ces paramètres est une étape décisive dans la découverte et le développement de
systèmes catalytiques.
D’autre part, la plupart des procédés catalytiques sont sensibles à la présence
d'impuretés dans le substrat de départ et/ou dans les réacteurs qui peuvent empoisonner la
réaction ou modifier la sélectivité du catalyseur. Cette sensibilité est due au fait que le
catalyseur est, par définition, présent à des concentrations très faibles et que les espèces
actives sont très réactives. La qualité du substrat et des réactifs (solvants, gaz …) est alors
cruciale.
Parmi tous les domaines dans lequel s’applique la catalyse, deux ont une importance
primordiale au niveau industriel : la catalyse de polymérisation et la chimie fine. La première
relève de l’industrie des matières plastiques, industrie à faible valeur ajoutée mais de fort
tonnage, tandis que la seconde s’applique majoritairement à l’industrie pharmaceutique,
industrie à très haute valeur ajoutée sur de plus petits volumes.
1
Introduction générale
Le développement de la catalyse organométallique repose sur deux aspects
complémentaires : la mise au point de nouveaux complexes et leur extension à la catalyse. La
recherche de nouveaux catalyseurs toujours plus efficaces continuera d’être l’un des
principaux axes de recherche tant du point de vue académique qu’industriel. Dans ce
domaine, notre laboratoire s’est proposé de développer de nouveaux systèmes catalytiques
originaux et efficaces aussi bien du point de vue de l’activité catalytique que de la
stéréosélectivité pour des applications en catalyse de polymérisation et de chimie fine. Plus
particulièrement, nous nous sommes intéressés dans le cadre de cette thèse à l’efficacité de la
réaction de cyanosilylation de cétones prochirales en présence de complexes chiraux
d’aluminium et de lanthanide. En catalyse de polymérisation, l’objectif est de préparer des
polymères biocompatibles et potentiellement biodégradables, par polymérisation par
ouverture de cycle de monomères polaires tels que le lactide avec des nouveaux complexes
des métaux des groupes 3 et 13. Ainsi, le présent mémoire se divise en quatre chapitres.
Dans un premier chapitre bibliographique, nous passerons en revue les systèmes
catalytiques basés, dans la majorité des cas, sur des combinaisons in situ entre différents
ligands et précurseurs métalliques. Ces systèmes développés principalement à partir des
années quatre-vingt-dix se sont montrés particulièrement actifs et sélectifs en réaction de
cyanosilylation de fonctions carbonyles. La dernière partie de ce chapitre, consacrée aux
systèmes utilisés selon le principe de double activation, sera davantage détaillée puisque c’est
dans ce cadre que s’inscrit notre travail.
Le deuxième chapitre de cette thèse sera entièrement consacré à la synthèse et la
caractérisation des complexes des métaux des groupes 3 et 13 et sera subdivisé en deux
parties. Une première partie décrira la préparation de complexes d’aluminium portant
différents ligands chiraux (salen diversement substitués et pseudosalen fluorés) et achiraux
(ligand anionique de type X–). Une deuxième partie sera ensuite consacrée à la synthèse des
complexes de métaux du groupe 3 avec des ligands de type salen et bis(oxazoline).
Le troisième volet de ce mémoire est dédié à l’étude des propriétés catalytiques des
complexes préparés en catalyse asymétrique vis-à-vis de la cyanosilylation de fonctions
carbonyles. Nous commencerons par présenter les résultats complets de l’étude réalisée avec
les complexes {salen}AlX en cyanosilylation de l’acétophénone, puis, les nouveaux
complexes d’aluminium et de lanthanide préparés. Nous nous sommes ensuite orientés vers
d’autres types de réactions en catalyse asymétrique.
Enfin, dans un dernier chapitre, nous présenterons les résultats obtenus lors de l’étude
effectuée sur la polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide et de la rac-beta-
2
Introduction générale
butyrolactone. Des complexes bis[bis(oxazolinato)] de métaux du groupe 3 ont été utilisés
pour cette polymérisation. Nous nous sommes intéressés particulièrement à différents facteurs
(chiralité, nature du centre métallique, architecture de ligand…) influant sur l’activité, la
stéréosélectivité et le contrôle de la polymérisation. La présentation des résultats obtenus est
précédée d’une étude bibliographique.
N N
R2R1
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAlX
R1 = R2 = (CH2)4, PhX = Me, OiPr, Cl, OP(O)Ph2...
N
O
N
O
M
N
O
N
O
R1R1
R1R1
R3
R3
RM = Y, LaR = N(SiHMe2)2R1 = tBu, Me2, PhR2 = H, PhR3 = Me , H
R2 R2
R2R2
N N
tBu
tBu OCF3
O CF3
Al
X
X = Cl, OiPr
Systèmes étudiés dans ce manuscrit
3
CHAPITRE 1
Etude bibliographique
4
Chapitre 1
Chapitre 1
Etude bibliographique I. Introduction
Les deux mains ou les structures en forme de vis droite ou gauche, comme les
coquilles d'escargot ou les escaliers en colimaçon, ont en commun d'être l'image l'une de
l'autre dans un miroir et de n'être néanmoins pas superposables. En chimie, des paires de
molécules qui ont cette propriété sont dites chirales ; elles sont difficiles à séparer, et se
comportent de manière souvent très différente sur le plan biologique.
L’omniprésence de la chiralité dans la nature fait que la synthèse de molécules
optiquement actives est devenue un enjeu très important, notamment pour les industries
pharmaceutiques, agrochimiques et de la parfumerie. En effet, si deux énantiomères
présentent des comportements chimiques et physiques identiques, leur activité physiologique
dépend essentiellement de leur reconnaissance par des récepteurs spécifiques, eux-mêmes
chiraux.
En usage pharmaceutique, l’énantiomère non biologiquement actif ou présentant une
activité néfaste (le ″distomère″) est considéré comme une impureté. Une pureté élevée est
requise puisque seul un des énantiomères montre l’activité biologique désirée (l’″eutomère″),
l’autre étant inactif ou pouvant causer l’effet inverse.1 Comme exemples, l’odeur
caractéristique du carvi et des graines de fenouil est due à l’énantiomère (R) de la carvone
tandis que l’énantiomère (S) a une odeur de menthe. La (R)-leucine a un goût amer alors que
5
Introduction
la (S)-leucine est sucrée. Au niveau de l’agrochimie, le paclobutrazol peut être soit un
stimulateur de croissance des plantes, soit un fongicide selon l’énantiomère considéré. Dans
un médicament, la différence d’activité des deux énantiomères peut avoir des conséquences
désastreuses. La thalidomide est un analgésique qui a été commercialisé à la fin des années 50
sous sa forme racémique. Or, si les deux énantiomères possèdent les propriétés sédatives
recherchées, l'énantiomère (S) s'est révélé en outre tératogène : Administré à des femmes
enceintes, il a provoqué de nombreuses morts fœtales et malformations congénitales.2 Depuis
cette tragédie, la mise sur le marché de médicaments chiraux sous forme racémique n’est
autorisée que si leur activité est strictement analogue à celle de la molécule
énantiomériquement pure et sans aucun effet secondaire. Ainsi nous recherchons aujourd'hui
de plus en plus à fabriquer des médicaments et à développer des pesticides sous l'une des
formes énantiomères à l'exclusion de l'autre.
Les raisons de cette tendance au niveau pharmaceutique et agrochimique sont
similaires. Etant donné que l’activité biologique est généralement associée à un seul
énantiomère, des raisons évidentes apparaissent pour la production de molécules optiquement
actives :
- L’effet indésirable de l’un des énantiomères peut être désastreux.
- L’énantiomère inactif est écologiquement inutile.
- L’énantiomère inactif est économiquement inutile.
Pour obtenir ces composés énantiomériquement purs ou enrichis, la mise au point de
techniques efficaces est donc rapidement devenue une nécessité scientifique et économique.3
Parmi les nombreuses méthodes développées pour préparer un composé énantiopur, la
catalyse asymétrique constitue la méthode la plus intéressante. Elle est constituée de deux
parties que sont la biocatalyse qui utilise directement la capacité des enzymes à distinguer
deux sites énantiotopiques d’une molécule et la synthèse énantiosélective issue de l’action
d’un agent chimique chiral sur un substrat prochiral. Cet agent chiral n’est pas incorporé au
produit formé mais est éliminé ou recyclé en fin de réaction. Il peut être utilisé en quantité
stoechiométrique ou catalytique. Le rendement théorique en composé énantiopur est de 100%.
Les récents développements de cette puissante technologie ont montré que la catalyse
asymétrique par les métaux de transition est capable de fournir des procédés performants pour
la synthèse énantiosélective. Dans ce type de catalyse, l’auxiliaire chiral4,5 ou le ligand
organique est généralement coordonné au centre métallique sur lequel va se faire l’activation
du substrat.
6
Chapitre 1
En 2001, le Prix Nobel de Chimie a été attribué à William S. Knowles et Ryoji
Noyori, pour leurs travaux sur l’hydrogénation asymétrique6,7 et à Barry Sharpless pour ses
travaux sur les réactions d’oxydation énantiosélectives.8 Cette attribution a récompensé les
découvertes académiques dans le domaine de la catalyse asymétrique, mais également leurs
applications majeures dans le secteur industriel.
En catalyse asymétrique, l’hydrogénation asymétrique catalytique est une des
réactions les plus puissantes. Elle permet la réduction d’une grande variété de substrats,
notamment de doubles liaisons carbone-oxygène ou carbone-azote en alcools secondaires et
amines primaires ou secondaires énantiomériquement enrichis, voire énantiopurs.
Un grand nombre de molécules naturelles biologiquement actives sont dérivées
d'alcools chiraux. Les alcools utilisés comme auxiliaires chiraux sont le plus souvent
secondaires et notamment porteurs de groupes fonctionnels. La synthèse d'alcools chiraux
connaît un essor considérable en chimie organique depuis ces dernières années.9
La production à grande échelle de ces synthons se fait principalement par
hydroboration10 et hydrogénation catalytique de cétones.11 Ces dernières réactions sont
généralement réalisées en présence de métaux de transitions précieux tels que le rhodium ou
le ruthénium complexés par des ligands chiraux sous d’assez hautes pressions d’hydrogène
(10-150 bar). La réaction de cyanosilylation asymétrique constitue une alternative attrayante
aux méthodes de réduction pour la préparation d’α-cyanhydrines énantiomériquement pures
porteuses d’un centre stéréogénique tertiaire ou quaternaire (Schéma 1).
R1 R2
O+ XCN
R CNOXH
X = H, TMSR1 = Ph, ...R2 = H, CH3, ...
R CNOHHH3O+
Schéma 1 : Cyanosilylation asymétrique de fonctions carbonyles
Cette réaction pour la préparation sélective d’alcools chiraux a fait l’objet de
nombreux travaux depuis une vingtaine d’années. De nombreux systèmes à base de titane,
aluminium et autres métaux ont permis la cyanosilylation asymétrique de divers aldéhydes et
cétones. Ces systèmes seront l’objet de la partie bibliographique suivante ; il s’agit ici de faire
un bilan complet sur la réaction de cyanosilylation par catalyse à l’aide de complexes chiraux.
Nous expliquerons brièvement les différents systèmes organométalliques utilisés avec succès
pour la réaction de cyanosilylation de fonction carbonyles.
7
Synthèses de cyanhydrines énantiomériquement pures
II. Synthèses de cyanhydrines énantiomériquement pures
Les cyanhydrines énantiomériquement pures sont des produits biologiquement actifs
importants (intérêt pharmaceutique en qualité d’agents vasodilatateurs),12 ainsi que des
intermédiaires puissants en synthèse organique (Figure 1).13,14 D’autres groupes fonctionnels
sont facilement préparés à partir de cyanhydrines, notamment des α-hydroxy-acides, α-
hydroxy-aldéhydes, α-hydroxy-cétones, β-hydroxy-amines et des α-amino-acides.12,15,16 Les
cyanhydrines sont aussi souvent utilisées en synthèse totale de produits naturels (glucoside
d’amygdalines, Fenvalerate, insecticides pyrethoide).12,17
Figure 1 : Différents produits préparés à partir de cyanhydrines12
La synthèse de cyanhydrines énantiomériquement pures se fait essentiellement selon
trois voies :18,19
II.1 Par voie enzymatique (X = H)
La première enzyme reconnue efficace pour l’addition de cyanure d’hydrogène (HCN)
sur le benzaldéhyde a été isolée en 1908 à partir de l’amande.20 L’extrait d’amande contient
un mélange d’enzymes β-glucoside et D-oxynitrilase, ce dernier constitue 0.4% du poids de
8
Chapitre 1
l’amande. L’action naturelle de cet extrait favorise la décomposition de l’amygdaline (1) en
deux molécules de glucose, le benzaldéhyde et le cyanure d’hydrogène HCN (Schéma 2).12,20
O O OHOHO
OH
O
OHOHOH
HO
H CN
O OHHOHO
OH
OH2 x + H+Ph CNH
O
1
D-Oxynitrilase
Schéma 2 : Décomposition de l’amygdaline (1)12,20
Cependant, cette réaction enzymatique est réversible. La D-oxynitrilase favorise
également l’addition asymétrique de HCN sur des aldéhydes et notamment sur le
benzaldéhyde avec des bons rendements et des énantiosélectivités élevées (Schéma 3).21
H
O
D-Oxynitrilase HH OH
HCN, 2.5h
Rdt = 95%e.e = 99%
acétate d'éthyle/cellulose
Schéma 3 : Cyanosilylation du benzaldéhyde par le D-oxynitrilase21
II.2 Par catalyse organique à l’aide de peptides (X = H)
En 1979, Inoue et al. ont rapporté les premiers peptides dérivés du résidu de l’histidine
qui favorisent l’addition asymétrique de HCN sur le benzaldéhyde.22 Une série de peptides
cycliques et acycliques a été testée dont les dicétopiperazines dérivées de la (S)-phénylalanine
et la (S)-histidine (2).12 Celles-ci donnent l’énantiomère (R) des cyanhydrines avec 97%
d’énantiosélectivité (Schéma 4).23
9
Synthèses de cyanhydrines énantiomériquement pures
H
O
CNH OH
Rdt = 97%e.e = 97%
NH
HNN
NHH H
R
O
O2
HCN, toluène, -20 °C
R = PhCH2
Schéma 4 : Dicétopiperazine utilisée en cyanosilylation23
II.3 Par catalyse organométallique à l’aide de complexes chiraux (X = TMS).
Jusqu’en 1993, la synthèse de cyanhydrines énantiomeriquement pures par des
dipeptides était la méthode la plus utilisée (dipeptides > enzymes > complexes
organométalliques).12 Seuls quatorze articles étaient publiés concernant l’utilisation de
complexes organométalliques. Depuis, l’utilisation de complexes chiraux pour l’addition
asymétrique de HCN (ou d’autres sources de cyanures telles que Me3SiCN) sur une fonction
carbonyle a largement été étudiée. L’importance relative de ces deux voies a complètement
été inversée.18,19 Le premier complexe organométallique pour la cyanosilylation a été décrit
par Nasaraka24 en 1987 ; un complexe de titane en combinaison in situ avec un ligand
dialcoolate dérivé de l’acide tartrique (3) favorise l’addition asymétrique du cyanure de
triméthylsilyle (TMSCN) sur des aldéhydes aromatiques et aliphatiques avec de bons
rendements et des énantiosélectivité élevées (Schéma 5).24
O
OMePh
PhPh
OHOH
PhPh
H
O
CNH
TiCl2(OiPr)2TMSCN,
*OTMS
Rdt = 79%e.e = 96%
H3O+ CNH*
OH
3
Schéma 5 : Premier système organométallique utilisé en cyanosilylation24
10
Chapitre 1
III. Combinaisons catalytiques in situ pour l’addition asymétrique de
cyanure sur une fonction carbonyle
Différentes études ont été depuis conduites avec plusieurs types de métaux (Ti, Al,
Ln,…) coordonnés à des ligands bidentates, tridentates et tétradentates. Ce sont, dans la
majorité des cas, des combinaisons in situ. Dans ce cadre, nous citerons dans un premier
temps, les systèmes les plus efficaces à base de ligands bidentates et tridentates, puis, de façon
plus détaillée, les systèmes décrits dans la littérature avec des ligands tétradentates.
III.1 Complexes avec ligands bidentates
En 1993, Corey et Wang ont rapporté un système de type bis(oxazoline) 4 (20 mol%)
en combinaison in situ avec nBuMgCl en utilisant la bis(oxazoline) 5 (12 mol%) comme co-
catalyseur.25 Le système catalytique formé entre ces deux entités favorise l’addition du
TMSCN sur l’aldéhyde. De bons résultats ont été obtenus au départ d’aldéhydes aliphatiques
α,β-insaturés avec des excès énantiomériques qui varient entre 63 et 95%. Cependant, avec le
benzaldéhyde, un excès énantiomérique de 52% a été observé.18,25 Le mécanisme réactionnel
proposé montre que le système de magnésium, dérivé du ligand 4, joue le rôle d’un acide de
Lewis en activant la fonction carbonyle, alors que la bis(oxazoline) 5 joue le rôle d’une base
de Lewis pour activer le cyanure d’hydrogène, formé in situ à partir de TMSCN. C’est ce
qu’on appelle le principe de la double activation (Figure 2).
O
N N
OCN
Ph Ph
O
N N
O
Ph Ph
O
N N
O
Mg
NC
PhPh
Cl
OH
R
ON
NO
Ph
Ph
H N C-+
4 5
/ nBuMgCl
Figure 2 : Système du magnésium dérivé de ligand bis(oxazoline)25
11
Complexes avec ligands bidentates
Le ligand BINOL et ses dérivés largement utilisés en catalyse asymétrique pour
différentes réactions organiques, ont aussi été utilisés en cyanosilylation. Nakai et al. ont
rapporté un système de titane avec le BINOL pour l’addition du TMSCN sur des aldéhydes
avec 75% d’excès énantiomérique (Figure 3).26 Exceptionnellement, les meilleurs résultats
sont obtenus en utilisant des aldéhydes aliphatiques (nonanal et pivaldéhyde) donnant les
cyanhydrines correspondantes avec des excès énantiomériques respectifs de 72 et 75%.
L'isobutanal et le cyclohexanal donnent les cyanhydrines avec des excès énantiomériques
modestes (34%). Quant au propanal et tous les aldéhydes aromatiques, ils conduisent
essentiellement aux cyanhydrines racémiques (e.e < 10%).26
OHOH / Ti(OiPr)4
6
Figure 3 : Système de titane dérivé du BINOL26
Seebach et al. ont préparé un polymère de BINOL par copolymérisation radicalaire du
styrène et un dérivé dendritique du BINOL contenant des unités styréniques. Le complexe de
titane résultant de ce polymère favorise l'addition asymétrique du TMSCN au pivaldéhyde
avec 72-75% ee.27 Ces résultats sont similaires à ceux observés avec le catalyseur homogène
décrit par Nakai.26 Cependant, le polymère catalytique peut être recyclé. Lors des tests
suivants, l'énantiosélectivité est améliorée jusqu'à 83%. Puis, l'énantiosélectivité commence à
diminuer, mais un produit avec 65% ee est encore obtenu lors du 15ème recyclage.27
Holmes et Kagan ont également utilisé des complexes de BINOL pour la synthèse
asymétrique de cyanhydrines.28 Ils ont travaillé avec des sels mono-lithiés du BINOL qui
favorisent l'addition asymétrique du TMSCN aux aldéhydes. Les meilleurs résultats ont été
obtenus en utilisant 1 mol% du complexe à -78 °C dans l’éther. Les cyanhydrines étant
obtenues avec des rendements élevés et 59% d’ee dans le cas du produit dérivé de para-
tolualdéhyde.28
Qian et al. ont utilisé des complexes du lanthane avec le BINOL et son dérivé
disubstitué en position 3,3’ (7) (Figure 4).29 Avec 10 mol% du complexe dérivé du BINOL,
l'addition asymétrique du TMSCN aux aldéhydes à -78 °C donne des cyanhydrines avec 23-
12
Chapitre 1
58% ee. Une augmentation de l’énantiosélectivité est observée avec le ligand 7 (48-73%
ee).29
7
OHOH
OMe
OMe
/ La(OtBu)3
Figure 4 : Dérivé du BINOL substitué en positions 3,3’ en cyanosilylation29
L’utilisation la plus réussie de complexes du BINOL et ses dérivés en synthèse
asymétrique de cyanhydrines est le système développé par Shibasaki et al. en fixant en
position 3,3’ un groupement oxyde de phosphine qui joue le rôle de base de Lewis (Figure
5).30 Le complexe d'aluminium 8 favorise l'addition asymétrique du TMSCN aux aldéhydes,
en donnant les cyanhydrines correspondantes avec des excès énantiomériques élevés (83-
98%).30 Les meilleurs résultats ont été obtenus en utilisant 9 mol% du catalyseur à -40 °C et
en ajoutant lentement le cyanure (durant plus de 10 h) en présence de 36 mol% d'un additif
additionnel (oxyde de phosphine).31 Pour les aldéhydes aliphatiques, le meilleur additif s’est
avéré être l’oxyde de tributylphosphine, tandis que l’oxyde de méthyldiphénylphosphine
donnait les meilleurs résultats pour les aldéhydes aromatiques.32
OO
Al Cl
POPh2
POPh2
8
Figure 5 : Complexe d’aluminium dérivé du BINOL31
Le complexe d’aluminium 8 permet d’activer simultanément la fonction carbonyle par
coordination au centre métallique (rôle d’acide de Lewis), et le cyanure par coordination aux
oxydes de phosphine du ligand (rôle de base de Lewis). Pour montrer l’importance du
groupement P(O)Ph2, Shibasaki a remplacé ce groupement par CHPh2. Le complexe
13
Complexes avec ligands bidentates
d’aluminium résultant n’est pas efficace pour cette réaction, en donnant une conversion de
50% avec seulement 12% d’excès énantiomérique. Un autre système a été synthétisé avec un
groupement -(CH2)2- entre le BINOL et le groupement phosphine ; cependant, il ne présente
aucune activité.31 Dans cette étude, les auteurs proposent que les oxydes de phosphine
externes coordonnent le centre aluminium, résultant en un changement de la géométrie du
métal dans l'état de transition (9) de la forme tétraédrique à bipyramide trigonale (Figure 6).32
OO
AlCl
R3PO
Ph2(O)P
Ph2(O)P
OO
Al
POPh2
RCHO
Cl
O
POPh2
O
RH
OO
Al
P
Cl
POPh2
O
RH
TMSCN
Si
NPh
PhO
OO
Al
P
Cl
O
POPh2
O
R
Me3SiPh
PhO
NCH -
+
9
R CNOSiMe3H
O
R3P
R3P
R3P
Figure 6 : Cycle catalytique proposé pour la cyanosilylation d’aldéhydes par le complexe Al-
BINOL (8)32
Le besoin d'addition lente de cyanure pour obtenir des énantiosélectivités élevées
constitue une limitation du système de Shibasaki. Najera et al. ont préparé un complexe
d’aluminium dérivé du BINOL 10 dans lequel le groupement oxyde de phosphine du
complexe 8 a été remplacé par un groupe diéthylamino (Figure 7).33 Le complexe 10 favorise
l'addition asymétrique de cyanure aux aldéhydes en utilisant un additif externe (oxyde de
14
Chapitre 1
triphénylphosphine). Contrairement au système de Shibasaki, tous les réactifs sont ajoutés en
début de réaction et le ligand dérivé du BINOL peut être récupéré et réutilisé.33
L’énantiosélectivité observée avec le complexe 10 est supérieure à supérieure à 98% pour le
benzaldéhyde, et 66% pour l’heptanal. Les réactions sont effectuées à -20 °C avec les
aldéhydes aromatiques et à -40 °C avec les aldéhydes aliphatiques, pour obtenir de meilleures
sélectivités.33
OO
Al Cl
NEt2
NEt2
10
Figure 7 : Complexe d’aluminium dérivé du BINOL33
Shibasaki et al. ont rapporté par la suite un autre système catalytique selon le même
principe.34 Le système de l’aluminium, dérivé du ligand 11 (Figure 8), a été testé pour
l'addition asymétrique de cyanure aux aldéhydes avec des excès énantiomériques qui peuvent
atteindre 80%. Bien que l’énantiosélectivité soit inférieure à celle observée en utilisant le
complexe 8 dérivé du BINOL, ces réactions ont un certain nombre d'avantages : aucun ajout
supplémentaire d'oxyde de phosphine et l’addition lente de cyanure ne sont plus nécessaires.
O
OHHO
Ph2P
Ph
O
11
/ AlMe2Cl
Figure 8 : Système d’aluminium utilisé en cyanosilylation34
III.2 Complexes avec ligands tridentates
Après l'utilisation réussie du système d'aluminium dérivé du ligand 11, Shibasaki et al.
ont synthétisé le ligand tridentate 12 (Figure 9).35 Bien que le système d'aluminium du ligand
12 soit inactif en cyanosilylation, le complexe de titane correspondant favorise l’addition
asymétrique du TMSCN sur des cétones. En utilisant 10 mol% du ligand 12 et 10 mol% de
15
Complexes avec ligands tridentates
tétra(isopropylate) de titane, à des températures entre -20 et -50 °C dans le THF, des cétones
aliphatiques et aromatiques ont été transformées en cyanhydrines avec des excès
énantiomériques qui varient entre 69 et 95%. Un autre système utilisant le ligand 13 s’avère
être plus actif pour l'addition asymétrique du cyanure aux cétones. Avec seulement 2.5 mol%
du catalyseur de titane dérivé du ligand 13, les cyanhydrines sont obtenues avec 82-94%
d’ee.35
O
OHO
PO
12 X = Y = H; Ar = Ph13 X = COPh; Y = H; Ar = Ph
X
YHO
ArAr
/ Ti(OiPr)4
Figure 9 : Systèmes de titane en cyanosilylation35
Le mécanisme réactionnel avec ce type de complexes dérivés des ligands 12 et 13 a
été déterminé par une combinaison d’études cinétiques de la réaction et d’analyse RMN 13C
avec du cyanure de triméthylsilyle marqué. En se basant sur ces études, Shibasaki a proposé
un état de transition (14) pour expliquer l'activation simultanée du substrat (fonction
carbonyle) et le réactif (TMSCN) (Figure 10).36
OO
O
OTiMe2HOC
CNX
PPh
OPh
SiCN
O R1
R2
14
=
Figure 10 : Etat de transition proposé pour la cyanosilylation des cétones36
Les ligands Pybox ont été aussi utilisés pour la réaction de cyanosilylation de
fonctions carbonyles par Iovel et al. (Figure 11).37 Le système d’aluminium dérivé du ligand
16
Chapitre 1
iPr-Pybox (15) favorise l’attaque du TMSCN sur les aldéhydes aromatiques et
hétéroaromatiques avec des énantiosélectivités supérieures à 90%.37
N
O
R
NN
O
R
15 R = iPr, Ph, tBu, CH2Ph
/ AlCl3 ou LnCl3
Figure 11 : Ligands Pybox utilisés en cyanosilylation37
Récemment, Aspinal et al. ont utilisé des ligands Pybox en combinaison in situ avec
des lanthanides (Figure 11). Les complexes Ln(OTf)3 associés aux ligands Pybox sont inactifs
pour cette réaction alors que les complexes formés avec LnCl3 sont des catalyseurs très actifs
et sélectifs pour la cyanosilylation asymétrique des aldéhydes. Différents lanthanides ont été
testés ; de faibles sélectivités ont été observées avec les gros lanthanides comme le lanthane
(La) et le praséodyme (Pr), alors qu’avec les petits lanthanides (Yb, Y) une forte amélioration
de la sélectivité est observée.38
Figure 12 : Variation de l’énantiosélectivité avec la rayon atomique de Lanthanide en
cyanosilylation du benzaldéhyde38
Le complexe formé entre le trichlorure d’ytterbium anhydre et iPr-Pybox (15) a donné
de bons résultats avec les aldéhydes aromatiques. Les meilleurs résultats (86% de rendement
et 91% d’énantiosélectivité) sont obtenus avec le benzaldéhyde, en utilisant 5 mol% du
catalyseur dans l’acétonitrile (MeCN) à 0 °C.38 Les aldéhydes aliphatiques conduisent à de
17
Complexes avec ligands tétradentates
bons rendements (61-96%) et des énantiosélectivités qui varient entre 46-60%. Notons qu’une
diminution de sélectivité a été observée en utilisant YbCl3 hydraté (71% ee dans le cas du
benzaldéhyde).38
Somanathan et Walsh ont étudié cette réaction en utilisant la base de Schiff 16 dérivée
du cis-1-amino-2-indanol en combinaison in situ avec Ti(OiPr)4 (Figure 13).39 Selon les
substituants sur le phénol du ligand, il y a une variation de l’activité et de l’énantiosélectivité.
Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le ligand 16 (R1 = tBu, R2 = H), avec 20 mol% du
catalyseur de titane à -78 °C dans le dichlorométhane. Le benzaldéhyde a ainsi été transformé
en (R)-mandelonitrile avec 85% d’ee.
OH
N
R1
R2
OH
16 R1, R2 = H, tBu, Br,Me, MeO
/ Ti(OiPr)4
Figure 13 : Base de Schiff dérivé du cis-1-amino-2-indanol39
III.3 Complexes avec ligands tétradentates
Suite au succès observé avec la base de Schiff (16) en tant que ligand tridentate pour
la préparation de complexes de titane pour la synthèse asymétrique de cyanhydrines, en 1996
deux groupes ont rapporté simultanément l'utilisation de bases de Schiff tétradentates, les
ligands salen. Ces ligands sont plus tard devenus la base de plusieurs complexes
organométalliques très efficaces pour la réaction de cyanosilylation.
Jiang et al. ont étudié l'utilisation du pro-ligand {salen}H2 17 dérivé de la (1R,2R)-
diphényléthylène-diamine pour la réaction de cyanosilylation avec des complexes de titane
(Figure 14).40 Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le pro-ligand {salen}H2 17a (R1 =
R2 = H) en combinaison in situ avec le tétra(isopropylate) de titane. Le complexe formé
favorise l’addition du TMSCN sur le benzaldéhyde, en utilisant 10% du complexe à -78 °C.
Le mandelonitrile est obtenu avec 87% d’ee.40 D'autres aldéhydes aromatiques et aliphatiques
ont été évalués. Les cyanhydrines correspondants ont été obtenues avec des excès
énantiomériques qui varient de 22 à 87%.41
18
Chapitre 1
/ Ti(OiPr)4
N N
OH HO
R1
R2
R1
R2
17a R1 = H, R2 = H17b R1 = CHPh2, R2 = CH317c R1 = tBu, R2 = tBu17d R1 = OCH3, R2 = H17e R1 = H, R2 = NO217f R1 = H, R2 = Br17g R1 = H, R2 = Cl17h R1 = H, OCH3
Figure 14 : Pro-ligands {salen}H2 dérivés de la (1R,2R)-diphényléthylène-diamine40,41
Simultanément, Belokon et North ont étudié cette réaction avec des complexes de
titane sur le pro-ligand {salen}H2 18, dérivé de la (1R,2R)-cyclohexyl-diamine (Figure 15).42
Dans un premier temps, ils ont montré que le système formé en combinaison in situ entre le
pro-ligand {salen}H2 18 et Ti(OiPr)4 favorise l'addition asymétrique du TMSCN aux
aldéhydes aromatiques. Le ligand salen 18a (R1 = tBu, R2 = H) monosubstitué sur le
groupement phénol est plus sélectif que le ligand salen nonsubstitué 18b (R1 = R2 = H), les
aldéhydes étant transformés avec des excès énantiomériques allant de 62 à 77%. D’autres
études ont prouvé que le système de titane dérivé du ligand 18c (R1 = R2 = tBu) est bien plus
énantiosélectif ; un ee de 92% a été observé avec le 3-méthylbenzaldéhyde.43
Plus tard, Liang et Bu ont utilisé le système de titane dérivé du pro-ligand {salen}H2
18d (R1 = R2 = tert-pentyl).44 Avec 5 mol% du catalyseur, à -78 °C, l'addition asymétrique du
TMSCN aux aldéhydes donne des cyanhydrines avec des excès énantiomériques qui varient
de 92 à 97%.44
19
Complexes avec ligands tétradentates
/ Ti(OiPr)4
N N
OH HO
R1
R2
R1
R2
18a R1 = tBu, R2 = H18b R1 = H, R2 = H18c R1 = tBu, R2 = tBu18d R1 = R2 = tert-pentyl18e R1 = Cph3, R2 = tBu
Figure 15 : Pro-ligands {salen}H2 dérivés de la (1R,2R)-cyclohexyl-diamine42,43,44
La formation in situ de complexes, entre le Ti(OiPr)4 et les pro-ligands {salen}H2 17
ou 18, constitue un problème. Des études RMN ont prouvé que dans le cas du ligand 18c,
trois types de complexes distincts sont formés et, probablement, chacun a une
énantiosélectivité différente et/ou opposée. Ceci pose également des difficultés pour les
études mécanistiques de la réaction. Une avancée importante a été faite en 1998 avec le ligand
18c (R1 = R2 = tBu), par réaction avec TiCl4 au lieu de Ti(OiPr)4 (Figure 16).45 Le complexe
chloré 19 est facilement isolable et sa structure a clairement été déterminée par diffraction des
rayons X. Les deux atomes de chlore sont trans l’un par rapport à l’autre, en position axiale
dans l’octaèdre du complexe, et le ligand salen occupe de façon coplanaire quatre sites de
coordination. Le complexe 19 s'est avéré être un catalyseur plus actif pour l’addition
asymétrique de TMSCN au benzaldéhyde que les espèces générées in situ.45 Avec seulement
0.1 mol% du complexe 19, le benzaldéhyde est transformé en (S)-mandelonitrile avec un
excès énantiomérique de 86% à température ambiante. Les aldéhydes aromatiques substitués
par un groupement électro-donneur donnent 62-86% ee, tandis que les aldéhydes aromatiques
substitués par un groupement électro-attracteur et les aldéhydes aliphatiques donnent des
cyanhydrines avec des excès énantiomeriques inférieurs (30-50% ee). En comparaison avec
les systèmes générés in situ à base d’isopropylate de titane et de pro-ligands 17 ou 18, des
résultats semblables sont obtenus en travaillant avec 10-20 mol% du complexe et à -78 °C.45
D’autres ligands salen ont été préparés afin d’étudier l’influence de la nature des substituants
sur le phénol. Le complexe de titane dérivé du ligand salen 18e dans lequel le substituant en
ortho du phénol est un groupe très encombré (trityle) et avec un groupe tBu en position para
montre une faible énantiosélectivité (58% ee avec le benzaldéhyde).45
20
Chapitre 1
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBuTiCl
Cl
19
Figure 16 : Complexe de titane dérivé du ligand salen 18c45
Des études sur la réaction de cyanosilylation avec des complexes de titane dérivés des
pro-ligands {salen}H2 18 montrent que, dans les conditions réactionnelles utilisées, les
complexes de titane formés in situ sont bimétallique (20) (Figure 17) : Ces complexes μ-oxo
sont les catalyseurs réellement actifs.18,46 Leur formation est due à l'humidité résiduelle
présente dans le milieu réactionnel. Il est également possible de préparer et isoler les
complexes 20 par traitement du complexe {salen}Ti(OiPr)2 ou {salen}TiCl2 avec la
triéthylamine aqueuse.46 La structure du complexe 20 (R = H) a été déterminée par diffraction
des rayons X. Le ligand salen adopte une conformation non planaire (cis-β) pour permettre
aux deux atomes d’oxygène d'occuper des sites adjacents (cis) de coordination. Ceci détruit
l’axe de symétrie C2 dans chacun des deux ligands salen, bien que le complexe 20 maintienne
un axe de symétrie C2. Le complexe 20, le plus actif mis en évidence dans cette étude (R =
tBu), permet d’obtenir les cyanhydrines à partir d’aldéhydes aromatiques substitués par un
groupement donneur avec des excès énantiomériques qui varient entre 76 et 92% ee. Avec les
aldéhydes aromatiques substitués par un groupe attracteur, les excès énantiomériques sont de
50-86%. Dans tous les cas, ces réactions sont quantitatives en moins d’une heure, avec un
taux faible du complexe (0.1 mol%).46
N
N
O
OTi
N
N
O
OTi
O
O
R
R
R
R R
R
R
R
20
Figure 17 : Complexes dinucléaires μ-oxo 20 formés in situ46
21
Complexes avec ligands tétradentates
Le complexe 20 (R = tBu) s’est aussi avéré être le premier complexe actif pour
l'addition asymétrique du TMSCN sur des cétones.47 En utilisant une quantité plus grande de
catalyseur (0.5-1 mol%), les réactions sont beaucoup plus lentes (1-4 jours pour une
conversion de 70%). Les aryl-méthyl-cétones ont été transformés en cyanhydrines
quaternaires avec des excès énantiomériques de 56-72% ee.47
Belokon et North ont effectué une étude cinétique pour cette réaction avec le
complexe bimétallique 20 (R = tBu).18,48 Ces études ont montré que la vitesse de la réaction
dépend linéairement de la concentration en TMSCN et est indépendante de la concentration
en aldéhyde.48 En ce qui concerne l’ordre partiel du catalyseur, il dépend de la nature des
substituants sur le phénol, mais il est toujours compris entre 1.0 et 2.0.18
Le fait que l’ordre partiel du catalyseur soit compris entre 1.0 et 2.0 indique que deux
atomes de titane peuvent être impliqués dans le cycle catalytique, ce qui en cohérent avec la
nature du complexe dinucléaire 20.18,48 Quand l’acétophénone est utilisée comme substrat, la
loi cinétique est la suivante :
Vitesse de la réaction = 0,013[20(R = tBu)]1,1[Me3SiCN]1[PhCOMe]0
Alors que dans le cas du benzaldéhyde, elle est :
Vitesse de la réaction = 634[20(R = tBu)]1,3[Me3SiCN]1[PhCHO]0
Il y a deux différences entre ces deux équations :
a) La constante de vitesse est beaucoup plus petite dans le cas de l'acétophénone,
reflétant la faible réactivité relative de celle-ci par rapport à un aldéhyde.
b) L’ordre partiel du catalyseur change, de manière significative, de 1.3 dans le cas du
benzaldéhyde à 1.1 en utilisant l'acétophénone comme substrat.
Ceci indique que le composé carbonylé est impliqué en catalyse avant l'étape de
détermination de la vitesse. Si ce n’était pas le cas, l’ordre partiel du catalyseur serait le même
dans les deux équations.18 Cependant, le composé carbonylé ne peut pas être impliqué dans le
cycle catalytique avant l’étape déterminante de la vitesse, sinon il aurait un ordre partiel
différent de zéro dans l'équation de la vitesse.18 Par conséquent, le composé carbonylé doit
être impliqué dans les étapes entre le complexe 20 et le début du cycle catalytique.18 Notons
que la réaction du complexe bimétallique 20 avec l’hexafluoroacétone conduit à la formation
du complexe mononucléaire 21. Les auteurs supposent que des complexes semblables sont
formés en présence d’autres dérivés carbonylés. Ainsi au cours du cycle catalytique du
22
Chapitre 1
complexe 20, il est possible que le complexe bimétallique se transforme en de nouvelles
espèces catalytiques comme par exemple le complexe mononucléaire 21 (Figure 18).18,48
NN
OOTi
OOR
R R
R
CF3 CF3
21
Figure 18 : Complexes de titane 2148
En se basant sur ces résultats, North et Belokon ont proposé un état de transition de
l’addition du TMSCN sur la fonction carbonyle au départ du complexe bimétallique 20
(Figure 19).18,48 Le catalyseur active simultanément la fonction carbonyle et le cyanure.
L'étape principale dans ce mécanisme est le transfert intramoléculaire du cyanure à l'aldéhyde
coordonné.
NN
O
OTi
CN
O
NNTiO
R
O
RO H
R
R
Figure 19 : Etat de transition proposé pour la réaction de cyanosilylation avec les complexes
dinucléaires (20)18,48
Le complexe 20 (R = tBu) a aussi été utilisé pour la synthèse asymétrique de
cyanhydrines, avec le cyanure de potassium comme source de cyanure au lieu du TMSCN.49
Cette réactivité, jamais décrite avec d’autres systèmes, a des implications commerciales
significatives. En effet, le KCN est sensiblement moins cher que le TMSCN, également moins
23
Complexes avec ligands tétradentates
volatil et donc moins dangereux. Les réactions avec KCN sont effectuées en présence de 1
mol% du complexe 20 et d’anhydre acétique, dans des conditions hétérogènes. Elles exigent
des additifs comme l'eau et le tert-butanol pour une énantiosélectivité optimale. Différents
aldéhydes aromatiques et aliphatiques ont aussi été transformés en acétates de cyanhydrines
avec des excès énantiomériques qui varient entre 85 et 93%. Le mécanisme de cette réaction
et le rôle des additifs n’est pas encore connu. Des études ont montré que dans les conditions
de réaction utilisées, le complexe 20 est transformé en un autre complexe diacétate 22 (Figure
20). Ce dernier a été caractérisé par diffraction des rayons X et est actif en cyanosilylation. En
revanche, la réaction du complexe 20 avec l'anhydride trifluoroacétique donne le complexe
mononucléaire 23 qui est inactif en cyanosilylation.50
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBu
22
Ti
OAc
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBuTi
O
OAc
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBu
23
Ti
OCOCF3
OCOCF3
Figure 20 : Complexes acétato 22, 2350
En se basant sur ces travaux effectués avec les complexes de titane dérivés du pro-
ligand {salen}H2 18c (R1 = R2 = tBu), Belekon et North ont étudié un complexe analogue de
vanadium (IV) 24 (Figure 21).51 Le complexe 24 peut exister en tant qu’espèces
monométallique ou polymétallique. Ce complexe s’est avéré être un catalyseur plus
énantiosélectif que son analogue de titane 20, pour l'addition du TMSCN aux aldéhydes. Les
cyanhydrines sont obtenues avec un excès énantiomérique supérieur à 90%. En revanche, le
complexe 24 est beaucoup plus lent que le complexe 20. Une étude cinétique a conduit à la loi
de vitesse suivante :
Vitesse de la réaction = 76[24]1,45[Me3SiCN]1[PhCHO]0
24
Chapitre 1
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBu
24
VO
Figure 21 : Complexe de vanadium en cyanosilylation51
Il a été suggéré que l'énantiosélectivité plus élevée observée avec le complexe 24 peut
être liée à la différence d’acidité de Lewis du vanadium (IV), comparée à celle du titane (IV).
En effet, l’acidité de Lewis du vanadium (IV) est plus faible que celle du titane. Par
conséquent, ceci abaisserait la réactivité de l'aldéhyde coordonné et augmenterait donc la
sélectivité.51
L'utilisation de complexes de vanadium pour l'addition asymétrique de KCN aux
aldéhydes a été également étudiée. Le complexe 24 est complètement inactif tandis que le
complexe cationique 25 est actif en cyanosilylation (Figure 22). Avec 1 mol% de ce dernier, à
-42 °C, les cyanhydrines sont obtenues avec des excès énantiomériques qui varient entre 78 et
90%.50
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBu
25
VO
OH2
+
EtOSO3-
Figure 22 : Complexe de vanadium 25
Holmes et Kagan ont utilisé un sel mono-lithié du ligand 18c (R1 = R2 = tBu).52 Ce
dernier est un catalyseur efficace pour l'addition asymétrique de TMSCN sur certains
aldéhydes aromatiques. Les meilleurs résultats ont été obtenus en utilisant 1 mol% du sel de
lithium, dans l’éther, à -78°C. Dans ces conditions, les cyanhydrines sont obtenues, après une
heure de réaction avec de très bons excès énantiomériques (97% ee). Le sel de lithium du
25
Principe de la double activation
ligand 18c favorise la formation de l’énantiomère de configuration opposée à celle obtenue
avec les complexes de titane et de vanadium.52
IV. Utilisation de bases achirales avec les complexes métalliques sur
des ligands tétradentates : Principe de la double activation
En catalyse asymétrique, plusieurs méthodologies existent afin d’obtenir des produits
énantiomériquement purs :
1. Activation d’électrophiles peu réactifs par coordination à un acide de Lewis chiral
pour former un adduit sur lequel les nucléophiles réagissent favorablement pour donner des
produits énantiomériquement purs (catalyse acide de Lewis).
2. Activation de nucléophiles par coordination à une base de Lewis chirale, et le
système résultant réagit avec des électrophiles (catalyse base de Lewis).
Quand ces deux méthodologies ne sont pas efficaces pour effectuer la réaction, la
solution est de combiner l'acide de Lewis et la base de Lewis dans le milieu réactionnel pour
activer simultanément les électrophiles et les nucléophiles, respectivement. Une base de
Lewis achirale devra fonctionner coopérativement avec le complexe organométallique (acide
de Lewis). C’est ce qu’on appelle le principe de double activation. Notons que la base de
Lewis peut être une partie de la molécule et dans ce cadre on trouve le complexe bi-
fonctionnel décrit par Shibasaki (Figure 5).31
Récemment, l’utilisation de bases de Lewis a largement été étudiée pour la réaction de
cyanosilylation des cétones. La base de Lewis achirale active le TMSCN et le complexe
organométallique (acide de Lewis) réagit avec le substrat. Une synergie entre ces deux entités
catalytiques améliore la sélectivité.
IV.1 Complexes de titane
La première approche pour la réaction de cyanosilylation selon le principe de la
double activation avec une base externe a été effectuée par Feng et al. Ils ont utilisé de
nouveau un complexe de titane en combinaison in situ avec le pro-ligand {salen}H2 17 mais
cette fois en introduisant l’oxyde de N,N-diméthylaniline comme base, pour l’addition
asymétrique du TMSCN sur des cétones. Contrairement aux réactions de cyanosilylation des
26
Chapitre 1
aldéhydes, la cyanosilylation des cétones reste un défi important du fait de leur faible
réactivité.
En outre, les N-oxydes chiraux ont été intensivement utilisés en synthèse asymétrique,
par exemple, dans l'allylation53 ou l'addition de Et2Zn aux aldéhydes,54 ainsi que dans les
réactions de Strecker,55 d'aldolisation56 et dans la réduction de cétones.57 Cependant, seuls
quelques N-oxydes achiraux ont été employés comme additifs dans des réactions
asymétriques.
Dans l’étude préliminaire rapportée en 2003,58 l’oxyde de N,N-diméthylaniline était la
meilleure base pour cette réaction, quelque peu supérieure à l’hexaméthylphosphoramide
(HMPA), l’oxyde de N-méthylmorpholine (NMNO) et l’oxyde de triméthylamine (TMNO),
alors qu’aucune transformation n’est observée avec l’oxyde de pyridine (PyNO) qui est
fortement coordonné au complexe de titane. Les meilleurs résultats ont été obtenus en
travaillant avec 2 mol% du système 17c/Ti(OiPr)4 (Figure 14) et 1 mol% de l’oxyde de N,N-
diméthylaniline, dans le dichlorométhane à -20 °C. Le substrat modèle, l’acétophénone, est
transformé en cyanhydrine avec un rendement de 75% et 84% d’excès énantiomérique.
Notons que ni Ti(OiPr)4, ni le N-oxyde ne sont capables seuls d’effectuer la réaction, alors
qu’en utilisant seulement le catalyseur de titane sans le N-oxyde, des traces de produit (3%)
avec une sélectivité plus faible (66% ee) ont été observées. C’est seulement en combinant
l’effet de l’acide de Lewis et de la base achirale selon le principe de la double activation, que
l’on arrive aux meilleurs résultats.58
La façon d’introduire la base achirale est très importante. Quand on mélange le
complexe organométallique et la base de Lewis dans un même Schlenck, on observe une
chute du rendement (31%) et une diminution de l’énantiosélectivité (75% ee). La meilleure
sélectivité est obtenue quand le N-oxyde réagit préalablement avec le TMSCN. Bien que des
complexes de coordination entre le N-oxyde et les différentes métaux aient été rapportés,59
cette procédure exclut que l'acide de Lewis et la base de Lewis puissent réagir entre eux,
ayant comme résultat la disparition de l’activité catalytique.
Les N-oxydes 26 dérivés d’amines aromatiques conduisent à des excès
énantiomériques plus élevés que les dérivés d’amines aliphatiques (Figure 23). Les effets de
substituants sur l’oxyde de N,N-diméthylaniline ont été aussi étudiés,60 les oxydes d’anilines
substitués par un groupement méthyle en ortho ou para n'ont pas donné d’ee plus élevés
qu’avec l’oxyde de N,N-diméthylaniline.60
27
Complexes de titane
N
O
26
R2
NR1 R3
O
R1, R2, R3 = Me, Et, Ph, Me-C6H4, cyclohexylOxyde de N,N-diméthylaniline
R2
R1
OH
NO
R1, R2 = MeO, Me, tBu, H,.....27
Figure 23 : Différents N-oxydes achiraux utilisés en cyanosilylation par double activation 60,61
Feng et al. ont poursuivi leurs études avec différents N-oxydes afin d’augmenter
l’activité et l’énantiosélectivité de la réaction.61 Un N-oxyde phénolique 27 substitué par un
groupement donneur s’est montré plus actif que des N-oxydes substitués par un groupe
attracteur. Par contre, l’énantiosélectivité ne varie pas beaucoup suivant la nature des
substituants. Les N-oxydes avec un seul substituant en position para donnent des
cyanhydrines avec des excès énantiomériques de 66-69%, alors que les N-oxydes substitués
en position ortho donnent des énantiosélectivités entre 68-70% ee. Le meilleur résultat a été
obtenu avec le N-oxyde 27 (R1 = tBu, R2 = H) (70% ee).
Différents pro-ligands {salen}H2 ont été testés en association in situ avec ce système
catalytique binaire à base de N-oxydes. Sans surprise, les résultats indiquent que les
substituants sur le groupement phénol des ligands jouent un rôle important sur
l'énantiosélectivité de la réaction.62 Le meilleur résultat a été obtenu avec le pro-ligand 17c
(R1 = R2 = tBu), en utilisant 10 mol% du système de titane correspondant et 1 mol% du N-
oxyde 27 (R1 = tBu, R2 = H) dans le dichlorométhane à -20 °C, avec 81% d’excès
énantiomérique. En revanche l’excès énantiomérique est plus faible (70% ee) avec le pro-
ligand 18c (R1 = R2 = tBu).62
Dans cette étude, divers alcoolates de titane achiraux ont été utilisés. D’après les
résultats obtenus, l’excès énantiomérique est plus faible avec un méthylate ou un éthylate sur
le centre métallique qu’avec un isopropylate.62 L'addition d’alcool benzylique provoque une
chute du rendement (19%) et, dans une moindre mesure, de l’excès énantiomérique (67% ee).
28
Chapitre 1
En revanche, le para-nitrophénolate augmente l’acidité du catalyseur, mais conduise à une
forte diminution de rendement.60
Différentes cétones ont été testées avec divers substituants sur le noyau aromatique.
Les substituants para-méthyle et ortho-fluoro diminuent l’énantiosélectivité, alors que les
substituants para-fluoro et para-chloro donnent des produits avec des énantiosélectivités
semblables aux résultats obtenus avec l'acétophénone. La meilleure sélectivité est observée
avec le α-tétralone, avec un excès énantiomérique de 86%.
Feng et al. ont proposé un cycle catalytique pour cette réaction (Figure 24).60,62
L’intermédiaire proposé 28A est un catalyseur résultant du mélange de Ti(OiPr)4, du pro-
ligand {salen}H2, et du N-oxyde. L’acétophénone réagit avec ce composé pour former
l’adduit 28B, puis l’état de transition 28C qui contient la cétone activée et le TMSCN activé.
Un transfert intramoléculaire de cyanure est ensuite suivi de la triméthylsilylation
intramoléculaire pour donner les cyanhydrines. Notons que l’acétophénone se coordonne au
catalyseur 28C de façon à réduire au minimum les interactions entre l’acétophénone et le
groupe phényle du ligand, ce qui a pour conséquence une attaque intramoléculaire de cyanure
activé sur la face Si de l’acétophénone pour produire l’énantiomère R de la cyanhydrine (O-
TMS).
29
Complexes de titane
=
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBuTi N
O
tBu
O
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBuTi N
O
tBu
O
Ph
O
Me
Ph
O
Me
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBuTi N
O
tBu
O
Ph
O
Me
28B
Me3SiCN
CNSi+ -Si
28C
28A
Figure 24 : Cycle catalytique proposé par Feng60,62
Récemment, Feng et al. ont rapporté un système catalytique à base de titane, formé in
situ entre le (S)-prolinamide 29, Ti(OiPr)4, et le N-oxyde phénolique 30 pour l’addition
asymétrique du TMSCN sur des cétones.63 Différents ligands dérivés de (S)-prolinamide
(29a-j) ont été testés pour cette catalyse avec plusieurs types de N-oxydes achirales 30 utilisés
comme une base de Lewis (Figure 25).
30
Chapitre 1
OH
R1
N N
O NHR2
HN OR2
29a R1 = Me, R2 = diphénylméthyl29b R1 = Me, R2 = 2-méthylphényl29c R1 = Me, R2 = 2-tBu-phényl29d R1 = Me, R2 = cyclohexyl29e R1 = Me, R2 = adamantyl29f R1 = Me, R2 = 2-naphthyl29g R1 = Me, R2 = (S)-1-(4-méthoxyphényl)éthyl29h R1 = tBu, R2 = diphénylméthyl29i R1 = Cl, R2 = diphénylméthyl29j R1 = Br, R2 = diphénylméthyl
R2
R1
OH
NR3
R3O
30 R1, R2 = MeO, tBu, H, Ph, adamantyl.... R3 = Me, Et, -(CH2)-5
Figure 25 : Différents pro-ligands dérivés de (S)-prolinamide (29a-j) et les N-oxydes phénoliques
utilisés en cyanosilylation63
Après une phase d’optimisation (solvant, température, taux de catalyseur), les
meilleurs résultats ont été obtenus en utilisant 2.5 mol% du catalyseur de titane dérivé du pro-
ligand 29a et le N-oxyde 30 (R1 = adamantyl, R2 = tBu, R3 = Et) dans le THF à -45 °C. Dans
ces conditions, l’acétophénone est transformée en cyanhydrine correspondante avec un
rendement de 96% et un excès énantiomérique de 90%.63
Différentes cétones aliphatiques et aromatiques ont été testées dans les conditions
optimisées. Les cyanhydrines correspondantes ont été obtenues avec d’excellents rendements
et de hautes énantiosélectivités (jusqu'à 96% ee).63
IV.2 Complexes de l’aluminium
Plus tard, Feng et al. ont étudié cette réaction avec des complexes d’aluminium,
générés in situ avec AlX3 et une série de pro-ligands {salen}H2 par réaction d’élimination
d’alcanes ou d’alcool (Figure 26). Le AlEt3 est le meilleur précurseur métallique utilisé, en
comparaison avec le Al(OiPr)3, AlEt2Cl et AlEt2CN.
31
Complexes de l’aluminium
NO
R1, R2 = tBu, Br, H, Cl, Me... R3 = R4 = (CH2)4, Ph
N N
R4R3
OH HO
R1
R2
R1
R2 / AlX3
Figure 26 : Combinaisons in situ avec AlX3 et de pro-ligands {salen}H2 en cyanosilylation des
cétones
De façon assez surprenante, de bonnes énantiosélectivités ont été obtenues avec le plus
petit atome (H) en position 3' sur le cycle phénolate, alors que la présence d’un groupement
encombrant (adamantyl) supprime la sélectivité du catalyseur. Les substituants en position 5'
ont également des effets importants sur l’excès énantiomérique. Un groupement donneur offre
des sélectivités plus élevées qu’un groupement attracteur. Le meilleur résultat a été obtenu
avec le pro-ligand 17f (R1 = H, R2 = Br) (Figure 14), en utilisant 2 mol% du catalyseur et 1
mol% de l’oxyde de N,N-diméthylaniline dans le dichlorométhane à -20 °C, avec un excès
énantiomérique de 88% pour la cyanosilylation de l’acétophénone. Seulement 51% d’ee a été
observé avec le ligand 18c (R1 = R2 = tBu) (Figure 15).64
Légèrement supérieur à l’éther (87% ee) et le benzène (86% ee), le THF est le solvant
le plus favorable pour effectuer cette réaction (90% ee). L’utilisation de solvants plus polaires
diminue l’énantiosélectivité (77% ee avec l’acétonitrile). Notons qu’aucune transformation
n’est observée dans le DMSO. L’effet de la température sur l’énantiosélectivité est
considérable, la température optimale étant de -20 °C. En revanche l’excès énantiomérique
diminue avec les réactions effectuées à 0 °C et -40 °C et une chute de rendement est
logiquement observée à -78 °C.64
Divers type de N-oxydes ont été utilisés pour effectuer cette réaction (Figure 23). Des
activités semblables sont obtenues avec différents dérivés cycliques et acycliques d’amines
tertiaires, mais avec des énantiosélectivités variables. L’oxyde de N,N-diméthylaniline est la
base la plus énantiosélective (90% ee). La présence d’un seul méthyle sur l’aniline diminue
l’énantiosélectivité (75% ee).64
32
Chapitre 1
Différentes cétones aromatiques, aliphatiques et héterocycliques ont été testées dans
les conditions optimisées. Avec ces différents substrats, les cyanhydrines sont obtenues avec
d’excellents rendements chimiques (80-99%) et de bonnes énantiosélectivités (79-94% ee).
Pour comprendre l’effet de la base sur le déroulement de la réaction, plusieurs essais
ont été effectués comme dans le cas du système à base de titane. Ni le complexe
organoaluminium, ni le N-oxyde seuls ne sont assez efficaces pour effectuer l’addition de
TMSCN sur l’acétophénone. Lorsque ces deux composants sont utilisés synergiquement selon
le principe de la double activation, d’excellentes activités et énantiosélectivités sont
observées. En outre, quand le N-oxyde est mélangé directement à l’acide de Lewis (Al-salen)
en début de réaction, l’énantiosélectivité des produits obtenus est comparable mais le
rendement est faible (21%). La meilleure sélectivité est obtenue quand le N-oxyde est laissé
en réaction pour 1h à température ambiante avec le TMSCN.64
Dans ces études effectuées pour la réaction de cyanosilylation de l’acétophénone avec
les complexes organo-titane ou organo-aluminium, on remarque qu’aucune importance n’est
accordée à la nature de l’espèce active dans le milieu réactionnel. Dans ce cadre, l’étude
effectuée par North et Belekon avec le complexe de titane pour l’addition du TMSCN sur des
aldéhydes a montré que trois types de complexes étaient formés par réaction de Ti(OiPr)4 et le
pro-ligand {salen}H2 dont l’une de ces espèces est de type bimétallique 20 (Figure 17).46
D’autre part, les travaux de Atwood sur la synthèse de complexes d’aluminium avec des
ligands base de Schiff ont montré la présence de complexes d’aluminium bimétalliques par
réaction de AlR3 (R = alkyl) et de pro-ligand {salen}H2 qui est favorable dans certains cas,
d’où la nécessité de préparer des complexes isolés et bien caractérisés pour évaluation en
catalyse. A noter que certains auteurs proposent un état de transition neutre avec des systèmes
d’aluminium (sans ligand X), mais cela n'apparaît guère raisonnable puisque l’aluminium ne
peut être divalent.
Dans ce cadre, une étude a récemment été publiée par Kim el al. sur la réaction de
cyanosilylation avec un complexe isolé d’aluminium avec le ligand salen 18c (R1 = R2 =
tBu).65 Dans un premier temps, le complexe 31 a été testé en cyanosilylation du benzaldéhyde
en utilisant l’oxyde de triphénylphosphine comme base pour activer le TMSCN (Figure 27).
Les réactions ont été effectuées dans le dichlorométhane à une température entre -40 et -50
°C, en utilisant 1 mol% du complexe 31 et 10 mol% de l’oxyde de triphénylphosphine
(Ph3P=O). Dans ces conditions, le benzaldéhyde est transformé en cyanhydrine avec un
rendement de 94% et un excès énantiomérique de 86%. Parallèlement, d’autres aldéhydes ont
33
Complexes de l’aluminium
été testés avec différents substituants sur le noyau aromatique, des résultats comparables ont
été obtenus avec le para-chloro-benzaldéhyde, tandis qu’une diminution de
l’énantiosélectivité a été observée avec les groupements méthoxy et méthyle en position
para.65
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
Cl
31
Figure 27 : Complexe {cyclohexyl-salen}AlCl 3165
Plus tard, Kim et al ont utilisé le complexe 31 pour la réaction de cyanosilylation sur
des cétones.66 Cette étude a été effectuée avec la para-chloro-acétophénone comme substrat
modèle, en utilisant 1 mol% du complexe 31 et 10 mol% de Ph3P=O dans le dichlorométhane.
La cyanhydrine est obtenue avec un excès énantiomérique de 77%. Dans ces conditions,
l’acétophénone est transformée en cyanhydrine correspondante avec un excès énantiomérique
de 78%. Notons qu’aucune transformation n’a été observée avec les réactions effectuées sans
oxyde de phosphine. Le complexe 31 a été testé sur divers cétones et le meilleur résultat a été
obtenu avec l’isobutylphénone avec un excès énantiomérique de 92%.66
Kim et al. ont proposé un état de transition classique pour cette catalyse (Figure 28).
Le substrat activé par coordination sur le complexe organométallique joue le rôle d’acide de
Lewis. L’oxyde de phosphine joue le rôle de base de Lewis en activant le TMSCN. Un
transfert intramoléculaire de cyanure sur l’aldéhyde donne les cyanhydrines correspondantes.
Contrairement aux études effectuées par Feng et al. sur la réaction de cyanosilylation selon le
principe de double activation, Kim et al. ont utilisé une procédure de façon que le complexe
organométallique et l’oxyde de phosphine soient mélangés en début de réaction.65,66
34
Chapitre 1
=
Si
CNPh3PO
32 R = H, CH3
NN
OO
Al
O
R
Cl
H
H
Figure 28 : Etat de transition proposé pour la réaction de cyanosilylation65,66
Notons que Kim et al. ont récemment utilisé un complexe de manganèse avec le ligand
salen 17c (R1 = R2 = tBu) pour la réaction de cyanosilylation de l’acétophénone selon le
même principe de double activation (Figure 29).67 Avec 5 mol% du complexe 33 et 50 mol%
de l’oxyde de triphénylphosphine, l’addition du TMSCN sur l’acétophénone donne la
cyanhydrine correspondante avec un excès énantiomérique de 63%. Parallèlement, d’autres
cétones ont été testées avec différentes substituants sur le noyau aromatique ; le meilleur
résultat est obtenu avec le brome en position para de l’acétophénone avec 85% d’excès
énantiomérique.67
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBuMn
33
PhPh
Cl
Figure 29 : Complexe de manganèse utilisé en cyanosilylation67
V. Influence du ligand anionique (X–) dans les complexes
{salen}V(O)X sur la cyanosilylation asymétrique du benzaldéhyde
Le ligand achiral X sur le centre métallique des complexes pourrait ne pas être un
simple spectateur en catalyse, mais son effet pourrait être décisif, en favorisant par exemple
35
Influence du ligand anionique (X-) en cyanosilylation de benzaldéhyde
un clivage plus facile de la liaison métal-cyanhydrines dans l’étape déterminante de la
réaction. Récemment, Belkon et North ont étudié l’influence de la nature du ligand anionique
X dans le complexe {salen}V(O)X pour l’addition asymétrique du TMSCN sur le
benzaldéhyde.68 Pour cela, une série des complexes a été préparée avec différents types de
ligands sur le centre métallique (Figure 30). Dans des conditions identiques, les résultats
montrent clairement que la vitesse de réaction peut être augmentée selon la nature du ligand
X.
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBu
34 X = EtOSO335 X = BF436 X = Cl37 X = Br38 X = CF3SO339 X = F40 X = CN
VO
X-
+
Figure 30 : Différents complexes de vanadium testés en cyanosilylation68
Les complexes avec lesquels X = Cl ou F sont les plus actifs et le complexe X =
OSO2CF3 est totalement inactif. Apparemment, l’activité catalytique des ces complexes
augmente avec la basicité des anions (X = F>Cl> Br>BF4>CN>EtOSO3>>>CF3SO3). A noter
que ces complexes étaient plus actifs sous atmosphère d’air que sous atmosphère d’argon.68
Figure 31 : Etudes cinétiques effectués avec les complexes {salen}V(O)X 34-4068
36
Chapitre 1
L’excès énantiomérique du produit obtenu n'est pas sensiblement influencé par la
nature de l’anion (90-94% ee). Ces observations suggèrent que l'étape stéréo-déterminante de
la réaction et la structure de l'état de transition menant à la formation de liaison C-C sont la
même dans cette série de catalyseurs 34-40. Il ne comporte alors aucune participation
d'anion.
VI. Conclusions
La catalyse homogène de la réaction de cyanosilylation de fonction carbonyles a
rapidement évolué au cours de ces dernières années. Une vaste gamme de métaux de
transition et de ligands a été utilisée pour cette réaction. Ce sont, dans la majorité de cas, des
combinaisons in situ. Parmi les différents types de systèmes utilisés avec succès pour la
réaction de cyanosilylation asymétrique des cétones, on trouve notamment les complexes
{salen}AlX.64,65,66 Toutefois, l’influence réelle des ligands chiraux présents sur le centre
métallique (salen diversement substitués) et achiraux (le troisième ligand X) reste largement
méconnue, tant au niveau de l’activité que de la stéréosélectivité de la réaction. La meilleure
façon de connaître l’influence de ces paramètres est d’établir des relations structure-activité et
de préparer des complexes isolés, bien définis, porteurs de différents ligands salen et X. Ces
observations nous ont poussés à nous engager dans l’étude d’une série de complexes
{salen}AlX en cyanosilylation de l’acétophénone et à étendre nos travaux à des complexes à
base d’yttrium et de lanthane. De nouveaux ligands tétradentates dialcoolates perfluorés, non
encore décrits dans la littérature, seront également utilisés pour effectuer cette étude.
37
CHAPITRE 2
Complexes des métaux des groupes 3 et 13
Synthèses et caractérisations
38
Chapitre 2
Chapitre 2
Complexes des métaux des groupes 3 et 13
Synthèses et caractérisations
Nous avons brièvement rappelé dans le chapitre 1 que de nombreux ligands
dialcoolates tétradentates ont été utilisés avec divers métaux oxophiles pour des applications
en cyanosilylation catalytique. Dans ce chapitre, nous allons nous focaliser sur la chimie de
coordination des métaux des groupes 3 et 13 avec différents ligands de type salen et
bis(oxazoline).
I. Introduction
Les ligands salen représentent une famille de composés dérivés de la N,N-
bis(salicylidène)éthylène-diamine.69,70 Les pro-ligands correspondants {salen}H2 sont
synthétisés par condensation de diamines, éventuellement énantiomériquement pures, avec 2
équivalents du salicylaldéhyde correspondant (Schéma 6). Notons que la 1,2-trans-
cyclohexyl-diamine et la 1,2-trans-diphényléthylène-diamine sont les deux diamines chirales
les plus souvent utilisées en catalyse homogène.71
N N
R2R1
OH HOR4
R3
R4
R3
+
OH
R4
R3 HH2N
R2
NH2
R1O
R1, R2 = (CH2)4, Ph... R3, R4 = tBu, H, Br, Me, Cl, ...
Schéma 6 : Synthèse de pro-ligands {salen}H269
Le premier complexe organométallique avec des ligands salen a été rapporté par
Pfeiffer et al. en 1933.72 Les quatre sites de coordination des ligand salen, à savoir les deux
atomes d’azote et les deux atomes d’oxygène, sont généralement situés d’une façon co-
planaire, ce qui favorise une coordination équatoriale avec les métaux de transition. Toutefois
des coordinations non planaires de ligands salen ont été mises en évidence.73,74,75 Selon la
39
Introduction
nature du métal (MgII, CrIII, CoII, VVI, CuII, TiIV, RuIV, PdII, AuIII, ZnII, YIII, et AlIII),70 on
retrouve des nombres de coordinations de 4 (N2O2, géométrie carré-plan), 5 (N2O2X,
géométrie pyramidale à base carrée) et 6 (N2O2X2, géométrie octaédrique).69,76,77,78 Dans ce
dernier cas, on retrouve le plus souvent deux sites axiaux pour les ligands auxiliaires.
Notons que les ligands salen peuvent subir une hydrolyse en retournant au
salicylaldéhyde et à la diamine correspondants. Cependant, la stabilité du ligand augmente
considérablement avec la formation du complexe métallique. Par conséquent, contrairement
aux ligands libres, les complexes métalliques de ligands salen peuvent être utilisés dans des
solvants humides sans subir une hydrolyse. Ces complexes se sont avérés être de bons
catalyseurs pour de nombreuses réactions, notamment l'époxydation des alcènes, l'ouverture
d'époxydes, la cyclopropanation, l'aziridination, et les hydrogénations sélectives.70
Les ligands salen ont été également utilisés pour la réaction de cyanosilylation
catalytique. De fait, les complexes {salen}AlX s’avèrent être de bons catalyseurs pour la
cyanosilylation asymétrique des cétones.64 Ces systèmes catalytiques, qui sont des
combinaisons in situ entre des pro-ligands {salen}H2 et des dérivés de type AlX3,
fonctionnent coopérativement avec une base de Lewis achirale qui est également utilisée pour
activer le TMSCN selon le principe de la double activation.
Bien que les complexes {salen}AlX aient été étudiés pour la réaction de
cyanosilylation des cétones en introduisant une base achirale extérieure, l’influence réelle des
ligands chiraux et achiraux portés par le centre métallique sur l’activité et la sélectivité de la
réaction reste largement méconnue. Une étude avec une série de complexes isolés et bien
caractérisés porteurs de différents ligands salen et X doit être capable d’évaluer l’influence de
ces paramètres et d’établir des relations structure-activité. Notons que nous avons également
souligné dans le chapitre 1 que la nature du ligand anionique X sur le complexe cationique
{salen}VO(X) a un effet décisif sur l’activité catalytique, mais aucun effet notable sur
l’énantiosélectivité.68
De plus, nous verrons qu’il est possible à partir d’un squelette de base de modifier la
conception du ligand de type salen en incorporant des groupements alcoolates fluorés
permettant de générer des espèces mononucléaires présentant des géométries variées et des
comportements remarquables en catalyse homogène.79,80 En effet, l’encombrement stérique
apporté par les groupements fluorés et surtout leur effet inductif attracteur permet de limiter la
formation d’espèces polynucléaires.81,82,83 D’autre part, l’introduction de groupements fluorés
40
Chapitre 2
CF3 en position α d’un alcool entraîne une forte augmentation du caractère acide de celui-ci.
Le pKa de (CH3)2CHOH passe alors de 16 à 9 pour l’alcool perfluoré correspondant
(CF3)2CHOH et se rapproche des valeurs de pKa des phénols [pKa(C6H5OH) = 10].84
Cependant, l’utilisation des ligands alcoolates fluorés en catalyse reste limitée car ils sont
généralement difficiles à obtenir.85,86,87
De fait, très peu d’exemples de complexes dialcoolates fluorés avec de métaux du
groupe 13 ont été décrits en littérature.88 Citons comme exemple notable le complexe de
gallium Ga[OC(CF3)2CH2C(Me)NMe]2Cl développé par Chi (Figure 32).89 Ce complexe
adopte à l’état solide une structure mononucléaire avec une géométrie trigonale bipyramidale.
N N
O OCF3 CF3 CF3
CF3
Ga
Cl
Figure 32 : Complexe dialcoolate fluoré de gallium89
De nombreuses études ont été effectuées pour introduire un élément de symétrie sur
un squelette de ligand salen.90,91,92,93,94 La méthodologie la plus performante à ce jour pour la
synthèse de ligands dissymétriques de type salen, est la modification chimique de la nature
des substituants sur le noyau aromatique (Figure 33).95,96,97 Une autre stratégie pour introduire
un élément d’asymétrie est la synthèse de pro-ligands de type salalen [ONN(Me)O]H2 décrite
par Katsuki et al.98,99
N N
R2
OH HO
tBu
tBu
tBu
tBu
R1
N N
R2
OH HO
R4
R3
R6
R5
R1
R3, R4, R5, R6 = H, tBu, Br, Me.....
salalensalen
Figure 33 : Elément de symétrie sur le squelette de pro-ligands [ONCyNO]H295,98
Une autre classe intéressante de ligands multidentates est les bis(oxazoline) (Box), qui
comptent parmi les ligands les plus couramment employés en catalyse asymétrique.100,101 De
41
Introduction
nombreux systèmes catalytiques à base de bis(oxazoline) (généralement de symétrie C2) ont
été développés notamment avec des complexes de MgII, ZnII, TiIV, ReVI, NiII, RhII, RuIV et
AlIII.102 Toutefois, peu d’exemples de complexes de métaux du groupe 3 ont été décrits :
Anwander et al. ont rapporté des complexes mono- et bis[bis(oxazolinato)] d’yttrium et de
lanthane.103 Ces complexes ont été préparés par élimination d'amine (Schéma 7), et seul un
complexe mono-Box d’yttrium a été caractérisé par diffraction des rayons X. Cependant, très
peu d’applications de ces complexes en catalyse ont été étudiées.
N
O
N
ONO
NO
Ln
N
O
N
O
Ln
N
O
N
O
Z
Z
Z
tBu
tBu
tBu tBu
tButBu
tBu tBu
Ln = Y, LaZ = N(SiHMe2)2
LnZ3
LnZ3(0,5 équiv.)
Schéma 7 : Synthèse de complexes bis(oxazolinato)-lanthanide103
II. Objectifs de cette étude
Nos objectifs étaient :
(i) de préparer une nouvelle famille de complexes des métaux des groupes 3 et 13 avec
différents ligands, de types salen ou bis(oxazoline) connus, ainsi que de nouveaux ligands.
(ii) d’étudier les propriétés catalytiques des différents complexes préparés en synthèse
asymétrique. En ce qui concerne la cyanosilylation asymétrique, notre objectif était d’étudier
l’influence de ligands chiraux de type salen diversement substitués et achiraux, ainsi que celle
du troisième ligand X sur le centre métallique. Nous avons tenté de travailler sur une nouvelle
approche pour la réaction de cyanosilylation, à savoir l’incorporation d’une base achirale dans
le complexe mais cette fois, liée de façon covalente au métal. Notre choix de ligands
fonctionnalisés s’est porté sur des complexes d’aluminium de type phosphonates
42
Chapitre 2
{salen}[AlOP(O)X2] dont la synthèse est décrite dans la bibliographie mais sans mention de
propriétés catalytiques.
(iii) d’étudier le comportement des complexes préparés en polymérisation du rac-
lactide et de la rac-β-butyrolactone.
Nous avons aussi préparé une nouvelle famille de ligands de type phénolate-alcoolate
fluoré dérivés de la 1,2-trans-cyclohexyl-diamine. L’objectif est l’introduction de
groupements alcoolates fluorés -C(CF3)2O dans un squelette de ligand phénate pour former un
nouveau type de pro-ligand asymétrique mixte (phénate/alcoolate fluoré) [ArONCyNOCF3]H2
(Figure 34). Nous avons ensuite cherché à générer de nouveaux catalyseurs métalliques à base
de ce ligand et des métaux des groupes 3 et 13 pour des applications en catalyse asymétrique
et catalyse de polymérisation, dans le but d’établir une comparaison avec les systèmes
catalytiques décrits précédemment avec les ligands salen.
N N
tBu
tBu OHCF3
HO CF3
Figure 34 : Structure du pro-ligand [ArONCyNOCF3]H2
III. Complexes de l’aluminium
Nous décrivons içi la synthèse d’une série de complexes d’aluminium ainsi que leur
caractérisation en solution et à l’état solide. Dans un premier temps, nous allons nous focaliser
sur des complexes dérivés de ligands salen, puis dans un deuxième temps, sur des complexes
portant de nouveaux ligands diamino-dialcoolates fluorés.
III.1 Synthèse de complexes {salen}AlX
III.1.1 Synthèse de complexes (1R,2R)-{salen}AlMe
Les complexes méthyl-aluminium portant des ligands de type salen sont largement
décrits dans la bibliographie.69 On y retrouve des complexes monométalliques de type
{salen}AlMe104 mais aussi bimétalliques {salen}[AlMe2]2.105
43
Complexes de l’aluminium
La synthèse du premier complexe bimétallique de métaux du groupe 13 avec des
ligands salen, le {salen}[GaMe2]2, nécessite l’emploi de conditions drastiques.106 Plus tard,
des complexes bimétalliques pentacoordonnés,107 comme par exemple le complexe
{salen}(GaEt2)[AlEt2]108 ont été aisément préparés en ajoutant les réactifs de façon
stoechiométrique. Notons que des complexes trimétalliques de type {salan}(MR)[MR2]2 (M =
Al, Ga et R = Me et Et) ont également été rapportés.109,110,111 Ces complexes ont été utilisés,
par exemple, en tant que réactifs peu coûteux pour l’hydrolyse des esters phosphatés.112
Cependant, aucune application n’a été rapportée en catalyse asymétrique.
Atwood et al. ont montré que l’action du triméthylaluminium sur un pro-ligand de
type {salen}H2 peut donner avec de bons rendements, selon les conditions utilisées, des
complexes bimétalliques {salen}[Al(Me2)]2 où les centres métalliques sont tétracoordonnés
(Schéma 8).113 Ces complexes ont été caractérisés à l’état solide et en solution.
N
N
O
tBu
tBu
O
tBu
tBuAl
R'
R'
AlR'
R'R
N N
OH HO
tBu
tBu
tBu
tBu
R
-2 R'H
R'3Al
R = 1,2-cyclohexylène, 1,5-pentylène, 1,6-hexylène,1,4-phenylène…..
+
- R'H
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAlR'
R
Schéma 8 : Complexes de type {salen}AlMe et {salen}[AlMe2]2 décrits par Atwood104,113
Pour notre part, notre choix s’est porté sur les ligands salen dérivés de trans-1,2-
cyclohexyl-diamine (a) et de trans-1,2-diphényléthylène-diamine (b) qui ont déjà été utilisés
par ailleurs en combinaison in situ avec des dérivés alkylaluminium pour la cyanosilylation
asymétrique.64 En effet, les ligands salen dérivés de la trans-1,2-diphényléthylène-diamine (b)
disubstitués en positions 2,4 par de groupements tBu ont montré de bonnes performances pour
cette réaction.
L’action du triméthylalminium sur 1 équivalent de pro-ligand {salen}H2 1a,b dans le
toluène donne, après élimination de méthane, un mélange de complexes monométallique 2a,b
et bimétallique 3a,b (Schéma 9).
44
Chapitre 2
1a R1 = R2 = (CH2)4
1b R1 = R2 = Ph
N N
R2R1
OH HO
tBu tBu
tBu +2a,b
3a,b
toluène
AlMe3
+
- 2 CH4
N NO
tBu
O
tBu
R1 R2
tBu tBu
AlMe
MeAl
MeMe
N N
R2R1
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
Me
tBu
Schéma 9 : Synthèse des complexes {salen}AlMe (2) et {salen}[AlMe2]2 (3)
III.1.1.a Complexe (1R,2R)-{cyclohexyl-salen}AlMe (2a) et {cyclohexyl-
salen}[AlMe2]2 (3a)
Différentes conditions réactionnelles ont été testées afin d’améliorer le rendement en
complexe monométallique 2a en variant trois paramètres : la température, l’ordre d’ajout des
réactifs et leur concentration. Les résultats sont rassemblés dans le Tableau 1.
Tableau 1 : Différents paramètres étudiés pour la synthèse des complexes 2a et 3a(i)
(i) Conversion totale de AlMe3 observée dans tous les cas ; (ii) Pré-chauffage du milieu réactionnel à 110 °C
Entrée T (°C) t(h) C(mol/l) Ordre d’ajout des réactifs 2a : 3a
1 20 14 0.10 Ajout de pro-ligand sur AlMe3 12 : 88
2 20 14 0.10 Ajout de AlMe3 sur le pro-ligand 27 : 73
3 20→110 4 0.04 Ajout de AlMe3 sur le pro-ligand 55 : 45
4 20→110 4 0.14 Ajout de AlMe3 sur le pro-ligand 68 : 32
5(ii) 110 4 0.14 Ajout de AlMe3 sur le pro-ligand 91 : 9
La température apparaît être le facteur le plus important : l’action de AlMe3 sur le pro-
ligand 1a à température ambiante, quel que soit l’ordre d’ajout des réactifs, donne
majoritairement le complexe bimétallique 3a (entrées 1, 2). En revanche, le chauffage à reflux
45
Complexes de l’aluminium
du milieu réactionnel favorise la synthèse du complexe monométallique 2a (entrées 3, 4, 5).
Le rendement du complexe 2a a pu être quelque peu amélioré en ajoutant le complexe AlMe3
sur la solution de pro-ligand dans le toluène (entrée 2). La concentration des réactifs influence
aussi cette synthèse, la formation du complexe 2a étant améliorée en milieu plus concentré
(entrées 3, 4). Ainsi, dans des conditions optimisées, l’ajout de AlMe3 sur 1 équivalent de pro-
ligand 1a en solution dans le toluène, suivi immédiatement d’un chauffage à reflux pendant
4h, donne le complexe 2a avec une sélectivité de 91% (entrée 5). De fait, le complexe
bimétallique 3a reste toujours présent, mais le complexe 2a est ensuite assez facilement isolé
sous forme pure, avec un rendement de 40%, par une recristallisation dans le toluène à -35 °C.
III.1.1.b Complexes (1R,2R)-{diphényléthylène-salen}AlMe (2b) et
{diphényléthylène-salen}[AlMe2]2 (3b)
La synthèse de ces complexes méthyl-aluminium a été optimisée lors de l’étude
précédente avec le pro-ligand 1a. Nous reportons ici les essais effectués pour synthétiser les
deux nouveaux complexes, monométallique 2b et bimétallique 3b, obtenus à partir du pro-
ligand 1b. Plusieurs conditions réactionnelles ont été testées et les résultats sont regroupés
dans le Tableau 2.
Tableau 2 : Différents paramètres étudiés pour la synthèse des complexes 2b et 3b(i)
(i) Conversion totale de AlMe3 observée dans tous les cas
Entrée T (°C) t(h) C(mol/l) Ordre d’ajout des réactifs 2b : 3b
1 20 14 0.03 Ajout de pro-ligand sur AlMe3 0 : 100
2 20 14 0.03 Ajout de AlMe3 sur le pro-ligand 13 : 87
3 20→110 4 0.14 Ajout du AlMe3 sur le pro-ligand 47 : 53
A température ambiante, en ajoutant 1 équiv. du pro-ligand 1b sur AlMe3, le complexe
bimétallique 3b est obtenu avec un rendement quantitatif après 14h de réaction (entrée 1).
L’obtention du complexe monométallique 2b est fortement influencée par le chauffage ainsi
que par l’ordre d’ajout des réactifs (entrée 2, 3). Dans le meilleur des cas, l’ajout de AlMe3
sur 1 équivalent de pro-ligand 1b en solution dans le toluène, suivi d’un chauffage à reflux
pendant 4h, donne le complexe 2b avec une sélectivité de 47%. Ce complexe, moins soluble
que son analogue bimétallique, a ensuite été purifié par une recristallisation dans un mélange
toluène/hexane à -35 °C et obtenu avec un rendement isolé de 39%.
46
Chapitre 2
L’analyse RMN 1H du complexe 2b dans C6D6 à 20 °C montre le singulet du
groupement méthyle (Al-Me) à δ -0.04 ppm. Les protons de quatre groupements tert-butyle
sont chimiquement inéquivalents (δ 1.30, 1.32, 2.05, 2.06 ppm), tout comme les deux
hydrogènes CH-CH du pont 1,2 qui apparaissent sous forme de deux doublets (δ 4.34 et 5.21
ppm, J = 6.0 Hz). Les deux hydrogènes des groupes imines (H-C=N) sont chimiquement
inéquivalents et apparaissent sous la forme de deux doublets (δ 7.90 et 8.09 ppm, J = 3.0 Hz) ;
ceci est encore confirmé dans le spectre 13C (δ C=N 166.73 et 172.01 ppm). Aussi, la RMN 13C montre les carbones du pont CH-CH sous forme de deux signaux (δ 80.01 et 71.37 ppm).
Ces observations montrent que le complexe 2b est dissymétrique en solution dans ces
conditions.
D’autre part, le spectre RMN 1H du complexe 3b dans C6D6 à 20 °C montre que les
deux groupes (Me)2Al de chaque aluminium sont chimiquement inéquivalents (δ -0.86 et -
0.01 ppm), du fait de la géométrie trans du ligand (1R,2R)-{diphényléthylène-salen}2-.113
Cependant, les groupements tert-butyle apparaissent sous la forme de deux singulets (1.29 et
1.64 ppm), et les deux protons imino (H-C=N) (δ 8.51 ppm) ainsi que les deux protons du
pont CH-CH (δ 5.56 ppm) sont chimiquement équivalents. En outre, le spectre 13C montre
que les deux groupements imines sont chimiquement équivalents (δ 173.68 ppm) et les deux
carbones du pont CH-CH se présentent sous la forme d’un seul signal (δ 73.97 ppm). Ceci
montre que le complexe est globalement symétrique en solution à l’échelle de temps de la
RMN dans ces conditions.
III.1.2 Synthèse des complexes (1R,2R)-{salen}Al(OiPr) (4a,b)
Ces complexes ont été synthétisés selon la procédure décrite par Feijen.114 La réaction
du pro-ligand {salen}H2 1a,b avec l équivalent de tris(isopropylate) d’aluminium dans le
toluène à 80 °C donne les complexes 4a114,b avec des rendements quantitatifs (Schéma 10).
47
Complexes de l’aluminium
1a R1 = R2 = (CH2)4
1b R1 = R2 = Ph
N N
R2R1
OH HO
tBu
tBu
tBu
tBu
N N
R2R1
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
OiPr
4a,b
toluène
Al(OiPr)3
+ - 2 iPrOH
80 °C, 3j
Schéma 10 : Synthèse des complexes 4a,b
Le spectre RMN 1H du nouveau complexe 4b dans C6D6 à 20 °C montre deux signaux
à δ 1.49 et 4.55 ppm avec une intégration de 6:1, qui sont attribués respectivement aux
protons méthyle et méthine du ligand isopropylate. Les deux protons CH-CH du pont 1,2 du
ligand salen sont bien résolus sous la forme de deux doublets (δ 4.38 et 5.68 ppm) et les
protons des deux groupements imines (H-C=N) sont différenciés (δ 8.00 et 8.15 ppm). Le
spectre 13C montre aussi que les deux groupements imines sont chimiquement inéquivalents
(δ 166.69 et 171.79 ppm) et que les carbones du pont CH-CH se présentent sous la forme de
deux signaux (δ 71.65 et 72.76 ppm). Ces observations montrent que le complexe formé est
totalement dissymétrique en solution à l’échelle de temps de la RMN dans ces conditions.
Notons que les quatre groupes inéquivalents (tBu) apparaissent sous forme de deux singulets
à cause d’un recouvrement accidentel.
Nous avons également obtenu le complexe dinucléaire μ-oxo (5b) par hydrolyse
accidentelle du complexe 4b dans le benzène à température ambiante (Schéma 11).
48
Chapitre 2
5b
benzène (H2O)
- iPrOHN
NPh
Ph O
O
tBu
tBu
tBu
tBu
Al OiPr
4b
N N
PhPh
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
N N
PhPh
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
O
Schéma 11 : Synthèse du complexe dinucléaire μ-oxo (5b)
III.1.3 Synthèse des complexes (1R,2R)-{salen}AlCl (6a,b)
Ces complexes ont été synthétisés selon la procédure décrite par Atwood.69,115,116 La
réaction du pro-ligand {salen}H2 1a,b avec l équivalent de AlMe2Cl dans le toluène à
température ambiante donne les complexes 6a116,b avec des rendements quantitatifs (Schéma
12).
1a R1 = R2 = (CH2)4
1b R1 = R2 = Ph
N N
R2R1
OH HO
tBu
tBu
tBu
tBu
N N
R2R1
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
Cl
6a,b
+
toluène
AlMe2Cl
- 2 CH4
t.a, 14h
Schéma 12 : Synthèse des complexes 6a,b
Le spectre RMN 1H du complexe 6b dans le C6D6 à 20 °C montre une allure similaire
à celui du complexe 4b avec une variation non significative des déplacements chimiques des
hydrogènes des groupes imines (H-C=N) (δ 7.95 et 8.13 ppm) et aussi des deux hydrogènes
(CH-CH) du pont 1,2 (δ 4.34 et 5.63 ppm) (Figure 35).
49
Etudes structurales par diffraction des rayons X
N N
PhPh
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
Cl
HC=N HC=N
H aromH arom
CH CH
tBu tBu
1.51.52.02.02.52.53.03.03.53.54.04.04.54.55.05.05.55.56.06.06.56.57.07.07.57.58.08.0 Figure 35 : RMN 1H du complexe 6b (benzène-d6, 20 °C, 300 MHz)
III.1.4 Etudes structurales par diffraction des rayons X
L’un des objectifs de notre travail a été l’analyse structurale des complexes, dont la
synthèse est décrite ci-dessus, afin d’appréhender leur nature exacte.
Des monocristaux des nouveaux complexes 3b, 5b, 6b ont été obtenus ce qui a permis
de réaliser des expériences de diffraction des rayons X. Les diagrammes ORTEP de ces trois
complexes sont présentés en Figures 36, 37 et 38, tandis que les longueurs et angles de
liaisons principaux sont présentés dans le Tableau 3.
La structure du complexe bimétallique (1R,2R)-{diphényléthylène-salen}[AlMe2]2
(3b) montre chacun des centres métalliques (Al) dans un environnement tétraédrique,
coordonné à un atome d’azote et un atome d’oxygène du ligand salen. La sphère de
coordination de l’ion métallique est complétée par deux groupements méthyle (Figure 36).
Par comparaison avec le complexe bimétallique {cyclohexyl-salen}[AlMe2]2 (3a),113 les
longueurs de liaisons et les angles sont très similaires. Les liaisons Al(1)-O(1) et Al(1)-N(1)
sont respectivement égales à 1.774(14) et 1.977(15) Å. Ces distances sont comparables à
celles observées dans le cas du complexe bimétallique 3a (1.756 et 1.979 Å respectivement),
mais elles sont plus courtes que celles notées pour le complexe {salen}[GaEt2]2, du fait de la
diminution de la taille du métal de Ga (0.63 Å) à Al (0.53 Å).69,113 Les groupements méthyles
sont liés au centre métallique, avec des distances Al-C(1) et Al-C(2) de 1.956(2) et 1.959(2)
50
Chapitre 2
Å, donc très similaires à celles retrouvées au sein du complexe 3a.113 De même, l’angle O(1)-
Al(1)-N(1) est de 93.67(7)°, très proche de la valeur du même angle (94.09(11)°) noté dans le
cas du complexe bimétallique 3a.113
Figure 36 : Structure moléculaire du complexe 3b (atomes d’hydrogène supprimés par souci de
clarté)
Le complexe d’hydrolyse [(1R,2R)-{diphényléthylène-salen}Al]2O (5b) a été
également caractérisé par diffraction des rayons X. Bien que les données collectées sur
plusieurs cristaux soient de mauvaise qualité, elles établissent la structure de cette espèce. Sa
structure à l’état solide montre une géométrie octaédrique pour le centre métallique. Chaque
centre métallique (Al) est coordonné par les quatre hétéroatomes du ligand salen et l’atome
d’oxygène en position axiale (Figure 37). La morphologie globale du complexe 5b est
conforme à celle observée pour [{éthylène-salenH}Al]2O,117 [{éthylène-salentBu}Al]2O118 et
[{salen}Fe]2O.119,120 L’aluminium est lié au ligand salen avec les liaisons Al(1)-O(1) et Al(1)-
O(2) de longueurs respectives 1.833(3) et 1.807(3) Å, alors que les liaisons Al(1)-N(1) et
Al(1)-N(2) sont de 2.014(4) et 2.035(3) Å, respectivement et donc très voisines. Ce mode de
coordination est très similaire à celui observé dans le complexe [{éthylène-salen}Al]2O.117,118
Cependant, l’angle Al(1)-O(3)-Al(2) dans le complexe 5b (168.6(2)°) est plus large que celui
observé dans les systèmes [{éthylène-salenH}Al]2O117 (152.0(3)°), [{éthylène-
salentBu}Al]2O118 (159.5(5)°) et [{salen}Fe]2O120 (139.1-144.6°), tandis que dans le complexe
[{salen}Re(O)]2O121 cet angle est de 180°. Cette largeur d’angle peut être attribuée à
l’augmentation des effets stériques entre le ligand {éthylène-salen}H2 et le
{diphényléthylène-salen}H2 dues aux groupements diphényl ; ces groupements encombrés
sont probablement la raison de l’orientation perpendiculaire de deux ligands salen tandis que
ces derniers sont plus éclipsés dans les complexes [{éthylène-salen}Al]2O.117,118 Le pont
51
Etudes structurales par diffraction des rayons X
oxygène est lié au centre métallique, avec une distance Al(1)-O(3) de 1.699(3) Å. Cette
dernière est très proche de celle observée dans le complexe [{éthylène-salentBu}Al]2O
(1.696(3) Å)118 et le complexe [{salen}AlOSiPh3] (1.715(14) Å).122
Figure 37 : Structure moléculaire du complexe 5b (atomes d’hydrogène supprimés par souci de
clarté)
L’analyse structurale du complexe (1R,2R)-{diphényléthylène-salen}AlCl 6b montre
deux molécules indépendantes (A et B), qui ont la même coordination et la même géométrie
structurale, mais des différences dans les longueurs et les angles de liaisons. Néanmoins, les
tendances structurales des deux molécules sont comparables. Ainsi, seules les données
structurales de la molécule A seront discutées ci-dessous. La structure du complexe (6b) est
monomérique, avec le centre métallique pentacoordonné par les quatre hétéroatomes du
ligand salen et un chlore. La géométrie est ainsi pyramidale à base carrée (Figure 38). Les
longueurs de liaisons et les angles sont très proches de celles décrites avec les complexes
{salen}AlCl.69,116,123 L’aluminium est lié au ligand salen avec des liaisons Al(1)-O(1) et
Al(1)-O(2) de valeurs métriques 1.799(12) et 1.775(12) Å, respectivement ; elles sont
comparables à celles observées dans les complexes {éthylène-salen}AlCl69 (1.77 et 1.79 Å) et
{cyclohexyl-salen}AlCl (1.77 et 1.81 Å).69 Les liaisons Al(1)-N(1) et Al(1)-N(2) sont
similaires et égales respectivement à 1.997(15) et 2.008(14) Å. Le groupement chlore est lié
au centre métallique (Al), avec une distance Al(1)-Cl(1) de 2.172(6) Å, très proche de celle
observée dans le complexe {cyclohexyl-salen}AlCl (2.181 Å)69 et {salen}GaCl (2.199 Å) ;124
mais elle est plus courte que celle dans les complexes {cyclohexyl-salen}InCl (2.327 Å)125 et
{salen}InBr (2.508 Å).125 L’angle O(1)-Al(1)-O(2) est de 90.79(5)°, très proche de celui
observé dans les complexes {éthylène-salen}AlCl (89.1°) et {cyclohexyl-salen}AlCl
(91.1°).69 L’angle N(1)-Al(1)-N(2) (79.00°) est très similaire à celui décrit pour le complexe
52
Chapitre 2
{cyclohexyl-salen}AlCl (78.2°) mais inférieur à celui retrouvé dans le complexe {éthylène-
salen}AlCl (86.6°).69
Figure 38 : Structure moléculaire du complexe 6b (molécule A) (atomes d’hydrogène supprimés
par souci de clarté)
Tableau 3 : Longueurs de liaison (Å) et angles (°) principaux des complexes 3b, 5b et 6b [la
deuxième molécule B du complexe 6b]
Complexe 3b Complexe 5b Complexe 6b
Al(1)-O(1) 1.7749(14) Al(1)-O(1) 1.833(3) Al(1)-O(1) 1.7991(12) [1.7870(12)]
Al(1)-C(1) 1.956(2) Al(1)-O(2) 1.807(3) Al(1)-O(2) 1.7758(12) [1.7814(12)]
Al(1)-C(2) 1.959(2) Al(1)-O(3) 1.699(3) Al(1)-N(1) 1.9970(15) [1.9927(14)]
Al(1)-N(1) 1.9772(15) Al(1)-N(1) 2.014(4) Al(1)-N(2) 2.0080(14) [1.9989(14)]
Al(1)-N(2) 2.035(3) Al(1)-Cl(1) 2.1723(6) [2.1701(6)]
O(1)-Al(1)-C(1) 111.41(9) O(1)-Al(1)-O(2) 88.81(14) O(1)-Al(1)-O(2) 90.79(5) [90.42(5)]
O(1)-Al(1)-C(2) 106.18(8) O(1)-Al(1)-O(3) 107.14(15) O(1)-Al(1)-N(1) 89.05(6) [89.22(5)]
C(2)-Al(1)-C(1) 120.08(10) O(2)-Al(1)-O(3) 117.69(16) O(2)-Al(1)-N(1) 148.59(6) [141.21(6)]
O(1)-Al(1)-N(1) 93.67(7) O(1)-Al(1)-N(1) 88.27(15) O(1)-Al(1)-N(2) 155.81(6) [161.61(6)]
C(2)-Al(1)-N(1) 110.83(8) O(2)-Al(1)-N(1) 137.03(17) O(2)-Al(1)-N(2) 88.77(5) [88.62(5)]
C(1)-Al(1)-N(1) 111.40(8) O(3)-Al(1)-N(1) 104.07(17) N(1)-Al(1)-N(2) 79.00(6) [80.15(5)]
O(1)-Al(1)-N(2) 155.38(17) O(1)-Al(1)-Cl(1) 102.83(4) [101.78(4)]
O(2)-Al(1)-N(2) 86.84(15) O(2)-Al(1)-Cl(1) 109.97(5) [112.82(4)]
O(3)-Al(1)-N(2) 96.31(16) N(1)-Al(1)-Cl(1) 100.66(4) [105.19(4)]
N(1)-Al(1)-N(2) 78.64(15) N(2)-Al(1)-Cl(1) 100.03(4) [95.50(4)]
Al(1)-O(3)-Al(2) 168.60(2)
53
Complexes de l’aluminium
III.1.5 Synthèse du complexe (1R,2R)-{cyclohexyl-salen}AlBr (6c)
Le nouveau complexe bromé (1R,2R)-{cyclohexyl-salen}AlBr 6c a été synthétisé
selon la procédure décrite par Atwood :126 la réaction du pro-ligand {salen}H2 1a avec l
équivalent de AlMe2Br (formé in situ par la réaction de AlMe3 et AlBr3 en proportions 2:1)
dans le toluène à reflux donne le nouveau complexe 6c avec un rendement quantitatif
(Schéma 13).
toluène, 12h, reflux
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OAl
Br
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
OH HOAlMe2Br
-2 CH46c
Schéma 13 : Synthèse de complexe 6c
Le complexe 6c adopte en solution un comportement très similaire à ceux observé
pour les complexes {salen}AlX précédemment décrits. L’analyse RMN 1H du complexe 6c
dans C6D6 à 20 °C montre que les quatre groupements tert-butyle sont chimiquement
inéquivalents (δ 1.50, 1.51, 2.01 et 2.02 ppm) ainsi que les deux hydrogènes des groupes
imines (H-C=N) qui apparaissent sous la forme de deux singulets (δ 7.89 et 7.96 ppm).
III.1.6 Synthèse des complexes (1R,2R)-{cyclohexyl-salen}Al[OP(O)X2] (7)
Nous avons ensuite tenté de fonctionnaliser le troisième ligand sur le centre métallique
par la préparation de complexes de type aluminium-phosphonates {salen}Al[OP(O)X2] dont
la synthèse est décrite dans la bibliographie.127 En effet, Atwood et coll. ont préparé des
complexes aluminium-phosphonates par action de Ph2O(O)OMe sur un complexe {éthylène-
salentBu}AlBr (Schéma 14). L’élimination de MeBr conduit, avec de bons rendements, aux
complexes aluminium-phosphonates {salen}Al[OP(O)X2].128 Ces complexes ont été
caractérisés par diffraction des rayons X et par RMN en solution. Notons que la synthèse de
ce type de complexes est possible en partant de {salen}AlBr, du fait de la faible énergie de la
liaison Al-Br (555 kJ.mol-1 pour Al-Cl et 430 kJ.mol-1 pour Al-Br). En revanche, l’utilisation
54
Chapitre 2
de complexes {salen}AlCl conduit à la formation de complexes cationiques de type
[{salen}Al(phosphinate)2]+.126
toluène24h, 25 °C17h, reflux
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OAl
Br+ Ph2P(O)OMe
- MeBr
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OAl
OP
O
PhPh
Schéma 14 : Complexe {éthylène-salen}Al[OP(O)Ph2] décrit par Atwood128
Pour notre part, nous avons étudié la préparation de nouveaux complexes chiraux
d’aluminum {salen}Al[OP(O)X2]. Le complexe {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)(Ph)2] (7a) a été
synthétisé par action de Ph2P(O)OMe sur 1 équivalent du complexe {cyclohexyl-salen}AlBr
(6c) dans le toluène (Schéma 15).
7a
Ph2P(O)OMetoluène
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OAl
Br
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OOP
O
PhPh
+48h, 80 °C- MeBr
Al
Schéma 15 : Synthèse du complexe {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)Ph2] (7a)
L’analyse RMN 31P{1H} du complexe 7a dans CDCl3 montre un singulet à δ 15.46
ppm, à comparer à δ 35 ppm pour son homologue {éthylène-salentBu}Al[OP(O)Ph2] décrit par
Atwood (Schéma 14) (par comparaison δ Ph2P(O)OMe = 33.7 ppm).
Le spectre RMN 1H dans CDCl3 à 20 °C a une allure similaire à ceux des complexes
{salen}AlX décrits précédemment avec une variation non significative des déplacements
chimiques des deux hydrogènes (CH-CH) du pont 1,2 qui apparaissent sous la forme de deux
multiplets (δ 3.02 et 4.42 ppm), ainsi que les deux hydrogènes des groupes imines (H-C=N)
qui apparaissent sous la forme de deux singulets (δ 7.58 et 8.00 ppm).
De façon analogue, l’action du triméthylphosphate sur 1 équivalent du complexe
{cyclohexyl-salen}AlBr (6c) dans le toluène pendant 4 jours donne, par élimination de MeBr,
le nouveau complexe {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)(OMe)2] (7b) (Schéma 16). Ce dernier,
obtenu avec un rendement de 80%, est purifié par lavage avec de l’hexane froid.
55
Complexes de l’aluminium
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OOP
O
OMeMeO
AltoluèneN N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OAl
Br(MeO)3PO+
7b
t.a, 4j
-MeBr
Schéma 16 : Synthèse du complexe {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)(OMe)2] (7b)
Le spectre RMN 31P{1H} du complexe 7b dans CDCl3 présente un singulet à δ -6.31
ppm (par comparaison δ [(MeO)3P] = 3.64 ppm). L’analyse RMN 1H dans CDCl3 à 25 °C
montre un doublet à δ 3.22 (3JPH = 12 Hz) intégrant pour 6H qui peut être attribué aux
groupements méthoxy sur le phosphore. Les signaux du ligand {cyclohexyl-salen} porté par
l’aluminium sont similaires à ceux des complexes {salen}AlX décrits précédemment.
Notamment, les deux hydrogènes (CH-CH) du pont 1,2 sont bien résolus sous forme de deux
multiplets (δ 3.50 et 4.13 ppm), et les deux hydrogènes des groupes imines (H-C=N)
apparaissent sous la forme de deux singulets (δ 8.27 et 8.38 ppm).
D’autres essais ont été effectués pour synthétiser des complexes de type {salen}Al-
phosphonates, notamment au départ de diméthylphosphite et de {cyclohexyl-salen}AlBr (6c)
(Schéma 17).
7c
HP(O)(OMe)2
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OAl
Br
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OAl
OP
O
MeO
+
H
toluène
t.a, 48h
Schéma 17 : Synthèse du complexe {cyclohexyl-salen}[AlOP(O)(H)OMe] (7c)
Toutefois, l’analyse RMN 31P{1H} du produit brut présente au moins trois signaux (δ
6.68, 1.42 et 0.18 ppm), et le spectre RMN 31P couplé montre la présence de trois doublets
56
Chapitre 2
indicatifs de groupements -P(O)(H)OMe. Notons que ces déplacements sont proches de ceux
observés pour les complexes dimérique ou polymérique de type aluminium-phosphonate (δ
7.08 et 9.16, respectivement).127 Ces observations suggèrent que le produit brut est un
mélange de complexes et/ou que le complexe 7c est de nature polymérique. Des monocristaux
pour réaliser des expériences de diffraction des rayons X ont été obtenus ; malheureusement,
le volume des mailles très important, semble confirmer l’hypothèse de la nature polymérique
du complexe formé, ce qui a empêché d’appréhender sa nature exacte.
III.2 Complexes diamino-dialcoolates fluorés de l’aluminium III.2.1 Synthèses des pro-ligands diamine-diols fluorés [ONCyNO]H2 Nous nous sommes également intéressés aux pro-ligands diamino-diols fluorés
[CF3ONCyNOCF3]H2 8 et 9 pour des applications potentielles en catalyse asymétrique (Figure
39).
N N
OH HOF3C CF3 CF3
CF3
9
N N
CF3 CF3F3C CF3
OH HO
8
Figure 39 : Pro-ligands tétradentates dérivés de (1R,2R)-cyclohexyl-diamine [CF3ONCyNOCF3]H2
La synthèse du pro-ligand [CF3ONCyNOCF3]H2 8 a été réalisée par le groupe du
professeur Chi à l’Université National Tsing Hua de Taiwan en collaboration avec notre
équipe. Ce ligand a été obtenu après ouverture de deux équivalents de l’oxirane fluoré
(préalablement préparé à partir de la réaction du diazométhane sur de l’hexafluoroacétone)
par un équivalent de (R,R)-N,N’-diméthyl-1,2-cyclohexyl-diamine (Schéma 18).129 Cette
synthèse «one-pot » donne un mélange du pro-ligand disubstitué désiré 8 (ca. 35%) et l’alcool
monosubstitué 10 (ca. 65%). Une sublimation et une recristallisation ont ensuite permis
d’obtenir le pro-ligand 8 avec un rendement non optimisé de 28%.
57
Ligands diamino-dialcoolates fluorés
N N
F3C CF3F3C F3C
OH HO8
OF3C
F3C CH2N2
Et2O O
F3C CF3
Et2O, 20 °C
NHMeMeHN+
N NH
F3C
F3C
OH
10
R R
Schéma 18 : Synthèse du pro-ligand [CF3ONCyNOCF3]H2 8129
La synthèse du pro-ligand [CF3ONCyNOCF3]H2 9 a été optimisée au laboratoire lors
d’une étude précédente.130 Ainsi, la réaction de l’aldol fluoré 11 (préparé par condensation
aldolique entre l’acétone et l’hexafluoroacétone) avec deux équivalents de (1R,2R)-
cyclohexyl-diamine donne le pro-ligand 9 avec un rendement de 70% (Schéma 19).
+F3C CF3
OO
O
CF3
OHCF3 H2N NH2 N N
OH HOF3C CF3 CF3
CF3
9
CHCl3, 3 jours, reflux
84h140 °C
montmorillonite11
R R
Schéma 19 : Synthèse du pro-ligand [CF3ONCyNOCF3]H2 9130
Les synthèses organométalliques et les applications en polymérisation avec ces deux
pro-ligands ont été réalisées dans le laboratoire. En effet, le complexe d’aluminium 12a, au
départ du pro-ligand [CF3ONCyNOCF3]H2 9 a montré une performance en polymérisation
stéréospécifique et contrôlée du rac-lactide assez similaire à celle décrite avec le ligand
{cyclohexyl-salen}2- (1a). Néanmoins, le polylactide PLA obtenu est riche en séquences
isotactiques (jusqu'à 80% de diades).
58
Chapitre 2
N N
O OF3C CF3 CF3
CF3
Al
X
12a X = OiPr12b X = Cl
Figure 40 : Complexes d’aluminium au départ du pro-ligand [CF3ONCyNOCF3]H2 9
La steréosélectivité observée en catalyse de polymérisation avec les pro-ligands
[CF3ONCyNOCF3]H2 8, 9 sur des métaux des groupes 4 et 13 nous a encouragés à l’utiliser en
catalyse asymétrique. Nous avons donc utilisé des complexes d’aluminium au départ de pro-
ligands [CF3ONCyNOCF3]H2 8 et 9 pour étudier leurs propriétés catalytiques pour la réaction de
cyanosilylation de cétones. Les performances de ces complexes seront comparées au
complexes {salen}Al(X) déjà préparés.
Nous avons ensuite élargi notre étude en focalisant notre attention sur la synthèse
d’une nouvelle famille de ligands dissymétrique diamino-phénolate-dialcoolates fluorés
dérivés de trans-cyclohexyl-diamine, dans le but d’établir une comparaison avec les systèmes
catalytiques décrits précédemment avec les pro-ligands symétriques {salen}H2 et
[CF3ONCyNOCF3]H2 8, 9. La structure dissymétrique du pro-ligand [ArONCyNOCF3]H2 (Figure
34) doit permettre de générer des complexes adoptant des géométries variées et limiter la
formation d’espèces polynucléaires.
Théoriquement, deux méthodes (A et B) sont possibles pour synthétiser le pro-ligand
[ArONCyNOCF3]H2 en suivant la séquence réactionnelle montrée dans le Schéma 20. La
première étape commune consiste en la protection de la fonction amine, ce qui permet de
former le mono-sel 13 de la 1,2-trans-cyclohexyl-diamine.
59
Ligands diamino-dialcoolates fluorés
+
+
H2N NH2
CHO
OH
tBu
tBu
O
CF3
OHCF3
HCl, ether
H2N NH3,Cl-
N NH3,Cl-
tBu
tBu OH
N N
tBu
tBu OHCF3
HO CF3
F3C
N NH3,Cl-
OHCF3 CHO
OH
tBu
tBuO
CF3
OHCF3
A
B
13
NEt3
NEt3
Schéma 20 : Voies possibles pour synthétiser le pro-ligand [ArONCyNOCF3]H2
Au début, nous avons essayé de préparer le ligand mixte en suivant la méthode A,
utilisée habituellement en littérature pour la synthèse de ligands dissymétriques de type
salen.95,96 La méthode A consiste d’abord en la condensation de 13 avec le 3,5-di-tert-
butylsalicylaldéhyde puis avec l’aldol fluoré 11. Concernant cette voie de synthèse, nous
avons pu isoler l’intermédiaire 14 avec un rendement de 80% (Schéma 21). Lors de la
dernière étape, nous avons essayé différentes conditions réactionnelles (solvant, durée,….)
mais nous n’avons pas pu isoler le pro-ligand [ArONCyNOCF3]H2. En fait, cette réaction aboutit
à la formation en grande quantité de ligand salen 1a, mais également de ligand diimine-diol
fluoré 9, et du pro-ligand attendu [ArONCyNOCF3]H2. Des réactions de
redistribution/d’échanges semblent donc se produire. Nous avons ensuite essayé de réaliser la
dernière réaction en deux étapes en isolant l’amine libre 15, mais cela ne nous a pas permis
d’isoler le pro-ligand mixte [ArONCyNOCF3]H2.
60
Chapitre 2
H2N NH2
CHO
OH
tBu
tBuHCl, ether
H2N NH3,Cl-
N NH3+,Cl-
tBu
tBu OH
N N
tBu
tBu OHCF3
HO CF3
O
CF3
OHCF3
N NH2
tBu
tBu OH
NEt3
90% EtOH/MeOH, t.a80%
13
14
O
CF3
OHCF3
15
NEt3
+
Schéma 21 : Synthèse du pro-ligand [ArONCyNOCF3]H2 (Voie A)
Récemment, Weck et coll. ont montré que l’intermédiaire monoimine 14 est instable
en solution.96 Ce produit se décompose quantitativement, à température ambiante pendant
24h, pour donner le pro-ligand {cyclohexyl-salen}H2 1a et le composé 16 (Schéma 22). Ces
résultats démontrent les inconvénients de la voie A pour la synthèse du pro-ligand mixte
[ArONCyNOCF3]H2.
N NH3+,Cl-
tBu
tBu OH
N N
tBu
tBu OH
Cl, NH3 NH3, Cl
+
HO
tBu
tBu
1a
16
14 + +- -
Schéma 22 : Disproportionation/réarrangement de l’intermédiaire monoimine 1496
61
Ligands diamino-dialcoolates fluorés
Pour surmonter cet obstacle, nous avons ensuite inversé la synthèse du pro-ligand
mixte [ArONCyNOCF3]H2 en utilisant la méthode B. De façon relativement efficace, nous avons
pu synthétiser et isoler le pro-ligand [ArONCyNOCF3]H2 en une séquence synthétique de trois
étapes avec un bon rendement global (71%). L’intermédiaire 17 a été caractérisé par RMN et
spectrométrie de masse, et cette synthèse a pu être optimisée avec un rendement de 84%
(Schéma 23). Le composé 17 est un intermédiaire important pour la synthèse d’une nouvelle
famille de ligands dissymétriques. Notons que la stabilité de l’intermédiaire fluoré 17 est très
différente de celle de l’intermédiaire 14 ; de fait, aucun réarrangement n’a été observé dans
les conditions de Weck.96 Le caractère inductif attracteur des groupements (CF3)2COH permet
d’expliquer en partie cette différence de stabilité.
F3C
N NH3+,Cl-
OH
O
CF3
OHCF3
EtOH, 60 °C, 48h
84%F3CMontmorillonite
H2N NH2
HCl, éther
H2N NH3+,Cl-
90%
17
Schéma 23 : Synthèse du précurseur 17 (Voie B)
Lors de la dernière étape, nous avons suivi la procédure qui a été appliquée pour la
synthèse de ligands dissymétriques de type salen.95 Le pro-ligand 18 est ainsi obtenu avec une
sélectivité de 78% et a ensuite été purifié par recristallisation dans l’hexane à -50 °C avec un
rendement de 39% (Schéma 24).
F3C
N NH3+,Cl-
OHF3C
N N
tBu
tBu OHCF3
HO CF3
NEt3 ( 2 équiv.)
EtOH, 4 Å , 24h
CHO
OH
tBu
tBu
17 1839%
Schéma 24 : Synthèse du pro-ligand [ArONCyNOCF3]H2 18
62
Chapitre 2
Le pro-ligand 18 a été caractérisé par RMN 1H, 19F, 13C et spectrométrie de masse.
L’analyse RMN 1H dans le CDCl3 à 20 °C montre le singulet du groupement méthyle
(MeCN) à δ 1.95 ppm (Figure 41) ; les deux hydrogènes CH du pont 1,2 apparaissent sous
forme de deux multiplets (δ 3.22 et 3.63 ppm) et l’hydrogène du groupe imine (H-C=N)
apparaît sous la forme d’un singulet à δ 8.28 ppm.
N N
tBu
tBu OHCF3
HO CF3
HC=N
H arom H arom
CH-NC(Me) CH-NCH
NC(Me)-CH2
NC(Me)
tButBu
1.51.52.02.02.52.53.03.03.53.54.04.04.54.55.05.05.55.56.06.06.56.57.07.07.57.58.08.08.58.5
Figure 41 : RMN 1H du pro-ligand [ArONCyNOCF3]H2 18 (CDCl3, 20 °C, 200 MHz)
III.2.2 Synthèses et caractérisations en solution des complexes rac-
{ArONCyNOCF3}AlX 19
De façon similaire à l’étude réalisée sur les complexes de l’aluminium portant des
ligands salen, nous avons synthétisé de nouveaux complexes aluminiques au départ du pro-
ligand 18 par réaction d’élimination d’alcool ou d’alcane. Ces complexes ont été obtenus avec
des rendements supérieurs à 90% par réaction du pro-ligand 18 avec les précurseurs Al(OiPr)3
ou AlMe2Cl dans le toluène (Schéma 25). La réaction a été effectuée à température ambiante
pendant 48h pour le complexe chloré (19a), et à 80 °C pendant 3 jours pour le dérivé
isopropylate (19b), tenant compte de la différence de réactivité de ces deux précurseurs.
63
Complexes de l’aluminium
N N
tBu
tBu OHCF3
HO CF3
N N
tBu
tBu OCF3
O CF3
Al
Xtoluène
+ 19a X = Cl19b X =OiPr
-2 CH4 ou -2 iPrOH
AlMe2Cl ou Al(OiPr)3
Schéma 25 : Nouveaux complexes aluminiques au départ du ligand 18
Ces complexes ont été caractérisés par RMN 1H, 19F et 13C. L’analyse RMN 1H dans
C6D6 des complexes 19a (Figure 42) et 19b montre les deux hydrogènes CH-CH du pont 1,2
sous la forme de deux multiplets (δ 2.42, 3.69 ppm pour le complexe 19a et δ 2.45, 3.76 ppm
pour le complexe 19b). Les deux hydrogènes du groupe CH2 sont chimiquement
inéquivalents, ceux-ci apparaissant sous la forme de deux doublets (δ 2.57, 3.22 ppm pour le
complexe 19a et δ 2.59, 3.26 ppm pour le complexe 19b). De même, les deux groupes (tBu)
apparaissent sous forme de deux singulets. Le proton méthine du ligand isopropylate du
complexe 19b apparaît sous la forme d’un multiplet à δ 4.85 ppm, et les protons des deux
groupements méthyle sont différenciés sous la forme de deux doublets (δ 1.69 et 1.52 ppm).
L’hydrogène du groupement imino (H-C=N) apparaît sous la forme d’un singulet à δ 7.54
ppm pour le complexe 19a et δ 7.66 ppm pour le complexe 19b.
64
Chapitre 2
65
N N
tBu
tBu OCF3
O CF3
Al
Cl
H aromH arom
HC=N CH-NC(Me)-CHaHb- CH-NCH
tBu tBu
-(CH2)4-
1.01.01.51.52.02.02.52.53.03.03.53.54.04.04.54.55.05.05.55.56.06.06.56.57.07.07.57.5
Figure 42 : RMN 1H du complexe 19a (benzène-d6, 20 °C, 300 MHz)
III.2.3 Etude par diffraction des rayons X du complexe 19a
La résolution de la structure du complexe 19a à l’état solide a été réalisée par
diffraction des rayons X. Le diagramme ORTEP de ce complexe est présenté en Figure 43,
tandis que les longueurs et angles de liaisons principaux sont présentés dans le Tableau 4.
L’étude cristallographique révèle que le complexe rac-{ArONCyNOCF3}AlCl 19a est
mononucléaire et adopte une structure pyramidale à base carrée. Le centre métallique (Al) est
pentacoordonné par les quatre hétéroatomes du ligand dissymétrique virtuellement plan et un
atome de chlore en position axiale (Figure 43). Le complexe 19a adopte une structure
similaire aux complexes {salen}AlCl69,116,123 et au complexe {diphényléthylène-salen}AlCl
(6b) caractérisé dans la partie III-1. Les longueurs de liaisons observées sont du même ordre
de grandeur que celles observées pour les complexes {salen}AlCl.69 Les distances Al(1)-O(1)
et Al(1)-O(2) respectivement égales à 1.763(2) et 1.791(2) Å sont comparables à celles
observées pour le complexe {diphényléthylène-salen}AlCl (6b : 1.775(12), 1.799(12) Å), et
le complexe {cyclohexyl-salen}AlCl (1.77(8) et 1.81(1) Å).69 La longueur de liaison observée
Etude par diffraction des rayons X
Al(1)-N(1) (2.111(3) Å) apparaît logiquement plus long que la longueur de liaison Al(1)-N(2)
(1.963(3) Å), reflétant ainsi le caractère plus donneur d’un groupement phénolate qu’un
groupement alcoolate fluoré. Le groupement chlore est lié au centre métallique (Al), avec une
distance de Al(1)-Cl(1) de 2.170(12) Å, très proche de celle observée pour le complexe
{diphényléthylène-salen}AlCl 6b (2.172(6) Å), et les complexes {salen}AlCl.69 Le
groupement méthyle sur la liaison imine est en position anti par rapport à l’atome de chlore
coordonné sur le centre métallique. L’angle N(1)-Al(1)-N(2) est de 78.22(10)°, valeur très
proche de celle relevée pour le complexe {diphényléthylène-salen}AlCl (79.00°) et autres
complexes {salen}AlCl.69 L’angle de torsion noté entre les deux plans moyens des
groupements alcoolate fluoré et phénate est de 36.47°. Cette valeur est notamment supérieure
à celle observée pour le complexe {diphényléthylène-salen}AlCl (6b) (17.86°).
Figure 43 : Structure moléculaire du complexe 19a (atomes d’hydrogène supprimés par souci de
clarté)
66
Chapitre 2
Tableau 4 : Longueurs de liaison (Å) et angles (°) principaux du complexe 19a
Cl(1)-Al(1) 2.170(12) O(1)-Al(1)-O(2) 87.94(10)
Al(1)-O(1) 1.763(2) O(2)-Al(1)-N(2) 88.92(10)
Al(1)-O(2) 1.791(2) O(1)-Al(1)-N(2) 145.92(11)
Al(1)-N(1) 2.111(3) O(1)-Al(1)-N(1) 89.85(10)
Al(1)-N(2) 1.963(3) O(2)-Al(1)-N(1) 153.32(11)
N(2)-Al(1)-N(1) 78.22(10)
O(1)-Al(1)-Cl(1) 110.56(9)
O(2)-Al(1)-Cl(1) 105.76(9)
N(2)-Al(1)-Cl(1) 102.94(8)
N(1)-Al(1)-Cl(1) 99.90(8)
IV. Complexes de métaux du groupe 3
Le ligand [ONcyNO]2- nous a permis de générer des complexes aluminiques neutres.
Nous avons par la suite étudié la formation de complexes de métaux du groupe 3 car ce sont
aussi des métaux fortement oxophiles. Nous décrivons, en premier lieu, la synthèse d’une
série de complexes bis(oxazolinato) du groupe 3 ainsi que leurs caractérisations en solution et
à l’état solide. Dans un deuxième temps, la synthèse des complexes d’yttrium portant des
ligands de type salen et [ArONCyNOCF3]H2 sera décrite.
IV.1 Synthèse de complexes bis(oxazolinato) de métaux du groupe 3
Les bis(oxazoline) (Box) représentent une série de ligands très intéressante en catalyse
asymétrique.131,132,133,134 Ils sont généralement utilisés pour préparer des complexes
organométalliques avec des métaux ayant un caractère acide de Lewis prononcé. Ces ligands
permettent, grâce aux deux sites de coordination azotés, une large possibilité de coordination
avec les métaux de transition.100 C’est pourquoi les ligands bis(oxazoline) sont parmi les
ligands bidentates anioniques les plus utilisés en chimie de coordination (Figure 44).102
67
Complexes de métaux du groupe 3
N
O
N
O
RR
RR
R
Figure 44 : Bis(oxazoline) bidentate anionique102
La synthèse de mono- et de bis[bis(oxazolinato)] avec des métaux du groupe 3 est
connue depuis 1999,103 mais leur utilisation en catalyse a été limitée à la réaction
d’hydroamination énantiosélective.135 Anwander et al. ont rapporté la synthèse de mono- et
bis[bis(oxazolinato)] d’yttrium et de lanthane par réaction de LnR3(THF)2 (Ln = Y, La ; R =
N(SiHMe2)2) et de ligands bis(oxazoline).103 Un complexe mono-[bis(oxazolinato)] d’yttrium
a été caractérisé par diffraction de rayons X. Cependant, aucune structure
bis[bis(oxazolinato)] de métaux du groupe 3 n’a été rapportée.
En se basant sur les travaux d’Anwander, nous avons voulu étudier les propriétés
catalytiques de ces complexes en polymérisation par ouverture de cycle des esters cycliques
ainsi qu’en cyanosilylation de fonction carbonyle. En polymérisation du rac-lactide, notre
objectif était la préparation d’une famille de complexes bis-Box chiraux et achiraux pour
étudier les effets de substituants du ligand Box et l’influence de chiralité sur la réactivité et la
sélectivité de complexes.
Différents ligands Box 20-22 ont donc été utilisés dans cette étude. Les ligands 20 et
21 sont commerciaux alors que le ligand 22 a été synthétisé par le Dr. Bellemin-Lapponaz au
laboratoire de chimie organométallique à l’Université de Strasbourg (Figure 45).136
N
O
N
O
N
O
N
O
PhPhN
O
N
O
tButBu
PhPh
2220 21
Figure 45 : Ligands bis(oxazoline) utilisés
L’yttrium et le lanthane ont été choisis pour effectuer cette étude en raison de leur
différence de rayons ioniques. Le précurseur homoleptique trisamidure de lanthanide
Ln[N(SiHMe2)2]3.(THF)2 a été préparé par la méthode d’élimination de sel.137,138 La réaction
de 3 équiv. de LiN(SiHMe2)2 et LnCl3.THF3 donne le trisamidure de lanthanide avec un bon
rendement (>70%) (Schéma 26).
68
Chapitre 2
LnCl3.THF33 équiv. LiN(SiHMe2)2
40 °C, Hexane, THFLn
Ln = Y, La
(Me2HSi)2N N(SiHMe2)2
N(SiHMe2)2THF
THF
Schéma 26 : Synthèse de précurseurs homoleptiques trisamidure de lanthanide
Ln[N(SiHMe2)2]3.(THF)2
Les complexes bis-Box du groupe 3 (23-25) ont été préparés par métathèse de liaison
σ.103,135 La réaction de deux équivalents de pro-ligand (Box)H avec les précurseurs
homoleptiques trisamidure de lanthanide Ln[N(SiHMe2)2]3.(THF)2 (Ln = Y, La) dans le
toluène ou le benzène donne, en une seule étape, les complexes [Box]2Ln[N(SiHMe2)2] par
élimination de deux équivalents de bis(diméthylsilyl)amine (Schéma 27).
N
O
N
OR3
R1 R1
R2R22
Ln[N(SiHMe2)2]3.(THF)2
toluène ou benzène
-2 HN(SiHMe2)2
25a Ln = Y25b Ln = La
23a Ln = Y, R1 = tBu, R2 = H23b Ln = La, R1 = tBu, R2 = H24 Ln = Y, R1 = R2 = Ph
N
O
N
O
Ln
N
O
N
O
R
N
O
N
O
Ln
N
O
N
O
R1R1
R1R1
R
R2 R2
R2R2
R = N(SiHMe2)2
Schéma 27 : Synthèse de complexes [Box]2Ln[N(SiHMe2)2] (23-25)
La réaction a été suivie par RMN 1H, qui montre l’élimination de 2 équivalents de
l’amidure -N(SiHMe2)2. La conversion complète des réactifs est observée en moins de 2h de
réaction à 20 °C. Après évaporation, les complexes [Box]2Ln[N(SiHMe2)2] ont été obtenus
sous forme de poudres blanches avec de bons rendements de 95 à 99%.
69
Complexes de métaux du groupe 3
Nous avons aussi synthétisé des complexes mono[bis(oxazolinato)] d’yttrium et de
lanthane selon la même procédure décrite par Anwander.103 Notre objectif est d’utiliser ces
complexes pour la réaction de cyanosilylation asymétrique de fonction carbonyle. Les
complexes [tBuBox]Ln[N(SiHMe2)2]2 [26a : Ln = Y, 26b : Ln = La] ont ainsi été obtenus par
élimination d’un équivalent de bis(diméthylsilyl)amine (Figure 46).
N(SiHMe2)2
N
O
N
O
tBu tBuLn
(Me2SiH)2N
26a Ln = Y26b Ln = La
Figure 46 : Complexes [Box]Ln[N(SiHMe2)2] (26)
IV.1.1 Comportements en solution des complexes [Box]2Ln[N(SiHMe2)2] (23-25)
Les complexes [Box]2Ln[N(SiHMe2)2] 24-25 sont des nouveaux complexes que nous
avons caractérisé en solution par RMN 1D et 2D ainsi que par analyse élémentaire.139 De
façon similaire aux observations d'Anwander, le spectre RMN 1H montre l'absence de
molécules de THF coordonnées sur le centre métallique. L’analyse RMN 1H indique la
conversion complète du précurseur d’yttrium pour la formation des complexes 24-25 et la
coordination de deux équivalents de ligands bis(oxazoline) sur le centre métallique. En outre,
le spectre 13C montre que les deux groupements méthyle SiHMe2 sont chimiquement
inéquivalents (25a δ = 3.58, 3.29 ; 24 δ = 3.51, 2.84) ; ceci est encore confirmé en RMN 1H
du complexe 24 (δ = 0.35, 0.18), mais il n'est pas observé dans les spectres RMN 1H (200-300
MHz) du complexe 25a. Les spectres RMN 1H et 13C du complexe 25b montrent un seul
signal pour le groupement SiHMe2. En comparant avec les complexes 23a, 23b,103 la
coordination avec un ligand chiral dans le complexe 24 rend les groupements SiHMe2
diastéréotopiques et inéquivalents; cependant, cette explication ne peut pas être vraie pour le
complexe achiral 25a. Les déplacements chimiques des protons de SiH (24 δ = 4.82 ; 25a δ =
5.26 ; 25b δ = 5.34) ne montrent pas d’interaction β-agostique significative Si-H-Y.140
70
Chapitre 2
IV.1.2 Etude par diffraction des rayons X du complexe 25a
Des monocristaux du complexe 25a ont été obtenus à température ambiante dans une
solution saturée de benzène. C'est la première structure moléculaire rapportée pour les
complexes bis[bis(oxazolinato)]-lanthanide. Cette structure peut être comparée avec les deux
exemples décrits pour des complexes mono[bis(oxazolinato)]-lanthanide caractérisés à l’état
solide.103,135 L’analyse structurale du complexe 25a montre deux molécules indépendantes (A
et B), qui ont la même coordination et la même géométrie structurale, mais des différences
dans les longueurs et les angles de liaisons. Néanmoins, les tendances structurales des deux
molécules A et B sont comparables. Ainsi, seules les données structurales de la molécule A
seront discutées ci-dessous. Le diagramme ORTEP de la molécule A est présenté en Figure
47, tandis que les longueurs et des angles de liaisons pour les molécules A et B sont résumés
dans le Tableau 5.
Le complexe 25a est mononucléaire à l’état solide et adopte une structure trigonale
bipyramidale distordue. Le centre métallique (Y) est pentacoordonné par les quatre atomes
d'azote de deux ligands Box et un groupement N(SiHMe2)2. Les sites axiaux sont occupés par
les deux atomes d’azote de Box [N(101) et N(121) dans la molécule A]. La structure
moléculaire montre un axe de symétrie C2 qui passe par le centre métallique Y3+ et le
groupement N(SiHMe2)2. Les ligands Box sont orientés le plus loin possible du groupement
N(SiHMe2)2 pour diminuer au maximum l’encombrement stérique. En comparant avec les
complexes mono-(Box)-lanthanide,103,135 -cuivre,141 -rhodium,142 -bore,143 -aluminium136 et -
gallium,144 on observe une délocalisation significative de la charge négative du ligand Box ;
ceci explique l’élongation de la distance de N(101)-C(106) et N(111)-C(116) (1.321(3) et
1.322(3) Å, respectivement) et la distance de C(106)-C(107) et C(116)-C(107) de (1.401(4) et
1.406(4) Å, respectivement). Les ligands Box dans la molécule A se coordonnent sur le centre
métallique de façon dissymétrique : les différences de distance notées pour Y(1)-
N(101)/Y(1)-N(111) et Y(1)-N(121)/Y(1)-N131) sont respectivement de 0.05 et 0.06 Å. Ce
mode de coordination dissymétrique est moins prononcé dans le cas de la molécule B (0.01-
0.03 Å). Les distances Y-N(Box) dans le complexe 25a (2.325(2)-2.389(2) Å) sont plus
longues que celles observées avec le complexe tetracoordonné mono[bis(oxazolinato)]
d’yttrium [tBuBox]Y[N(SiHMe2)2]2 décrit par Anwander [2.288(5) Å],103 ce qui reflète
l’encombrement stérique apporté par le deuxième ligand Box. L'encombrement stérique dans
le complexe 25a est également reflété par l'angle de torsion entre les deux groupements
oxazoline [plan moyen N(101)/ plan moyen N(111), 32.7° ; N(121)/N(131), 31.9° ;
71
Etude par diffraction des rayons X
N(201)/N(211), 32.4° ; N(221)/N(231), 32.7°], valeurs qui sont significativement plus
grandes que celles observées dans le complexe mono[bis(oxazolinato)]-lanthanide [12.4°,
15.7°].103,135 D’autre part, les distances Y(1)-N(141) [2.253(2) Å] et Y(2)-
N(241) [2.241(2) Å] sont comparables à celles observées dans le complexe tétracoordonné
[tBuBox]Y[N(SiHMe2)2]2 [2.222(6) Å] et le complexe pentacoordonné du précurseur amidure
[2.229(4)-2.276(4) Å].145 L’angle normal entre le groupement silylamidure et l’azote ainsi que
la distance de Y…H (>3.03 Å) montre l’absence d’interaction agostique significative β(Si-H)-
Y, ce qui est confirmé par l’observation RMN.
Figure 47 : Structure moléculaire du complexe 25a (molécule A) (atomes d’hydrogène supprimés
par souci de clarté)
72
Chapitre 2
Tableau 5 : Longueurs de liaison (Å) et angles (°) principaux du [Me2Box]2Y[N(SiHMe2)2] (25a) Molécule A Molécule B
Longueurs de liaison (Å) Y(1)–N(141) 2.253(2) Y(2)–N(241) 2.241(2)
Y(1)–N(131) 2.325(2) Y(2)–N(231) 2.355(2)
Y(1)–N(121) 2.389(2) Y(2)–N(221) 2.366(2)
Y(1)–N(111) 2.336(2) Y(2)–N(211) 2.365(2)
Y(1)–N(101) 2.388(2) Y(2)–N(201) 2.332(2)
Y(1)–C(136) 3.008(3) Y(2)–C(236) 3.041(3)
Y(1)–C(126) 3.077(3) Y(2)–C(226) 3.088(3)
Y(1)–C(116) 3.023(3) Y(2)–C(216) 3.087(3)
Y(1)–C(106) 3.099(3) Y(2)–C(206) 3.039(3)
N(101)–C(106) 1.321(3) N(201)–C(206) 1.326(3)
C(106)–C(107) 1.401(4) C(206)–C(207) 1.408(3)
C(107)–C(116) 1.406(3) C(207)–C(216) 1.407(3)
N(111)–C(116) 1.322(3) N(211)–C(216) 1.317(3)
Si(15)–C(152) 1.839(4) Si(26)–C(262) 1.864(3)
Si(15)–C(151) 1.854(4) Si(26)–C(261) 1.872(3)
Si(16)–C(161) 1.859(3) Si(27)–C(271) 1.856(3)
Si(16)–C(162) 1.869(3) Si(27)–C(272) 1.868(3)
Angles (°) N(141)–Y(1)–N(131) 119.32(8) N(241)–Y(2)–N(201) 123.28(8)
N(141)–Y(1)–N(111) 128.74(7) N(241)–Y(2)–N(231) 128.36(8)
N(131)–Y(1)–N(111) 111.94(7) N(201)–Y(2)–N(231) 108.36(8)
N(141)–Y(1)–N(101) 99.83(7) N(241)–Y(2)–N(221) 97.57(7)
N(131)–Y(1)–N(101) 92.57(7) N(201)–Y(2)–N(221) 93.59(7)
N(111)–Y(1)–N(101) 77.01(7) N(201)–Y(2)–N(211) 77.42(7)
N(141)–Y(1)–N(121) 99.35(7) N(241)–Y(2)–N(211) 99.33(7)
N(131)–Y(1)–N(121) 77.62(7) N(231)–Y(2)–N(221) 77.62(7)
N(111)–Y(1)–N(121) 91.26(7) N(231)–Y(2)–N(211) 91.52(7)
N(101)–Y(1)–N(121) 160.81(7) N(211)–Y(2)–N(221) 163.10(7)
C(106)–N(101)–Y(1) 109.98(16) C(206)–N(201)–Y(2) 109.22(16)
N(101)–C(106)–C(107) 129.3(2) N(201)–C(206)–C(207) 130.3(2)
C(106)–C(107)–C(116) 119.3(2) C(206)–C(207)–C(216) 119.4(2)
N(111)–C(116)–C(107) 130.4(2) N(211)–C(216)–C(207) 129.1(2)
C(116)–N(111)–Y(1) 108.25(15) C(216)–N(211)–Y(2) 110.70(15)
Si(15)–N(141)–Y(1) 119.96(11) Si(26)–N(241)–Y(2) 116.15(11)
Si(16)–N(141)–Y(1) 111.66(11) Si(27)–N(241)–Y(2) 122.48(12)
Si(15)–N(141)–Si(16) 128.35(13) Si(25)–N(241)–Si(26) 121.05(13)
73
Complexes de métaux du groupe 3
IV.2 Synthèse de complexes {ONCyNO}Y[N(SiHMe2)2](THF)
De façon similaire à l’étude réalisée sur les complexes des métaux du groupe 3 portant
des ligands bis(oxazoline), nous avons ensuite synthétisé des complexes d’yttrium au départ
de pro-ligands {cyclohexyl-salen}H2 (1a) et [ArONCyNOCF3]H2 (18).
IV.2.1 Complexe (1R,2R)-{cyclohexyl-salen}Y[N(SiHMe2)2](THF) (27)
Les complexes d’yttrium portant des ligands de type salen ont fait l’objet d’assez
nombreuses études.146,147,148,149 Toutefois, seul le complexe {cyclohexyl-
salen}Y(N(SiHMe2)2)(THF), décrit par Rajanbabu, a été utilisé en catalyse asymétrique pour
des réactions de transacylation d’énolesters.150 Pour notre part, nous avons voulu étudier les
propriétés catalytiques de ce complexe en cyanosilylation asymétrique.
Nous avons synthétisé le complexe {cyclohexyl-salen}Y[N(SiHMe2)2](THF) (27)
selon la procédure décrite dans la littérature (Schéma 28).150 La réaction du pro-ligand
{cyclohexyl-salen}H2 1a avec 1 équivalent de Y[N(SiHMe2)2]3(THF)2 donne le complexe 27
sous forme d’une poudre jaune avec un rendement de 90% (Schéma 28).
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OY
X THF
X = N(SiHMe2)2
t.a, 5 jours
27
THF/hexane
-2 HN(SiHMe2)2
Y[N(SiHMe2)2]2(THF)2N N
tBu
tBu
tBu
tBu
OH HO
Schéma 28 : Synthèse du complexe {cyclohexyl-salen}Y[N(SiHMe2)2](THF) 27
IV.2.2 Complexe rac-{ArONCyNOCF3}Y[N(SiHMe2)2](THF) (28)
Conformément au complexe d’yttrium portant un ligand salen, nous avons également
synthétisé le complexe {ArONCyNOCF3}Y[N(SiHMe2)2](THF) (28). Le pro-ligand
[ArONCyNOCF3]H2 (18) réagit avec le précurseur Y[N(SiHMe2)2]3(THF)2, à température
74
Chapitre 2
ambiante dans le toluène, pour donner le mono-amidure 28 après élimination de deux
équivalents de bis(diméthylsilyl)amine (Schéma 29).
N N
tBu
tBu OHCF3
HO CF3
N N
tBu
tBu OCF3
O CF3
Y
toluène, t.a, 3j
X = N(SiHMe2)2
X THF
28
Y[N(SiHMe2)2]3.(THF)2
Schéma 29 : Synthèse du {ArONCyNOCF3}Y[N(SiHMe2)2](THF) (28)
Ce complexe est soluble dans les solvants hydrocarbonés (benzène) ce qui nous a
permis d’étudier le comportement de ce complexe en solution. De façon similaire au
complexe {cyclohexyl-salen}Y[N(SiHMe2)2](THF) (27), le spectre RMN 1H du complexe 28
montre la présence d’une molécule de THF coordonnée sur le centre métallique. Les deux
groupements méthyle SiHMe2 sont chimiquement inéquivalents (δ 0.42 et 0.45 ppm). Les
déplacements chimiques des protons de SiH (δ 5.15 ppm) suggère une interaction agostique
Si-H-Y.140 Les hydrogènes CH-CH du pont 1,2 apparaissent sous la forme de deux multiplets
(δ 4.94 et 3.79 ppm). Les hydrogènes des groupements CH2 apparaissent sous la forme d’un
système AB (δ 2.68 et 3.06 ppm). Le spectre RMN 19F montre la présence de deux
quadruplets d’intensités égales.
Des monocristaux de qualité suffisante pour réaliser des expériences de diffraction des
rayons X ont été obtenus par recristallisation du complexe 28 à température ambiante dans
une solution saturée de benzène. Le diagramme ORTEP est présenté en Figure 48, tandis que
les longueurs et angles de liaisons principaux sont résumés dans le Tableau 6.
Le complexe rac-{ArONCyNOCF3}Y[N(SiHMe2)2](THF) (rac-28) est mononucléaire à
l’état solide et adopte une structure octaédrique distordue. Le centre métallique (Y) est
hexacoordonné par les quatre hétéroatomes du ligand, un groupement N(SiHMe2)2 et une
molécule de THF. Comme attendu, le ligand [ArONCyNOCF3]2- se coordonne sur le centre
métallique par les deux atomes d’azote, de façon asymétrique : la différence de distance notée
pour Y(1)-N(1)/Y(1)-N(2) est de 0.16 Å. L’yttrium est lié aux groupements phénolate et
alcoolate fluoré du ligand mixte avec des distances Y(1)-O(1) et Y(1)-O(2) de 2.1358(17) et
2.1530(18) Å, respectivement. Ces longueurs de liaisons sont très similaires à celles
observées dans le complexe {salen}-lanthanide,146,150 et plus courtes que celles du complexe
75
Complexes de métaux du groupe 3
{salen}Y[OC6H3tBu](THF) (2.165 (2) et 2.179 (2) Å).149 Le groupement méthyle est orienté
de façon anti par rapport au groupement N(SiHMe2)2 coordonné sur le centre métallique. La
distance Y-N(3) est de 2.290(2) Å, comparable à celle observée dans les complexes {salen}-
lanthanide146,150 et les complexes {amino-bis(phénolate)}-lanthanide (2.27 Å).151 La distance
de liaison Y(1)-O(3) de 2.424 Å, est très similaire à celle notée pour les complexes {salen}-
lanthanide.146,150 Les distances Y…Si (3.146 Å) et Y…H(Si) (2.669 Å) montrent une
interaction agostique, ce qui confirme l’observation RMN.
Figure 48 : Structure moléculaire du complexe 28 (atomes d’hydrogène supprimés par souci de
clarté)
Tableau 6 : Longueurs de liaison (Å) et angles (°) principaux du complexe 28
Y(1)-O(1) 2.1358(17) O(1)-Y(1)-O(2) 95.16(7) Y(1)-O(2) 2.1530(18) O(1)-Y(1)-N(3) 136.69(7) Y(1)-N(1) 2.587(2) O(2)-Y(1)-N(3) 122.17(7) Y(1)-N(2) 2.423(2) O(1)-Y(1)-N(2) 122.25(7) Y(1)-O(3) 2.4240(18) O(2)-Y(1)-N(2) 74.33(7) Y(1)-N(3) 2.290(2) N(3)-Y(1)-N(2) 90.93(7) Y(1)-Si(1) 3.1460(9) O(1)-Y(1)-O(3) 82.72(6) Si(2)-N(3) 1.701(2) O(2)-Y(1)-O(3) 81.55(6) Si(2)-C(1) 1.872(3) N(3)-Y(1)-O(3) 82.11(7) Si(2)-C(2) 1.872(3) N(2)-Y(1)-O(3) 146.20(6) Si(1)-N(3) 1.691(2) O(1)-Y(1)-N(1) 77.62(6) Si(1)-C(3) 1.867(3) O(2)-Y(1)-N(1) 124.90(7) Si(1)-C(4) 1.871(3) N(3)-Y(1)-N(1) 95.14(7) N(2)-Y(1)-N(1) 65.32(7) O(3)-Y(1)-N(1) 147.99(6) O(1)-Y(1)-Si(1) 105.38(5) O(2)-Y(1)-Si(1) 148.20(5) N(3)-Y(1)-Si(1) 31.53(5) N(2)-Y(1)-Si(1) 112.36(5) O(3)-Y(1)-Si(1) 77.37(5) N(1)-Y(1)-Si(1) 83.77(5)
76
Chapitre 2
V. Conclusions Nous avons préparé une famille de complexes d’aluminium portants différents ligands
chiraux salen diversement substitués et achiraux (le troisième ligand X) afin d’étudier
ultérieurement l’influence de ces paramètres sur l’activité et la stéréosélectivité de la réaction
de cyanosilylation asymétrique. Tous ces complexes ont été caractérisés en solution par
spectroscopie RMN. Quelques complexes ont été caractérisés à l’état solide par diffraction de
rayons X, ce qui a montré, dans certains cas, la formation de complexes bimétalliques. Nous
avons ensuite fonctionnalisé le ligand sur le centre métallique par la préparation de complexes
d’aluminium de type phosphonates {salen}Al[OP(O)X2]. Nous avons éprouvé de nombreuses
difficultés car cette synthèse est difficilement contrôlable. Néanmoins, nous avons obtenu et
caractérisé une série de complexes d’aluminium portant des substituants variés de type
phosphonates (X = Ph, OMe).
Nous avons ensuite élargi notre étude à des ligands tétradentates dialcoolates
[ONCyNO]2- portant des groupements alcoolate fluorés -(CF3)2O-. De façon similaire aux
complexes salen, nous avons synthétisé, à partir de ces ligands, de nouveaux complexes
d’aluminium et d’yttrium pour des applications en catalyse asymétrique et catalyse de
polymérisation. Les études que nous avons menées par RMN et par diffraction des rayons X
montrent clairement que ces complexes adoptent des structures comparables à leurs
homologues {salen}MX.
Dans un seconds temps, de nouveaux complexes bis[bis(oxazolinato)]-lanthanide de
type [Box]2Ln[N(SiHMe2)2] (Ln = Y, La) ont été préparés par réaction d’élimination
d’amidure. Ces complexes ont été caractérisés en solution par spectrométrie RMN 1H et 13C.
La première structure moléculaire bis[bis(oxazolinato)]-lanthanide a été rapportée. Le
complexe 25a adopte une structure trigonale bipyramidale distordue et le centre métallique
(Y) est pentacoordonné par les deux ligands Box et un groupement N(SiHMe2)2.
Nous étudierons, dans les chapitres 3 et 4 de ce manuscrit, les propriétés catalytiques
(activités, sélectivités) de ces complexes en cyanosilylation asymétrique et en polymérisation
du rac-lactide afin d’établir des relations structure/activité et/ou de stéréosélectivité.
77
CHAPITRE 3
Applications en catalyse asymétrique
78
Chapitre 3
Chapitre 3
Applications en catalyse asymétrique
I. Introduction
Au cours du chapitre 2 de ce manuscrit, nous avons focalisé notre attention sur la
synthèse de complexes des métaux trivalents des groupes 3 et 13 pour des applications en
catalyse homogène. Dans ce chapitre, nous allons étudier la réaction de cyanosilylation de
l’acétophénone, par action du cyanure de triméthylsilyle (TMSCN) en présence d’un
catalyseur aluminique chiral et d’une base de Lewis achirale, selon le principe de la double
activation : le catalyseur aluminique active le substrat et la base de Lewis active le TMSCN.
Une synergie entre ces deux entités catalytiques peut améliorer la sélectivité (Schéma 30).
O CN
OSiMe3
Catalyseur aluminique [Al]*
NO+
NC-SiMe3
Schéma 30 : Réaction de cyanosilylation de l’acétophénone selon le principe de la double
activation
Notre étude se base sur des travaux effectués récemment par Feng et al. en
cyanosilylation de l’acétophénone en présence de catalyseurs générés in situ entre une série de
pro-ligands de type {salen}H2 et différents précurseurs d’aluminium par réactions
d’élimination d’alcool ou d’alcane.64 Dans ce cadre, nous avons étudié dans le chapitre 2 les
résultants organométalliques de systèmes catalytiques formés in situ à partir de différents
précurseurs d’aluminium (AlX3 : X = Me, Cl, OiPr) et des pro-ligands {salen}H2. Les
différentes espèces, qui résultent de ces combinaisons in situ, ont été isolées et caractérisées.
Nous allons tester, individuellement, les différents complexes préparés en cyanosilylation
asymétrique de l’acétophénone afin de comparer leurs performances à celles des systèmes
générés in situ. Nous nous sommes aussi intéressés à l’étude de l’influence des ligands
achiraux (X) et chiraux (salen) portés par le centre métallique sur l’activité et la sélectivité de
79
Cyanosilylation de fonctions carbonyles
la réaction. La base de Lewis retenue pour cette étude est l’oxyde de N,N-diméthylaniline (N-
oxyde) utilisé avec succès en cyanosilylation des cétones.64
Dans cette partie, nous présenterons donc d’abord les résultats de l’étude réalisée avec
les complexes {salen}AlX en cyanosilylation de l’acétophénone. Puis, nous élargirons notre
étude de cette réaction à différents types de catalyseurs et notamment aux nouveaux
complexes des pro-ligands [CF3ONCyNOCF3]H2 ainsi que d’autres complexes du groupe 3.
Nous étudierons ensuite les propriétés catalytiques des complexes préparés pour d’autres
types de réactions en catalyse asymétrique, à savoir les performances des systèmes au départ
des ligands salen et [CF3ONCyNOCF3]H2 pour la réaction d’aldolisation.
II. Cyanosilylation de fonctions carbonyles
II.1 Complexes {salen}AlX
Nous décrivons dans cette partie l’étude effectuée avec les complexes mono et
bimétalliques {salen}Al (2-7) synthétisés pour la cyanosilylation de l’acétophénone, choisie
comme substrat modèle (schéma 31).
O CNOSiMe3*
THF, -20 °C
[Al]* (2-7)
N O
+NC-SiMe3
Schéma 31 : Réaction de cyanosilylation de l’acétophénone avec les complexes {salen}AlX (2-7)
Nous avons étudié les différents paramètres de cette réaction, à savoir l’effet de la
température, du solvant, de la base et, bien entendu, des ligands chiraux et achiraux présents
sur l’aluminium. Les données obtenues nous ont permis de tirer quelques tendances
concernant l’influence de ces paramètres sur l’activité et l’énantiosélectivité. Nous avons
notamment comparé nos données aux performances des systèmes générés in situ.64 Des
différences marquantes ont été obtenues dans plusieurs cas, reflétant la génération des espèces
catalytiques différentes de celles attendues par simple combinaison des précurseurs.
Finalement, un cycle catalytique, qui permet une meilleure compréhension du mécanisme
réactionnel, est proposé pour cette réaction.
80
Chapitre 3
N N
R2R1
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
X
N NO
tBu
O
tBu
R1 R2
tBu tBu
Al Al
2a R1 = R2 = (CH2)4, X = Me2b R1 = R2 = Ph, X = Me4a R1 = R2 = (CH2)4, X = OiPr4b R1 = R2 = Ph, X = OiPr6a R1 = R2 = (CH2)4, X = Cl6b R1 = R2 = Ph, X = Cl7a R1 = R2 = (CH2)4, X = OP(O)Ph27b R1 = R2 = (CH2)4, X = OP(O)(OMe)27c R1 = R2 = (CH2)4, X = OP(O)H(OMe)
3a R1 = R2 = (CH2)43b R1 = R2 = Ph 5b
N
N P
PhO
O
tBu
tBu
tBu
Alh
N
NPh
Ph O
O
tBu
tBu
tBu
Al O
tBu tBu
Figure 49 : Complexes mono et bimétalliques {salen}Al (2-7) synthétisés pour la réaction de
cyanosilylation
II.1.1 Cyanosilylation de l’acétophénone avec les complexes (1R,2R)-
{salen}AlX (2-7)
Les réactions ont été effectuées dans les mêmes conditions réactionnelles, en utilisant
2.0 mol% de complexe {salen}AlX et 1.0 mol% de l’oxyde de N,N-diméthylaniline (N-
oxyde) vis-à-vis de l’acétophénone, dans le THF à -20 °C pendant 48 h. Les résultats sont
rassemblés dans le Tableau 7 et sont comparés aux résultats obtenus avec les combinaisons in
situ.64
81
Cyanosilylation de l’acétophénone avec les complexes (1R,2R)-{salen}AlX
82
Tableau 7 : Cyanosilylation de l’acétophénone avec les systèmes générés in situ et les complexes
isolés 2-7a
Entrée Système catalytique t
(h)[b]
Conv.
(%)[c]
ee
(%)[d]
Δ(ΔG#)[e]
(Kcal/mol)
1[f] {cyclohexyl-salen}H2 (1a) + AlEt3 78 45 51 0.55
2 {cyclohexyl-salen}H2 (1a) + AlMe3 48 41 54 0.61
3 {cyclohexyl-salen}AlMe (2a) 48 59 76 1.00
4 {cyclohexyl-salen}[AlMe2]2 (3a) 48 6 66 0.79
5[f] {diphényléthylène-salen}H2 (1b) + AlEt3 78 45 83 1.19
6 {diphényléthylène-salen}H2 (1b) + AlMe3 48 52 80 1.10
7 {diphényléthylène-salen}AlMe (2b) 48 81 84 1.22
8 {diphényléthylène-salen}[AlMe2]2 (3b) 48 8 81 1.13
9 {cyclohexyl-salen}H2 (1a) + Al(OiPr)3 48 7 23 0.23
10 {cyclohexyl-salen}AlOiPr (4a) 48 89 86 1.30
11[f] {diphényléthylène-salen}H2 (1b) + Al(OiPr)3 78 17 14 0.14
12 {diphényléthylène-salen}AlOiPr (4b) 48 71 81 1.13
13 [{diphényléthylène-salen}Al]2(μ-O) (5b) 48 98 80 1.10
14 {cyclohexyl-salen}H2 (1a) + AlMe2Cl 48 4 41 0.43
15 {cyclohexyl-salen}AlCl (6a) 48 51 83 1.19
16[f] {diphényléthylène-salen}H2 (1b) + AlEt2Cl 78 traces 87 1.35
17 {diphényléthylène-salen}AlCl (6b) 48 41 75 0.98
18 {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)(Ph)2] (7a) 48 94 84 1.22
19 {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)(OMe)2] (7b) 48 91 80 1.10
20 ″{cyclohexyl-salen}Al[OP(O)H(OMe)]″ (7c) 48 97 84 1.22
aConditions générales : Complexe aluminique (2-7) (2.0 mol%), oxyde de N,N-diméthylaniline (1.0 mol%), TMSCN (2 équiv.), t(h), -20 °C, concentration de l’acétophénone = 0.8 M dans le THF. bDurée pas nécessairement optimisée. cLa conversion de la réaction est déterminée par RMN 1H. dL’excès énantiomérique est déterminé par GC équipée d’une colonne CHIRASIL DEX.CB ; l’énantiomère majoritaire a une configuration absolue (S) déterminée par comparaison du pouvoir rotatoire avec celui rapporté dans la littérature.35 eDifférence d’énergie calculée à partir des valeurs ee. fRésultats extraits de la référence 64.
Dans un premier temps, nous avons travaillé avec les systèmes alkyl-aluminium. Les
systèmes générés in situ dérivés de la réaction de AlEt364 ou de AlMe3 avec le pro-ligand 1a,
ont montré une activité catalytique et une énantiosélectivité similaires (entrées 1, 2). Par
Chapitre 3
contre, des performances différentes ont été observées avec les complexes isolés qui résultent
de cette combinaison in situ. Comparé aux systèmes in situ, le complexe monométallique 2a
présente une activité ainsi qu’une énantiosélectivité améliorées (entrée 3), tandis que le
complexe bimétallique 3a est moins actif mais plus énantiosélectif (entrée 4). L’observation
d’une activité moyenne pour le système in situ est en accord avec la formation d’un mélange
de complexes monométallique 2a et bimétallique 3a à partir de la combinaison AlMe3/1a. La
faible énantiosélectivité du système généré in situ suggère qu’il existe des espèces peu ou non
stéréosélectives présentes dans le milieu réactionnel, autres que les complexes 2a et 3a (telles
que par exemple AlMe3 qui n’a pas réagi), qui contribuent au processus de cyanosilylation.
La différence d’activité entre les systèmes générés in situ et les complexes isolés
correspondants a été aussi observée avec le ligand 1b (entrées 5-8) ; le complexe
monométallique 2b est un catalyseur beaucoup plus actif que le complexe bimétallique
correspondant 3b et aussi que le système généré in situ entre le pro-ligand 1b avec AlEt364 ou
AlMe3. En revanche, avec ce ligand, tous les systèmes catalytiques (générés in situ et isolés)
présentent des énantiosélectivités similaires. Ceci indique que l’intervention d’espèces actives
autres que les complexes 2b et 3b peut être à priori exclue.
Feng et al. ont rapporté des faibles performances catalytiques pour le système
isopropoylate-aluminium généré in situ avec le pro-ligand 1b (entrée 11). Pour notre part,
nous avons observé aussi de très faibles rendement et énantioséléctivité pour le système formé
in situ par réaction de Al(OiPr)3 et le pro-ligand 1a (entrée 9). D’une façon assez surprenante,
les complexes isopropylate-aluminium isolés 4a et 4b ainsi que le complexe µ-oxo 5b, se sont
montrés efficaces pour la cyanosilylation de l’acétophénone, en donnant des rendements
élevés et des énantiosélectivités qui atteignent 86% (entrées 10, 12, 13). De façon similaire,
les systèmes chloro-aluminium générés in situ avec les pro-ligands 1a et 1b sont peu réactifs
(entrées 14, 16), tandis que les complexes isolés 6a et 6b favorisent l’addition du TMSCN sur
l’acétophénone avec des rendements de 51 et 41% respectifs (entrées 15, 17).
Les complexes isolés présentent donc des activités et des énantiosélectivités élevées
qui diffèrent parfois sensiblement de celles observées avec les combinaisons in situ.64 Ces
résultats démontrent que les combinaisons in situ de précurseurs de l’aluminium avec les pro-
ligands {salen}H2 ne mènent pas nécessairement vers des systèmes catalytiques équivalents
des complexes isolés. C’est le cas notamment pour les systèmes Al(OiPr)3/1a,b, qui
nécessitent des conditions relativement difficiles pour donner les complexes {salen}Al(OiPr)
souhaités. Ainsi, l’approche « in situ » qui permet de tester rapidement divers systèmes
83
Cyanosilylation de l’acétophénone avec les complexes (1R,2R)-{salen}AlX
84
catalytiques, peut mener à des conclusions erronées ou/et de mauvais choix pour le
développement des catalyseurs.
D’autre part nos résultats montrent que le ligand sur le centre métallique a un effet
important sur les propriétés catalytiques des complexes. Les performances des complexes
isolés 2, 4, 6 a,b indiquent que les ligands X achiraux (X = Me, Cl, OiPr) peuvent influencer
significativement, non seulement l’activité, mais aussi l’énantioséléctivité du catalyseur. En
effet, une variation significative de l’activité catalytique des complexes est observée selon la
nature du ligand sur le centre métallique. Avec le ligand 1a, le complexe méthyl-aluminium
2a donne un rendement de 59% (entrée 3), moins élevé que le complexe isopropylate-
aluminium 4a qui s’avère être très actif (entrée 10). En revanche, une diminution de l’activité
avec un chlore sur le centre métallique a été notée (entrée 15). Avec le ligand 1b, le complexe
méthyl-aluminium 2b présente une activité plus élevée par rapport au complexe isopropylate-
aluminium 4b (entrées 7, 12). Conformément au résultat observé avec le pro-ligand 1a, le
complexe chloro-aluminium 6b présente une forte diminution de l’activité catalytique (entrée
17).
La stéréosélectivité de la réaction est aussi sensiblement influencée par la nature du
ligand coordonné sur le centre métallique. Avec le ligand 1a, nous observons une
augmentation de sélectivité de 7% en passant d’un alkyle (Me) sur le centre métallique à un
halogène (Cl) (entrées 3, 15). Le complexe isopropylate-aluminium 4a présente la meilleure
sélectivité (entrée 10) ; il s’agit de fait du premier complexe de type L-Al(OiPr) (L = ligand)
sélectif pour cette réaction. Avec le ligand 1b, le complexe méthyl-aluminium 2b présente
une sélectivité élevée (entrée 7). En revanche, nous avons observé une diminution de
sélectivité avec un chlore sur le centre métallique (entrée 17). Ces résultats montrent que le
ligand X reste présent dans la sphère de coordination du centre métallique actif tout au long
de la réaction.
Les nouveaux complexes d’aluminium 7a, 7b à ligands phosphonite ou phosphate sont
des catalyseurs très actifs par rapport à d’autres complexes d’aluminium pour cette réaction,
conduisant à des conversions de 94 et 91%, respectivement. Le complexe 7a s’avère plus
sélectif pour cette réaction que le complexe 7b, avec une énantiosélectivité de 84% (entrées
18, 19). Bien que la nature exacte du complexe 7c n’ait pas été établie avec précision jusqu'à
maintenant, nous l’avons utilisé en cyanosilylation. Le complexe 7c favorise l’addition du
TMSCN sur l’acétophénone avec un rendement élevé et 84% d’ee (entrée 20).
Chapitre 3
En général, dans une synthèse énantiosélective, pour qu’un excès énantiomérique soit
observé, il faut opérer sous contrôle cinétique avec des états de transition dont les énergies
libres sont le plus possible différenciées. En conséquence, la formation d’un des
énantiomères est plus rapide. Dans l’exemple ci-dessous (Figure 50), la formation de
l’énantiomère (S) est plus rapide que celle de l’énantiomère (R).
O
CNOTMS CN
OTMS
(S)(R)
G°
Δ(ΔG)#
Figure 50 : Diagramme énergétique proposé pour la réaction de cyanosilylation de
l’acétophénone
La proportion expérimentale des 2 énantiomères permet de remonter à la différence de
l’énergie d’activation entre les deux états de transition.
[R]/[S] = exp(Δ(ΔG#)/RT)
Au niveau énergétique, chaque réaction est associée à une variation d’énergie libre.
Nous avons calculé la variation de l’enthalpie libre de chaque réaction à une température de
253 K ; les résultats sont donnés dans le Tableau 7. L’influence des ligands sur
l’énantiosélectivité peut être quantifiée par la variation de l’énergie libre de la réaction qu’ils
apportent.
En passant d’un chlore (Cl) à un isopropylate (OiPr) sur le centre métallique, nous
remarquons une augmentation de la sélectivité de 3% avec le {cyclohexyl-salen} (1a) et de
85
Influence de la température
6% pour le {diphényléthylène-salen} (1b). En revanche, la variation de l’énergie libre
Δ(ΔG#)(Cl/OiPr) est de 0.13 et 0.15 kcal/mol, respectivement. Cela montre que les effets
énergétiques de ces ligands (Cl, OiPr) sont fortement comparables. En revanche, un alkyle sur
l’aluminium est le plus sélectif avec le {diphényléthylène-salen} (1b), mais il est le moins
sélectif avec le {cyclohexyl-salen} (1a). Au niveau énergétique, en comparant l’alkyle avec
l’isopropylate, la variation de l’énergie libre Δ(ΔG#)(Me/OiPr) est de 0.09 et 0.30 kcal/mol
respectivement. Cela montre que la ″contribution énergétique″ de l’alkyle est totalement
différente selon le ligand salen et en conséquence la sélectivité est variable.
II.1.2 Influence de la température
Des réactions ont été effectuées à différentes températures avec le complexe
{cyclohexyl-salen}AlOiPr (4a), qui a conduit aux meilleures performances. Les autres
paramètres (nature du solvant, taux de catalyseur/base, concentration) ont été maintenus
inchangés. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le Tableau 8.
Tableau 8 : Influence de la température en cyanosilylation de l’acétophénonea
Entrée T (°C) Conv. (%)b e.e (%)c
1 0 >99 80
2 -20 89 86
3 -40 46 84
aConditions générales : Complexe aluminique 4a (2.0 mol%), oxyde de N,N-diméthylaniline (1.0 mol%), TMSCN (2 équiv.), 48h, T (°C), concentration de l’acétophénone = 0.8 M dans le THF. bLa conversion de la réaction est déterminée par RMN 1H. cL’excès énantiomérique est déterminé par GC équipée d’une colonne CHIRASIL DEX.CB ; l’énantiomère majoritaire a une configuration absolue (S) déterminée par comparaison du pouvoir rotatoire avec celui rapporté dans la littérature.35
Les propriétés catalytiques du catalyseur sont logiquement affectées par la température
de la réaction. L’activité catalytique du complexe augmente avec la température ; la
conversion de la réaction est quantitative à 0 °C (entrée 1). En passant à -40 °C, il y a une
chute de l’activité catalytique (entrée 3).
Les essais effectués à -20 °C présentent la meilleure énantiosélectivité (86% ee). Une
diminution de la sélectivité est observée avec les réactions effectuées à 0 °C et -40 °C. Ces
observations sont similaires à celles reportées dans la littérature. En effet, la température
86
Chapitre 3
optimale obtenue pour cette réaction avec les combinaisons in situ de pro-ligands {salen}H2
et du Ti(OiPr)4 ou AlEt3 est aussi de -20 °C.58,62,64
II.1.3 Influence du solvant
Dans la bibliographie, le dichlorométhane est considéré, en terme d’énantiosélectivité,
comme le solvant le plus efficace avec les divers systèmes catalytiques utilisés pour la
réaction de cyanosilylation.31 Pour notre part, nous avons étudié l’influence de la nature du
solvant pour cette réaction, avec le complexe {cyclohexyl-salen}AlMe (2a). Les résultats sont
résumés dans le Tableau 9.
Tableau 9 : Effet du solvant en cyanosilylation de l’acétophénonea
Entrée Solvant Conv. (%)b e.e (%)c
1 CH2Cl2 62 75
2 THF 59 76
3 toluène 51 70
aConditions générales : Complexe aluminique 2a (2.0 mol%), oxyde de N,N-diméthylaniline (1.0 mol%), TMSCN (2 équiv.), 48h, -20 °C, concentration de l’acétophénone = 0.8 M dans le solvant utilisé. bLa conversion de la réaction est déterminée par RMN 1H. cL’excès énantiomérique est déterminé par GC équipée d’une colonne CHIRASIL DEX.CB ; l’énantiomère majoritaire a une configuration absolue (S) déterminée par comparaison du pouvoir rotatoire avec celui rapporté dans la littérature.35
La cyanhydrine a été obtenue dans le dichlorométhane avec une conversion de 62%.
Par contre, une diminution de l’activité catalytique a été observée avec les réactions
effectuées dans le THF ou le toluène (entrées 2, 3). En terme d’énantiosélectivité, une
amélioration insignifiante de l’énantiosélectivité est observée en passant du dichlorométhane
(75% ee) au THF (76% ee). La réaction effectuée dans le toluène a diminué
l’énantiosélectivité (70% ee). Le THF et le dichlorométhane sont considérés comme les
solvants les plus favorables pour cette réaction.
87
Influence des ligands chiraux et achiraux
II.1.4 Influence des ligands chiraux et achiraux
En raison de la grande disponibilité, de la diversité et du coût réduit (comparé au pro-
ligands chiraux {salen}H2), le ligand achiral X constitue l’un des paramètres les plus
importants pour améliorer les propriétés catalytiques de complexes organométalliques. Suite
aux performances catalytiques intéressantes des complexes isopropylates isolés 4a et 4b
(Tableau 7 : entrées 10, 12), nous nous sommes intéressés à la variation de la nature du ligand
alcoolate sur l’aluminium dans ces séries de complexes. Le ligand cyclohexyle (a) a été choisi
pour effectuer cette étude. Notons que nous avons montré tout d’abord, que la combinaison in
situ, par action de l’isopropanol (1.0 équivalent) sur le complexe méthyl-Al 2a, a donné des
résultats très similaires à ceux obtenus avec le complexe isolé {cyclohexyl-salen}Al(OiPr)
(4a) (Tableau 10, entrée 4). Nous pouvons donc utiliser raisonnablement cette réaction pour
générer in situ de nouvelles espèces catalytiques de type {cyclohexyl-salen}Al(OR), au moins
pour les alcools secondaires, sans avoir à les pré-synthétiser.152,153
Ainsi, nous avons laissé réagir 1 équivalent de l’alcool (ROH), sur le complexe
méthyl-aluminium 2a, pendant 5h à température ambiante, suivi de l’ajout de l’acétophénone
et de la solution N-oxyde/TMSCN (Schéma 32).
ROH
- CH4
2a
N
N
O
O
tBu
tBu
tBu
tBu
Al MeN
N
O
O
tBu
tBu
tBu
tBu
Al ORTHF, 20 °C
1. TMSCN (2 équiv.) N-oxyde (1.0 mol%)
2. Acétophénone (1 équiv.) -20 °C
non isolé
Schéma 32 : Génération in situ du complexe de type {cyclohexyl-salen}Al(OR)
Une variété d’alcools encombrés et d’autres électrophiles ont été utilisés pour cette
étude afin d’évaluer l’influence des facteurs stériques et électroniques du ligand X sur les
performances des complexes. L’ensemble des résultats obtenus est rassemblé dans le Tableau
10.
88
Chapitre 3
Tableau 10 : Cyanosilylation de l’acétophénone catalysée par différents alcoolates générés in situ
à partir du complexe 2a et ROHa
Entrée ROH pKa Conv. (%)b e.e (%)c
1 - - 59 76
2 éthanol 16 81 68
3 alcool benzylique 14 89 71
4 isopropanol 17 85 83
5 tert-butanol 18 68 77
6 (L)-menthol 15 65 74
7 (D)-menthol 15 69 75
8 (R)-sec-butanol 17 86 78
9 (S)-sec-butanol 17 84 82
10 (R)-2-phényléthanol 14 99 67
11 2,2,2-trifluoroéthanol 12 88 66
12 hexafluoro-2-propanol 9 100 73
13 tributoxysilanol 6 0 -
aConditions générales : Complexe aluminique 2a (2.0 mol%), ROH (1 équiv.), oxyde de N,N-diméthylaniline (1.0 mol%), TMSCN (2 équiv.), 48h, -20 °C, concentration de l’acétophénone = 0.8 M dans le THF. bLa conversion de la réaction est déterminée par RMN 1H. cL’excès énantiomérique est déterminé par GC équipée d’une colonne CHIRASIL DEX.CB ; l’énantiomère majoritaire a une configuration absolue (S) déterminée par comparaison du pouvoir rotatoire avec celui rapporté dans la littérature.35
Comme attendu, l’activité et la sélectivité varient assez fortement suivant la nature de
l’alcoolate introduit sur le centre métallique. Tous les alcools testés ont donné des systèmes
plus actifs que le complexe méthyl-aluminium 2a. La seule exception est pour le
tributoxysilanol, qui aboutit à un système totalement inactif (entrée 13). Les alcools primaires
et secondaires favorisent l’addition du TMSCN sur l’acétophénone avec des rendements
élevés (80-100%). En revanche, le (L)- et (D)-Menthol ainsi que le tert-butanol donnent des
catalyseurs moins actifs (rendements 65-69%). Ceci reflète probablement l’influence de
l’encombrement stérique du ligand alcoolate sur la réaction. L’activité catalytique s’améliore
d’une façon signifiante avec l’introduction des groupements électro-attracteurs sur le ligand
alcoolate. En effet, une légère augmentation du rendement de cyanhydrine est observée en
passant de l’éthanol au trifluoroéthanol (entrées 2 et 11). L’influence électronique est
89
Influence des ligands chiraux et achiraux
beaucoup plus importante en remplaçant l’isopropanol par l’hexafluoro-2-propanol (entrée
12), et une transformation totale a été observée. Ceci montre l’intérêt de tels ligands fluorés
sur le centre métallique, en le rendant plus électrophile.
La stéréosélectivité de la réaction est aussi influencée par la nature des alcoolates sur
le centre métallique. L’énantiosélectivité maximale a été observée pour le système catalytique
isopropylate-aluminium. Les ligands alcoolates peu encombrés (éthanolate, benzylate) et les
ligands alcoolates encombrés (tert-butylate, mentholate, sec-butylate) aboutissent à une
diminution de l’excès énantiomérique (68-82% ee). Une énantiosélectivité moins élevée est
observée avec le système hexafluoro-2-propylate (73% ee) et le système trifluoroéthanolate
(66% ee) ; ceci est peut être du à l’effet électronique154,155,156,157,158,159,160 ainsi qu’à l’effet
stérique de groupements CF3. La présence d’un centre chiral dans le ligand alcoolate
(mentholate, sec-butylate) n’a pas une grande importance, comme le montre les performances
catalytiques similaires observées pour les deux énantiomères dans chaque cas ; aucun effet
match et mismatch n’est observé en pratique.
En conséquence, un groupe encombré sur le centre métallique diminue la sélectivité
comme dans le cas du menthol et de l’hexafluoro-2-propanol. En revanche, un groupe électro-
attracteur diminue la basicité de l’alcoolate et par conséquence améliore l’activité. Cela
montre l’importance de la nature du ligand X sur l’activité catalytique de complexes ainsi que
sur l’énantiosélectivité.
Nous avons ensuite tenté d’évaluer l’influence du taux de catalyseur. En effet, ces
réactions de cyanosilylation de cétones utilisent traditionnellement des quantités importantes
de catalyseur acide de Lewis et il importe, vu le coût de ces complexes chiraux, de pouvoir
réduire au maximum la teneur catalytique. Nous avons travaillé, dans les conditions optimales
définies précédemment, avec le système 2a/(CF3)2CHOH le plus prometteur. Les principaux
résultats sont reportés dans le Tableau 11.
Tout d’abord, il est important de noter que quel que soit le taux de catalyseur utilisé,
l’énantiosélectivité reste constante. Ceci s’explique par l’utilisation d’un même rapport
catalyseur/N-oxyde et démontre que le catalyseur reste stable durant la réaction. Avec
seulement 0.2% du système 2a/(CF3)2CHOH, l’acétophénone est transformée en cyanhydrine
avec une conversion de 94% en 48h. L’augmentation du caractère acide du centre métallique
par coordination avec des groupements électro-attracteur CF3 est la raison de l’amélioration
de l’activité catalytique ainsi que de la productivité élevée observée. Notons que le TOF (h-1)
reste à peu près constant.
90
Chapitre 3
Tableau 11 : Influence du taux de catalyseur sur le temps de la réaction
Entrée 2a/(CF3)2CHOH
(mol%)
N-oxyde
(mol%)
t
(h)i
Conv.
(%)
e.e
(%)
TOF
(h-1)
1 0.2 0.1 48 94 75 (S) 9.8
2 0.5 0.25 14 83 76 (S) 11.9
3 1 0.5 3 90 73 (S) 30
4 2 1 14i 100 73 (S) 3.6i
(i) : Durée pas nécessairement optimisée
II.1.5 Etude cinétique
Nous avons ensuite étudié la cinétique de la réaction avec le système 2a/(CF3)2CHOH.
D’après les résultats obtenus précédemment, nous avons effectué cette étude avec 1% de
catalyseur et 0.5% de N-oxyde à -20 °C dans le THF. Nous avons observé une évolution assez
régulière et rapide de la conversion jusqu'à 30 min puis elle continue après lentement. Ceci
suggère une désactivation partielle au cours de la réaction peut être due aux prélèvements
(Figure 51). En revanche, l’étude cinétique de la réaction avec le complexe isopropylate-
aluminium 4a, dans les mêmes conditions précédentes, montre une évolution beaucoup plus
lente de la conversion en fonction du temps. Une conversion de 67% n’est observée qu’après
48h avec le complexe 4a, comparée à 70% après 30 mn dans le cas du système
2a/(CF3)2CHOH (Figure 51). Le système catalytique 2a/(CF3)2CHOH est le catalyseur
aluminique le plus actif connu pour la cyanosilylation de l’acétophénone avec une activité
sans précédent (TOF jusqu'à 140 h-1 pour une conversion de 70% à -20 °C) et très productive
(TON jusqu'à 470). En conséquence, l’hexafluoro-2-propylate s’avère le ligand le plus
efficace pour cette réaction, malgré des énantiosélectivités quelque peu réduites.
91
Influence de la base
0
25
50
75
100
0 6 12 18 24t(h)
Conv (%)
Figure 51 : Etude cinétique de la cyanosilylation de l’acétophénone avec le complexe
isopropylate-aluminium 4a (▲) et le système 2a/(CF3)2CHOH (■).
II.1.6 Influence de la base
Pour comprendre l’effet de la base sur le déroulement de la réaction, plusieurs essais
ont été effectués en présence et en absence de la base de Lewis. Les résultats sont résumés
dans le Tableau 12.
92
Chapitre 3
Tableau 12 : Influence de la base sur la réaction de cyanosilylation de l’acétophénone a
Entrée Catalyseur Base Conv. (%)b e.e (%)c
1 {cyclohexyl-salen}AlOiPr (4a) - traces 12
2 {cyclohexyl-salen}AlOiPr (4a) N-oxyde 89 86
3 {cyclohexyl-salen}AlOiPr (4a) L-glycinate de sodium 35 7
4 2a/(CF3)2CHOH - traces 0
5 2a/(CF3)2CHOH N-oxyde 100 76
6 {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)Ph2] (7a) - traces 44
7 {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)Ph2] (7a) N-oxyde 94 84
8 {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)(OMe)2] (7b) - traces 31
9 {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)(OMe)2] (7b) N-oxyde 91 82
11 {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)(OMe)2] (7b) Ph3P(O) 30 72
12 ″{cyclohexyl-salen}Al[OP(O)H(OMe)]″ (7c) - 12 88
13d ″{cyclohexyl-salen}Al[OP(O)H(OMe)]″ (7c) - 67 70
14 ″{cyclohexyl-salen}Al[OP(O)H(OMe)]″ (7c) N-oxyde 97 84
aConditions générales : Complexe aluminique (2.0 mol%), base (1.0 mol%), TMSCN (2 équiv.), 48h, -20 °C, concentration de l’acétophénone = 0.8 M dans le THF. bLa conversion de la réaction est déterminée par RMN 1H. cL’excès énantiomérique est déterminé par GC équipée d’une colonne CHIRASIL DEX.CB ; l’énantiomère majoritaire a une configuration absolue (S) déterminée par comparaison du pouvoir rotatoire avec celui rapporté dans la littérature.35 d10 mol% du complexe 7c, 25 °C.
D’après les résultats obtenus, ni le complexe 4a, ni le système catalytique
2a/(CF3)2CHOH seuls ne sont suffisamment efficaces pour effectuer l’addition du TMSCN
sur l’acétophénone (entrées 1, 4). Uniquement, quand ces deux sont employés
synergiquement selon le principe de double activation avec une base, des activités élevées et
de bonnes énantiosélectivités ont été observées (entrées 2, 5).
Feng et al. ont utilisé une base chirale, le L-glycinate de sodium, seule pour la
cyanosilylation asymétrique de l’acétophénone avec 94% d’énantiosélectivité.161 Pour notre
part, nous avons aussi utilisé le L-glycinate de sodium comme base de Lewis avec le
complexe isopropylate-aluminium (4a) pour cette réaction selon le principe de double
activation. Néanmoins, nous avons observé une chute du rendement et de l’énantiosélectivité
de la cyanhydrine (7% ee) (entrée 3).
93
Mécanisme de la réaction
NO
COONa
NH2
P
O
N-oxyde L-glycinate de sodium Ph3P(O)
Figure 52 : Différentes bases en cyanosilylation de l’acétophénone
D’autres essais ont été effectués avec les complexes d’aluminium de type
phosphonates 7a et 7b. Malheureusement, ni le complexe 7a, ni le complexe 7b seuls ne sont
assez efficaces pour effectuer l’addition du TMSCN sur l’acétophénone. En utilisant l’oxyde
de triphénylphosphine avec le complexe organométallique 7b, nous observons une diminution
de l’énantiosélectivité (72% ee) avec un rendement faible (30%) (entrée 11).
En revanche, le complexe 7c seul est suffisamment efficace pour catalyser l’addition
du TMSCN sur l’acétophénone avec une conversion de 12% et un excès énantiomérique élevé
(88% ee) ; ce résultat est probablement du à l’intervention de la liaison (P=O) présente dans le
catalyseur, qui active le TMSCN. Avec 10% du catalyseur 7c à température ambiante, la
cyanhydrine a été obtenue avec 67% de rendement et 70% d’ee. Ces résultats sont
prometteurs mais la nature mal définie du complexe 7c nous a empêché à ce jour
d’approfendir ces travaux.
II.1.7 Mécanisme de la réaction
En comparaison avec d’autres molécules dipolaires comme le N-oxyde chiral162,163,164
et l’oxyde de phosphine,165,166,167 le N-oxyde dans ce système devrait réagir comme une base
de Lewis plutôt qu’un additif en coordonnant et activant le TMSCN. D’ailleurs, la
coordination du TMSCN sur le N-oxyde a été observée en RMN 1H.64 Par conséquent, le
complexe d’aluminium et le N-oxyde devrait fonctionner coopérativement selon le principe
de la double activation, le complexe d’aluminium (acide de Lewis) active la cétone alors que
le N-oxyde (base de Lewis) active le TMSCN.
Par conséquent, les deux composés ont été activés et les intermédiaires proposés A et
B sont présents dans le cycle catalytique que nous proposons pour la réaction de
cyanosilylation avec les complexes de type {salen}Al(X) (Figure 53). Le nucléophile activé et
94
Chapitre 3
le substrat coordonné s’approchent l’un de l’autre et un état de transition C est proposé. La
formation d’une liaison stable (Si-O) favorise le transfert intramoléculaire de cyanure vers le
groupe carbonyle.
NN
OO
Al
O
H3C
X
N N
O OAl
X PhCOCH3
N OSi
CN
A
NN
OOAl
O
CH3
X
N O Si
CN
C
Ph CH3
CN
B
OTMS
Figure 53 : Cycle catalytique proposé pour la réaction de cyanosilylation de l’acétophénone avec
les complexes {salen}AlX
Dans le cas des complexes d’aluminium de type phosphonates {salen}Al[OP(O)X2]
(X = OMe, Ph, H), la fonction P=O présente sur le métal a un effet supplémentaire dans le
cycle catalytique dans l’activation du centre métallique (Al) et le TMSCN un effet similaire à
celui du système bifonctionnel de Shibasaki31 (Figure 54). Une activation supplémentaire du
TMSCN par la liaison P=O expliquerait l’amélioration de l’activité par rapport au complexe
{salen}AlX et sa capacité à catalyser la réaction en l’absence de base de Lewis externe. En
effet, le complexe d’aluminium 7c seul est actif pour la cyanosilylation asymétrique de
l’acétophénone, qui montre l’activation du TMSCN. Par contre, les complexes 7a et 7b seuls
sont inactifs pour effectuer cette réaction. Par ailleurs, Shibasaki a utilisé avec le complexe
95
Complexes des ligands [CF3ONcyNOCF3]2-
96
d’aluminium bifonctionnel un additif additionnel (oxyde de phosphine) pour effectuer
l’addition du TMSCN sur le benzaldéhyde (Figure 5).31
.
NN
OO
Al
O
H3C
O
N O Si
CN
PX
XO
D
Figure 54 : Etat de transition proposé avec les complexes de type {salen}Al[OP(O)X2]
II.2 Complexes des ligands [CF3ONCyNOCF3]2– 8, 9
Après avoir étudié la réaction de cyanosilylation de l’acétophénone et montré l’activité
et la sélectivité élevées avec les complexes {salen}AlX, nous avons ensuite élargi notre étude
sur cette réaction avec les nouveaux ligands diamino-diolates et diimino-diolates
[CF3ONCyNOCF3]2- issus des pro-ligands 8, 9 (Figure 55).
N N
OH HOF3C CF3 CF3
CF3
9
N N
CF3 CF3F3C CF3
OH HO
8
R R R R
Figure 55 : Nouveaux pro-ligands tétradentates dérivés de (1R,2R)-cyclohexyl-diamine
Dans un premier temps, nous avons étudié les performances du complexe aluminique
(1R,2R)-{CF3ONCyNOCF3}AlCl (12b), dérivé du pro-ligand 9, pour l’addition asymétrique du
TMSCN sur l’acétophénone ainsi que sur le benzaldéhyde (Schéma 33).
Chapitre 3
N N
O OAl
ClCF3 CF3 CF3CF3
base (y mol%)
R = Me, H
O
R
CN
ROSiMe3*
+NC-SiMe3
12b (x mol%)
R R
Schéma 33 : Cyanosilylation asymétrique de fonctions carbonyles avec le nouveau complexe
aluminique 12b
Les réactions ont été effectuées en présence de l’oxyde de N,N-diméthylaniline ou
l’oxyde de triphénylphosphine, comme base de Lewis, selon la méthode de la double
activation utilisée précédemment avec les complexes {salen}AlX. L’ensemble des résultats
relatifs au complexe aluminique 12b est présenté dans le Tableau 13.
Tableau 13 : Cyanosilylation de fonctions carbonyles avec le complexe aluminique 12ba
Entrée R Base x (%) y (%) Solvant T (°C) Conv. (%)b e.e (%)c
1 Me N-oxyde 2 1 THF -20 20 23
2 Me N-oxyde 5 2.5 THF 20 52 19
3 Me N-oxyde 5 2.5 CH2Cl2 20 41 17
4 H Ph3PO 5 2.5 CH2Cl2 20 100 6
5 H N-oxyde 5 2.5 CH2Cl2 20 100 10
aConditions générales : Complexe 12b (x mol%), base (y mol%), TMSCN (2 équiv.), 48h, T (°C), [substrat] = 0.8 M dans le solvant utilisé. bLa conversion de la réaction est déterminée par RMN 1H. cL’excès énantiomérique est déterminé par GC équipée d’une colonne CHIRASIL DEX.CB.
D’après les résultats obtenus, le complexe aluminique 12b est actif pour la réaction de
cyanosilylation asymétrique de l’acétophénone. Dans les mêmes conditions réactionnelles
utilisées avec les complexes {salen}AlX, le complexe aluminique 12b (2.0 mol%) montre une
activité faible, conduisant à une conversion de 20% (entrée 1), contre 51% observée avec son
complexe homologue {cyclohexyl-salen}AlCl (6a) décrit dans la partie II-1 de ce chapitre.
Ceci montre l’effet décisif de l’architecture du ligand sur les propriétés catalytiques des
complexes organométalliques.168 En travaillant à 20 °C avec davantage de catalyseur, nous
97
Complexes des ligands [CF3ONcyNOCF3]2-
98
observons une conversion de 52% (entrée 2). Par contre, une diminution de l’activité
catalytique a été observée pour la réaction effectuée dans le CH2Cl2 (entrée 3) ; ceci montre
l’effet du solvant sur l’activité catalytique du complexe organométallique pour cette
réaction.169
La stéréosélectivité de la réaction est aussi bien plus faible par rapport au complexe
{salen}AlCl. En effet, le complexe aluminique 12b montre une énantiosélectivité de 23%
dans le THF à -20 °C contre 83% avec son complexe homologue {cyclohexyl-salen}AlCl
(6a). La réaction a été aussi effectuée dans le dichlorométhane, mais seulement 17% d’excès
énantiomérique a été observé (entrée 3).
Nous avons ensuite étudié les performances du complexe aluminique 12b pour
l’addition asymétrique du TMSCN sur le benzaldéhyde (substrat plus réactif). Le nouveau
complexe d’aluminium 12b s’avère être un catalyseur relativement actif pour cette réaction.
En effet une conversion quantitative est observée dans le dichlorométhane en utilisant l’oxyde
de N,N-diméthylaniline ou l’oxyde de triphénylphosphine comme une base de Lewis (entrées
4, 5). Malheureusement, quelle que soit la nature de la base utilisée, le complexe aluminique
12b présente une énantiosélectivité très faible (e.e ≤ 10%).
Nous avons souligné dans le chapitre 1 l’intérêt des complexes de titane, formés in
situ entre les pro-ligands {salen}H2 et le Ti(OiPr)4 pour des applications en cyanosilylation
asymétrique de fonctions carbonyles.58,61,62 De ce fait, nous avons également étudié cette
réaction avec des catalyseurs à base de Ti(OiPr)4 et de ZnEt2, dérivés du nouveau pro-ligand
[CF3ONCyNOCF3]H2 9 (Schéma 34). Ces catalyseurs ont été générés in situ selon un protocole
expérimental analogue à celui utilisé par Feng.61,62
solvant, base, 20 °C
R = Me, H
O
R
CN
ROSiMe3*
+NC-SiMe3
N N
OH HOCF3 CF3 CF3
CF3
Ti(OiPr)4 ou ZnEt2
9+
R R
Schéma 34 : Cyanosilylation asymétrique de fonctions carbonyles avec les catalyseurs de titane
et de zinc dérivés du pro-ligand 9
Chapitre 3
Nous avons testé ces systèmes catalytiques pour l’addition du TMSCN sur
l’acétophénone et le benzaldéhyde. De façon analogue aux études effectuées avec les
catalyseurs de titane dérivés des ligands salen,61,62 nous avons effectué les réactions en
utilisant 10 mol% du catalyseur pendant 48h dans le dichlorométhane ou le toluène. Le N-
oxyde a été également utilisé comme base de Lewis pour cette catalyse. Les résultats
représentatifs sont reportés dans le Tableau 14.
Tableau 14 : Cyanosilylation de fonction carbonyles avec les systèmes catalytiques à base de
titane et de zinca
Entrée Catalyseur Base R Solvant Conv. (%)b e.e (%)c
1 Pro-ligand (9) + Ti(OiPr)4 - H toluène 100 5
2 Pro-ligand (9) + Ti(OiPr)4 - H CH2Cl2 100 3
3 Pro-ligand (9) + Ti(OiPr)4 N-oxyde H CH2Cl2 100 9
4 Pro-ligand (9) + Ti(OiPr)4 N-oxyde Me CH2Cl2 65 1
5 Pro-ligand (9) + ZnEt2 N-oxyde Me CH2Cl2 traces 8
aConditions générales : Pro-ligand (9) /Ti(OiPr)4 ou ZnEt2 (1:1, 10 mol%), N-oxyde (5.0 mol%), TMSCN (2 equiv.), 48h, 20 °C, [substrat] = 0.8 M dans le solvant utilisé. bLa conversion de la réaction est déterminée par RMN 1H. cL’excès énantiomérique est déterminé par GC équipée d’une colonne CHIRASIL DEX.CB.
Suite aux résultats obtenus, nous pouvons déduire que le système catalytique généré in
situ entre le pro-ligand 9 et le Ti(OiPr)4 présente une activité catalytique significative pour la
cyanosilylation du benzaldéhyde. En effet, les réactions effectuées dans le dichlorométhane
ou le toluène montrent une conversion quantitative de cette réaction (entrées 1, 2). En
revanche, l’énantiosélectivité observée avec ce système catalytique est très modeste (e.e ≤
5%). Nous avons ensuite utilisé une base de Lewis (N-oxyde) selon la méthode de la double
activation afin d’améliorer l’énantiosélectivité, mais seulement 9% d’excès énantiomérique a
été noté (entrée 3).
Une diminution de l’activité catalytique est observée, avec le système 9/Ti(OiPr)4,
pour la réaction de cyanosilylation de l’acétophénone (substrat moins réactif que le
benzaldéhyde). En effet, une conversion de 65% avec un excès énantiomérique quasi-nul sont
obtenus en utilisant l’oxyde de N,N-diméthylaniline comme base (entrée 4). Nous avons
ensuite généré in situ un système à base de zinc64 au départ du pro-ligand 9 ; ce dernier
montre aussi une faible activité et une énantiosélectivité très modeste pour l’addition du
TMSCN sur l’acétophénone.
99
Complexes des ligands [CF3ONcyNOCF3]2-
100
Nous avons également étudié la cyanosilylation asymétrique avec le nouveau pro-
ligand diamino-diol [CF3ONCyNOCF3]H2 8. Des systèmes catalytiques à base de Ti(OiPr)4 et
AlMe3 ont été générés in situ selon le même protocole expérimental utilisé précédemment
avec les pro-ligands {salen}H2 1 et [CF3ONCyNOCF3]H2 9 (Schéma 35).
solvant, base, -20 °C
R = Me, H
O
R
CN
ROSiMe3*
+NC-SiMe3
Ti(OiPr)4 ou AlMe3
N N
CF3CF3CF3 CF3
OH HO
8+
R R
Schéma 35 : Cyanosilylation asymétrique de fonction carbonyles avec les systèmes catalytiques à
base de titane et d’aluminium dérivés du pro-ligand 8
Les réactions ont été effectuées avec 10 mol% du catalyseur, à -20 °C pendant 48h
dans le dichlorométhane ou le toluène, en utilisant l’oxyde de N,N-diméthylaniline comme
base de Lewis. Les résultats représentatifs sont rassemblés dans le Tableau 15.
Tableau 15: Cyanosilylation de fonctions carbonyles avec les systèmes catalytiques au départ du
pro-ligand 8a
Entrée Système catalytique Base R Solvant Conv. (%)b e.e (%)c
1 Pro-ligand (8) + AlMe3 N-oxyde Me Toluène 0 -
2 Pro-ligand (8) + AlMe3 N-oxyde H CH2Cl2 0 -
3 Pro-ligand (8) + Ti(OiPr)4 - H CH2Cl2 0 -
4 Pro-ligand (8) + Ti(OiPr)4 N-oxyde H CH2Cl2 30 0
aConditions générales : Pro-ligand (8)/Ti(OiPr)4 ou AlMe3 (1:1, 10 mol%), N-oxyde (5.0 mol%), TMSCN (2 équiv.), 48h, -20 °C, [substrat] = 0.8 M dans le solvant utilisé. bLa conversion de la réaction est déterminée par RMN 1H. cL’excès énantiomérique est déterminé par GC équipée d’une colonne CHIRASIL DEX.CB.
Le système catalytique 8/AlMe3 est totalement inactif pour l’addition du TMSCN sur
le benzaldéhyde et l’acétophénone dans le toluène ou le dichlorométhane (entrées 1, 2). De
Chapitre 3
façon analogue, en absence du N-oxyde, le système 8/Ti(OiPr)4 est aussi inactif pour
l’addition du TMSCN sur le benzaldéhyde (entrée 3). L’utilisation d’une base augmente
légèrement l’activité de la réaction avec une conversion de 30% observée après 48h mais la
cyanhydrine obtenue est racémique (entrée 4).
II.3 Complexes de métaux du groupe 3
Nous avons également étudié la catalyse de cyanosilylation avec des complexes
trivalents d’yttrium et de lanthane afin de comparer avec les complexes {salen}AlX. Dans ce
cadre, nous avons utilisé le complexe d’yttrium {cyclohexyl-salen}Y[N(SiHMe2)2].(THF)
(27) pour la réaction de cyanosilylation de l’acétophénone et du benzaldéhyde (Schéma 36).
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OY
X THF
solvant, T (°C)
R = Me, H
O
R
CN
ROSiMe3*
+NC-SiMe3
X = N(SiHMe2)2
27
Schéma 36 : Cyanosilylation asymétrique de fonctions carbonyles avec le complexe d’yttrium 27
Les réactions ont été effectuées dans les mêmes conditions réactionnelles utilisées
avec les complexes {salen}AlX, à savoir 2.0 mol% du complexe d’yttrium 27 dans le THF ou
le toluène. Les résultats représentatifs sont rassemblés dans le Tableau 16.
101
Complexes de métaux du groupe 3
102
Tableau 16 : Cyanosilylation de fonctions carbonyles avec le complexe
{salen}Y[N(SiHMe2)2] 27a
Entrée R Solvant T (°C) t(h) Conv. (%)b e.e (%)c
1 Me THF 20 24 100 rac
2 Me toluène 20 14 100 rac
3 Me THF -20 24 100 rac
4d Me THF 20 14 100 rac
5e Me THF 20 14 100 rac
6 H toluène -20 24 100 2
aConditions générales : Complexe 27 (2.0 mol%), TMSCN (2 équiv.), t(h), T (°C), [substrat] = 0.8 M dans le solvant utilisé. bLa conversion de la réaction est déterminée par RMN 1H. cL’excès énantiomérique est déterminé par GC équipée d’une colonne CHIRASIL DEX.CB. dAjout de 1 équiv. de l’iPrOH. eAjout de 1 mol% du N-oxyde.
Les tests catalytiques réalisés pour la cyanosilylation de l’acétophénone avec le
complexe d’yttrium 27 ont démontré de hautes activités ; une conversion quantitative est
observée dans le THF ou le toluène, à température ambiante comme à -20 °C.
Malheureusement, le complexe d’yttrium 27 ne conduit à aucune énantiosélectivité à
température ambiante, ou à -20 °C dans le THF ou le toluène (entrées 1, 2, 3).
Nous avons ensuite généré in situ le complexe {salen}Y(OiPr) en ajoutant 1 équiv. de
l’isopropanol sur le complexe d’yttrium-amidure 27. De façon similaire, le résultat obtenu ne
montre aucun excès énantiomérique pour la cyanhydrine obtenue (entrée 4). L’utilisation du
N-oxyde comme une base avec le complexe d’yttrium 27 ne modifie pas ces résultats (entrée
5).
De façon similaire à la réaction de cyanosilylation de l’acétophénone, la réaction du
benzaldéhyde effectuée avec le complexe 27 dans le toluène à -20 °C montre une activité
élevée. Cependant, un excès énantiomérique insignifiant de 2% a été observé.
Le complexe 27 s’avère donc être actif pour l’addition du TMSCN sur
l’acétophénone et le benzaldéhyde. Toutefois, contrairement au complexe {salen}AlX,
aucune stéréosélectivité n’a été notée. Ces observations montrent l’importance de la nature
du centre métallique sur les performances du catalyseur.
Nous avons également étudié les performances des complexes mono et bis-
[bis(oxazolinato)] de lanthane et d’yttrium (23, 26) pour l’addition asymétrique du TMSCN
Chapitre 3
sur l’acétophénone (Figure 56). Les réactions ont été effectuées avec 2.0 mol% du catalyseur
dans le THF ou le toluène. Les résultats représentatifs sont rassemblés dans le Tableau 17.
23a M = Y; R = N(SiHMe2)223b M = La; R = N(SiHMe2)2
N
O
N
O
N(SiHMe2)2
N
O
N
O
tBu tBuM
(Me2SiH)2N
26a M = Y26b M = La
MtBu
tBu
N
O
N
O
tButBuR
Figure 56 : Complexes mono et bis-[bis(oxazolinato)] de lanthane et d’yttrium 23,26 pour la
cyanosilylation asymétrique de l’acétophénone
Tableau 17 : Cyanosilylation de l’acétophénone avec les complexes 23,26a
Entrée Complexe R Solvant Conv. (%)b e.e (%)c
1 23a Me THF 100 rac
2 23b Me THF 100 rac
3 26a Me toluène 100 rac
4 26b Me THF 100 rac
aConditions générales : Complexe 23-26 (2.0 mol%), TMSCN (2 équiv.), 24h, 20 °C, [substrat] = 0.8 M dans le solvant utilisé. bLa conversion de la réaction est déterminée par RMN 1H. cL’excès énantiomérique est déterminé par GC équipée d’une colonne CHIRASIL DEX.CB.
Les complexes mono et bis-[bis(oxazolinato)] de lanthane et d’yttrium 23,26 sont très
actifs pour l’addition du TMSCN sur l’acétophénone dans le toluène ou le THF (entrées 1-4).
En effet, une conversion quantitative est observée dans le THF ou dans le toluène après 24h
de réaction à température ambiante.
De façon analogue au complexe d’yttrium 27, les réactions effectuées avec les
complexes 23,26 ne montrent aucune énantiosélectivité à température ambiante. Ni la nature
du centre métallique (Y, La), ni celle du solvant (THF ou toluène), ni la présence d’un seul
ou deux équivalents du ligand Box sur le centre métallique, ne semblent influencer
l’énantiosélectivité.
103
Réaction d’aldolisation
104
III. Réaction d’aldolisation
III.1 Généralités
L'addition du carbone en position α de la fonction carbonyle énolisable sur un dérivé
carbonylé est appelée réaction d'aldolisation (Schéma 37).170,171,172,173,174 Cette réaction,
fréquemment utilisée en synthèse organique, permet de former des liaisons carbone-carbone.
Elle porte également le nom de condensation aldolique. Un des dérivés carbonylés est sous
forme énolique et joue le rôle de nucléophile et l’autre intervient comme électrophile ;
l'électrophilie du carbonyle est renforcée par protonation. A l'issue de cette réaction
d'aldolisation, on obtient un aldol. Cette réaction peut être catalysée par une base ou un acide.
R1 R2
O
+ R4
R5
OTMS
R3R5
O
R3R4
R2
HOR1
prochiral prochiral
catalyseur
H2O
Schéma 37 : Exemple de réaction d'aldolisation
Parmi les réactions d’aldolisation, nous trouvons la réaction d’hydroxyméthylation
dont l’électrophile est le formaldéhyde (R1 = R2 = H). Ce dernier est l’un des électrophiles C1
les plus importants en synthèse organique.175 A l'issue de cette réaction, on obtient un aldol
avec un seul centre stéréogénique. Les réactions d’hydroxyméthylation peuvent être
effectuées sans difficulté en milieu protique. Très peu de systèmes catalytiques ont été utilisés
avec succès pour la réaction d’hydroxyméthylation asymétrique en terme de sélectivité. Dans
ce cadre, les catalyseurs acides de Lewis pour la réaction d’hydroxyméthylation de l’éther
silylé d’énol sont les plus importants.
Les triflates des lanthanides Ln(OTf)3 ont récemment attiré l’attention pour leur coût
réduit, leur toxicité peu élevée et leur tolérance à l’humidité.176,177,178,179 Ces catalyseurs
acides de Lewis ont été étudiés dans plusieurs réactions de formation de liaisons C-C. Leur
stabilité et leur activité catalytique ont été attribuées à leurs grands rayons ioniques, et à un
équilibre entre les acides et l’eau. Les triflates de lanthanides (III) sont notamment des
promoteurs efficaces pour la réaction d'aldolisation de l’éther silylé d’énol avec le
formaldéhyde.
Chapitre 3
La catalyse d’hyroxyméthylation asymétrique a été réalisée pour la première fois par
Kobayashi en utilisant un éther couronne chiral ; un catalyseur généré in situ entre le triflate
de praséodyme et le ligand éther couronne favorise l’hydroxyméthylation asymétrique de
l’éther silylé d’énol issu de la propiophénone avec un rendement de 91% et une
énantioselectivité de 48% (Schéma 38).180
Ph
OSiMe3
+aq. HCHO Ph
O
HOH2O/THF, 30 °C
NO
ON
O
OEther couronne
Pr(OTf)3
Schéma 38 : Premier système catalytique utilisé pour l’hydroxyméthylation asymétrique180
Récemment, Kobayashi a étudié l’hydroxyméthylation asymétrique des énolates dans
des solvants aqueux avec un système catalytique de scandium, généré in situ entre Sc(OTf)3 et
un ligand bipyridine (Schéma 39).181 Ce catalyseur a montré une haute activité et une
énantiosélectivité élevées pour l’hydroxyméthylation asymétrique de l’éther silylé d’énol issu
de la propiophénone. En utilisant 10% du catalyseur de scandium, à une température -20 °C
dans le DME/H2O (9/1), l’éther silylé d’énol a été transformé en aldol correspondant avec un
rendement élevé et 90% d’excès énantiomérique.181
Ph
OSiMe3
+aq. HCHO Ph
O
HO
NN
OH HO
H2O/DME (1/9), -20°C
Ligand bipyridine
Sc(OTf)3
Schéma 39 : Hydroxyméthylation de l’éther silylé d’énol avec un catalyseur de scandium181
Un catalyseur de bismuth dérivé du même ligand bipyridine s’avère également être
très actif pour cette catalyse.182 Un rendement de 93% et une énantiosélectivité de 91% sont
obtenus pour l’hydroxyméthylation de l’éther silylé d’énol issu de la propiophénone, en
105
Réaction d’aldolisation
106
utilisant 1% du Bi(OTf)3 et 3% du ligand bipyridine dans le DME/H2O (1/4) à 0 °C et en
ajoutant 5.0 mol% du 2,2′-bipyridine. Divers éthers silylés d’énol ont été testés dans ces
conditions optimisées et les aldols correspondants sont obtenus avec d’excellents rendements
chimiques (66-93%) et de bonnes énantiosélectivités (77-95% ee).182
Un autre type de réaction d’aldolisation est la réaction de Mukaiyama où l’électrophile
est le benzaldéhyde (R1 = H, R2 = Ph). Mise au point pour la première fois en 1973,183 c’est
l’une des réactions d’aldolisation les plus étudiées actuellement.184,185,186,187 Elle permet
l’obtention d’aldols avec deux centres stéréogéniques et donc quatre stéréoisomères peuvent
être obtenus (Schéma 40).
Ph
OSiMe3
+H
O
Ph
O
Ph
OH
Ph
O
Ph
OH
Ph
O
Ph
OH
Ph
O
Ph
OH
Syn
Anti
catalyseur
H2O
Schéma 40 : Réaction de Mukaiyama
La réaction de Mukaiyama asymétrique a été réalisée pour la première fois en utilisant
un éther couronne chiral.188 Le système catalytique généré in situ par réaction de Pr(OTf)3 et
le ligand éther couronné favorise cette catalyse avec un rendement de 85%, une forte
diastéréoselectivité (rapport syn/anti = 91/9) et une énantiosélectivité élevée (78% pour
l’isomère syn) (Schéma 41).188,189
Chapitre 3
Ln(OTf)3
H2O/THF, 0 °C
NO
ON
O
O
Ph
OSiMe3
+ Ph
O
PhH
O OH
Ether couronne
Schéma 41 : Premier système catalytique utilisé pour la réaction de Mukaiyama
Dans ces réactions, l’eau joue un rôle primordial pour obtenir les meilleurs
rendements et sélectivités. Lorsque la réaction est réalisée avec de l’éthanol sec, des résultats
moyens sont observés (rendement de 51%, 23% ee pour l’isomère syn). La réaction effectuée
dans le dichlorométhane sec conduit à de mauvais résultats (rendement de 4%, 28% ee).189
Le rayon ionique de lanthanide affecte de façon significative la sélectivité. En effet,
pour des cations larges comme La, Ce, Le, Pr et Nd , les diastéréo- et énantiosélectivités sont
élevées. En revanche, les petits cations comme Sc et Yb offrent des sélectivités modestes.189
Récemment, Mlynarski et al. ont étudié la réaction de Mukaiyama asymétrique avec
des systèmes catalytiques à base de triflate zinc au départ du ligand Pybox (Schéma 42).190,191
Les meilleurs résultats ont été observés en utilisant 10% du système Pybox/Zn(OTf)2 dans le
THF/EtOH (1/1)-H2O (10%). Un rendement de 84% a été observé avec une forte
diastéréoselectivité (rapport syn/anti = 96/4) et une énantiosélectivité élevée de 75% pour
l’isomère syn. L’effet de l’eau a été également étudié avec ce système catalytique. En effet, le
test catalytique effectué dans le dichlorométhane sec montre une chute de l’activité
catalytique avec un rendement de 13%. Cependant, l’aldol correspondant obtenu est
racémique.
107
Réaction d’hydroxyméthylation
108
H2O-THF/EtOH, -25 °CPh
OSiMe3
+ Ph
O
PhH
O OH
NO
N N
OiPr-Pybox
Zn(OTf)2
Schéma 42 : Réaction de Mukaiyama asymétrique avec des catalyseurs de zinc
Mlynarski et al. ont poursuivi leurs études sur la réaction de Mukaiyama asymétrique
avec un système catalytique à base de Fer.192 Le système iPr-Pybox/FeCl2.4H2O s’est montré
très actif et sélectif pour cette catalyse. Un rendement de 68% a été observé dans un mélange
EtOH/H2O en utilisant 10% du catalyseur avec un rapport (syn/anti) de 91/9 et 70% d’excès
énantiomérique pour l’isomère syn.
En se basant sur les études de Kobayashi et plus précisément sur la réaction
d’hydroxyméthylation, nous avons voulu étudier, dans un premier temps, les performances du
nouveau pro-ligand [CF3ONCyNOCF3]H2 9 et de pro-ligand {salen}H2 1a pour cette réaction.
Dans un deuxième temps, nous avons étudié les propriétés catalytiques de ces ligands pour la
réaction de Mukaiyama asymétrique. Des systèmes catalytiques ont été générés in situ entre
M(OTf)n (M = Ln, Zn.. ; n = 2, 3) et les ligands tetradentates [ONCyNO]H2. Ainsi, des
complexes isolés {salen}MCl (M = Al, Mn, Cr, Fe) ont été également utilisés pour effectuer
cette étude. D’autres types de ligands seront aussi utilisés pour effectuer ces deux réactions.
III.2 Résultats et discussion III.2.1 Réaction d’hydroxyméthylation Nous décrivons dans cette partie l’étude effectuée sur la réaction
d’hydroxyméthylation de l’éther silylé d’énol issu de la propiophénone, choisi comme
substrat modèle (schéma 43).
Ph
OSiMe3
+aq. HCHO Ph
O
HO
Ligand, M(OTf)3
solvant, T (°C)
Schéma 43 : Réaction d’hydroxyméthylation de l’éther silylé d’énol
Chapitre 3
Dans un premier temps, nous avons étudié les performances de catalyseurs du
scandium et du bismuth au départ de pro-ligands 9 et 1a (Figure 57). Ces catalyseurs ont été
générés in situ selon un protocole expérimental analogue à celui utilisé par Kobayashi.181,182
N N
OH HOF3C CF3 CF3
CF3
9
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
OH HO
1a
Figure 57 : Pro-ligands tétradentates dialcoolates 9 et 1a
Les réactions ont été effectuées en utilisant 10 mol% du catalyseur dans le DME/H2O
(9/1) avec 10 équiv. de formaldéhyde. Les résultats représentatifs sont rassemblés dans le
Tableau 18.
Tableau 18 : Hydroxyméthylation de l’éther silylé d’énol avec les systèmes
catalytiques des pro-ligands 1a, 9a
Entrée Pro-ligand M(OTf)3 Solvant Rdt (%)b e.e (%)c
1 9 Sc(OTf)3 DME/H2O (9/1) 75 1
2 9 Sc(OTf)3 MeCN/H2O (9/1) 61 3
3 9 Bi(OTf)3 DME/H2O (9/1) 90 2
4 1a Sc(Otf)3 DME/H2O (9/1) 83 rac
5 1a Bi(OTf)3 DME/H2O (9/1) 75 3
aConditions générales : Pro-ligand (12 mol%), M(OTf)3 (10 mol%), -20 °C, 24h, 10 équiv. de formaldéhyde. bLe rendement de produits isolés après une colonne de gel de silice. cL’excès énantiomérique est déterminé par HPLC.
Les systèmes catalytiques, formés in situ par la réaction du pro-ligand 9 et le triflate
de scandium ou le triflate de bismuth, sont très actifs pour la réaction d’hydroxyméthylation
dans le DME/H2O comme solvant (entrées 1, 3). Cependant, une diminution de l’activité
catalytique est observée dans l’acétonitrile (entrée 2). Malheureusement, ces catalyseurs
montrent des excès énantiomériques quasi-nuls (e.e ≤ 3%). Une nouvelle fois, ni la nature du
centre métallique (Sc, Bi), ni la température et/ou la nature du solvant (DME ou
acétonitrilie), ne permettent une amélioration de l’énantiosélectivité (entrées 1-3).
109
Réaction d’hydroxyméthylation
110
Par la suite, nous avons étudié cette catalyse avec le pro-ligand 1a afin de comparer
ses propriétés catalytiques avec celles obtenues pour le ligand 9. De façon similaire, le
système 1a/Sc(OTf)3 s’avère être actif pour cette réaction, mais l’aldol obtenu est racémique
(entrée 4). Une activité moins élevée ainsi qu’une absence d’énantiosélectivité sont observées
avec le système 1a/Bi(Otf)3 (entrée 5).
Nous avons ensuite étudié cette réaction avec des complexes isolés dérivés du pro-
ligand salen 1a (Figure 58). Les complexes {salen}MCl (M = Cr, Mn) sont commerciaux et
fournis par Aldrich, alors que le complexe {salen}FeCl a été synthétisé au laboratoire selon
une procédure décrite dans la littérature.193,194
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OM
Cl
{salen}AlCl M = Al{salen}CrCl M = Cr{salen}MnCl M = Mn{salen}FeCl M = Fe
Figure 58 : Complexes {salen}MCl évalués pour la réaction d’hydroxyméthylation
Les réactions d’hydroxyméthylation avec les complexes {salen}MCl ont été
effectuées dans les mêmes conditions réactionnelles que celles utilisées avec les catalyseurs
dérivés des pro-ligands 1a et 9. Les résultats représentatifs sont rassemblés dans le Tableau
19.
Tableau 19 : Hydroxyméthylation de l’éther silylé d’énol avec
les complexes {salen}MCla
Entrée Catalyseur T (°C) Rdt (%)b e.e (%)c
1 {salen}AlCl 20 10 25
2 {salen}CrCl 20 48 31
3 {salen}CrCl -20 13 36
4 {salen}MnCl 20 11 18
5 {salen}FeCl -20 80 3
aConditions générales : Complexes {salen}MCl (10 mol%), DME/H2O (9/1), T (°C), 24h, 10 équiv. de formaldéhyde. bLe rendement de produits isolés après une colonne de gel de silice. cL’excès énantiomérique est déterminé par HPLC.
Chapitre 3
L’activité catalytique et la stéréosélectivité sont sensiblement influencées par la nature
du centre métallique. D’après les résultats obtenus, les complexes {salen}AlCl et {salen}MnCl
montrent des faibles activités catalytiques (entrées 1, 4). Une amélioration de l’activité
catalytique a été observée avec le complexe {salen}CrCl avec un rendement de 48% après 24h
de réaction à température ambiante (entrée 2). Le complexe {salen}FeCl présente lui une
activité plus élevée (entrée 5).
Ces complexes isolés présentent des énantiosélectivités plus élevées que celles
observées avec les systèmes catalytiques du scandium et du bismuth avec les ligands
[ONCyNO]2- 1a, 9 mais qui restent faibles. Le complexe {salen}CrCl offre une
énantiosélectivité de 31% à température ambiante. La réaction effectuée à -20 °C avec ce
complexe présente une faible amélioration de l’énantiosélectivité avec 36% d’excès
énantiomérique au fort détriement de l’activité (entrée 3). Des stéréosélectivités moins élevées
ont été observées avec les complexes {salen}AlCl et {salen}MnCl (entrées 1, 4), tandis que le
complexe {salen}FeCl présente une énantiosélectivité quasi-nulle (entrée 5).
Ces observations nous amènent à conclure que la structure des pro-ligands {salen}H2
1a et [CF3ONCyNOCF3]H2 9 ne peuvent pas induire la sélectivité pour cette catalyse. De ce fait,
nous avons étudié d’autres types de ligands pour cette réaction (Figure 59). Les ligands iPr-
Pybox et le cis-1-amino-2-indanol sont commerciaux, tandis que la Box-OH a été synthétisé
par le Dr. Catherine Pinel au laboratoire de l’institut de recherches sur la catalyse et
l’environnement de Lyon.195,196
NO
N N
O
iPr-Pybox
O
N N
O
HOH2C
Ph
CH2OH
Ph
N OH
tBu
tBu
OH
cis-1-amino-2-indanol
Box-OH
Figure 59 : Ligands utilisés pour la réaction d’hydroxyméthylation
111
Réaction de Mukaiyama
112
Nous avons généré in situ des systèmes catalytiques à base de triflate de scandium
pour la réaction d’hydroxyméthylation. Nous avons également utilisé le ligand iPr-Pybox
avec d’autres types des lanthanides. Les résultats représentatifs sont rassemblés dans le
Tableau 20.
Tableau 20 : Hydroxyméthylation de l’éther silylé d’énola
Entrée Ligand M(OTf)n Rdt (%)b e.e (%)c
1 iPr-Pybox Sc(OTf)3 77 24
2 iPr-Pybox Bi(OTf)3 30 10
3 iPr-Pybox Zn(OTf)2 57 14
4 iPr-Pybox Yb(OTf)3 81 rac
5 iPr-Pybox La(OTf)3 62 16
6 Box-OH Sc(OTf)3 39 3
7 cis-1-amino-2-indanol Sc(OTf)3 87 2
aConditions générales : Ligand (12 mol%), M(OTf)n (10 mol%), DME/H2O (9/1), 20 °C, 24h, 10 équiv. de formaldéhyde. bLe rendement de produits isolés après une colonne de gel du silice. cL’excès énantiomérique est déterminé par HPLC.
Les systèmes catalytiques formés in situ par la réaction du ligand iPr-Pybox et le
M(OTf)n (M = Sc, Zn, Yb, La) sont assez actifs pour la réaction d’hydroxyméthylation
(entrées 1, 3-5). Cependant, une diminution de l’activité catalytique est observée avec le
catalyseur à base de bismuth (entrée 2).
Malheureusement, ces catalyseurs montrent tous des excès énantiomériques
modestes, avec un maximum de 24% ee pour le système catalytique à base de scandium
(entrée 1).
Les catalyseurs du scandium dérivés de ligands Box-OH et cis-1-amino-2-indanol
sont actifs pour cette réaction mais les excès énantiomériques observés sont insignifiants
(entrées 6, 7).
III.2.2 Réaction de Mukaiyama Nous avons ensuite étudié les performances des systèmes catalytiques à base de
M(Otf)n pour la réaction Mukaiyama (Schéma 44).
Chapitre 3
Ph
OSiMe3
+ Ph
O
PhLigand, M(OTf)nH
O OH
DME/H2O
Schéma 44 : Réaction de Mukaiyama
Dans un premier temps, nous avons étudié les performances des catalyseurs à base de
M(OTf)n (M = La, Sc, Zn ; n = 2, 3) dérivés des pro-ligands 9 et 1a. Les catalyseurs
correspondants ont été générés in situ selon un protocole expérimental analogue à celui utilisé
par Mlynarski.190,191 Les tests catalytiques ont été réalisés en utilisant 10 mol% du catalyseur
dans le THF/Ethanol (1/1)-H2O (10%) comme solvant et en introduisant 2 équiv. de l’éther
silylé d’énol issu de la propiophénone. Les résultats obtenus sont représentés dans le Tableau
21.
Tableau 21 : Réaction de Mukaiyama de l’éther silylé d’énol avec les systèmes
catalytiques des pro-ligands 1a, 9a
Entrée Pro-ligand M(OTf)n Rdtb (syn/anti)c e.e (syn)c e.e (anti)c
1 9 Zn(OTf)2 38 (74/26) 4 1
2 9 Sc(OTf)3 98 (59/41) 1 rac
3 9 La(OTf)3 52 (42/68) 3 5
4 1a Zn(OTf)2 79 (69/31) 2 rac
5 1a La(OTf)3 85 (51/49) 1 rac
aConditions générales : Ligand (12 mol%), M(Otf)n (10 mol%), THF/Ethanol (1/1)-H2O (10%), 20 °C, 24h, 2 équiv. de l’éther silylé d’énol. bLe Rendement de produits isolés après une colonne de gel de silice. cLe rapport (syn/anti) et l’excès énantiomérique sont déterminés par HPLC.
Le système catalytique 9/Sc(OTf)3 est relativement actif pour cette catalyse. En effet,
une conversion quantitative est observée après 24h de réaction à température ambiante
(entrée 2). Cependant, une diminution de l’activité catalytique est notée avec les systèmes
catalytiques à base du zinc et du lanthane (entrées 1, 3). Le système 9/Zn(OTf)2 présente un
rapport syn/anti de 74:26, qui est moins élevé dans le cas des catalyseurs de scandium et de
lanthane. Malheureusement, les excès énantiomériques observés avec ces systèmes
catalytiques sont quasi-nuls (entrées 1-3).
De façon similaire aux résultats obtenus avec le pro-ligand 9, le catalyseur formé in
situ par réaction du pro-ligand 1a et M(OTf)n (M = Zn, La ; n = 2, 3) s’avère actif pour cette
113
Réaction de Mukaiyama
114
réaction (entrées 4, 5). Le système 1a/Zn(OTf)2 montre un rapport syn/anti de 69:31, qui est
plus faible avec le catalyseur de lanthane correspondant. Malheureusement, les aldols
obtenus présentent des excès énantiomériques insignifiants.
Nous avons ensuite étudié les performances des complexes {salen}MCl (M = Al, Cr,
Fe) pour cette catalyse. Les tests catalytiques ont été réalisés dans les mêmes conditions
réactionnelles que celles utilisées précédemment. Les résultats sont regroupés dans le Tableau
22.
Tableau 22 : Réaction de Mukaiyama de l’éther silylé d’énol
avec les complexes {salen}MCla
Entrée Catalyseur Rdtb (syn/anti)c e.e (syn)c e.e (anti)c
1 {salen}AlCl 13 (70/30) 6 8
2 {salen}CrCl 22 (77/33) 1 2
3 {salen}FeCl 39 (40/60) 44 1
aConditions générales : {salen}MCl (10 mol%), THF/Ethanol (1/1)-H2O (10%), 20 °C, 24h, 2 équiv. de l’éther silylé d’énol. bLe rendement du produits isolés après une colonne de gel de silice. cLe rapport (syn/anti) et l’excès énantiomérique sont déterminés par HPLC.
Les complexes {salen}AlCl et {salen}CrCl montrent des faibles activités catalytiques
(entrées 1, 2) ; en revanche, une amélioration de l’activité catalytique a été observée avec le
complexe {salen}FeCl avec un rendement de 39% (entrée 3). Le complexe {salen}CrCl
présente un rapport syn/anti de 77:33 pour cette réaction, tandis qu’une diminution de ce
rapport syn/anti est observée avec le complexe {salen}AlCl (entrée 1). Le test catalytique
effectué avec le complexe {salen}FeCl montre que le diastéréomère anti est majoritaire (entrée
3). Les excès énantiomériques observés avec les complexes d’aluminium et de chrome sont
modestes (entrées 1, 2). Cependant, le complexe de fer montre une sélectivité plus élevée avec
44% d’excès énantiomérique pour le diastéréomère syn.
Nous avons souligné dans la partie III.1 de ce chapitre l’intérêt de catalyseurs de fer et
de zinc pour des applications en réaction de Mukaiyama.190,191,192 De ce fait, nous avons
également étudié cette catalyse avec le ligand bis(oxazoline) (Box-OH) en générant des
systèmes catalytiques à base de Zn(OTf)2 ainsi que de FeCl2.4H2O. Les résultats sont indiqués
dans le Tableau 23.
Chapitre 3
Tableau 23 : Réaction de Mukaiyama de l’éther silylé d’énol avec les
systèmes catalytiques du ligand Box-OHa
Entrée Catalyseur T (°C) Rdtb (syn/anti)c e.e (syn)c e.e (anti)c
1 Box-OH + Zn(OTf)2 20 85 (71/29) 25 0
2 Box-OH + Zn(OTf)2 0 79 (72/28) 30 5
3 Box-OH + FeCl2.4H2O 0 27 (63/37) 7 32
aConditions générales : Catalyseur (10 mol%), THF/Ethanol (1/1)-H2O (10%), 5h, 2 équiv. d’éther silylé d’énol. bLe rendement du produits isolés après une colonne de gel de silice. cLe rapport (syn/anti) et l’excès énantiomérique sont déterminés par HPLC.
Le système Box-OH/Zn(Otf)2 est assez actif pour cette réaction. En effet, un
rendement de 79% a été observé après 5h de réaction à 0 °C (entrée 2). En revanche, une
activité catalytique plus faible est observée avec le système Box-OH/FeCl2.4H2O (entrée 3).
Le catalyseur de zinc présente un rapport syn/anti de 72:28 pour cette catalyse, tandis qu’une
diminution du rapport syn/anti est observée avec le catalyseur de fer (entrée 3). Un excès
énantiomérique de 25% a été observé avec le catalyseur de zinc à température ambiante
(entrée 1). Le test catalytique effectué à 0 °C présente une faible amélioration de
l’énantiosélectivité avec 30% d’excès énantiomérique (entrée 2). Une chute de sélectivité a
été observée avec le catalyseur à base de fer pour le diastéréomère syn, tandis que le
diastéréomère anti présente une sélectivité plus élevée avec un excès énantiomérique de
32%.
IV. Conclusions
Dans un premier temps, nous avons effectué une étude complète sur la réaction de
cyanosilylation asymétrique de l’acétophénone avec une série de complexes isolés et bien
caracterisés de type {salen}AlX [salen = cyclohexyl-salen, diphényléthylène-salen ; X = Me,
Cl, OiPr]. L’étude des différents facteurs influant sur la cyanosilylation asymétrique de
l’acétophénone a été réalisée. Une différence d’excès énantiomériques entre le ligand
{cyclohexyl-salen}2- 1a et le ligand {diphényléthylène-salen}2- 1b est observée. Le ligand
(R,R)-1a induit l’obtention d’excès énantiomériques plus élevés qu’en présence du (R,R)-1b.
Nous avons observé dans certains cas une amélioration de l’activité et de la sélectivité d’une
série de complexes isolés par rapport aux systèmes générés in situ.64 Ainsi, L’effet du
troisième ligand X a été évalué pour la cyanosilylation de l’acétophénone. Le système
1a/(CF3)2CHOH s’est avéré très actif pour cette réaction, avec une activité sans précédent
115
Conclusions
116
pour un catalyseur aluminique (TOF jusqu'à 140 h-1 à -20 °C). La meilleure énantiosélectivité
a été observée avec le complexe {cyclohexyl-salen}AlOiPr (4a) (86% ee). Les variations des
activités et des sélectivités catalytiques semblent probablement être liées aux facteurs
électroniques et stériques.
Nous avons ensuite travaillé sur une nouvelle approche pour la réaction de
cyanosilylation par l’incorporation d’une base achirale (phosphine) liée d’une facon
covalente au métal. Les complexes {cyclohexyl-salen}Al[OP(O)X2] (X = Ph, OMe) seuls
sont inactifs pour cette réaction. Quand une base achirale externe (N-oxyde) a été utilisée
avec ces complexes, des activités élevées ont été notées. En revanche, le complexe
″{cyclohexyl-salen}Al[OP(O)H(OMe)]″ (7c) seul est actif pour effectuer la reaction avec
88% d’ee observé. Ces derniers résultats sont les plus prometteurs obtenus et doivent être
complétés par une meilleure définition de la structure du complexe 7c.
Dans un second temps, nous avons étudié les performances des systèmes catalytiques
à base des nouveaux pro-ligands 8, 9 pour la réaction de cyanosilylation asymétrique de
fonctions carbonyles. Les systèmes catalytiques d’aluminium et de titane au départ du pro-
ligand fluoré 8 sont inefficaces pour la cyanosilylation de l’acétophénone et le benzaldéhyde.
Le complexe d’aluminium dérivé du ligand 9 s’avère être actif pour cette réaction mais des
énantiosélectivités modestes ont été observées (e.e ≤ 23%). Les performances de ces
catalyseurs sont sensiblement différentes de celles observées avec les complexes portant de
pro-ligands {salen}H2 pour la réaction de cyanosilylation asymétrique, bien que les deux
systèmes de ligands el les complexes correspondants structurellement très voisins.
Nous avons ensuite utilisé des complexes de métaux du groupe 3 pour la
cyanosilylation asymétrique de fonctions carbonyles. Les complexes d’yttrium et de lanthane
23, 26, 27 se sont montrés actifs pour la cyanosilylation de l’acétophénone et du
benzaldéhyde. Cependant, ces complexes ne présentent aucune stéréosélectivité. Ni la nature
du centre métallique (La, Y), du solvant (THF, toluène) et de différentes types de ligands
(salen, mono et bis-Box) n’ont pu changer la stéréosélectivité.
Dans une dernière partie, nous avons étudié les réactions d’hydroxyméthylation et de
Mukaiyama. Les systèmes catalytiques, générés in situ par réaction de pro-ligands 1a et 9
avec des triflates M(OTf)n (M = Sc, Bi, Zn, La ; n = 2, 3), sont actifs pour la réaction
d’hydroxyméthylation ainsi que pour la réaction de Mukaiyama. Malheureusement, ces
catalyseurs ont montré des énantiosélectivités très faibles pour les deux réactions. Une
activité moins élevée a été observée avec les complexes isolés {salen}MCl (M = Al, Cr, Mn,
Chapitre 3
Fe), mais des énantiosélectivités quelque peu améliorées ont été notées. Ainsi, le complexe
{salen}CrCl conduit à une énantiosélectivité de 36% pour la réaction d’hydroxyméthylation,
tandis que le complexe {salen}FeCl offre une énantiosélectivité de 44% pour la réaction de
Mukaiyama.
117
CHAPITRE 4
Polymérisation par ouverture de cycle de DL-Lactide et
de DL-β-Butyrolactone
118
Chapitre 4
Chapitre 4
Polymérisation par ouverture de cycle de DL-Lactide et de DL-β-
Butyrolactone
I. Introduction
Parmi les différentes familles de polymères (bio)dégradables, les polyesters
aliphatiques occupent une place importante en raison du clivage hydrolytique et/ou
enzymatique des chaînes qui conduit aux acides hydroxy-carboxyliques correspondants. Ces
derniers sont, dans la plupart des cas, complètement métabolisés.197 Les polyesters
aliphatiques font partie des polymères synthétiques les plus prometteurs grâce, notamment, à
leurs propriétés de biodégradabilité et de biocompatibilité qui leur permettent d’offrir de
nombreuses applications tant dans les domaines biomédical et pharmaceutique que dans
l’industrie agroalimentaire. Durant ces dernières années, les polyesters aliphatiques ont reçu
une attention croissante pour leur utilisation dans une grande variété d'applications
chirurgicales et pharmaceutiques ainsi que pour l'emballage jetable.197 Deux exemples
typiques de polymères synthétiques et biodégradables sont les polylactides (PLA) et les
polyhydroxyalcanoates (PHA).198 Ces polyesters peuvent être préparés par différentes
approches mais la méthode la plus efficace est la polymérisation par ouverture de cycle (ROP)
des lactones et du lactide.198
Le polylactide (PLA) est le polyester le plus fabriqué et utilisé.199 C’est un polymère
qui dérive à 100% de ressources renouvelables.199 Grâce à sa biodégradabilité et sa
biocompatibilité ainsi qu’à ses bonnes propriétés mécaniques qui sont comparables à celle du
PET, le PLA offre de nombreuses perspectives.200 Au début, son utilisation a été limitée aux
applications biomédicales telles que les sutures biorésorbables et les matrices dégradables
pour un relarguage contrôlée de principes actifs.201,202 Cependant, le PLA est également utilisé
dans le domaine de l’emballage.203,20 4 Le PLA présente beaucoup d'avantages comparables à
ceux des polymères à base de pétrole; notamment ses propriétés physiques peuvent être
modulées en faisant varier l'architecture (microstructure) des polymères.205,206
119
PLA : Synthèses et microstructures
II. PLA : Synthèses et microstructures
Le PLA, constitué d’unités acide lactique (acide 2-hydroxypropionique), peut être
obtenu par fermentation de glucides ou par synthèse chimique. L'acide lactique existe sous
forme de deux configurations absolues (L(+)- et D(-)- acide lactique) (Figure 60).
L'acide lactique est essentiellement préparé à l'échelle industrielle par fermentation
bactérienne de glucides tels que le glucose, le maltose ou le sucrose issue de maïs, de la
pomme de terre, de la canne à sucre ou de la betterave sucrière.207 La bactérie utilisée est
Genus Lactobacilli ; elle favorise l’obtention d’un taux élevé d'acide lactique, à température
ambiante, pH = 5.5, avec une teneur faible en oxygène. L'acide lactique ainsi obtenu est isolé
par précipitation du sel de calcium, suivi d’une redissolution avec H2SO4. L'étape de
purification s’effectue par électrodialyse ce qui permet d’obtenir l'un ou l'autre énantiomère
avec une grande pureté.
OHOH
O
CH3H
L(+)-(S)-acide lactique
OHOH
O
CH3H
D(-)-(R)-acide lactique
Figure 60 : Stéréoisomères de l’acide lactique
La synthèse de PLA de haute masse molaire peut être réalisée par polymérisation par
ouverture de cycle (ROP) du lactide (le dimère cyclique de l'acide lactique). Cargill Dow
(désormais Natureworks), fondée en 1997 par Dow Chemicals et la compagnie agricole
Cargill, a développé ce procédé pour produire le lactide et le PLA de haute masse
molaire.208,209 Puisque l'acide lactique est présent sous forme de deux stéréoisomères, le
lactide peut être trouvé sous forme de trois stéréoisomères : L-lactide (ou (S,S)-lactide), D-
lactide (ou (R,R)-lactide), et méso-lactide (ou (R,S)-lactide) (Figure 61).
120
Chapitre 4
OO
O
O
CH3
CH3O
O
O
O
CH3
CH3O
O
O
O
CH3
CH3
(R,R)-Lactide ouD-Lactide
(S,S)-Lactide ouL-Lactide
(R,S)-Lactide ouméso-Lactide
R
R
S
S
R
S
Figure 61 : Stéréoisomères du lactide
Le procédé Cargill-Dow débute par une condensation continue de l’acide lactique
aqueux pour produire un pré-polymère (PLA) de faible masse molaire (Schéma 45). Le pré-
polymère est ensuite transformé sous vide, en présence de carboxylate ou d’alcoolate d’étain,
pour donner un mélange de stéréoisomères de lactide via une réaction de cyclisation
intramoléculaire. Le mélange de lactide est purifié par distillation sous vide ou par
recristallisation, pour donner 99.9% du L-lactide pur. Finalement, la ROP du L-lactide à une
température élevée, avec l'initiateur (octoate d’étain), donne le PLA de haute masse molaire.
OHOH
O
CH3HL(+)- acide lactique
polycondensation
sous vide, 110 °C-180 °C-H2O
OO
CH3n
n = 10-70
PLA de faible masse molaire
200 °C, sous videSn(O2CR)2dépolymérisation
OO
O
O
CH3
CH3O
O
O
O
CH3
CH3O
O
O
O
CH3
CH3
D-LactideL-Lactide méso-Lactide
R
R
S
S
R
S
formation par racémisation partielle
Purification par recristallisation ou distallion > 99.9%
Sn(O2CR)2
170-210 °C
2 à 5h
ROP
OO
n
PLA de haute masse molaire
jusqu'à 92% isotactique
CH3H
Schéma 45 : Procédure industrielle pour la production du PLA
121
PLA : Synthèses et microstructures
Cette procédure est actuellement utilisée à Blair, Nebraska avec une capacité de
production de 140,000 tonnes par an.210,211 Le PLA résultant est le premier polymère
synthétique totalement obtenu à partir de ressources renouvelables.205,212
Le mécanisme de polymérisation par ouverture de cycle des esters cycliques, rapporté
par Kricheldorf213 et Teyssié214 est un mécanisme de coordination-insertion en trois
étapes.215,216,217,218,219 La première étape consiste en la coordination du monomère sur le centre
métallique (acide de Lewis). Cette étape importante permet l’approche du carbone de la
fonction carbonyle au groupement initiateur nucléophile -OR, et l’active (Figure 62). La
deuxième étape est l’insertion du monomère dans le groupement métal-initiateur par addition
du groupement nucléophile (-OR) sur le carbone de la fonction carbonyle, suivie de
l’ouverture de cycle. Finalement, la liaison activée métal-initiateur est hydrolysée, pour
donner un polymère avec un groupement hydroxyle à une extrémité de la chaîne et un
groupement ester à l'autre extrémité.
OO
O
O
LnMOR
O
OOO
LnM OR
O
O
O
O LnM
O
O
OOR
O
LnMO
OOR
O
O
n
OR = groupe initiateurLn = ligand
Figure 62 : Mécanisme proposé pour la ROP du lactide213,214
D’autre part, le PLA est un polymère qui présente diverses microstructures. Notons
que le PLA commercial est un poly(L-lactide) (PLLA) fortement isotactique (jusqu'à 92%),
dans lequel la séquence des stéréocentres présente essentiellement une seule configuration
absolue.
Différentes microstructures de PLA peuvent être obtenues à partir d’un mélange
racémique des deux énantiomères (Schéma 46).198 Le PLA atactique est obtenu avec un
122
Chapitre 4
initiateur non stéréosélectif. Il résulte d'une incorporation aléatoire de chaque énantiomère. En
utilisant des initiateurs stéréosélectifs, trois microstructures limites de PLA sont possibles : (i)
un mélange racémique de poly-L-Lactide isotactique (PLLA) et poly-D-Lactide isotactique
(PDLA), ces chaînes résultent d’une ROP parallèle via une résolution cinétique de chaque
énantiomère. (ii) un PLA isotactique stéréobloc résulte d’une ROP successive de chaque
énantiomère via une résolution cinétique. (iii) un PLA hétérotactique, résulte d'une
incorporation parfaitement alternée de chaque énantiomère dans la chaîne. Notons que le PLA
syndiotactique peut être également obtenu via une ROP stéréosélective du méso-lactide.
La stéréochimie de la chaîne de polymère est un facteur prédominant sur les propriétés
mécaniques et physiques ainsi que sur le taux de biodégradation du PLA.
OO
OO
O
O
O
O
HSSR
Rp n
PLA isotactique stéréobloc
L-lactide D-lactide
rac-lactide
PLA hétérotactique
OO
O
O
RR
p H OO
O
O
SS
n+
PLA atactique
initiateur
stéréosélectif
initiateur
non stéréosélectif
initiateur
stéréosélectif
initiateur
stéréosélectif OO
OO
O
O
O
O
HSS
RR
n
OO
O
O
OO
O
O
R
R
S
S
OO
O
O
initiateur
stéréosélectifO
OO
O
O
O
O
O
HRS
RS
n
PLA syndiotactique
R
S
méso-lactide
mélange racémique de PLA isotactique
Schéma 46 : Microstructures possibles du PLA198
Les deux mécanismes généraux de contrôle de la stéréorégularité lors des processus de
polymérisation sont le contrôle de site et le contrôle de bout de chaîne. Si la sélectivité ne
dépend que de la chiralité du, et autour, du centre métallique, alors il s’agit d’un contrôle de
123
Rappels bibliographiques
site.114,152,153,220 Si la sélectivité peut être induite par la chiralité du carbone du dernier
monomère inséré dans la chaîne de polymère, il s’agit alors d’un contrôle de bout de
chaîne.198,221,222,223 Dans ce dernier, même si le complexe ne favorise pas directement la
stéréosélectivité, le ligand et le solvant encombrants peuvent influencer fortement la
stéréochimie de l'insertion du monomère. Notons que, la microstructure de PLA est
habituellement déterminée par des expériences RMN 1H homonucléaire découplé de la région
du méthine.224,225,226,227
III. Rappels bibliographiques
De nombreux systèmes catalytiques ont été utilisés pour effectuer la polymérisation
par ouverture de cycle du lactide.205 Très peu de catalyseurs ont donné des activités et des
productivités élevées pour la polymérisation stéréosélective du rac-lactide.228 Il ne s'agit pas
ici de faire un bilan complet sur la ROP du rac-LA car il existe de très bonnes revues
couvrant ce sujet.198,229 Nous verrons brièvement les complexes d’aluminium et de lanthanides
utilisés avec succès pour la polymérisation par ouverture de cycle du rac-LA, puisque c’est
dans ce cadre que s’inscrit notre travail.
En 1996, Spassky a rapporté la polymérisation du lactide racémique (rac-LA) par
résolution cinétique avec le complexe chiral méthoxy-aluminium I (Figure 63).152 Ce dernier
favorise la polymérisation stéréosélective par ouverture de cycle de (R,R)-LA du rac-LA pour
donner le PLA isotactique par un mécanisme de contrôle de site, tandis que le (S,S)-LA du
rac-LA ne réagit pas. Seulement 25% de conversion ont été observés dans le toluène à 70
°C.230
OOMe
NN
OAl
(-)-(Salbin)AlOMeI
Figure 63 : Complexe d’aluminium rapporté par Spassky152,230
124
Chapitre 4
Différents complexes achiraux et chiraux ont été utilisés par la suite pour la
polymérisation stéréosélective du rac-LA pour donner des PLA isotactiques, syndiotactiques
et hétérotactiques.228,229 En ce qui concerne la polymérisation isospécifique du rac-LA, les
systèmes catalytiques rapportés sont des complexes d’aluminium portant des ligands salen
achiraux ou chiraux (Figure 64).114,220,231,232,233,234,235 Ces systèmes d’aluminium favorisent la
ROP du rac-lactide avec une haute sélectivité et de façon contrôlée. En revanche, la
polymérisation nécessite une longue durée de réaction (TOF : 5 h-1) et une température élevée
(T = 70 °C).
N N
OtBu
tBu tBu
tBuOAl
OiPr
N N
OtBu
tBu tBu
tBuOAl
Et
OOiPr
NN
OAl
N N
O OAl
Me
PhH2C CH2Ph
II III
IV V
Figure 64 : Systèmes catalytiques à base d’aluminium utilisés pour la polymérisation
isospécifique du rac-lactide
Coates a également utilisé une nouvelle famille de complexes du zinc pour la ROP du
lactide (Figure 65).236,237 Ces catalyseurs, tels que le complexe VI, ont montré de hautes
activités (TOF jusqu'à 570 h-1 à 20 °C) et de bons contrôles de la polymérisation du rac-
lactide. Ces complexes achiraux ont donné des PLA hétérotactiques (Pr jusqu'à 0.94%). Le
complexe tris(pyrazolyl)borate de calcium VII, rapporté par Chishlom, est très actif pour la
ROP du rac-LA (TOF jusqu'à 2.400 h-1 à 20 °C), le PLA obtenu présentant également une
microstructure hétérotactique (Pr = 0.90) ; les polymérisations réalisées avec ce système
125
Rappels bibliographiques
montrent un indice de polymolécularité relativement large.238 Une haute hétérotacticité (Pr =
0.96) a été rapportée par Gibson en utilisant le complexe d’aluminium VIII.234
NN
NNB
Ca
H
N(SiMe3)2
tButButBuOiPr
ZnNN
N N
OCl
Cl Cl
ClOAl
Me
PhH2C CH2Ph
NN
VI VII VIII
Figure 65 : Systèmes catalytiques stéréosélectifs pour la polymérisation du rac-lactide236,237,238
Lorsque nous avons débuté nos travaux, peu de complexes des métaux du groupe 3
étaient connus pour la synthèse des polyesters. Le premier complexe de métaux du groupe 3
pour la polymérisation par ouverture d’esters cycliques a été décrit par McLain et Drysdale en
1991.239 C’est un complexe mal défini de type ‘‘Y(OCH2CH2NMe2)3’’, qui s’avère être très
actif pour la polymérisation contrôlée du rac-LA (TOF jusqu'à 1800 h-1 à 20 °C).240 En se
basant sur cette étude, plusieurs systèmes simples de métaux du groupe 3, tels que les
complexes tris(amidures) de formule générale Ln[N(SiHMe2)2)]3(THF)x, ont été étudiés pour
la ROP des esters cycliques.241,242,243,244,245,246,247 Bien que ces systèmes se soient montrés de
bons catalyseurs,248,249 plusieurs inconvénients (tels que les phénomènes d’agrégations)
peuvent limiter le contrôle de la polymérisation. Les efforts pour résoudre ces problèmes se
sont focalisés sur l’utilisation de ligands qui peuvent contrôler la structure des complexes et la
réactivité de la polymérisation.
En raison de la forte activité des complexes de métaux du groupe 3 pour la ROP du
rac-LA,241-247,250,251 et en raison des relations entre les métaux du groupe 3 et 13, Coates a
préparé le premier complexe yttrium-alcoolate IX (Figure 66), portant le ligand salen déjà
utilisé avec un complexe d’aluminium pour la ROP stéréosélective du rac-lactide.153 Le
complexe d’yttrium IX (dimère à l’état solide) présente une activité modeste pour la
polymérisation du rac-LA (toluène, 70 °C, 100 équiv.) (TOF ≈ 7 h-1), à peine plus élevée que
celle observée avec le complexe de l'aluminium (TOF ≈ 3 h-1). Il convient de noter qu’aucune
stéréoselectivité n’a été observée avec ce complexe IX.
126
Chapitre 4
O
NN
OYO
Me2N2
IX
Figure 66 : Complexe d’yttrium IX pour la ROP du rac-lactide153
Partant de cette étude, plusieurs groupes de recherche ont synthétisé des complexes de
métaux du groupe 3 afin de réaliser une polymérisation rapide, productive et stéréocontrôlée
du lactide racémique.198,252 Par exemple, Okuda a rapporté la synthèse
de plusieurs complexes du groupe 3 portant de ligands bis(phénolate) de type (OSSO) (Xa-h)
(Figure 67).253 Ces complexes ont montré de hautes activité et productivité pour la
polymérisation contrôlée de (S,S)-LA du rac-LA (TOF jusqu’à 3.000 h-1 à 25 °C ; TON
jusqu'à 1365). Le ligand auxiliaire a un effet important sur la polymérisation, le précurseur
homoleptique correspondant Ln[N(SiHMe2)2]3(THF)x étant moins actif pour une
polymérisation moins contrôlée. Les complexes de scandium (Xa, Xd) ont montré une haute
stéréosélectivité en donnant le PLA hétérotactique (Pr jusqu'à 0.95), ainsi que des activités
significatives (TOF jusqu'à 45 h-1 à 25 °C).254
127
Rappels bibliographiques
Me
tBu
S OLn
N(SiHMe2)2SO
MetBu
THF
tBu
tBu
S OLn
N(SiHMe2)2S
O
tBu
tBu
THF
Xa Ln = ScXb Ln = LuXc Ln = Y
Xd Ln = ScXe Ln = LuXf Ln = Y
Me
tBu
S OLn
XSO
MetBu
EXg X = OC(tBu)CHC(tBu)O, n = 2Xh X = OCPh3 , n = 1 R = Me, tBu Ln = Sc, Lu, Y E = (-CH2-)2, (-CH2-)3
n
Figure 67 : Complexes de lanthanides pour la polymérisation du rac-LA253,254
Notre groupe a également étudié la polymérisation stéréosélective du rac-LA avec une
famille de complexes alcoxy-amino-bis(phénolate) [ONNO] de métaux du groupe
3.151,198,255,256 Les précurseurs homoleptiques LnR3(THF)x (Ln = Y, La ; R = N(SiHMe2)2,
CH2SiMe3, N(SiMe3)2) et Nd[N(SiMe3)2]3 réagissent avec un équivalent de pro-ligand
bis(phénol) H2L dans le toluène, le benzène ou le pentane à température ambiante pour donner
les complexes correspondants XIa-k avec de bons rendements (Schéma 47).257,258,259
128
Chapitre 4
Xla-kO M O
N
R1
R2
R1
R2
XR
THFLnR3(THF)2benzène
ou pentane, 20 °C-2 RH
YYLaNdYLaNdYY
MetButButBu
adamantyladamantyladamantyladamantyl
cumyl
XIaXIbXIcXIdXIeXIfXIgXIhXIk
N(SiMe3)2N(SiHMe2)2N(SiHMe2)2N(SiMe3)2N(SiHMe2)2N(SiHMe2)2N(SiMe3)2N(SiHMe2)2N(SiHMe2)2
OH
N
HO
X
R1
R2 R2
R1
MétalComplexe RR1
MetButButBuMeMeMetBu
cumyl
X = (CH2)2OMe
R2
Schéma 47 : Complexes [alcoxy-amino-bis(phénolate)]-lanthanide (XIa-k) pour la
polymérisation du rac-LA
La polymérisation du rac-lactide avec les complexes XIa-k procède rapidement à
température ambiante dans le toluène ou le THF (Schéma 48). Une conversion totale de 500
équiv. du rac-LA a été observée après 1h de réaction avec le complexe d’yttrium XIb.
O
OO O
O
OO O
R
R
S
S
RR
SS
THF ou toluène, 20 °C
+
PLA hétérotactique
nO
OO
O
O
O
O
O
XIa-k
Schéma 48 : Synthèse du PLA hétérotactique
Les polymérisations réalisées avec ces complexes ont démontré de hautes activités, un
bon contrôle, un écart non significatif entre les masses molaires attendues et les masses
molaires observées, et un indice de polymolécularité relativement étroit (Mw/Mn = 1.25-
1.35).256 Les PLA obtenus présentent une microstructure hétéroatactique (Pr jusqu'à 0.90).
129
Résultats et discussion
En conclusion, les complexes des métaux des groupes 3 et 13 ont montré de hautes
activités et sélectivités pour la polymérisation par ouverture de cycle du lactide. Pour notre
part, nous nous sommes intéressés, dans un premier temps, à l’étude des performances des
complexes bis[bis(oxazolinato)] du groupe 3 pour la ROP du rac-lactide et du rac-BBL. Des
ligands Box chiraux et achiraux seront utilisés pour effectuer cette étude avec des complexes
d’yttrium et de lanthane. Dans un second temps, des complexes d’aluminium et d’yttrium
dérivés du nouveau pro-ligand [ArONcyNOCF3]H2 seront utilisés pour la ROP du rac-lactide.
IV. Résultats et discussion IV.1 Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide et de la rac-beta-
butyro-lactone avec les complexes bis[bis(oxazolinato)]-lanthanide 23-25
Nous décrivons dans cette partie l’étude effectuée avec les complexes
bis[bis(oxazolinato)]-lanthanide 23-25 pour la polymérisation par ouverture de cycle du rac-
lactide (rac-LA) et de la rac-β-butyrolactone (rac-BBL) (Schéma 49). Nous avons suivi un
protocole expérimental analogue à celui utilisé pour les complexes alcoxy-amino-
bis(phénolate) de métaux du groupe 3 pour la ROP du rac-LA.256
THF ou toluène, 20 °C
O
O O
OO
O O
O
D-lactideL-lactide
rac-lactidePLA
+
+O
O
O
OH
O(Me2HSi)2N
O
rac-BBL
n
[Box]2Ln[N(SiHMe2)2]23-25
PHB
nHO
ON(SiHMe2)2
O
O
Schéma 49 : Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide et de la rac-BBL
Nous avons étudié les différents paramètres de cette polymérisation avec une famille
de complexes bis-Box chiraux et achiraux (Figure 68), à savoir l’effet du solvant, les effets de
substituants sur le ligand Box, la nature du centre métallique, ainsi que l’influence de la
130
Chapitre 4
chiralité sur l’activité et la sélectivité de la polymérisation. Les données obtenues nous ont
permis de tirer quelques conclusions concernant l’influence de ces paramètres sur les
performances des complexes 23-25.
25a M = Y25b M = La
24 R = N(SiHMe2)223a M = Y; R = N(SiHMe2)223b M = La; R = N(SiHMe2)2
N
O
N
O
Y
N
O
N
O
PhPh
PhPh
R
PhPh
PhPh
N
O
N
O
M
N
O
N
O
(Me2HSi)2N
N
O
N
O
M
N
O
N
O
tButBu
tButBu
R
Figure 68 : Complexes bis[bis(oxazolinato)]-lanthanide [Box]2Ln([N(SiHMe2)2] (23-25) utilisés
pour la polymérisation du rac-LA
IV.1.1 Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide avec les complexes
bis[bis(oxazolinato)]-lanthanide 23-25
La polymérisation du lactide racémique avec les complexes bis[bis(oxazolinato)]-
lanthanide 23-25 s’effectue très rapidement à température ambiante dans le toluène ou le THF.
L’ensemble des résultats des tests catalytiques est présenté dans le Tableau 24.
131
Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide
Tableau 24 : Polymérisation du rac-lactide avec les complexes bis[bis(oxazolinato)]-lanthanide
23-25a
a Conditions générales : [LA] = 0.5-1.0 mol.L-1, T = 20 °C. bDurée non optimisée. cLa conversion du monomère est déterminée par RMN 1H. dMasse molaire calculée : Mn,calc = 144.00 × [LA]/[Ln] × conversion. e Masse molaire moyenne en nombre et polydispersité déterminées par GPC avec des étalons PS. fPolymérisation du L-Lactide. gAjout de 5 équiv. de l’iPrOH. h Ajout de 3 équiv. de l’iPrOH. kPolymère insoluble dans le THF.
Entrée [LA]/[Ln] Complexe Solvant t
(min)b
Conv.
(%)c
Mn,calc d
[g.mol-1]
Mn,expe
[g.mol-1] Mw/Mn
e
1 100 23a THF 20 >98 14400 37000 1.36
2 100 23b THF 10 >95 13700 18000 1.18
3 300 23b THF 10 >95 43200 48000 1.20
4 500 23b THF 1 >95 68400 63000 1.29
5 100 24 toluène 10 >98 14400 22400 1.29
6 100 25a toluène 5 > 98 14400 27600 1.25
7 100 25a THF 10 >98 14400 33000 1.27
8 100 25b THF 10 >98 14400 19000 1.22
9 500 25a THF 5 >95 68400 68300 1.14
10f 500 25a THF 5 >98 72000 89000 1.44
11g 500 25a THF 10 >98 14400 6000 1.07
12 1000 25a THF 120 >98 144000 138000 1.24
13h 1000 25a THF 20 95 45600 33000 1.08
14 2000 25a THF 5 95 273600 182000 1.37
15 4000 25a THF 5 65 374000 nsk nsk
Ces complexes présentent une activité et une productivité très intéressantes : une
conversion totale de 100 équiv. du rac-lactide a été observée après 5-20 min de réaction, avec
les complexes 23-25, à température ambiante dans une solution de toluène ou de THF ([rac-
LA] = 0.5-1.0 mol/L).
Dans un premier temps, nous avons étudié l’influence de l’encombrement stérique des
substituants sur le groupement oxazoline des complexes bis-Box. Les activités et les indices
de polymolécularité (Mw/Mn) avec les complexes 25a et 24 sont similaires (entrées 5, 6). Le
132
Chapitre 4
complexe [tBuBox]Y[N(SiHMe2)2]2 23a présente un indice de polymolécularité et une masse
molaire plus élevés par rapport au complexe moins encombré [Me2Box]Y[N(SiHMe2)2]2 25a
tandis que l’activité obtenue reste inchangée (entrées 1, 7). Ces observations amènent à penser
que l’encombrement stérique des substituants sur le Box a une influence mineure sur l’activité
de ce type de complexes.
Par la suite nous avons étudié l’influence du centre métallique. Les polymérisations
réalisées avec les complexes de lanthane 23b, 25b montrent que l’indice de polymolécularité
(Mw/Mn = 1.18 et 1.22, respectivement) et les masses molaires (Mn) sont plus faibles par
rapport à ceux obtenus avec les complexes d’yttrium (entrées 2, 8). Cependant, des activités
catalytiques similaires sont observées avec les complexes de lanthane avec une conversion
>95% pour un rapport [LA/Ln] = 100.
L’effet du solvant a été aussi étudié avec le complexe 25a. Les polymérisations
effectuées dans le THF ou le toluène ne subissent que des variations mineures de l’indice de
polymolécularité et des masses molaires. L’activité catalytique dans les deux solvants est très
proche (entrées 6, 7).
Nous avons déterminé la stéréorégularité des PLA(s) obtenus par RMN 1H.
Malheureusement, l’utilisation des ligands Box chiraux ne favorise pas une polymérisation
stéréocontrôlée : le spectre RMN 1H homonucléaire découplé de la région des -CH montre
que tous les PLA(s) obtenus avec les complexes bis-Box chiraux et achiraux présentent une
microstructure atactique. Contrairement aux complexes [alcoxy-amino-bis(phénolate)]-
lanthanide,255,256 ni la nature du centre métallique (La, Y), ni l'architecture du ligand Box
(chiralité, différents substituants sur le ligand Box), ne semblent influencer la stéréosélectivité.
De plus, les polymérisations effectuées avec les complexes bis-Box à -20 °C et/ou en
changeant le solvant (THF, toluène) ne montre pas de stéréosélectivité.221,256
En raison de l’absence de stéréocontrôle avec les complexes [Box]2Ln[N(SiHMe2)2],
nous avons poursuivi notre étude sur la polymérisation du rac-lactide avec les complexes
achiraux d’yttrium 25a et de lanthane 25b. Les polymérisations réalisées avec ces complexes
ont montré un indice de polymolécularité relativement étroit (Mw/Mn = 1.14-1.44). Dans la
plupart des cas, l’écart entre les masses molaires attendues (Mn) et les masses molaires
observées n’est pas significatif (entrées 6-15).
133
Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide
THF, 20 °CO
O O
OO
O O
O
D-lactideL-lactide
rac-lactidePLA atactique
+ 25a
N
O
N
O
Y
N
O
N
O
(Me2HSi)2N
2000 équiv. en 5 min, Mn = 182,000 g/mol
TOF = 31200 h-1
nHO
ON(SiHMe2)2
O
O
Schéma 50 : Polymérisation du rac-lactide avec le complexe 25a
Nous avons ensuite étudié l’effet du rapport [LA]/[Ln] sur la polymérisation, le but
étant tout d’abord de vérifier si la polymérisation est contrôlée, mais aussi de tester les limites
de productivité de ce système. Nous avons ainsi effectué la synthèse de PLA de masses
molaires élevées. D’après les résultats obtenus précédemment, nous avons réalisé plusieurs
tests de polymérisation du rac-lactide en variant le rapport [LA]/[Ln] à température ambiante
dans le THF avec le complexe 25a (entrées 9-15).
L’étude cinétique de la polymérisation dans le THF à température ambiante a été
effectuée par RMN et montre que les conversions dépassent 95% pour des rapports [LA]/[Ln]
allant jusqu'à 2000, mais elles diminuent pour de plus hauts rapports [LA]/[Ln] = 4000
(Figure 69). Cette diminution peut être expliquée par une désactivation d’une partie du
catalyseur par des impuretés contenues dans le monomère (bien que ce dernier ait été
recristallisé et sublimé). Avec des rapports supérieurs à 2000, la viscosité du milieu
réactionnel augmente considérablement après 5 min de polymérisation et un gel est obtenu
après 10 min de réaction. La réaction doit être arrêtée juste après la formation du gel pour
éviter les réactions de transestérifications qui aboutissent à des polymérisations non
contrôlées et diminuent la masse molaire.
L’étude de la variation des masses molaires expérimentales en fonction des rapports
[LA]/[Ln] montre une tendance linéaire pour des rapports [LA]/[Ln] ≤ 1000, et des masses
qui sont en accord avec les valeurs théoriques. Ceci témoigne d’un caractère contrôlé de la
134
Chapitre 4
polymérisation. Des masse molaires avoisinant 140,000 g/mol ont été obtenues pour un
rapport [LA]/[Ln] = 1000 avec un indice de polymolécularité de 1.24.
Avec 0.05 mol% du catalyseur 25a, une conversion totale est obtenue après 5 min de
réaction (entrée 14). La productivité de ce système est remarquable : pour la première fois,
une conversion élevée du rac-lactide est obtenue pour un rapport [LA]/[Ln] = 4000 après 5
min de réaction (TOF = 31200 h-1) (entrée 15).
0
50000
100000
150000
200000
0 500 1000 1500 2000[rac-LA]/[Y]
Mn (g/mol)
Figure 69 : Variation de la masse molaire expérimentale (Mn) en fonction du rapport [LA]/[Ln]
pour la polymérisation du rac-lactide avec le complexe 25a
Le complexe 25a a été utilisé pour la polymérisation par ouverture de cycle du L-
lactide (Schéma 51). Le test effectué montre une haute activité, avec une masse molaire
atteignant 89,000 g.mol-1 et une polymolécularité de 1.44 (entrée 10).
O
OO O
S
Sn
PLA isotactiqueL-Lactide
25a
THF, 20 °CO
O
O
O
SS
Schéma 51 : Synthèse du PLA isotactique
135
Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide
Le PLA obtenu présente une microstructure isotactique sans racémisation. De fait, le
spectre RMN 1H homonucléaire découplé montre un seul pic pour la région -CH (Figure 70).
Cette observation indique l’absence de réactions d’épimérisation du L-lactide ou du PLA et
s’oppose à un mécanisme anionique de la polymérisation.260,261
iiiiii
5.45 5.40 5.35 5.30 5.25 5.20 5.15 5.10 5.05 5.00 4.95ppm
Figure 70 : RMN 1H d’homodécouplage (CDCl3, 20 °C, 500 MHz) du PLA : microstructure
isotactique
D’une façon générales, des études ont montré que les dérivés alcoolates sont plus
efficaces que les groupements amidures [-N(SiMe3)2, -N(SiHMe2)2] pour la polymérisation
par ouverture de cycle du rac-lactide.198,236,253 En se basant sur ce constat, nous avons étudié
l’effet du ligand alcoolate sur le centre métallique sur les performances de notre système, en
générant in situ de complexe isopropylate d’yttrium à partir du complexe 25a.
Ainsi, nous avons laissé réagir de l’isopropanol (1 équiv.) sur le complexe yttrium-
amidure 25a, pendant 10 min à température ambiante, puis nous avons ajouté la solution de
rac-lactide dans le THF (Schéma 52).
136
Chapitre 4
iPrOH, 20 °C
25a
- HN(SiHMe2)2THF
N
O
N
O
Y
N
O
N
O
(Me2HSi)2N
N
O
N
O
Y
N
O
N
O
iPrO
Schéma 52 : Génération in situ de complexe isopropylate d’yttrium
Les polymérisations réalisées avec le complexe isopropylate d’yttrium ont montré un
indice de polymolécularité très étroit (Mw/Mn = 1.07-1.08), mais un écart plus significatif
entre les masses molaires attendues (Mn) et les masses molaires observées (entrées 11, 13).
Comme attendu, aucune variation de la stéréosélectivité n’a été observée, les PLA(s) obtenus
présentant une microstructure atactique.
Bien que nous n’ayons pas déterminé la nature du groupement final de la chaîne par
analyse RMN, le fait de l’absence d’épérimisation pendant la polymérisation du L-lactide,
indique qu’un mécanisme de polymérisation insertion-coordination a lieu plutôt qu’un
mécanisme anionique (Figure 62).
En bilan de cette partie, nous avons étudié les performances des complexes bis-Box de
métaux du groupe 3 pour la polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide. Bien que
ces complexes ne montrent pas le contrôle de la stéréosélectivité de la polymérisation, ils
présentent une activité sans précédent ainsi qu’une productivité élevée.
IV.1.2 Polymérisation par ouverture de cycle de la rac-β-butyrolactone avec les
complexes bis[bis(oxazolinato)]-d’yttrium 23a et 25a
Nous avons ensuite étudié la polymérisation par ouverture du cycle de la rac-
BBL.198,262 Nous avons utilisé le complexe 25a, le plus actif pour la ROP du rac-lactide, ainsi
que le complexe chiral [tBuBox]Y[N(SiHMe)2]2 23a afin d’évaluer l’influence de la chiralité
sur la sélectivité de la polymérisation par ouverture de cycle de la rac-BBL (Schéma 53).
137
Polymérisation par ouverture de cycle de la rac-BBL
O
O
rac-BBL
[Box]2Y[N(SiHMe2)2]
THF ou toluène, 20 °C
PHB atactique
HO(Me2HSi)2N
On
Schéma 53 : Polymérisation par ouverture de cycle de la rac-BBL avec les complexes d’yttrium
23a, 25a
La ROP de 200 équiv. de la rac-BBL, avec les complexes 23a-25a, procède de façon
contrôlée à température ambiante dans le toluène ou le THF. Les résultats représentatifs sont
rassemblés dans le Tableau 25.
Tableau 25 : Polymérisation de la rac-BBL avec les complexes bis[bis(oxazolinato)]-yttrium
23a et 25aa
aConditions générales : [BBL] = 0.5-1.0 mol.L-1, T = 20 °C, t = 2h. bConversion du monomère déterminée par RMN 1H. cMasse molaire calculée : Mn,calc = 86.00 × [LA]/[Ln] × conversion. d Masse molaire moyenne en nombre et polydispersité déterminées par GPC avec des étalons PS.
Entrée [BBL]/[Ln] Complexe Solvant Conv.
(%)b
Mn,calc c
[g.mol-1]
Mn,expd
[g.mol-1] Mw/Mn
d
1 200 25a THF 60 9900 8000 1.21
2 200 23a THF >95 16800 17000 1.19
3 200 23a toluène >95 16800 19000 1.14
D’après les résultats obtenus, la polymérisation est plus rapide avec le complexe 23a
(TOF > 6000 h-1) que le complexe 25a (TOF = 3600 h-1). La polymérisation réalisée avec le
complexe 23a dans le toluène montre aussi une conversion rapide de la rac-BBL.
La différence de réactivité dans le cas du complexe 25a, entre la ROP du rac-LA et de
la rac-BBL, montre les comportements différents des monomères (LA, BBL) dans la
polymérisation par ouverture du cycle.
Les polymérisations réalisées avec ces deux complexes ont démontré un indice de
polymolécularité relativement étroit (Mw/Mn = 1.14-1.21) et l’écart entre les masses molaires
attendues (Mn) et les masses molaires observées n’est pas significatif.
138
Chapitre 4
De façon similaire à la polymérisation du rac-lactide, l’utilisation du ligand chiral
(tBuBox) ne favorise pas une polymérisation stéréocontrôlée. Le spectre RMN 13C de la région
carbonyle montre que tous les PHB(s) obtenus présentent une microstructure atactique.
IV.2 Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide avec le complexe rac-
{ArONCyNOCF3}Al(OiPr) (rac-19b)
Nous avons souligné dans la partie III de ce chapitre l’intérêt des complexes
{salen}AlOiPr pour des applications en polymérisation stéréosélective du rac-
lactide.114,220,231,232 De ce fait, nous avons également exploré les performances du nouveau
complexe rac-19b pour la polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide. Nous avons
suivi un protocole expérimental analogue à celui utilisé par Feijen.114,220 Les résultats
représentatifs sont rassemblés dans le Tableau 26.
toluène, 60 °C, 7j
rac-19b
L-lactide D-lactide
rac-lactide
OO
O
O
OO
O
O
R
R
S
S
N N
tBu
tBu OCF3
O CF3
Al
O
Pm = 0.80
+ OO
OO
O
O
O
O
HSSR
Rp n
PLA isotactique stéréobloc
Schéma 54 : Synthèse du PLA isotactique avec le complexe d’aluminium rac-19b
139
Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide
Tableau 26 : Polymérisation du rac-lactide avec le complexe d’aluminium rac-19ba
aConditions générales : [LA] = 0.8 mol.L-1, T (°C). bDurée non optimisée. cLa conversion du monomère est déterminée par RMN 1H. dMasse molaire calculée : Mn,calc = 144.00 × [LA]/[Al] × conversion. eMasse molaire moyenne en nombre et polydispersité déterminées par GPC avec des étalons PS. fPm est déterminée par expérience RMN 1H d’homodécouplage de la région méthine. gPolymérisation en masse.
Entrée [LA]/[Al] Solvant T
(°C)
t
(jours)b
Conv.
(%)c
Mn,calc d
[g.mol-1]
Mn,expe
[g.mol-1] Mw/Mn
e Pm f
1 100 toluène 80 7 80 11500 18000 1.18 0.73
2g 100 - 130 3 0 14400 - - -
3 50 toluène 60 7 52 3700 7500 1.04 0.80
4 50 THF 60 7 0 7200 - - -
Dans un premier temps, nous avons effectué la ROP de 100 équiv. du rac-lactide. La
polymérisation procède de façon contrôlée à 80 °C dans le toluène. Après 7 jours de réaction,
le PLA obtenu, avec une conversion de 80%, est analysé par GPC et RMN 1H homodecouplé
(entrée 1). La polymérisation réalisée avec ce complexe a démontré un indice de
polymolécularité relativement étroit (Mw/Mn = 1.18). La masse molaire expérimentale
présente un écart non significatif avec la masse molaire théorique (entrée 1). Le spectre RMN 1H homonucléaire découplé de la région du -CH montre que le PLA obtenu présente une
microstructure préférentiellement isotactique (73%).
Nous avons ensuite tenté la polymérisation du rac-lactide avec le complexe
d’aluminium rac-19b, sans solvant, avec un protocole expérimental analogue à celui utilisé
par Feijen.220 Contrairement au complexe {salen}AlOiPr, aucune transformation n’a été notée
avec 100 équiv. du rac-lactide à 130 °C pendant 3 jours (entrée 2). Ce résultat témoigne
probablement de l’instabilité du complexe d’aluminium 19b à 130 °C.
Par la suite, des polymérisations avec un rapport [LA/Al] = 50 ont été effectuées à 60
°C dans le THF et le toluène afin d’évaluer l’effet de solvant et de température sur l’activité et
la sélectivité du catalyseur (entrées 3, 4). Le complexe d’aluminium 19b est totalement inactif
dans le THF à 60 °C (entrée 4). En revanche, la polymérisation réalisée dans le toluène
présente une conversion de 52%. Ceci confirme une nouvelle fois l’influence cruciale du
solvant dans la ROP.256 D’autre part, la variation des masses molaires expérimentales en
fonction des rapports [LA]/[Al] montre une tendance linéaire qui sont en accord avec les
valeurs théoriques (entrées 1, 3). Ceci témoigne d’un caractère contrôlé de la polymérisation.
140
Chapitre 4
L’essai effectué à 60 °C présente une amélioration de la sélectivité ; en effet, le spectre
RMN 1H homonucléaire découplé montre que le PLA obtenu présente une microstructure
préférentiellement isotactique allant jusqu'à 80%.
IV.3 Polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide avec le complexe rac-
{ArONCyNOCF3}Y[N(SiHMe2)2](THF) (rac-28)
Nous avons également utilisé le complexe d’yttrium rac-28, dérivé de ce nouveau
ligand dissymétrique, pour la polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide (Schéma
55).
nHO
ON(SiHMe2)2
O
O
N N
tBu
tBu OCF3
O CF3
Y
X = N(SiHMe2)2
X THF
rac-28
toluène, 20 °C, 3jO
O O
OO
O O
O
D-lactideL-lactide
rac-lactidePLA atactique
+
Mn = 8000, PDI = 2.1
Schéma 55 : Polymérisation par ouverture de cycle du rac-LA avec le complexe d’yttrium rac-28
Une conversion de 30% de PLA a été observée pour la ROP de 100 équiv. du rac-
lactide à température ambiante dans le toluène. Contrairement au complexe d’aluminium 19b,
le spectre RMN 1H homonucléaire découplé de la région méthine montre que le PLA obtenu
présente une microstructure atactique.
V. Conclusions
Nous avons étudié les performances de complexes des métaux des groupes 3 et 13
pour la polymérisation par ouverture du cycle d’esters cycliques (lactide, BBL).
Dans un premier temps, les complexes bis[(bis(oxazolinato)]-lanthanide ont démontré
des activités et des productivités très intéressantes pour le rac-lactide. Ces systèmes comptent
141
Conclusions
parmi les catalyseurs les plus actifs (TOF jusqu'à 31200 h-1) et les plus productifs (TON
jusqu'à 2400) connus pour cette polymérisation.139 Cependant, quelle que soit la nature,
achirale ou chirale, du ligand Box, tous les PLA obtenus présentent une microstructure
atactique. La polymérisation procède de façon contrôlée (Mw/Mn = 1.08-1.44) et un écart non
significatif entre les masses molaires attendues (Mn) et les masses molaires observées est
généralement noté.
Nous avons de même étudié la polymérisation par ouverture du cycle de la rac-BBL
avec les complexes bis[bis(oxazolinato)] d’yttrium. La polymérisation procède de façon
contrôlée à température ambiante (Mw/Mn = 1.14-1.21). De façon similaire à la ROP du rac-
lactide, tous les PHB obtenus présentent une microstructure atactique.
Dans un deuxième temps, nous avons étudié les performances d’une nouvelle famille
de complexes des métaux des groupes 3 et 13 pour la ROP du rac-lactide. L’étude réalisée
avec le nouveau complexe d’aluminium rac-19b montre que la polymérisation du rac-lacide
est contrôlée (Mw/Mn ≤ 1.18). De façon similaire au complexe {salen}AlOiPr, le PLA obtenu
présente une microstructure isotactique allant jusqu'à 80%.
142
Conclusions générales et perspectives
Conclusions générales et perspectives
Conclusions générales et perspectives
Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à l’étude de deux types de
catalyse : la chimie fine et la catalyse de polymérisation.
Dans un premier temps, nous avons étudié la réaction de cyanosilylation asymétrique à
l’aide d’une série de complexes d’aluminium {salen}AlX chiraux à forte potentialité
d’induction asymétrique. Les études à l’état solide et en solution que nous avons conduites
indiquent, dans certains cas, la formation de complexes secondaires de type bimétalliques au
départ de combinaisons in situ AlX3/{salen}H2. Une amélioration de l’activité et de
l’énantiosélectivité a été détectée avec des complexes isolés par rapport aux systèmes générés
in situ. Ainsi, l’influence des ligands chiraux (salen diversement substitués) et achiraux (le
troisième ligand X) sur l’activité et la sélectivité de la réaction a été aussi évaluée. Nous avons
montré un effet considérable du ligand achiral X sur l’activité ainsi que sur
l’énantiosélectivité de la cyanosilylation asymétrique des cétones. Le système hexafluoro-2-
propylate d’aluminium présente une activité sans précédent pour un catalyseur aluminique
pour cette réaction.
NOO CNOSiMe3*
THF, -20 °C
N N
R2R1
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
X
R1 = R2 = (CH2)4, PhX = Me, OiPr, Cl, OP(O)Ph2,....
Conv. = 41-100%e.e = 66-86%
TMSCN
Schéma 56 : Cyanosilylation asymétrique de l’acétophénone avec les complexes {salen}AlX
Nous avons ensuite élargi notre étude à la réaction de cyanosilylation asymétrique de
fonctions carbonyles avec de nouveaux ligands [CF3ONCyNOCF3]2-. Les systèmes catalytiques
correspondants à base d’alumnium et de titane s’avère actifs pour la cyanosilylation
asymétrique, mais des énantiosélectivités modestes ont été notées (e.e ≤ 23%).
Des complexes d’yttrium et de lanthane portant des ligands salen et bis(oxazoline) ont
été également utilisés pour effectuer la cyanosilylation asymétrique de fonctions carbonyles.
Ces complexes présentent de hautes activités, mais aucune stéréosélectivité n’a été observée.
143
Conclusions générales et perspectives
Dans un deuxième temps, nous avons étudié les réactions d’hydroxyméthylation et de
Mukaiyama. Les systèmes catalytiques, générés in situ par réaction de différents ligands avec
des triflates M(OTf)n (M = Sc, Bi, Zn, La,…; n = 2, 3), sont actifs pour la réaction
d’hydroxyméthylation ainsi que pour la réaction de Mukaiyama. Malheureusement, tous les
aldols obtenus présentent des énantiosélectivités très faibles.
En catalyse de polymérisation, nous nous sommes intéressés à la préparation de
polylactides (PLA) et de polyhydroxybutyrates (PHB) par polymérisation par ouverture de
cycle (ROP) du rac-LA et de la rac-BBL. Pour cela, nous avons développé la synthèse d’une
série de complexes d’yttrium et de lanthane à base de ligands bis(oxazoline) achiraux et
chiraux. Les complexes bis[bis(oxazolinato)]-lanthanide présentent des activités et des
productivités sans précédent pour la polymérisation par ouverture du cycle du rac-lactide.
Cependant, quelle que soit la nature achirale ou chirale du ligand, tous les PLA(s) obtenus
présentent une microstructure atactique.
THF, 20 °CO
O O
OO
O O
O
D-lactideL-lactide
rac-lactidePLA atactique
+
2000 équiv. en 5 min, Mn = 182,000 g/mol
TOF = 31200 h-1
N
O
N
O
M
N
O
N
O
R1R1
R1R1
R3
R3
R
M = Y, LaR = N(SiHMe2)2R1 = tBu, Me2, PhR2 = H, PhR3 = Me , H
R2 R2
R2R2
nHO
ON(SiHMe2)2
O
O
Schéma 57 : Polymérisation par ouverture de cycle du rac-LA avec les complexes
bis[bis(oxazolinato)]-lanthanide
Finalement, nous avons développé une nouvelle famille de ligands tétradentates
dialcoolates [ONCyNO]2- portant des groupements alcoolates fluorés -(CF3)2O. Nous avons
ensuite synthétisé de nouveaux complexes d’aluminium et d’yttrium pour des applications en
catalyse asymétrique et chimie de la polymérisation. Les études que nous avons menées par
RMN et par diffraction des rayons X montrent clairement que ces complexes adoptent des
144
Conclusions générales et perspectives
structures comparables à leurs homologues salen. Les tests de polymérisation du lactide
effectués avec un complexe d’aluminium montre des performances assez similaires à celles
obtenues avec les complexes {salen}Al(OiPr). Néanmoins, les PLA(s) obtenus sont riches en
séquences isotactiques (jusqu'à 80%).
La nouvelle famille de complexes développée via la chimie de coordination du
nouveau pro-ligand dissymétrique [ArONCyNOCF3]H2 avec l’aluminium, associée aux résultats
très encourageants en polymérisation stéréospécifique du rac-lactide, ouvrent la voie à de
nombreuses études tant au niveau des variations sur les ligands que sur les performances en
catalyse. Par exemple, il serait indispensable d’étudier l’influence de l’encombrement stérique
des groupements R5, R6, R7 sur les performances des complexes pour la ROP du rac-lactide.
Enfin, nous avons également obtenu le complexe d’yttrium correspondant ce qui permet
d’étendre la chimie de coordination de ce type de ligands aux lanthanides.
Cette nouvelle famille de ligands et de complexes associés ouvre de nombreuses
perspectives en catalyse, notamment stéréosélective. Ces complexes synthétisés seront par
exemple utilisés pour la réaction de cyanosilylation asymétrique de fonctions carbonyles ainsi
que d’autres réactions modèles typiquement catalysées par des acides de Lewis
(hydrophosphonylation, réactions de Diels-Alder, aldolisation, ….).
N N
R2R1
R4
R3 OHCF3
HO CF3
R5
R7
R6
R1 = R2 = (CH2)4, PhR3, R4 = tBu, H, Br, Me....R5 = Me, Ph, iPr..R6 = R7 = H, Me
Figure 71 : Evolutions envisagées et actuellement étudiées des pro-ligands mixtes phénols-alcools
fluorés
145
CHAPITRE 5
Partie expérimentale
Partie expérimentale
Chapitre 5
Partie expérimentale
I. Conditions générales
La synthèse des complexes a été réalisée sous atmosphère inerte d’argon en utilisant
les techniques de Schlenk et/ou en boîte à gants dans des tubes RMN ou de Schlenk. Les
solvants utilisés (toluène, pentane, éther, hexane et THF) ont été distillés sur Na/K sous flux
de gaz inerte et dégazés avant utilisation. Le dichlorométhane a été séché sur CaH2, distillé
sous vide et dégazé avant utilisation. Les solvants deutériés, conservés sur amalgame Na/K,
ont été transférés sous vide dans des tubes RMN à valves J-Young.
Les pro-ligands {salen}H2 1a et 1b,263,264 {cyclohexyl-salen}FeCl,193,194 le L-glycinate
de sodium,161 l’éther silylé d’énol issu de la propiophénone,265 Ph2P(O)OMe,266 et les
précurseurs métalliques Y[N(SiHMe2)2]3.(THF)2137,138
et La[N(SiHMe2)2]3.(THF)2137,138
ont été
synthétisés au laboratoire selon des procédures décrites dans la littérature. Les ligands
bis(oxazoline) 20-22 ont été synthétisés au laboratoire de chimie organométallique,136,144 UMR
7513 de l’ENSCP ou obtenus directement de chez Aldrich. Le ligand Box-OH a été synthétisé
au laboratoire de l’institut de recherches sur la catalyse et l’environnement de Lyon.195,196 Le
pro-ligand [CF3ONCyNOCF3]H2 8 a été synthétisé par le groupe du professeur Chi à l’Université
National Tsing Hua de Taiwan. Le {cyclohexyl-salen}CrCl, {cyclohexyl-salen}MnCl, iPr-
Pybox, cis-1-amino-2-indanol, AlMe3 (solution 2M dans l’heptane), AlMe2Cl (solution 1M
dans l’hexane), Al(OiPr)3, AlBr3, Ti(OiPr)4, ZnEt2 et Ph3PO ont été fournis par Aldrich ou
ACROS Strem et ont été employés comme reçus. L’acétophénone, le benzaldéhyde,
(MeO)3PO, (MeO)2HPO et TMSCN (Aldrich) ont été séchés sur CaH2, distillés sous vide et
dégazés avant utilisation. Le rac-lactide et le L-lactide (Aldrich) ont été purifiés par double
recristallisation dans le toluène et une sublimation sous vide à une température de 50 °C. La
rac-β-butyrolactone (Aldrich) a été séchée sur CaH2 avant distillation sous vide et dégazée
avant utilisation.
II. Analyses Les analyses RMN ont été réalisées sur des spectromètres Bruker AC-200, AC-300 et
AM-500. Les déplacements chimiques (δ) ont été mesurés par rapport au TMS et déterminés
146
Partie expérimentale
grâce aux pics de solvant résiduel. Les constantes de couplage, notées J, sont exprimées en
Hertz (Hz). La multiplicité des signaux est rapportée à l'aide des abréviations suivantes :
singulet (s), doublet (d), triplet (t), quadruplet (q), multiplet (m). Les distributions ont été
effectuées par des expériences 1H-13C HMBC/HMQC et 1H-1H COSY.
La conversion de la réaction de cyanosilylation est déterminée par analyse RMN 1H du
produit brut dans le CDCl3. L’excès énantiomérique des cyanhydrines est déterminé sur un
appareil GC équipé d’une colonne CHIRASIL DEX.CB (0.25 mm x 25 m) avec le
programme suivant : température de colonne = 110 °C (isotherme), température de l’injecteur
= 200 °C, température du détecteur = 220 °C, pression de l’hélium = 15 psi. L’acétophénone a
un temps de rétention de 6.3 min, l’énantiomère (S) de 12.9 min et l’énantiomère (R) de 13.5
min.
Les analyses des produits de la réaction d’aldolisation ont été réalisées par HPLC sur
un appareil Waters 1515 Isocratic équipé d’une colonne CHIRALPAK AD élué avec un
mélange de solvants (hexane/iPrOH = 95/5, débit : 1 mL/min, λ = 230 nm).
Les analyses GPC des polymères ont été réalisées sur un appareil Waters à double
détection spectrophotomètre UV et réfractomètre différentiel, avec le THF comme éluant
(débit : 1mL/min) à température ambiante. Les valeurs des masses molaires sont déterminées
par un étalonnage universel avec des étalons de polystyrène et ne sont pas corrigées. La
microstructure du PLA a été mesurée par expérience RMN d’homodécouplage du 1H à 20 °C
dans le CDCl3 sur un spectromètre Bruker AM-500.224,225 La microstructure de PHB est
mesurée par RMN 13C {1H} à 20 °C dans le CDCl3.267,268
III. Détermination de la structure cristallographique des complexes
3b, 5b, 6b, 19a, 25a, 28
Les monocristaux des complexes ont été manipulés en utilisant la méthode de fixation
dans l’huile. La mesure a été effectuée à 100 K à l’aide du diffractomètre APEX 2 AXS-
Bruker avec une radiation graphite monochromatisée Mo-Kα (λ = 0.71073 Å). Les structures
ont été résolues avec des méthodes directes, les atomes ont été localisés suite à différentes
synthèses de Fourier, suivies par un programme d’affinement basé sur F2 (programe SIR-
97).269,270 Les liaisons carbone-hydrogène ont été placées selon les positions calculées et ont
été contraintes sur l’atome de carbone correspondant. Les contributions des atomes
147
Partie expérimentale
d’hydrogène ont été calculées mais pas affinées. Tous les autres atomes ont été affinés
anisotropiquement. Les données cristallographiques sont résumées dans les annexes.
IV. Synthèses et caractérisations
Oxyde de N,N-diméthylaniline (N-oxyde) :271,272
NO
+
-
La N,N-diméthylaniline (3.0 g, 24.75 mmol) est dissout dans le CH2Cl2 (20 mL). Le
milieu est refroidi à 0 °C et 1 équivalent de l’acide m-chloroperoxybenzoïque (4.27 g, 24.75
mmol) est ensuite ajouté. La solution rouge foncée est agitée pendant 24h à température
ambiante puis le solvant est évaporé pour donner un solide brun. Ce solide est recristallisé
dans l’acétate d’éthyle, et le solide obtenu est purifié sur colonne d’alumine avec comme
éluant un mélange CH2Cl2-méthanol (9:1) pour donner l’oxyde de N,N-diméthylaniline sous
forme d’une poudre brune (1.40 g, 41%). RMN 1H (CDCl3, 200 MHz, 20 °C) : 7.55 (m, 2H,
H arom), 7.18 (m, 3H, H arom), 3.50 (s, 6H, CH3).
5,5,5-trifluoro-4-hydroxy-4-(trifluorométhyl)pentan-2-one (11) :
O
CF3
OHCF3
L’hexafluoroacétone sesquihydrate (12.5 g, 75.0 mmol) et d’acétone (45 mL) sont
introduits dans un autoclave. Le milieu réactionnel est chauffé à 140 °C pendant 85-100h.
L’acétone est ensuite évaporé sous vide et le résidu obtenu est distillé sous vide pour donner
le composé 11 sous forme d’un liquide incolore (5.71 g, 34%). RMN 1H (CDCl3, 200 MHz,
20 °C) : δ 6.81 (s, 1H, OH), 2.96 (s, 2H, CH2), 2.34 (s, 3H, CH3). RMN 19F (CDCl3, 188 MHz,
20 °C) : δ -78.7 (s, 6F).
148
Partie expérimentale
(S)-2-triméthylsilyloxy-2-phénylpropanenitrile :
CNOTMS
Huile jaune ; [α]24D = -30.0, 86% ee, (c = 1.0, CH2Cl2). RMN 1H (CDCl3, 200 MHz,
20 °C) : δ 7.38-7.58 (m, 5H, H arom), 1.87 (s, 3H, CH3), 0.19 (s, 9H, (CH3)3Si). La
configuration absolue de la cyanhydrine (S) est déterminée par comparaison du pouvoir
rotatoire rapporté dans la littérature. [α]24D = +21.9° (c = 1.18, CHCl3) pour l’énantiomère
(R) avec 93% d’excès énantiomèrique.35
(1R,2R)-{cyclohexyl-salen}AlMe (2a) :
N N
O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
MeO
Ce complexe a été synthétisé selon la procédure décrite dans la littérature,104 en
partant du pro-ligand 1a (320 mg, 0.586 mmol) en solution dans le toluène (4 mL), suivi de
l’ajout de AlMe3 (293 μL, d’une solution 2M dans l’heptane, 0.586 mmol). Le milieu est
chauffé à reflux pendant 4h. Le solvant est évaporé sous vide pour donner un solide qui est
recristallisé dans le toluène à -35 °C pour donner le complexe 2a sous forme d’une poudre
jaune (131 mg, 40%).
149
Partie expérimentale
(1R,2R)-{diphényléthylène-salen}AlMe (2b) :
N N
PhPh
O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
MeO
Le pro-ligand 1b (100 mg, 0.155 mmol) est solubilisé dans du toluène (1 mL) suivi de
l’ajout goutte à goutte de AlMe3 (77 μL, d’une solution 2M dans l’heptane, 0.155 mmol) en
solution dans le toluène (1 mL). Le milieu est ensuite porté à reflux pendant 4h. Le solvant est
évaporé sous vide pour donner un solide jaune qui est recristallisé dans un mélange
toluène/hexane (2:1) à -35 °C pour donner le complexe 2b sous forme d’une poudre jaune (20
mg, 39%). RMN 1H (C6D6, 300 MHz, 20 °C) : δ 8.09 (d, J = 3.0 Hz, 1H, N=CH), 7.90 (d, J =
3.0 Hz, 1H, N=CH), 7.61 (m, 2H, H arom), 7.12 (m, 5H, H arom), 7.00 (m, 5H, H arom), 6.93
(m, 2H, H arom), 5.21 (d, J = 6.0 Hz, 1H, CH), 4.34 (d, J = 6.0 Hz, 1H, CH), 2.06 (s, 9H,
tBu), 2.05 (s, 9H, tBu), 1.32 (s, 9H, tBu), 1.30 (s, 9H, tBu), -0.04 (s, 3H, CH3). RMN 13C{1H}
(C6D6, 125 MHz, 20 °C) : δ 172.01 (N=C), 166.73 (N=C), 158.56, 141.58, 140.10, 138.77,
138.77, 138.02, 137.51, 136.65, 133.18, 131.50, 130.63, 129.74, 128.80, 128.68, 128.40,
128.34, 128.12, 125.47 (C Arom), 80.01 (NCH), 71.37 (NCH), 38.97 (C(CH3)3), 35.91
(C(CH3)3), 33.82 (C(CH3)3), 33.77 (C(CH3)3), 30.60 (CH3), 29.08 (CH3), 23.93 (CH3), 23.14
(CH3), 14.07 (AlCH3).
(1R,2R)-{cyclohexyl-salen}(AlMe2)2 (3a) :
N NO
tBu
O
tBu
tBu tBu
AlMe Me
AlMeMe
150
Partie expérimentale
Ce complexe a été synthétisé selon la procédure décrite dans la littérature,113 en partant
de AlMe3 (274 μL, d’une solution 2M dans l’heptane, 0.549 mmol) en solution dans le
toluène (3 mL) suivi de l’ajout du pro-ligand 1a (150 mg, 0.274 mmol) en solution dans le
toluène (3 mL). Le milieu est agité pendant 12h à température ambiante puis le solvant est
évaporé sous vide. Le solide obtenu est ensuite lavé avec de l’hexane froid (1 mL) pour
donner le complexe 3a sous forme d’une poudre jaune (215 mg, 60%).
(1R,2R)-{diphényléthylène-salen}(AlMe2)2 (3b) :
N NO
tBu
O
tBu
Ph Ph
tBu tBu
AlMe Me
AlMeMe
Le triméthylaluminium (77.6 μL, d’une solution 2M dans l’heptane, 0.155 mmol) est
solubilisé dans le toluène (2 mL) suivi de l’ajout du pro-ligand 1b (50 mg, 0.077 mmol) en
solution dans du toluène (3 mL). Le milieu est agité pendant 12h à température ambiante puis
le solvant est évaporé sous vide. Le solide obtenu est ensuite lavé avec de l’hexane froid (1
mL) pour donner le complexe 3b sous forme d’une poudre jaune (98 mg, 82%). RMN 1H
(C6D6, 300 MHz, 20 °C) : δ 8.51 (s, 2H, N=CH), 7.64 (d, J = 3.0 Hz, 2H, H arom), 7.05-7.13
(m, 10H, H arom), 6.99 (d, J = 3.0 Hz, 2H, H arom), 5.56 (s, 2H, CH), 1.64 (s, 18H, tBu),
1.29 (s, 18H, tBu), -0.01 (s, 6H, AlCH3), -0.86 (s, 6H, AlCH3). RMN 13C{1H} (C6D6, 125
MHz, 20 °C) : δ 173.68 (N=C), 162.46, 151.52, 140.17, 139.20, 137.18, 136.21, 135.10,
134.50, 133.90, 132.95, 129.63, 129.23, 129.08, 128.98, 128.65, 126.65, 125.45, 117.91 (C
Arom), 73.97 (NCH), 35.17 (C(CH3)3), 33.74 (C(CH3)3), 30.06 (CH3), 29.35 (CH3), -6.21
(Al-CH3), -10.00 (Al-CH3).
151
Partie expérimentale
(1R,2R)-{cyclohexyl-salen}AlOiPr (4a) :
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
OiPr
Ce complexe a été synthétisé selon la procédure décrite dans la littérature,114 en
partant du pro-ligand 1a (200 mg, 0.366 mmol) et 1 équivalent de Al(OiPr)3 (74.8 mg, 0.366
mmol) dans le toluène (5 mL). Le solide obtenu est lavé avec de l’hexane froid (1 mL) pour
donner le complexe 4a (160 mg, 71%).
(1R,2R)-{diphényléthylène-salen}AlOiPr (4b) :
N N
PhPh
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
OiPr
Le pro-ligand 1b (100 mg, 0.155 mmol), Al(OiPr)3 (31.7 mg, 0.155 mmol) et du
toluène (5 mL) sont introduits dans un tube de Schlenk. Le milieu est chauffé à 80 °C
pendant 3 jours sous agitation magnétique. Le solvant est ensuite évaporé sous vide et le
solide obtenu est lavé avec de l’hexane froid (1 mL) pour donner le complexe 4b sous forme
d’une poudre jaune (102 mg, 91%). RMN 1H (C6D6, 300 MHz, 20 °C) : δ 8.15 (d, J = 3.0 Hz,
1H, N=CH), 8.00 (d, J = 3.0 Hz, 1H, N=CH), 7.92 (d, J = 3.0 Hz, 2H, H arom), 7.05 (m, 5H,
H arom), 6.90 (m, 5H, H arom), 6.89 (d, J = 3.0 Hz, 2H, H arom), 5.68 (d, J = 12.0 Hz, 1H,
CH), 4.55 (m, 1H, CH(CH3)2), 4.38 (d, J = 12.0 Hz, 1H, CH), 2.09 (s, 18H, tBu), 1.49 (d, J =
6.0 Hz, 6H, (CH3)2CH), 1.28 (s, 18H, tBu). RMN 13C{1H} (C6D6, 125 MHz, 20 °C) : δ 171.79
(N=C), 166.69 (N=C), 165.01, 163.65, 151.14, 141.19, 139.11, 138.25, 137.27, 134.50,
131.47, 130.41, 129.95, 129.34, 129.10, 129.06, 128.77, 128.49, 119.14, 118.96 (C Arom),
72.76 (NCH), 71.65 (NCH), 63.16 (CH(CH3)2), 36.07 (C(CH3)3), 35.98 (C(CH3)3), 33.83
152
Partie expérimentale
(C(CH3)3), 33.79 (C(CH3)3), 31.30 (CH3), 31.23 (CH3), 30.44 (CH3), 30.18 (CH3), 28.59
(CH(CH3)2), 28.52 (CH(CH3)2).
(1R,2R)-{cyclohexyl-salen}AlCl (6a) :
N N
O O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
Cl
Ce complexe a été synthétisé selon la procédure décrite dans la littérature,116 en
partant du pro-ligand 1a (200 mg, 0.366 mmol) et 1 équivalent de AlMe2Cl (366 μL, d’une
solution 1M dans l’hexane, 0.366 mmol) dans le toluène (10 mL). Le solide obtenu est lavé
avec l’hexane froid (1 mL) pour donner le complexe 6a (185 mg, 84%).
(1R,2R)-{diphényléthylène-salen}AlCl (6b) :
N N
PhPh
O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
ClO
Le pro-ligand 1b (100 mg, 0.155 mmol) dissous dans le toluène (5 mL) est ajouté sur
une solution de AlMe2Cl (155 μL, d’une solution 1M dans l’hexane, 0.155 mmol) dans le
toluène (2 mL). Le milieu est ensuite agité à température ambiante pendant 14h. Le solvant
est ensuite évaporé sous vide et le solide obtenu est lavé avec de l’hexane froid (1 mL) pour
donner le complexe 6b sous forme d’une poudre jaune (90 mg, 82%). RMN 1H (C6D6, 300
MHz, 20 °C) : δ 8.13 (s, 1H, N=CH), 7.95 (s, 1H, N=CH), 7.93 (m, 2H, H arom), 7.12-6.88
(m, 10H, H arom), 6.73 (m, 2H, H arom), 5.63 (d, J = 11.0 Hz, 1H, CH), 4.34 (d, J = 11.0 Hz,
1H, CH), 2.05 (s, 18H, tBu), 1.27 (s, 18H, tBu). RMN 13C{1H} (C6D6, 125 MHz, 20 °C) : δ
153
Partie expérimentale
172.48 (N=C), 167.74 (N=C), 164.48, 163.11, 141.80, 141.61, 139.14, 138.67, 138.08,
134.31, 133.61, 132.20, 131.26, 129.93, 129.05, 128.86, 128.64, 125.41, 118.88, 117.99 (C
Arom), 72.61 (NCH), 71.02 (NCH), 35.98 (C(CH3)3), 35.87 (C(CH3)3), 33.80 (C(CH3)3),
33.76 (C(CH3)3), 31.15 (CH3), 31.10 (CH3), 30.22 (CH3), 30.01 (CH3).
(1R,2R)-{cyclohexyl-salen}AlBr (6c) :
N N
O
tBu
tBu
tBu
tBuAl
BrO
Le pro-ligand 1a (500 mg, 0.915 mmol) dissous dans le toluène (10 mL) est ajouté sur
une solution de AlMe2Br (0.915 mmol) dans le toluène, formé in situ par réaction de AlMe3
(305 μL, d’une solution 2M dans l’heptane, 0.61 mmol) et AlBr3 (300 μL, d’une solution 1M
dans le toluène, 0.30 mmol). Le milieu est porté à reflux pendant 14h et ensuite filtré. Le
milieu est concentré sous vide et ensuite filtré. Le solide jaune précipité est séché sous vide
pour donner le complexe 6c (410 mg, 68%). RMN 1H (C6D6, 300 MHz, 20 °C) : δ 7.96 (m,
2H, H arom), 7.89 (s, 1H, N=CH), 7.73 (s, 1H, N=CH), 7.25 (m, 2H, H arom), 3.74 (m, 1H,
CH), 2.12 (m, 1H, CH), 2.02 (s, 9H, tBu), 2.01 (s, 9H, tBu), 1.51 (s, 9H, tBu), 1.50 (s, 9H,
tBu), 0.47-1.14 (m, 8H, (CH2)4). RMN 13C{1H} (C6D6, 125 MHz, 20 °C) : δ 168.25 (N=C),
163.88 (N=C), 163.46, 162.21, 141.93, 141.71, 139.13, 138,47, 131.59, 130.60, 118.86,
118.65 (C Arom), 65.03 (NCH), 61.29 (NCH), 36.00 (C(CH3)3), 35.88 (C(CH3)3), 34.02
(C(CH3)3), 34.00 (C(CH3)3), 31.47 (CH3), 31.42 (CH3), 30.31 (CH3), 30.01 (CH3), 27.33,
26.47, 23.75, 23.13 ((CH2)4).
154
Partie expérimentale
(1R,2R)-{cyclohexyl-salen}Al[OP(O)Ph2] (7a) :
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OAl
OP
O
PhPh
Le complexe 6c (50 mg, 0.076 mmol), Ph2P(O)OMe (17.8 mg, 0.076 mmol) et du
toluène (5 mL) sont introduits dans un tube de Schlenk. Le milieu est chauffé à 80 °C pendant
48h. Le solvant est ensuite évaporé sous vide et le solide obtenu est lavé avec de l’hexane
froid (1 mL) pour donner le complexe 7a sous forme d’une poudre jaune (45 mg, 77%). RMN 1H (CDCl3, 300 MHz, 20 °C) : δ 8.00 (s, 1H, N=CH), 7.58 (s, 1H, N=CH), 7.49 (m, 3H, H
arom), 7.28 (m, 4H, H arom), 6.95 (m, 7H, H arom), 4.42 (m, 1H, CH), 3.02 (m, 1H, CH),
2.36 (m, 2H, (CH2)4), 1.75 (m, 2H, (CH2)4), 1.54 (s, 18H, tBu), 1.43 (m, 4H, (CH2)4), 1.34 (s,
18H, tBu). RMN 31P{1H} (CDCl3, 121.5 MHz, 20 °C) : 15.46 (s). RMN 13C{1H} (CDCl3, 125
MHz, 20 °C) : δ 166.37 (N=C), 158.50 (N=C), 156.22, 155.27, 154.35, 151.45, 141.21,
141.01, 140.56, 139.19, 138.62, 136.57, 130.56, 128.84, 127.65, 127.23, 126.73, 126.28,
123.87, 122.34, 120.99, 118.27 (C Arom), 71.90 (NCH), 67.81 (NCH), 38.98 (C(CH3)3),
35.94 (C(CH3)3), 34.72 (C(CH3)3), 34.32 (C(CH3)3), 33.95 (CH3), 31.40 (CH3), 29.53 (CH3),
29.43 (CH3), 29.07, 24.23, 23.93, 23.13 ((CH2)4).
(1R,2R)-{cyclohexyl-salen}[Al(OP(O)(OMe)2] (7b) :
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OAl
OP
O
OMeMeO
155
Partie expérimentale
Le complexe 6c (50 mg, 0.076 mmol) est solubilisé dans du toluène (5 mL) suivi de
l’ajout goutte à goutte de (MeO)3P(O) (10.7 mg, 0.076 mmol). Le milieu est ensuite agité à
température ambiante pendant 4 jours. Le solvant est évaporé sous vide et le solide obtenu est
lavé avec de l’hexane froid (1 mL) pour donner le complexe 7b sous forme d’un solide jaune
(41 mg, 80%). RMN 1H (CDCl3, 300 MHz, 20 °C) : δ 8.38 (s, 1H, N=CH), 8.27 (s, 1H,
N=CH), 7.55 (m, 2H, H arom), 7.10 (m, 2H, H arom), 4.13 (m, 1H, CH), 3.50 (m, 1H, CH),
3.22 (d, 3JP-H = 12 Hz, 6H, (OCH3)2,), 2.55 (m, 2H, (CH2)4), 2.06 (m, 2H, (CH2)4), 1.55 (s,
18H, tBu), 1.40 (m, 4H, (CH2)4),1.33 (s, 18H, tBu). RMN 31P{1H} (CDCl3, 121.5 MHz, 20
°C) : -6.31 (s). RMN 13C{1H} (CDCl3, 125 MHz, 20 °C) : δ 170.10 (N=C), 165.68 (N=C),
159.36, 154.11, 141.23, 140.05, 135.45, 132.60, 130.60, 128.41, 119.67, 117.78 (C Arom),
65.12 (NCH), 62.36 (NCH), 53.98 (OCH3), 53.22 (OCH3), 36.47 (C(CH3)3), 34.02 (C(CH3)3),
33.87 (C(CH3)3), 33.73 (C(CH3)3), 31.38 (CH3), 31.14 (CH3), 30.39 (CH3), 29.70 (CH3),
27.68, 26.17, 22.69, 22.38 ((CH2)4).
Ligand [CF3ONCyNOCF3]H2 (9) :
N N
OH HOF3C CF3 CF3
CF3
Ce ligand a été synthétisé en partant de montmorillonite (1.20 g), 5,5,5-trifluoro-4-
hydroxy-4-(trifluorométhyl)pentan-2-one (11) (4.24 g, 18.95 mmol) et (1R,2R)-cyclohexyl-
diamine (0.63 g, 5.5 mmol). Le milieu réactionnel est porté à reflux pendant 3 jours. Après
filtration, le solvant est évaporé sous vide pour donner le ligand 9 sous forme d’un solide brun
(697 mg, 70%). RMN 1H (CDCl3, 200 MHz, 20 °C): δ 10.19 (s, 2H, OH), 3.57 (m, 2H, CH-
N), 2.66 (s, 2H, CH2), 2.02 (s, 6H, 2Me), 1.42-1.85 (m, 8H, (CH2)4). RMN 19F{1H} (CDCl3,
182 MHz, 20 °C): δ -79.22 (q, J = 10.35 Hz, 6F), -78.74 (q, J = 10.35 Hz, 6F).
156
Partie expérimentale
(1R,2R)-{CF3ONCyNOCF3}AlCl (12b) :
N N
O OCF3 CF3 CF3
CF3
Al
Cl
Le pro-ligand 9 (100 mg, 0.19 mmol) dissous dans du toluène (10 mL) est ajouté sur
une solution de AlMe2Cl (190 μL, d’une solution 1M dans l’hexane, 0.19 mmol) dans du
toluène (2 mL). Le milieu est ensuite agité à 50 °C pendant 48h. Le solvant est ensuite
évaporé sous vide et le solide obtenu est lavé avec de l’hexane froid (5 mL) pour donner le
complexe 12b sous forme d’une poudre blanche (90.2 mg, 81%). RMN 1H (CD2Cl2, 500
MHz, 20 °C): δ 4.45 (t, J = 3.1 Hz, 1H, CH), 3.31 (t, J = 3.1 Hz, 1H, CH), 3.09 (m, 2H, CH2-
C(CF3)2(O)), 2.88 (m, 2H, CH2-C(CF3)2(O)), 2.39 (s, 3H, Me), 2.29 (s, 3H, Me), 1.51-2.19
(m, 8H, (CH2)4). RMN 19F{1H} (CD2Cl2, 182 MHz, 20 °C) : δ -80.09 (q, 4JF-F = 10.35 Hz,
3F), -79.63 (q, 4JF-F = 10.35 Hz, 3F), -78.40 (q, 4JF-F = 10.35 Hz, 3F), -77.55 (q, 4JF-F = 10.35
Hz, 3F).
rac-1,2-trans-cyclohexyl-diamine mono(chlorure d’hydrogène) (13) :95
H2N NH3+,Cl-
La rac-1,2-trans-cyclohexyl-diamine (1.00 g, 8.75 mmol) est solubilisée dans de
l’éther anhydre (40 mL). Le HCl (8.75 mL, d’une solution 1M dans l’éther, 8.75 mmol) est
ajoutée goutte à goutte pendant 15 min, un précipité blanc est immédiatement formé. Le
milieu réactionnel est agité pendant 14h à température ambiante et ensuite filtré, le solide
blanc obtenu est lavé avec de l’éther puis séché sous vide (1.18 g, 90%). RMN 1H (D2O, 200
MHz, 20 °C) : δ 2.75 (m, 2H, CH2CH-(NH2)), 1.97 (m, 2H, CH2CH-NH3+), 1.73 (m, 2H,
CH2CH-(NH2)), 1.29 (m, 4H, CH2CH2CH-(NH2)).
157
Partie expérimentale
Intermédiaire fluoré 17 :
F3C
N NH3+,Cl-
OHF3C
Le rac-1,2-cyclohexyl-diamine mono(chlorure d’hydrogène) (13) (1.00 g, 6.66 mmol)
est solubilisé dans l’éthanol anhydre (60 mL) et de la montmorillonite (400 mg) est ensuite
introduite. Le 5,5,5-trifluoro-4-hydroxy-4-(trifluorométhyl)pentan-2-one (11) (1.79, 8.00
mmol), en solution dans de l’éthanol anhydre (5 mL), est ajouté et le milieu réactionnel est
agité pendant 48h à 60 °C. La solution est ensuite filtrée et le solvant est évaporé sous vide.
Le solide obtenu est lavé avec de l’éther (10 mL) puis séché sous vide pour donner le
composé 17 sous forme d’une poudre brune (1.80 g, 84%). ESI-HRMS : masse calculée pour
M+ C H N OF = 321.28 ; masse trouvée = 321.14. 12 19 2 6 RMN 1H (DMSO, 300 MHz, 20 °C) :
δ 8.03 (b, 3H, NH3+), 3.52 (m, 1H, CH2CH-NH3
+), 3.08 (m, 1H, CH2CH-N=C(CH3)), 2.90 (d,
J = 15.0 Hz, 1H, CHaHb), 2.83 (d, J = 15.0 Hz, 1H, CHaHb), 2.06 (s, 3H, CH2C(CH3)=N),
1.27-1.67 (m, 8H, (CH2)4). RMN 19F{1H} (DMSO, 182 MHz, 20 °C) : δ -77.61 (q, 4JF-F = 9.0
Hz, 3F), -76.40 (q, 4JF-F = 9.0 Hz, 3F). RMN 13C{1H} (DMSO, 125 MHz, 20 °C) : δ 171.94
(N=C), 60.78 (CH-NH3+), 54.74 (CH-N=C(CH3)), 35.42 (CH2C(CH3)=N), 30.54, 30.76,
23.62, 23.75 ((CH2)4), 20.78 (CH3).
rac-[ArONCyNOCF3]H2 (18) :
N N
tBu
tBu OHCF3
HO CF3
L’intermédiaire fluoré 17 (1.00 g, 2.80 mmol) est solubilisé dans de l’éthanol anhydre
(60 mL) et du tamis moléculaire 4Å (1.50 g) est introduit. Une solution de 3,5-tert-butyl-2-
158
Partie expérimentale
hydroxybenzaldéhyde (656 mg, 2.80 mmol) et NEt3 (787 μL, 5.60 mmol) dans de l’éthanol
(20 mL) sont ensuite ajoutés. Le milieu réactionnel est agité à température ambiante pendant
24h. La solution est ensuite filtrée et le solvant est évaporé. Le solide obtenu est repris dans de
l’éther (30 mL), filtrée et le filtrat est évaporé pour donner un solide. Ce solide est ensuite
recristallisé dans l’hexane à -50 °C pour donner le ligand 18 sous forme d’un solide jaune
(585 mg, 39%). ESI-HRMS : masse calculée pour M+ C27H38N2O2F6 = 536.1495 ; masse
trouvée = 536.1487. RMN 1H (CDCl3, 200 MHz, 20 °C) : δ 8.28 (s, 1H, N=CH), 7.42 (d, J =
2.0 Hz, 1H, H arom), 7.13 (d, J = 2.0 Hz, 1H, H arom), 3.63 (m, 1H, CH2CH-N=C(CH3)),
3.22 (m, 1H, CH2CH-N=CH), 2.57 (s, 2H, N=C(CH3)CH2), 1.95 (s, 3H, (CH3)C=N), 1.54-
1.89 (m, 8H, (CH2)4), 1.47 (s, 9H, tBu), 1.34 (s, 9H, tBu). RMN 19F{1H} (CDCl3, 182 MHz,
20 °C) : δ -78.42 (q, 4JF-F = 7.0 Hz, 3F), -79.43 (q, 4JF-F = 7.0 Hz, 3F). RMN 13C{1H} (CDCl3,
125 MHz, 20 °C) : δ 169.33 (N=C(CH3)), 165.78 (N=CH), 157.78, 140.25, 136.34, 126.96,
126.20, 117.63 (C arom), 72.82 (CH2CHN=CH), 63.31 (CH2CHN=C(CH3)), 34.97 (C(CH3)3),
34.11 (C(CH3)3), 33.08 (CH2C(CH3)=N), 32.82, 31.60, 31.44, 29.36 ((CH2)4), 24.15
(C(CH3)3), 24.01 (C(CH3)3), 22.65 (C(CH3)3), 20.59 ((CH3)C=N), 20.24 (C(CH3)3).
rac-{ArONCyNOCF3}AlCl (19a) :
N N
tBu
tBu OCF3
O CF3
Al
Cl
Le pro-ligand 18 (100 mg, 0.186 mmol) dissous dans du toluène (5 mL) est ajouté sur
une solution de AlMe2Cl (186 μL, d’une solution 1M dans l’hexane, 0.186 mmol) dans du
toluène (5 mL). Le milieu est agité à température ambiante pendant 14h et ensuite chauffé à
80 °C pendant 4h. Le solvant est ensuite évaporé sous vide et le solide obtenu est lavé avec de
l’hexane froid (1 mL) pour donner le complexe 19a sous forme d’une poudre jaune (102 mg,
92%). RMN 1H (C6D6, 300 MHz, 20 °C) : δ 7.84 (d, J = 3.0 Hz, 1H, H arom), 7.54 (s, 1H,
N=CH), 7.03 (d, J = 3.0 Hz, 1H, H arom), 3.69 (m, 1H, CH2CH-N=C(CH3)), 3.22 (d, J = 15.0
Hz, 1H, CHaHb), 2.57 (d, J = 15.0 Hz, 1H, CHaHb), 2.42 (m, 1H, CH2CH-N=CH), 1.90 (s, 9H,
159
Partie expérimentale
tBu), 1.46 (s, 9H, tBu), 1.44 (s, 3H, CH2C(CH3)=N), 0.44-1.13 (m, 8H, (CH2)4). RMN 19F{1H} (C6D6, 182 MHz, 20 °C) : δ -76.78 (q, 4JF-F = 11.0 Hz, 3F), -79.02 (q, 4JF-F = 11.0 Hz,
3F). RMN 13C{1H} (C6D6, 125 MHz, 20 °C) : δ 179.16 (N=C(CH3)), 166.38 (N=CH), 164.70,
142.09, 138.21, 131.88, 127.31, 117.71 (C arom), 64.49 (CH2CHN=CH), 63.04
(CH2CHN=C(CH3)), 37.48 (CH2C(CH3)=N), 35.81 (C(CH3)3), 34.23 (C(CH3)3), 31.66, 31.07,
29.75, 27.49 ((CH2)4), 26.03 (C(CH3)3), 25.11 (C(CH3)3), 25.08 (C(CH3)3), 24.55
((CH3)C=N), 24.20 (C(CH3)3).
rac-{ArONCyNOCF3}AlOiPr (19b) :
N N
tBu
tBu OCF3
O CF3
Al
O
Le pro-ligand 18 (100 mg, 0.186 mmol), Al(OiPr)3 (38.1 mg, 0.186 mmol) et du
toluène (10 mL) sont introduits dans un tube de Schlenk. Le milieu est chauffé à 80 °C
pendant 3 jours sous agitation magnétique. Le solvant est ensuite évaporé sous vide et le
solide obtenu est lavé avec de l’hexane froid (1 mL) pour donner le complexe 19b sous forme
d’une poudre jaune (105 mg, 91%). RMN 1H (C6D6, 300 MHz, 20 °C) : δ 7.85 (d, J = 3.0 Hz,
1H, H arom), 7.66 (s, 1H, N=CH), 7.10 (d, J = 3.0 Hz, 1H, H arom), 4.85 (m, 1H, OCHMe2),
3.76 (m, 1H, CH2CH-N=C(Me)), 3.26 (d, J = 15.0 Hz, 1H, CHaHb), 2.59 (d, J = 15.0 Hz, 1H,
CHaHb), 2.45 (m, 1H, CH2CH-N=CH), 1.94 (s, 9H, tBu), 1.69 (d, J = 6.0 Hz, 3H, OCHMe2),
1.52 (d, J = 6.0 Hz, 3H, OCHMe2), 1.46 (s, 9H, tBu), 1.43 (s, 3H, CH2C(CH3)=N), 0.61-1.18
(m, 8H, (CH2)4). RMN 19F{1H} (C6D6, 182 MHz, 20 °C) : δ -76.53 (q, 4JF-F = 11.0 Hz, 3F), -
78.91 (q, 4JF-F = 11.0 Hz, 3F). RMN 13C{1H} (C6D6, 125 MHz, 20 °C) : δ 176.61 (N=C(CH3)),
165.22 (N=CH), 161.58, 141.99, 137.40, 131.24, 127.37, 118.12 (C arom), 64.53
(CH2CHN=CH), 63.72 (CH2CHN=C(Me)), 63.15 (OCHMe2), 38.13 (CH2C(CH3)=N), 35.83
(C(CH3)3), 34.18 (C(CH3)3), 31.69, 30.96, 29.95, 29.73 ((CH2)4), 28.80 (OCHMeMe), 28.52
(OCHMeMe), 26.17 (C(CH3)3), 24.65 (C(CH3)3), 24.49 (C(CH3)3), 24.21 ((CH3)C=N), 24.18
(C(CH3)3).
160
Partie expérimentale
Complexe [tBuBox]2Y[N(SiHMe2)2] (23a) :
N
O
N
O
Y
N
O
N
O
tButBu
tButBu
(Me2HSi)2N
Ce complexe est synthétisé selon la procédure décrite dans la littérature,103 en partant
de 2,2’-méthylène-bis[(4S)-4-tert-butyl-2-oxazoline] (20) (20.0, 0.075 mmol) et 2 équivalents
de Y[N(SiHMe2)2]3.(THF)2 (25.0 mg, 0,0375 mmol ) dans le C6D6.
Complexe [tBuBox]2La[N(SiHMe2)2] (23b) :
N
O
N
O
La
N
O
N
O
tButBu
tButBu
(Me2HSi)2N
Ce complexe est synthétisé selon la procédure décrite dans la littérature,103 en partant
de 2,2’-méthylène-bis[(4S)-4-tert-butyl-2-oxazoline] (20) (20.0 mg, 0.075mmol) et l’amidure
de lanthane La[N(SiHMe2)2]3.(THF)2 (25.0 mg, 0.0375 mmol ) dans le C6D6.
161
Partie expérimentale
Complexe [PhBox]2Y[N(SiHMe2)2] (24) :
N
O
N
O
Y
N
O
N
O
PhPh
PhPh
(Me2HSi)2N
PhPh
PhPh
L’amidure d’yttrium Y[N(SiHMe2)2]3.(THF)2 (14.0 mg, 0.022 mmol) est dissout en tube
RMN dans C6D6 (1 mL), puis 2 équivalents de 2,2’-méthylène-bis[(4S,5S)-4,5-di-phényl-2-
oxazoline] (21) (20.0 mg, 0.044 mmol ) sont ensuite ajoutés. La solution est laissée toute la
nuit à température ambiante. L’évolution de la réaction est suivie par RMN 1H. RMN 1H
(C6D6, 200 MHz, 20 °C) : δ 6.89 (m, 40H, Ph), 5.94 (d, J = 7.7, 4H, CHPh(O)), 5.56 (d, J =
7.6, 4H, CHPhN), 5.32 (s, 2H, CHCCN), 4.82 (m, 2H, SiHMe2), 0.35 (d, J = 2.8 Hz, 6H,
SiHMe2), 0.18 (d, J = 1.9 Hz, 6H, SiHMe2). RMN 13C{1H} (C6D6, 75 MHz, 20 °C) : δ 174.47
(NCO), 139.37 (Cq Ph), 135.83 (Cq Ph), 127.89 (Ph), 127.36 (Ph), 126.65 (Ph), 85.48
(CHPh), 71.77 (CHPh), 58.56 (CHCN), 3.51 (SiHMeMe), 2.84 (SiHMeMe).
Complexe [Me2Box]2Y[N(SiHMe2)2] (25a) :
N
O
N
O
Y
N
O
N
O
(Me2HSi)2N
L’amidure d’yttrium Y[N(SiHMe2)2]3.(THF)2 (140.0 mg, 0.223 mmol) est solubilisé
dans du toluène (5 mL), puis une solution de 2,2'-(α-méthylméthylène)bis[4,4-diméthyl-2-
oxazoline] (22) dans 5 mL de toluène (100.0 mg, 0.446 mmol) est ajoutée. Le milieu est agité
pendant 12h à 70 °C, le solvant est évaporé sous vide et le solide résiduel est lavé avec 1 mL
162
Partie expérimentale
d’hexane froid. Le complexe 25a est obtenu sous forme de poudre blanche (95 mg, 62%).
RMN 1H (C6D6, 200 MHz, 20 °C) : δ 5.26 (m, 2H, SiH(CH3)2), 3.58 (d, J = 7.7 Hz, 4H,
CH2O), 3.45 (d, J = 7.7 Hz, 4H, CH2O), 2.23 (s, 6H, CH3CCN), 1.43 (s, 12H, CH3), 1.04 (s,
12H, CH3), 0.45 (d, J = 2.8 Hz, 12 H, SiHMe2). RMN 13C{1H}(C6D6, 75 MHz, 20 °C) : δ
171.40 (NCO), 77.28 (CH2O), 67.94 (MeCCN), 66.20 (CMe2), 28.20 (CMe2), 26.31 (CMe2),
11.23 (MeCCN), 3.58 (SiHMeMe), 3.29 (SiHMeMe).
Complexe [Me2Box]2La[N(SiHMe2)2] (25b) :
N
O
N
O
La
N
O
N
O
(Me2HSi)2N
L’amidure de lanthane La[N(SiHMe2)2]3.(THF)2 (26.0 mg, 0.038 mmol ) est solubilisé
dans du toluène (2 mL), puis 2 équivalents de 2,2'-(α-méthylméthylène)bis[4,4-diméthyl-2-
oxazoline] (22) (17.0 mg, 0.077 mmol) en solution dans 2 mL de toluène sont ajoutés. Le
milieu est agité pendant 12h à 70 °C, le solvant est ensuite évaporé sous vide et le solide
obtenu est lavé avec 1 mL d’hexane froid. Le complexe 25b est obtenu sous forme de poudre
blanche (15 mg, 54%). RMN 1H (C6D6, 300 MHz, 20 °C) : δ 5.34 (m, 2H, SiH(CH3)2), 3.64
(m, 8H, CH2O), 2.35 (s, 6H, CH3CCN), 1.46 (s, 12H, CH3), 1.33 (s, 12H, CH3), 0.56 (d, J =
2.8 Hz, 12 H, SiHMe2). RMN 13C {1H}(C6D6, 75 MHz) : δ 169.90 (NCO), 77.39 (CH2O),
64.57 (MeCCN), 62.21 (CMe2), 29.99 (CMe2), 27.62 (CMe2), 11.62 (MeCCN), 2.81
(SiHMe2).
163
Partie expérimentale
Complexe [tBuBox]Y[N(SiHMe2)2]2 (26a) :
N(SiHMe2)2
N
O
N
O
tBu tBuY
(Me2SiH)2N
Ce complexe est synthétisé selon la procédure décrite dans la littérature,103 en partant
de 2,2’-méthylène-bis[(4S)-4-tert-butyl-2-oxazoline] (20) (20.0 mg, 0.075 mmol) et de
l’amidure d’yttrium Y[N(SiHMe2)2]3.(THF)2 (50.0 mg, 0.075 mmol) dans le C6D6
Complexe [tBuBox]La[N(SiHMe2)2]2 (26b) :
N(SiHMe2)2
N
O
N
O
tBu tBuLa
(Me2SiH)2N
Ce complexe est synthétisé selon la procédure décrite dans la littérature,103 en partant
de 2,2’-méthylène-bis[(4S)-4-tert-butyl-2-oxazoline] (20) (20.0 mg, 0.075 mmol) et de
l’amidure de lanthane La[N(SiHMe2)2]3.(THF)2 (50.0 mg, 0.075 mmol) dans le C6D6.
(1R,2R)-{cyclohexyl-salen}Y[N(SiHMe2)2](THF) (27) :
N N
tBu
tBu
tBu
tBu
O OY
X THF
X = N(SiHMe2)2
164
Partie expérimentale
Ce complexe est synthétisé selon la procédure décrite dans la littérature,150 en partant
du pro-ligand 1a (200 mg, 0.366 mmol) et de l’amidure d’yttrium (230.70 mg, 0.366 mmol)
dans un mélange THF/hexane.
rac-{ArONCyNOCF3}Y[N(SiHMe2)2](THF) (28) :
N N
tBu
tBu OCF3
O CF3
Y
X =N(SiHMe2)2
X THF
L’amidure d’yttrium Y[N(SiHMe2)2]3.(THF)2 (50.0 mg, 0.093 mmol) est solubilisé
dans du toluène (5 mL), puis une solution du pro-ligand 18 (50.0 mg, 0.093 mmol) dans du
toluène (5 mL) est ajoutée. Le milieu est agité pendant 3 jours à température ambiante. Le
solvant est ensuite évaporé sous vide et le solide est recristallisé dans le benzène pour donner
le complexe 28 sous forme d’une poudre blanche (62 mg, 81%). RMN 1H (C6D6, 300 MHz,
20 °C) : δ 8.14 (s, 1H, N=CH), 7.81 (m, 1H, H arom), 7.37 (m, 1H, H arom), 5.15 (m, 2H,
SiHMe2), 4.94 (m, 1H, CH2CH-N=C(Me)), 4.37 (m, 4H, THF), 3.79 (m, 1H, CH2CH-N=CH),
3.06 (d, J = 12.0 Hz, 1H, CHaHb), 2.68 (d, J = 12.0 Hz, 1H, CHaHb), 1.83 (m, 4H, THF), 1.78
(s, 9H, tBu), 1.49 (s, 9H, tBu), 1.47 (s, 3H, CH2C(CH3)=N), 0.91-1.65 (m, 8H, (CH2)4), 0.45
(m, 6H, SiHMe2), 0.42 (m, 6H, SiHMe2). RMN 19F{1H} (C6D6, 182 MHz, 20 °C) : δ -76.42
(q, 4JF-F = 11.0 Hz, 3F), -78.82 (q, 4JF-F = 11.0 Hz, 3F). RMN 13C{1H} (C6D6, 125 MHz, 20
°C) : δ 180.17 (N=C(CH3)), 170.71 (N=CH), 159.18, 144.69, 140.21, 135.62, 128.47, 118.94
(C arom), 75.56 (CH2CHN=CH), 71.38 (CH2CHN=C(CH3)), 69.77 (α-CH2, THF), 39.46
(CH2(CH3)C=N), 36.51 (C(CH3)3), 34.28 (C(CH3)3), 31.90, 31.82, 29.03, 27.57 ((CH2)4),
27.15 (C(CH3)3), 26.76 (C(CH3)3), 24.98 (C(CH3)3), 24.79 (β-CH2,THF), 24.41 ((CH3)C=N),
24.13 (C(CH3)3). 4.54 (SiHMeMe), 4.31 (SiHMeMe).
165
Partie expérimentale
V. Procédures de cyanosilylation
Cyanosilylation de l’acétophénone : Dans un tube de Schlenk à double paroi, le
complexe d’aluminium (ca. 10 mg, 0.016 mmol) est dissout dans du THF (1 mL), puis
l’acétophénone (94 μL, 0.81 mmol) est ajoutée à la solution. Le milieu est refroidi à -20 °C,
puis une solution d’oxyde de N,N-diméthylaniline (1.1 mg, 0.008 mmol) dans du THF (0.2
mL), traitée pendant une heure à température ambiante avec du TMSCN (216 μL, 1.62
mmol), est ensuite ajoutée. Le mélange est laissé sous agitation magnétique à -20 °C pendant
48h. Le solvant est ensuite évaporé sous vide et le résidu est analysé par RMN 1H. Le milieu
est purifié sur colonne de silice, avec CH2Cl2 comme éluant, pour donner le (S)-2-
triméthylsilyloxy-2-phénylpropanenitrile sous forme d’une huile jaune.
Cyanosilylation de l’acétophénone en générant in situ des alcoolates chiraux et
achiraux : Dans un tube de Schlenk à double paroi, le complexe 2a (10 mg, 0.016 mmol) est
dissout dans du THF (1 mL) suivi de l’ajout de 1 équivalent de l’alcool désiré (0.016 mmol) ;
le milieu est ensuite agité à température ambiante pendant 5h. L’acétophénone (94 μl, 0.81
mmol) est ajoutée à la solution puis le milieu est refroidi à -20 °C. Une solution de l’oxyde de
N,N-diméthylaniline (1.1 mg, 0.008 mmol) dans du THF (0.2 mL), traité pour une heure à
température ambiante avec du TMSCN (216 μl, 1.62 mmol), est ensuite ajoutée. Le mélange
est laissé sous agitation magnétique à -20 °C pendant 48h puis analysé et traité comme décrit
précédemment.
VI. Procédures d’aldolisation
Hydroxyméthylation d’éther silylé d’énol issu de la propiophénone : Le Ln(OTf)3
(9.8 mg, 0.020 mmol) est introduit dans un tube de Schlenk, puis une solution du pro-ligand
désiré (ca. 12.62 mg, 0.024 mmol) dans 1 mL de DME est ensuite ajoutée. Le milieu est agité
à température ambiante pendant une heure, puis le formaldéhyde (162.10 mg, 37% w/w, 2
mmol) et l’éther silylé d’énol issu de la propiophénone (41.0 mg, 0.20 mmol) sont ajoutés. Le
milieu réactionnel est agité à température ambiante pendant 24h. Une solution saturée de
NaHCO3 est ensuite ajoutée et le mélange est extrait 3 fois avec le dichlorométhane. La phase
organique est séchée sur Na2SO4, filtrée et le solvant est évaporé sous vide. Le liquide obtenu
166
Partie expérimentale
est purifié sur colonne de silice, avec un mélange hexane/acétate d’éthyle (2/1) comme éluant,
pour donner le 3-hydroxy-2-méthyl-1-phénylpropane-1-one sous forme de liquide incolore.
Réaction de Mukaiyama d’éther silylé d’énol issu de la propiophénone : Le
Ln(OTf)3 (5.45 mg, 0.015 mmol) est introduit dans un tube de Schlenk, puis une solution du
pro-ligand désiré (ca. 10 mg, 0.019 mmol) dans 1 mL THF/EtOH (1/1)-H2O (10%) est ensuite
ajoutée. Le milieu est agité à température ambiante pendant une heure, puis le benzaldéhyde
(19.38 μL, 0.19 mmol) et l’éther silylé d’énol issu de la propiophénone (78.34 mg, 0.38
mmol) sont ajoutés. Le milieu réactionnel est agité à température ambiante pendant 24h. Une
solution saturée de NaHCO3 est ensuite ajoutée et le mélange est extrait 3 fois avec le
dichlorométhane. La phase organique est séchée sur Na2SO4, filtrée et le solvant est évaporé
sous vide. Le liquide obtenu est purifié sur colonne de silice, avec un mélange de
hexane/acétate d’éthyle (4/1) comme éluant, pour donner le 3-hydroxy-2-méthyl-1,3-
diphényl-propane-1-one sous forme de liquide incolore.
VII. Procédures de polymérisation
Procédure générale de polymérisation du rac-lactide : Dans un tube de Schlenk, le
complexe (ca. 10 mg, 0.0188 mmol) est dissout dans du toluène (0.2 mL) ou du THF (0.2
mL), puis le rac-lactide (270 mg, 1.88 mmol) est ajouté (solide dans le cas du toluène (3 mL)
ou en solution dans le cas du THF (3 mL)) à la solution de complexe. Le mélange est laissé
sous agitation magnétique à température ambiante pendant quelques minutes et l’avancement
de la réaction est suivi par analyse RMN 1H. La réaction est terminée par l’ajout de quelques
gouttes d’une solution de méthanol acidifié (0.5 mL, d’une solution à 1.2 M de HCl), le
polymère est précipité dans le méthanol (100 mL) à température ambiante. La solution est
filtrée et le polymère est séché sous vide.
Procédure générale de polymérisation de la rac-BBL: Dans un tube de Schlenk, le
complexe (ca. 10 mg, 0.0132 mmol) est dissout dans du toluène (1 mL) ou du THF (1 mL),
puis la rac-BBL (216.0 μL, 2.64 mmol) est ajouté goutte à goutte à la solution. Le mélange
est laissé sous agitation magnétique à température ambiante et l’avancement de la réaction est
suivi par analyse RMN 1H. Le polymère est dissous dans le chloroforme (V = 10 ml), puis
quelques gouttes de méthanol acidifié (0.5 mL, d’une solution à 1.2 M de HCl), le polymère
167
Partie expérimentale
est précipité dans le méthanol (100 mL) à température ambiante. La solution est filtrée et le
polymère est séché sous vide.
168
Annexe cristallographique
Annexe cristallographique
169
Annexe cristallographique
Annexe 1 : Crystal data and structure refinement for complexe 3b, 5b
Complexe 3b Complexe 5b
Empirical formula C48H66Al2N2O2 C181H216Al4N8O12
Formula weight 756.99 2803.54
Temperature 100(2) K 100(2) K
Wavelength 0.71073 A° 0.71073 A°
Crystal system Orthorhombic Orthorhombic
Space group P 21 P 21
Unit cell dimensions a = 11.1184(4) A° a = 18.6522(8) A°
b = 13.7495(6) A° b = 19.9472(9) A°
c = 16.8021(7) A° c = 48.696(2) A°
β = 90° β = 90°
Volume 2568.58(18) A°3 18117.8(14)°3
Z 2 4
Density (calculated) 0.979 Mg/m-3 1.028 Mg/m-3
Absorption coefficient 0.090 mm-1 0.081 mm-1
F(000) 820 6024
Crystal size 0.35 x 0.3 x 0.1 mm 0.35 x 0.3 x 0.2 mm
Theta range for data
collection
1.48 to 27.51° 2.92 to 27.4°
Index ranges -9≤h≥14, -17≤k≥17,
-21≤l≥20
-24≤h≥17, -25≤k≥17, -
63≤l≥52
Reflections collected 38080 89441
Independent reflections 5901 39939
Max. and min.
transmission
0.991 and 0.969 0.984 and 0.972
Refinement method Full-matrix least-squares
on F2
Full-matrix least-squares
on F2
Data/restraints/parameters 5901/0/247 39939 / 0 / 1847
Goodness-of-fit on F2 1.103 1.057
Final R indices [I_2σ(I)] R1 = 0.0421, wR2 = 0.1283 R1 = 0.0970,wR2= 0.2584
Annexe cristallographique
170
Annexe 2 : Crystal data and structure refinement for complexe 6b, 19a Complexe 6b Complexe 19a
Empirical formula C44H54AlClN2O2 C39H48AlClF6N2O2
Formula weight 705.32 753.22
Temperature 100(2) K 100(2) K
Wavelength 0.71073 A° 0.71073 A°
Crystal system Monoclinic Monoclinic
Space group P 21 P 21
Unit cell dimensions a = 13.0129(4) A° a = 11.5325(19) A°
b = 21.4601(6) A° b = 17.087(2) A°
c = 14.3085(4) A° c = 19.346(3) A°
β = 91.7450 (10)° β = 96°
Volume 3993.9(2) A°3 3785.9(10) A°3
Z 4 4
Density (calculated) 1.173 Mg/m-3 1.321 Mg/m-3
Absorption coefficient 0.155 mm-1 0.190 mm-1
F(000) 1512 1584
Crystal size 0.22 x 0.15 x 0.05 mm 0.55 x 0.38 x 0.28 mm
Theta range for data collection
2.82 to 27.52° 2.92 to 27.48°
Index ranges -16≤h≥16, -27≤k≥27,
-18≤l≥18
-14≤h≥14, -22≤k≥18, -22≤l≥25
Reflections collected 57590 33773
Independent reflections 18287 8649
Max. and min. transmission
0.992 and 0.966 0.948 and 0.901
Refinement method Full-matrix least-squares
on F2
Full-matrix least-squares on F2
Data/restraints/parameters 18287 / 1 / 901 8649/0/460
Goodness-of-fit on F2 1.037 1.045
Final R indices [I_2σ(I)] R1 = 0.0358, wR2 = 0.0743 R1 = 0.0730, wR2 = 0.1705
Annexe cristallographique
171
Annexe 3 : Crystal data and structure refinement for complexe 25a, 28 Complexe 25a Complexe 28
Empirical formula C28H52N5O4Si2Y C35H58F6N3O3Si2Y
Formula weight 667.84 866.99
Temperature 100(2) K 100(2) K
Wavelength 0.71073 A° 0.71073A°
Crystal system Monoclinic Monoclinic
Space group P 21/c C 2/c
Unit cell dimensions a = 11.762(3) A° a = 31.345(5) A°
b = 34.259(9) A° b = 13.651(2) A°
c = 17.378(5) A° c = 23.715(4) A°
β = 91.914(13)° β = 90°
Volume 6999(3) A°3 8796(2) A°3
Z 8 8
Density (calculated) 1.268 Mg/m-3 1.309 Mg/m-3
Absorption coefficient 1.772 mm-1 1.443 mm-1
F(000) 2832 3640
Crystal size 0.3 x 0.25 x 0.2 mm 0.5 x 0.36 x 0.1 mm
Theta range for data collection
1.67 to 27.54° 2.98 to 27.48°
Index ranges -12≤h≥15, -35≤k≥44,
-22≤l≥22
-40≤h≥40, -17≤k≥17,
-30≤l≥30
Reflections collected 73419 62178
Independent reflections 15946 10077
Max. and min. transmission 0.702 and 0.588 0.866 and 0.496
Refinement method Full-matrix least-squares
on F2
Full-matrix least-squares
on F2
Data/restraints/parameters 15946/0/733 10077/0/483
Goodness-of-fit on F2 1.033 1.020
Final R indices [I_2σ(I)] R1 = 0.0414, wR2 = 0.080 R1 = 0.0402, wR2 = 0.0894
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