chim430 organometallique poly de cours 2012 2013

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  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    Institut de Chimie Molculaire et des Matriaux dOrsay, UMR 8182Universit Paris-sud 11

    [email protected]

    Chim 430 : Slectivit en synthse organique et

    chimie organomtallique

    Version 2012 2013

    Chimie organomtallique des lments detransition

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    Organisation

    Intervenants : Vincent Gandon (cours, TD), Sophie Bezzenine (TD),Christophe Bour (TD)

    Coordinateur : Richard Gil

    7 cours de 1h30 les 5, 7, 12, 14, 19, 26 septembre et 3 octobre

    7 sances de TD de 1h30

    1 examen le 24 octobre

    PrrequisAtomistique et liaison chimique

    Bases de cintique et de thermodynamique

    Strochimie

    Synthse organique de base

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    Internet :

    Cours du Pr Georges Stanley, Louisiana State University : chemistry.lsu.edu/stanley/Chem4571-stanley.htm

    Disponible la bibliothque :

    Organometallic Chemistry of the Transition Metals par Robert Crabtree (4me Edition, Wiley).

    Advanced Inorganic Chemistry par Cotton et Wilkinson (Wiley Interscience)

    Organotransition Metal Chemistry par Hill (Royal Society of Chemistry, 2002)

    Chimie molculaire des lments de transition par Franois Mathey et Alain Sevin (ditions delcole polytechnique)

    Chimie organomtallique par Didier Astruc (EDP Sciences, 2000)

    Bibliographie

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    Plan du cours

    I- Introduction

    II- Les liaisons mtal-ligandIII- Compter les lectrons de valence

    IV- Le degr doxydation

    V- Ractions lmentaires

    VI- Attaque sur les ligands

    VII- Catalyse

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    I- Introduction

    Un compos organomtallique contient un ou plusieurs mtaux lis desligands organiques

    MC : liaison mtal-carbone

    ML : ligand L organique

    Exclut par exemple : K 2Cr2O7, KMnO4

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    I- Quest-ce quun mtal ?

    R I + Mg0 R Mg II

    3s 2, 3 p

    03s

    0, 3 p

    0

    I

    O

    I

    MgR

    RMg

    I

    O

    R

    MgI

    + RMgIH3O+ OH

    R

    Un mtal est un lment qui aime donner (nombreux degrs doxydation accessibles )et recevoir des lectrons (acides de Lewis )

    (raction de Grignard, 1899, Nobel 1912)

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    I- La plupart des lments sont des mtaux

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    8

    RMgX(Grignard, 1899)RLi(Schlenk, 1917)

    Et2AlClBu3SnH

    lments de transition

    Et2Zn(Frankland, 1847)

    I- Exemples classiques dorganomtalliques

    ?

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    I- Les complexes des lments de transition

    un mtal, des ligands organiques, exemples :

    FePtCH3

    H3C

    H3C

    I

    Pope, 1909plan carr

    OC COCO

    Reilhen, 1930ttrahdrique

    Hieber, 1931octahdrique

    Kealy/Pauson, 1951complex sandwich"linaire"

    Hubel, 1958ttrahdrique

    Vaska, 1965plan carr

    FeOCOC CO

    CO

    H

    H

    IrCl

    OC

    Ph 3P

    PPh 3

    FeOC CO

    CO

    Fe

    Fisher, 1964complexe carbniqueoctahdrique

    FeOC

    OC CO

    CO

    H

    Me OMe

    TaCH3

    CH2

    Schrock, 1975complexe carbniquettrahdrique

    Fisher, 1975complexe carbyniqueoctahdrique

    FeOC

    Br COCO

    COMe

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    I- Les complexes des lments de transition

    Pourquoi sy intresser ?

    Produits naturels (hme, chlorophylle )Cyanocobalamine (vitamine B12)

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    11

    I- Les complexes des lments de transition

    Mdicaments

    Pourquoi sy intresser ?

    O

    OPt

    O

    O

    H3N

    H3N

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    12

    I- Les complexes des lments de transition

    Produits de contraste (IRM)

    Pourquoi sy intresser ?

    N N

    NN-O2C

    -O2C

    CO 2-

    OH

    OH

    OH

    Gd 3+

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    I- Les complexes des lments de transition

    Matriaux (diodes, pigments, conversion dnergie solaire )

    Pourquoi sy intresser ?

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    I- Les complexes des lments de transition

    conomie dtapesconomie dnergie

    (chimie verte)

    Thermique (Berthelot, 1866)

    Catalytique (Reppe, 1948)

    Catalyse

    Pourquoi sy intresser ?

    400 C

    < 5%

    Ni(CO) 2(PPh 3)2cat.

    quantitatif

    50 C

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    I- Les complexes des lments de transition

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    I- Applications industrielles de la catalyse

    Synthse de lacide actiquepar le procd Monsanto(1971)

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    17

    I- Applications industrielles de la catalyse

    Polymrisation de Ziegler/Natta (1955, Nobel 1963)

    polythylneH

    H H

    H [EtTiCl 4]C CH

    H

    H

    H n

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    18

    I- La catalyse en chimie fine

    OH

    O

    O

    Cl OHOH

    MeOO

    OH

    O

    MeOO OH

    Sporolide BNicolau, 2009

    Synthse en 30 tapes dont 6 catalyses par des mtaux de transition

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    I- Inconvnients des mtaux de transition

    Souvent rares, parfois toxiques :

    importance du recyclage : il faut en mettre trs peu

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    II- Les liaisons mtal-ligand

    z

    x y

    z

    x y

    z

    x y

    z

    x y

    z

    x y

    z

    x y

    z

    x y

    z

    x y

    z

    x

    y

    d yz d xz d xy

    d x - y 2 2 d z 2

    p z p x p y

    s

    Les orbitales atomiques dun mtal :

    Cl

    TiCl Cl

    Cl

    Ex : liaison TiCl

    T i : 3d 2, 4s 2

    C l : 3 p 5

    on peut accrocher 4 Cl, et il reste encorede la place pour accueillir des lectrons

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    II- Les liaisons mtal-ligand

    Liaison MCl ( + ),

    les chlorures sont qualifis de ,-donneurs :

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    II- Les liaisons mtal-ligand

    Les phosphines sont -donneuses et -acceptrices

    Les alcnes sont -donneurs et -accepteurs

    Modle de Dewar-Chatt-Duncanson

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    II- Les liaisons mtal-ligand

    Le CO est -donneur et -accepteur

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    II- Les liaisons mtal-ligand

    La liaison mtal-ligand possde trois composantes ventuelles : une liaison covalente forte (mise en commun de deux lectrons, cest le minimum vital) une liaison du ligand vers le mtal (il faut que le ligand possde des doublets inutiliss), Une liaison du mtal vers le ligand (rtroliaison, il faut que le ligand ait de la place dans ses OM)

    Les liaisons covalentes sont de deux types :

    Soit le mtal et le ligand engage chacun un lectron dans la liaison (liaison purement covalente)

    Ex : M Cl, M CH 3 , M H

    Soit le mtal se contente de recevoir deux lectrons du ligand (liaison dative)

    Ex : M PR 3 , M (alcne), M (CO), M (carbne)

    Dans les deux cas, il sagit dun recouvrement axial dorbitales, donc dune liaison.

    Les liaisons du ligand vers le mtal stablissent entre les doublets libres du ligand vers lesorbitales d inoccupes du mtal. Il sagit dun recouvrement latral dorbitales, donc dune liaison.Les rtroliaisons , plus faibles, sont issues de la donation dlectrons du mtal vers les orbitalesantiliantes du ligand (modle de Dewar-Chatt-Duncanson ). Il sagit dun recouvrement latraldorbitales, donc dune liaison.

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    II- Les liaisons mtal-ligand

    Donc, ne pas confondre :Complexe avec liaison, complexe avec liaison, -donneur avec liaison

    PtCl

    Cl Cl

    Sel de Zeise, 1820complexe

    -

    Lthylne est un ligand grce son nuage.Le sel de Zeise est donc qualifi de complexe

    Cela ne veut pas dire que la liaison entre leplatine et lthylne soit une liaison

    Cette liaison est principalement puis par retroliaison !

    CrOC

    OC

    CO

    complexe

    CO

    CO

    H

    H

    La liaison HH sert de ligand !

    (idem avec liaisons SiH, CH, CX)

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    III- Compter les lectrons de valence

    Souvenez-vous de la rgle de loctet pour les lments du bloc pB : 2 s 2, 2 p 1

    3 H : 1 s 1

    B* : 2s 1, 2 p 2

    BH3

    6 lectrons

    acide de Lewis

    H3NBH3H3N

    8 lectronsautour du bore

    N : 2 s 2, 2 p 3

    3 H : 1 s 1

    6 lectrons

    base de Lewis

    H3N 8 lectronsautour del'azote

    Permet de prdirela ractivit, la stabilit

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    III- Compter les lectrons de valence

    Cest la mme chose pour les mtaux, sauf quil y a 10 lectrons de plus :

    La rgle de loctet devient la rgle des 18 lectrons

    2lectrons s

    10lectrons d

    6

    lectrons p

    + + = 18 lectrons pour tre satur

    PS : nous allons compter les lectrons via le modle covalent, il existe un autre systmebas sur le modle ionique

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    III- Compter les lectrons de valence

    Chaque phosphine apporte 2 lectrons :

    ligand de type L

    Une phosphine nentre en contact avec le mtalque par un seul atome :

    coordination de type 1 (hapticit 1)

    ex : Pd(PPh3)4 Pd : 5 d 8, 6 s 2, 6 p 0

    de la place pour 8 lectrons

    PPh

    PhPh

    PPh

    PhPh

    PPh

    PhPh

    PPh

    PhPh

    Ph 3P Pd

    Ph 3P

    Ph 3P

    PPh 3 satur, 18 lectrons

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    III- Compter les lectrons de valence

    Chaque chlore apporte 1 lectron :ligand de type Xcoordination de type 1 (hapticit 1)

    Chaque thylne apporte 2 lectrons :ligand de type Lcoordination de type 2 (hapticit 2)

    ex : (C2H4)2PdCl2 Pd : 5 d 8, 6 s 2, 6 p 0

    Pd

    Cl

    Cl insatur, 16 lectrons

    H

    H H

    H H

    H H

    H

    Cl : 3 p 5

    Cl : 3 p 5

    de la place pour8 lectrons

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    Prdire la ractivit :

    (C2H4)2PdCl 2 + CO (C2H4)(CO)PdCl 2 + C2H4

    - C 2H4

    (C2H4)PdCl 2CO

    16 e

    14 e

    16 e

    (C2H4)2(CO)PdCl 218 e

    - C 2H4

    COassociatif

    dissociatif

    trs probable

    III- Compter les lectrons de valence

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    Prdire la ractivit :

    Cr(CO) 6 + MeCN Cr(CO) 5(MeCN) + CO

    - CO

    Cr(CO) 5MeCN

    18 e

    16 e

    18 e

    Cr(CO) 6(MeCN)20 e

    - CO

    MeCNassociatif

    dissociatif trs probable

    III- Compter les lectrons de valence

    C l l d l

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    Prdire la stabilit :

    Ferrocne (Cp 2Fe)18 lectrons

    Trs stable

    (Pauson, 1951Wilkinson/Fisher, 1952

    Nobel 1973)

    Cobaltocne (Cp 2Co)19 lectrons

    rducteur trs puissant,donne facilement Cp 2Co+trs stable (18 lectrons)

    Nickelocne (Cp2Ni)20 lectronstrs ractif,

    perd facilement un Cp

    Fe Co Ni

    III- Compter les lectrons de valence

    III C l l d l

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    Ligands communs Type Nombre dlectrons

    H, halogne, alkyle, aryle, CN, COR,OR, OAc, NR2 X 1e

    CO, NR3, PR3, RCN, RNC, carbnes, R2O L 2ealcne, alcyne L 2e

    3-allyle LX 3e

    4-butadine L2 4e

    5-cyclopentadinyle L2X 5e

    6-benzne L3 6e

    M M

    M X MM

    MM M

    1-allyle 3-allyle1 2

    type X type L type X type LX type LX

    5-cyclopentadinyle

    III- Compter les lectrons de valence

    III C l l d l

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    Calcul du nombre dlectrons de valence, complexes neutres :

    Stable ainsi, pas la place demettre plus dlectrons, le titaneest trop petit

    Co

    Rh

    Cl

    PPh 3Ph 3P

    PPh 3 Rh : 5 s 2, 4 d 7 = 9 e

    PPh 3 = 3 x 2 e

    Cl = 1 e

    16 lectrons

    Fe

    OC

    OC

    OC CO

    COFe : 4 s 2, 4 d 6 = 8 e

    CO = 5 x 2 e

    18 lectrons

    PPh 2Me3Si

    SiMe 3

    Co : 4 s 2, 3 d 7 = 9 e

    P = 2 e

    alcyne = 2 e

    Cp = 5 e

    18 lectrons

    Ru

    Cl

    Cl

    P(Cy) 3

    P(Cy) 3

    Ph

    Ru : 4 s 2, 3 d 6 = 8 e

    Cl = 2 x 1 e

    P = 2 x 2 e

    carbne = 2 e

    16 lectrons

    Ti : 4 s 2, 3 d 2 = 4 e

    Cp : 2 x 5 eCl : 2 x 1 e

    16 lectrons

    Ti

    Cl

    Cl

    III- Compter les lectrons de valence

    III C t l l t d l

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    36

    Calcul du nombre dlectrons de valence, complexes chargs :

    Co : 4s 2, 3d 7 = 9 e

    N = 5 x 2 e

    Cl = 1 e

    20 lectrons

    [Co(NH 3)5Cl]Cl 2

    compos de [Co(NH 3)5Cl]2+ et de deux Cl

    charge 2+ = 2 lectrons perdus !

    18 lectrons

    III- Compter les lectrons de valence

    III Compter les lectrons de valence

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    37

    Calcul du nombre dlectrons de valence, complexes chargs :

    V : 4 s 2, 3 d 3 = 5 e

    CO = 6 x 2 e

    17 lectrons

    V(CO) 6

    charge = 1 lectron gagn !

    18 lctrons

    Rh : 5 s 2, 4 d 7 = 9 eCO = 3 x 2 e

    Alkyle = 1 e

    16 lectrons

    charge = 1 lectron gagn !

    17 lctrons

    OCRh

    OC

    CO

    SO 3

    la charge ne vient pas du mtal, mais du groupement SO 3

    III- Compter les lectrons de valence

    IV Degr doxydation

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    38

    IV- Degr d oxydation

    Cest simple, mais il faut faire apparatre les liaisons datives car elles ne comptent pas :

    Ph 3P Pd

    Ph 3P

    Ph 3P

    PPh 3 est en fait Ph 3P Pd

    Ph 3P

    Ph 3P

    PPh 3 car le palladium n'apporte "rien" dans la liaison

    Pd

    Cl

    Cl Pd

    Cl

    Clest en faitle palladium apporte deux lctronspour former les liaisons Pd Cl

    IV Degr doxydation

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    39

    IV- Degr d oxydation

    Le degr doxydation, cest le nombre de liaisons covalentes sans compter les datives

    On y ajoute un degr par charge positiveOn y retranche un degr par charge ngativeOn ignore les liaisons avec le mme lment

    Ph 3P Pd

    Ph 3P

    Ph 3P

    PPh 3

    Pd

    Cl

    Cl

    Fe

    Co

    Rh

    Cl

    PPh 3Ph 3P

    PPh 3

    Fe

    OC

    OC

    OC CO

    CO

    PPh 2Me3Si

    SiMe 3

    Ru

    Cl

    Cl

    P(Cy) 3

    P(Cy) 3

    Ph

    V(CO) 6 [Co(NH 3)5Cl]2+

    Pd(0)

    Fe(II)

    Rh(I)

    Pd(II)Fe(0)

    Ru(IV)

    Co(I)

    V(-I) Co(III)

    Pt 2Cl64

    Pt Pt

    Cl

    Cl

    Cl Cl

    Cl

    Cl

    2 2

    Pt(I)

    IV- Degr doxydation

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    40

    Mtaux de transition prcoces Mtaux de transition tardifs

    faibles lectrongativits fortes lectrongativits Degrs doxydation levs degrs doxydation faibles Centres mtalliques durs centres mtalliques mous OXOPHILES (acides de Lewis) CARBOPHILES (acides de Lewis )

    IV- Degr d oxydation

    V- Raction lmentaire 1 : hydrolyse

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    41

    V- Raction lmentaire 1 : hydrolyse,oxydation

    RMgXH3O+

    RH

    RMgXO2

    ROH ou ROOHH3O+

    RMgXCO 2

    RCO 2HH3O+

    Souvenez vous,les ractifs de Grignard sont trssensibles leau

    (ce sont des bases) et lair

    Les mmes ractions seront observes avecles alkyl-mtaux de transition.

    La liaison MC est tout aussi fragile, sauf sielle est protge cintiquement

    Stable lairCo

    OC

    CO 2Me

    CO 2Me

    V- Raction lmentaire 2 : complexation /

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    42

    V Raction lmentaire 2 : complexation /dissociation

    Dj vu, en voici dautres :

    Glissement dhapticit

    (5

    3)

    Les solvants sont aussi des ligands !

    Si peu dlectrons ? Tout est relatif !Gomtrie linaire impose, on nepeut pas en mettre plus

    Ph 3PAu + + AuPPh 3

    +

    12 e

    14 e

    Co

    OC CO18 e

    + CO Co

    OC COCO18 e

    Cp 2HfCl2 +

    O

    Cp 2HfCl2(THF)

    16 e 18 e

    V- Raction lmentaire 2 : complexation /

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    43

    Co

    OC CO

    18 e 16 e

    Co

    OC

    h

    - CO

    RuCl- COD

    RuCl

    18 e

    14 e

    COD = 1,5-cyclooctadinyle

    Le Cp pentamthyl scrit Cp* :

    le complexe de dpart est Cp*Ru(COD)Cl

    En chatouillant un peu (chauffage, irradiation)

    V Raction lmentaire 2 : complexation /dissociation

    Dj vu, en voici dautres :

    V- Raction lmentaire 3 : change de ligands

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    44

    V Raction lmentaire 3 : change de ligands

    Il sagit soit une combinaison de complexation et de dissociation

    Cr(CO) 6 Cr(CO) 5(MeCN)- CO

    Cr(CO) 5

    MeCN

    18 e 16 e 18 e

    (C2H4)2PdCl 2CO

    (C2H4)(CO)PdCl 2

    16 e 16 e

    (C2H4)2(CO)PdCl 2

    18 e- C 2H4

    dissociatif (type S N1)

    associatif (type S N2)

    (peut tre concert)

    V- Raction lmentaire 3 : change de ligands

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    45

    avec au besoin un coup de pouce (chauffage, irradiation, mtathse danion),

    AuPPh 3

    +

    12 e 14 e

    Ph 3PAu Cl + AgSbF 6AuPPh 3

    +

    SbF 6-

    14 e

    - AgCl

    Co

    OC CO

    18 e 16 e

    Co

    OC

    h

    - CO

    Me3Si SiMe 3

    18 e

    Co

    OC

    Me 3Si

    SiMe 3

    V Raction lmentaire 3 : change de ligands

    V- Raction lmentaire 3 : change de ligands

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    46

    soit le rsultat dune transmtallation : un ligand passe dun mtal un autre.

    MX + mR MR + mXX = bon groupe partant (halogne, OTf )m = Li, Mg, Zn, Sn, Al, B

    Ex :WCl6 + 6 AlMe3 WMe6 + 6 AlClMe2

    V Raction lmentaire 3 : c a ge de ga ds

    EtCp 2Zr

    Et

    ClCp 2Zr

    Cl + 2 EtMgBr + 1 /2 MgBr 2 + 1 /2 MgCl 2

    V- Raction lmentaire 4 : addition oxydante

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    47

    y

    Il faut des lectrons d sur le mtal pour que a marche, oubliez les d 0 Composs non ou faiblement lectrophiles cassants : H 2, SiH, NH, CH, CC, SS, CX

    Lorbitale de H2 interagitavec une orbitale vacantedu mtal.Une orbitale pleine dumtal interagit aveclorbitale* de H

    2,

    do un affaiblissement dela liaison conduisantinfine sa rupture

    IrPh 3P

    OC PPh 3

    ClIr

    Ph 3P

    OC PPh 3

    Cl

    H H

    IrPh 3P

    OC PPh 3

    H

    H

    Cl

    Ir(I), 16 e Ir(I), 18 e Ir(III), 18 e

    +H2

    orbitale vacante

    complexe intermdiare,

    pas trs stable, peut ne pas exister

    oxydation

    relation cis des deux H

    RhPh 3P

    Ph 3P PPh 3

    ClRh

    Ph 3P

    Ph 3PSiEt 3

    H

    Cl- PPh 3

    RhPh 3P

    Ph 3P

    Cl

    HSiEt 3Rh

    Ph 3P

    Ph 3P

    Cl

    H

    SiEt 3cis

    V- Raction lmentaire 4 : addition oxydante

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    48

    y

    Les arylX et vinylX (X = halogne, OTf ) entrent galement dans cette catgorie :

    Rh

    Me 3P

    Rh

    Me 3P

    P Pd P t Bu

    t Bu

    t Bu

    t Bu

    t But Bu

    Pd(0), 14e

    trs encombr !

    - P t Bu3P Pd

    t Bu

    t But Bu

    Pd(0), 12e

    PhI

    P Pd

    t Bu

    t But Bu

    I

    Ph

    existence fugace

    Pd(0), 14e

    P Pd

    t Bu

    t But Bu

    I

    Ph

    Pd(II), 14e

    NMe 2

    H

    PdCl 2 NMe 2

    Pd PdCl

    NMe2

    orthomtallation

    - HClCl2H

    V- Raction lmentaire 4 : addition oxydante

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    Composs non ou faiblement lectrophiles incassables :* alcynes, alcnes

    couplagesoxydants

    Trs favorables,

    Des liaisons CC sonttransformes en CCbeaucoup plus fortes

    Me3P PtPMe 3

    PMe 3RR

    Pt

    PMe 3

    PMe 3R

    R

    platinacyclopropne -PMe 3

    Pt(0) Pt(II)

    Cp 2Zr Cp 2Zr

    Zr(II), 14e Zr(II), 18e Zr(IV), 16e

    Cp 2Zr

    CpCo(CO) 2h

    CpCo CpCo CpCo- 2 C O

    2

    Co(I), 18e Co(I), 14e Co(I), 18e Co(III), 16e

    Cp 2Zr

    Zr(II), 16e

    CrPPh 2

    Ph 2P

    Cl

    Cl

    NMe CrPPh 2

    Ph 2P

    Cl

    Cl

    NMe

    Cr(III), 15e Cr(V), 13e

    chromacyclopentane

    zirconacyclopentne

    cobaltacyclopentadine

    * On verra au moment de la mtathse que les alcnes peuvent parfois tre casss.

    V- Raction lmentaire 4 : addition oxydante

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    50

    Composs lectrophiles : X 2 (X = halogne), O2, RX (X = gpt partant : halogne, OTf, OTs )

    (Attention linversion deconfiguration si RX chiral !)

    Ir

    Ph 3P CO

    PPh 3Cl

    Ir

    Ph 3P

    OC PPh 3

    Cl

    CH3

    BrIr(I), 16 e

    Ir(III), 18 erelation trans

    BrC

    H

    HH

    IrPh 3P

    OC PPh 3

    Cl

    CH 3

    Ir(III), 16 e

    + Br

    +

    S N 2

    Re

    COCO

    CO CO

    COCl

    H H

    + Re

    COCO

    CO CO

    CO + Cl

    Re(-I), 18e Re(I), 18e

    Re

    CO

    CO CO

    CO

    1) dissociation 2) glissement d'hapticit 1 vers 3

    Re(I), 18e

    -CO

    S N 2

    V- Raction lmentaire 4 : addition oxydante

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    51

    Plus dexemples avec les drivs allyliques :

    VIA UNE SN2 !!!

    L Pd L

    Pd(0), 14e

    Pd

    L

    L

    Pd(II), 16e

    X

    X = Cl, Br, OAc ...

    X

    OAc

    R

    H+ PdL 2

    R

    H

    PdL 2OAc

    V- Raction lmentaire 5 : limination rductrice

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    52

    Cest linverse de laddition oxydante, le mtal peut avoir envie de rcuprer des lectrons perdus

    donc il doit en manquer(degr doxydation lev, faible nombre dlectrons

    De plus, les ligands limins doivent tre en relation cis et la liaison cre doit tre forte (C C par exemple)

    Pt

    PPh 2

    Ph 2P CH

    3

    CH 3

    CH3

    I

    Pt(IV), 18e

    Pt

    PPh 2

    Ph 2P CH 3

    CH3

    CH3

    Pt(IV), 16e

    Pt

    PPh 2

    Ph 2

    P CH 3

    Pt(II), 14e

    +

    PtPPh 2

    Ph 2P CH 3

    I

    Pt(II), 16e

    CH3CH3

    + I

    - I

    V- Raction lmentaire 5 : limination rductrice

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    53

    Autres exemples

    ClCp*Ru Cp*RuCl +

    (Ph 3P) 2ClRh

    OO

    RhCl(PPh 3)2 +

    PdPh 3P

    PPh 3

    SiMe 3

    SiMe 3 Pd(PPh 3)2 SiMe 3Me3Si+

    V- Raction lmentaire 6 : insertion

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    Formation dune liaison forte(gnralement C C),par couplage de deux ligands.

    Cette opration cre

    une lacune lectronique

    Elle peut avoir lieu dans deux sens :

    Dans tous les cas les ligandsconcerns doivent setrouver en relation cis

    MnOC

    OC CO

    CH3

    CO

    CO

    MnOC

    OC CO

    CO

    O CH 3

    MnOC

    OC CO

    CO

    O CH 3

    L

    +L

    Mn(I), 18eMn(I), 16e Mn(I), 18e

    MnOC

    OC CO

    CH3

    C

    CO

    Mn(I), 18e

    MnOC

    OC CO

    CO

    O CH 3

    Mn(I), 16e

    MnOC

    OC CO

    CH3

    C

    CO

    Mn(I), 18e

    MnOC

    OC CO

    CO

    O

    CH3Mn(I), 16e

    implique un ligand anioniquequi effectue une attaquenuclophile sur un ligand neutre

    implique un ligand neutre quis'insre dans une liaison M C

    Migration :

    Insertion :

    O

    O

    V- Raction lmentaire 6 : insertion

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    55

    Bien quil existe deux processus distincts (la migration et linsertion), on parle en gnral sansdistingo dinsertion migratoire , ou tout simplement d insertion sans tenir compte du mcanisme

    Ici, le ligand thyle se retrouve spar dun carbone du mtal, on parle donc dinsertion 1,1 .

    Fe

    C EtPh3P

    O

    *

    FePh 3P

    *

    OEt

    FeCOPh 3P

    *

    OEt

    inversion

    FePh 3P

    *

    O

    Et

    Fe

    OCPh 3P

    *

    O

    Et

    rtention

    Et migre

    CO s'insre HMPA

    CH3NO2

    CO

    CO

    V- Raction lmentaire 6 : insertion

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    56

    Cas des carbnes :

    Ici, le ligand phnyle se retrouve spar dun carbone du mtal, on parle donc dinsertion 1,1 .

    W

    CH3

    Ph

    H

    W

    CH2

    PhNCMe

    W

    CH2

    NCMe

    Ph

    Ph 3C

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    V- Raction lmentaire 6 : insertion

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    58

    Aprs la premire insertion, le ligand mthyle se retrouve spar de deux carbones parrapport au mtal, on parle donc dinsertion 1,2 .

    Cas des alcnes :

    Cette raction correspond quasiment toute ractionde polymrisation catalyse par un mtal de transition !!

    ZrCH 3 Zr

    CH3Zr

    CH3

    ZrCH3

    ZrCH

    3

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    V- Raction lmentaire 6 : insertion

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    60

    Cas particulier des alcnes et des hydrures :

    La migration de lhydrure au niveau de lalcne complex donne lieu une espce rarement stable :un alkyl-mtal de transition prsentant au moins un atome dhydrogne en du mtal. La ractioninverse, souvent trs favorable, est appel-limination. Pour viter cette raction, il faut rapidementbloquer la lacune.

    M H

    HH

    +

    M H

    HHH

    HH

    H

    M

    HH

    HH H

    migration

    -limination

    NbH R

    *

    *

    Nb

    *

    *

    RH

    CONb

    *

    *

    RH

    CO

    V- Raction lmentaire 6 : insertion

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    61

    Cas particulier des alcnes et des hydrures :

    Parfois, il est possible disoler des complexes pour lesquels la lacune du mtal interagit avecla liaison CH. Ces intermdiaires prorganiss pour une -limination, ne sont gnralementque des tats de transitions. Leur existence dmontre la complexation de la liaison CH.La liaison CH sert de ligand, le mtal rtrocde des lectrons dans la * CH,par consquent celle-ci sallonge (1,20 au lieu de 1,09 )

    Ce type de liaison sappelle liaison agostique (Brookhardt, Green, 1983)

    Co

    R3P

    H

    Co

    R3P

    + H+

    * *

    Co

    R3P

    *

    H

    H

    H

    V- Raction lmentaire 7 : liminations nonrductrices

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    62

    rductrices

    Cest linverse des insertions que nous venons de voir :

    M

    HH

    HM

    H

    -limination

    trs frquent

    M

    O

    M

    R

    CO

    dcarbonylation

    assez rareR

    M M

    H

    -liminationplus rare

    R

    H

    H

    R

    V- Raction lmentaire 7 : liminations nonrductrices

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    63

    rductrices

    Plus dexemples impliquant des -liminations :

    Cp 2Zr HCp 2Zr H

    - Et HCp 2Zr

    ReCH3

    Ph 3PH3C

    *

    + Ph 3C+

    HRe

    Ph 3PH3C

    *

    CH2Re

    Ph 3P

    *

    Re

    Ph 3PH

    *

    Co

    H3CH3C

    *

    Co

    H3C

    *

    Co

    H3CH

    *

    Co

    Me 3P

    *

    CH2=CH 2

    PMe 3

    + CH 4 +

    V- Raction lmentaire 7 : liminations nonrductrices

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    64

    R1 X

    '+

    Pd II

    H

    H'

    H

    R1

    '

    '

    *R1

    R1

    Pd 0

    rductrices

    Plus dexemples impliquant des -liminations :

    Linsertion des alcnes est un processus SYN

    La -limination aussi !

    VI- Attaque sur les ligands

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    65

    Ractions de base : abstractions lectrophiles

    Fe(CO) 2CpMe

    DCl ou D 2SO 4ou CF 3CO 2D ...

    DMe

    rtention de strochimie

    Fe(CO) 2Cp

    D H

    H D

    t -Bu

    Br2

    Br

    Br

    H D

    H D

    t -Bu

    + BrFe(CO) 2Cp

    inversion de strochimie

    18e

    ZrClCp 2

    D H

    H D

    t -Bu

    Br2Br

    D HH

    D

    t -Bu

    + BrZrClCp 2

    rtention de strochimie

    16e

    Cp 2ClZr BrBr

    R DH

    via

    VI- Attaque sur les ligands

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    66

    Substitution lectrophile aromatique (Friedel-Crafts) :

    Fe

    DD

    D DD CH 3COCl

    AlCl3Fe +

    D

    D

    D

    D

    H3COC

    Fe +

    DD

    D COCH 3D

    DH

    - H+Fe

    DD

    D COCH 3D

    D

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    VI- Attaque sur les ligands

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    69

    Attaque nuclophile sur carbne :

    (OC) 5CrOMe

    Ph

    RNH 2(OC) 5Cr

    NHR

    Ph

    + MeOH

    (OC) 5CrOMe O

    +

    H+

    (OC) 5CrOMe O

    VI- Attaque sur les ligands

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    70

    Attaque nuclophile sur acylmtaux, premier cycle catalytique :carbonylation dhalognures

    Br Pd(PPh 3)4 (cat.)

    CO, MeOH, base

    O

    OMe

    Pd(PPh 3)2

    PhBr

    Ph 3P Pd

    Br

    Ph 3P

    Ph

    CO

    PPh 3

    Ph 3P Pd

    Br

    CO

    Ph

    PPh 3

    Ph 3P Pd

    Br

    PPh 3

    Ph 3P Pd

    Br

    PPh 3

    H

    MeOHO

    OMe

    B:

    HB+Br-

    Pd(PPh 3)4

    - 2 PPh 3

    O

    Ph

    VI- Attaque sur les ligands

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    71

    Attaque nuclophile sur polynes et polynyles :Les polynes, tel que le benzne, ragissent gnralement avec les ractifs lectrophiles.Leur complexation un mtal renverse cette ractivit (effet umpolung ), ils deviennent ractifs vis--visdes nuclophiles.

    Cr

    OC COCO

    MeLiCr

    OC COCO

    Me

    H

    La ractivit des polynes peut tre prdite. Des rgles qualitatives ont t dveloppes parGreen, Davies, et Mingos (1978).

    Ces rgles concernent les complexes 18 lectrons ragissant sous contrle cintique.

    VI- Attaque sur les ligands

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    72

    Attaque nuclophile sur polynes et polynyles:

    Rgles de Green-Davies-Mingos :

    1. Les polynes complexs (hapticit paire, ligand L)sont plus ractifs que lesligands polynyles (hapticit impaire, ligand LX)

    2. Les ligands ouverts sont plus ractifs que les ligands ferms (cycliquestotalement conjugus)

    3. Les polynes ouverts ragissent exclusivement par leur carbone terminal (lespolynyles ouverts ragissent gnralement par leur carbone terminal sauf si le mtal

    est -basique).

    Si deux rgles saffrontent, la rgle 1 lemporte sur la rgle 2.

    > > > >> > > >

    polynes polynyles

    peu ractifs,Friedel-Crafts possible

    VI- Attaque sur les ligands

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    73

    Fe +

    OCOC

    impair, ferm

    pair, ouvert

    Mo+

    PPh 2

    Ph 2P

    pair, ferm

    impair, ouvert CO

    Mo+

    Cp

    impair, ouvert

    pair, ouvert

    Fe +

    OC

    OC

    Nu

    Fe

    OC

    OCNu

    Nu = OR , SR , R 2NH, nolate, namine ...

    Attaque nuclophile sur polynes et polynyles:

    VI- Attaque sur les ligands

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    74

    Attaque nuclophile sur polynes et polynyles :lattaque a lieu en anti par rapport au centre mtallique

    M

    Nu

    M

    Nu

    Fe +

    OCOC

    Nu+ Fe

    OCOC Nu

    VI- Attaque sur les ligands

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    75

    Attaque nuclophile sur polynes et polynyles :lattaque a lieu en anti par rapport au centre mtallique

    PdL L

    PdL L

    NuNu

    Nu

    Mo+OC CO

    Nu

    Mo(CO) 2Cp

    Nu

    Mo(CO) 2Cp

    H

    H

    Ph 3C+

    Nu

    Mo+(CO) 2Cp

    Nu...

    3-allyle

    4-dine

    VI- Attaque sur les ligands

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    76

    Attaque nuclophile sur polynes et polynyles : second cycle catalytiqueRaction de Tsuji-Trost

    OAc + Nu -Pd(0)

    Nu+ OAc -

    ex : Pd(PPh 3)4

    OAc

    PdL 4

    PdL 2

    OAcL2Pd

    PdL 2 AcONu -

    AcO -

    NuL2Pd

    Nu

    Strochimie : composs acycliques

    VI- Attaque sur les ligands

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    77

    p y q

    PhMe

    OAc NaCH(CO 2Me)2Pd(PPh 3)4

    PhMe

    CH(CO 2Me) 2PhMe

    OAc

    ou PhMe+

    CH(CO 2Me)2

    92 : 8

    PdMe Ph

    rtention de strochimie de la double liaison et du centre strogne

    (ce n'est pas toujours le cas)le mme rgioisomre majoritaire est obtenu dans les deux cas,intermdiaire commun !

    Strochimie : composs cycliques

    VI- Attaque sur les ligands

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    78

    y

    R

    OAc

    R

    Pd

    Pd(0)

    inversion

    Nu

    inversion Nu

    R

    rtention

    CO 2Me

    OAc

    NaCH(CO 2Me) 2Pd(PPh 3)4

    CH(CO 2Me)2

    CO 2Me

    CO 2Me

    Pd

    OAcHO

    NaCH(CO 2Me) 2Pd(PPh 3)4 CH(CO 2Me) 2HO

    VI- Attaque sur les ligands

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    79

    Attaque nuclophile sur polynes et polynyles :lattaque a lieu en anti par rapport au centre mtallique

    5-dinyle

    Mn+

    OC COCO

    RLiMn

    OC COCO

    R

    H

    CF 3CO 2H

    CH3CN

    R

    + H2

    + (CH 3CN) 3Mn(CO) 3+ 4-arne

    Nu1

    Fe(CO) 3

    Ph 3C+H

    H

    Fe +(CO) 3 Fe(CO) 3

    Nu1

    Ph 3C+

    Fe +(CO) 3

    Nu1Nu2

    Fe(CO) 3

    Nu1Nu2R3NO

    Nu1Nu2

    VII- Catalyse

    1955 Ziegler Natta, polymrisation des olfines ( Nobel 1963)

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    80

    1959 Procd Wacker, oxydation des olfines

    1964 Banks Baley, mtathse des olfines

    1965 Wilkinson, hydrognation des olfines pr RhCl(PPh 3)3 (Nobel 1973 pour le ferrocne)

    1968-1971 Horner, Knowles, Kagan, hydrognation asymtrique des olfines

    1970 Chauvin, mcanisme de la mtathse des olfines

    1971 Procd Monsanto de fabrication de lacide actique

    1971-1972 Couplage de Mizoroki-Heck

    1980 Sharpless , poxydation asymtrique dalcools allyliques

    1988 Noyori, hydrognation asymtrique des olfines

    1975-1997 Schrock Grubbs , mtathse cyclisante des diolfines

    2001 Knowles, Sharpless et Noyori reoivent le prix Nobel (catalyse asymtrique)

    2005 Grubbs , Schrock et Chauvin reoivent le prix Nobel (mtathse)

    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes :

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    81

    Hydrognation des alcnes :R + H2 R

    LnM + H2 LnM

    H

    H

    LnM-X + H2 LnM-H + HX

    LnM + H2 + B: [L nM-H] + H+:B

    addition oxydante

    hydrognolyse

    coupure htrolytique

    Activation de H2 :

    Addition oxydante : il faut des lectronsd donner (configurationd 2 ou suprieure) et une lacunepour accueillir H2.

    Hydrognolyse : cas des mtauxd 0, des lanthanides et des actinides. Une lacune est galementncessaire pour accueillir H2 mais le degr doxydation ne change pas.

    Coupure htrolytique : utilisation dune base externe, typique pour Ru(II)

    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes : Ph 3P PPh 3 H PPh 3H

    + H2

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    82

    Catalyseur de Wilkinson :Rh(PPh3)3Cl

    RhPh 3P Cl

    RhPh 3P Cl

    PPh 3

    - PPh 3

    RhPh 3P

    PPh 3

    Cl

    Rh

    Ph 3P

    H PPh 3

    Cl

    H

    Rh

    Ph 3P

    PPh 3

    Cl

    HH

    R

    - PPh 3

    + H2

    Rh

    Ph 3P

    H PPh 3

    Cl

    H

    R

    R

    RS

    S = solvant f aiblement coordin

    voie 1000 f ois plus lente

    largement covalent, la r action est compatible avec la prsence d'aldhydes, de ctones,d'esters, de nitr iles ...

    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes :TOF (h -1)

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    83

    Hydrognation des alcnes :

    Rh

    Ph 3P

    Ph 3P PPh 3

    Cl

    Wilkinson

    RhPPh 3

    PPh 3PF 6Schrock-Osborn

    PF 6Crabtree

    650 700 13 ---

    4000 10 --- ---

    6400 4500 3800 4000IrPCy 3

    N

    Les catalyseurs cationiques, plus lectrophiles, sont les plus actifs. Ils favorisent la complexation delalcne, ce qui est souvent ltape cintiquement dterminante.

    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes :

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    84

    y g

    Ractivit des alcnes :

    Slectivit :

    CN > OH > > OEt >

    R > >R

    R> R >

    R

    RR >

    R

    RhPh 3P

    Ph 3P PPh 3

    ClO O

    95%

    H2, 25 CH

    H

    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes :

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    85

    y g

    Chimioslectivit :

    Gnralement pas touchs dans ces conditions douces :

    R

    O

    H R R

    OR C N R- NO 2

    RhPh 3P

    Ph 3P PPh 3

    Cl

    95%

    + +H2, 25 C

    mais :

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes : nantioslectivit

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    87

    Ligand de Knowles (DIPAMP, 1968)

    95% des ractions dhydrognation utilisent des catalyseurs htrognes tel que Pd/C ou nickel deRaney. Cependant lacatalyse homogne domine enhydrognation asymtrique .

    Le premier exemple dimportance industrielle date des annes 1970. Bill knowles (Monsanto) a montrquune version du catalyseur de Schrock-Osborn contenant un ligand bidentate de symtrie C2, le (R ,R )-DIPAMP, conduisait des produits hautement nantioenrichis aprs hydrognation dalcnes conjugusdrivs de lacide acrylique . Cette stratgie a t exploite ds 1974 pour la synthse industrielle de laL-DOPA, un anti-Parkinsonien puissant.

    AcO

    MeO

    CO 2H

    NHAc

    L-Dopa (ou S -Dopa)97% ee

    AcO

    MeO

    CO 2H HO

    HO

    CO 2HH2

    cat. chiral

    cat. = [Rh(( R ,R )-DIPAMP)COD] +BF 4- 100%95% ee

    NHAc NH2

    H3O+

    P P

    MeO

    OMe

    (R ,R )-DIPAMP

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    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes : nantioslectivit, version simplifie du mcanisme.

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    89

    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes : nantioslectivit

    i d d (DIOP 1971)

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    90

    Ligands de Kagan (DIOP, 1971)

    PPh 2PPh 2

    [Rh(cyclooctne) 2Cl]2CO 2H

    NHAc

    CO 2H

    95%72% ee

    NHAc

    (espce active forme in situ )

    O

    O

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes : nantioslectivit

    Lig nds de Togni (JOSIPHOS 1994)

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    92

    Ligands de Togni (JOSIPHOS, 1994)

    Fe

    NO

    H2

    HNO

    80% ee

    NO

    OCl

    (S )-metolachlor (Ciba-Geigi puis Novartis)(herbicide)

    Ir-1

    P Ph 2 P

    Me 2

    1

    O

    NHN

    O

    O

    Ph

    Me

    H2

    O

    NHN

    O

    O

    Ph

    Me

    H H

    99% de (+)-biotine (Lonza Fine Chemicals)(vitamine H ou B 7)

    S

    NHHN

    O

    H HCOOHRh- 2

    Fe

    PPh 2 P (t -Bu) 2

    Me

    2

    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes : nantioslectivit

    Ligands de Togni (JOSIPHOS 1994)

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    93

    Ligands de Togni (JOSIPHOS, 1994)

    N.H3PO 4

    OMe

    NH

    OMe89% ee

    NCH 3

    MeO

    H

    dextromethorphan(antitussif)

    H2

    Ir-3Fe P

    OCH 3

    P (t -Bu) 2

    2

    3

    O

    CO 2Me

    O

    CO 2MeH

    H

    methyl dehydrojasmonateou (++++)-cis -Hedione (Firmenich)(ingrdient de parfum)

    H2

    Ru- 4Fe P

    4

    PCy2Me

    CF 3

    2

    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes : le ruthnium agit par activation htrolytique de H 2, pas de

    changement du degr doxydation

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    94

    changement du degr d oxydation.Phase 1 : gnration de lespce active

    Ru

    Ph 3P

    Cl PPh 3

    Cl

    PPh 3

    + B: + H2

    RuPh 3P

    Cl PPh 3

    Cl

    PPh 3

    HH

    +

    RuPh 3P

    Cl PPh 3

    Cl

    PPh 3

    H

    H:B

    +

    RuPh 3P

    Cl PPh 3

    H

    PPh 3

    + HCl

    RuPh 3P

    Cl PPh 3

    Cl

    PPh 3

    H- BH +

    +B:

    -ClRu

    Ph 3P

    Cl PPh 3

    H

    PPh 3

    hydrogenolyse

    coupure htrolytique

    B:H + Cl

    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes : le ruthnium agit par activation htrolytique de H 2, pas de

    changement du degr doxydation

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    95

    Ru

    Ph 3P

    Cl PPh 3

    H

    PPh 3

    Ru

    Ph 3P

    Cl PPh 3

    H

    PPh 3

    R

    Ru

    Ph 3P

    Cl PPh 3

    PPh 3

    R

    RuPh 3P

    Cl PPh 3

    PPh 3

    RHH

    +

    RR

    H2

    changement du degr d oxydation.Phase 2 : cycle catalytique

    VII- Catalyse

    Hydrognation des alcnes :

    Cas des lanthanides (Tobin Marks) H

    * *

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    96

    Cas des lanthanides (Tobin Marks)

    (Cp*2LuH)2 est lun des catalyseurs

    les plus actifs :

    TOF = 120000 hr-1 sous 1 atm de H2 25 C !!

    LuH

    H Lu* *

    LuH

    *

    *

    LuH

    *

    *

    R

    Lu

    *

    *R

    Lu

    *

    *R

    H H

    + H2

    R

    R

    VII- Catalyse

    Hydrosilylation des alcnes et des alcynes :

    Trs similaire lhydrognation. Catalyseurs classiques base de Pd, Pt, ou Rh.

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    97

    Trs similaire l hydrognation. Catalyseurs classiques base de Pd, Pt, ou Rh.

    (Parish, 1978)

    RhPh 3P

    Ph 3P PPh 3

    Cl

    20%

    H SiEt 3+0,001 mol%

    SiEt 3

    SiEt 3

    +

    65%

    R R

    H Si R3+R3Si

    HPd(PPh 3)4

    VII- Catalyse

    Hydrosilylation des alcnes et des alcynes :

    (Parish, 1978)

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

    98/133

    98

    ( , )

    RhPPh3

    PPh3Ph3PCl

    RhPPh3

    PPh3Cl

    H SiEt3

    H Rh PPh3

    PPh3

    SiEt3

    Cl

    R

    R

    R

    SiEt3H

    ci s !

    R SiEt3H

    RhH PPh3

    PPh3

    SiEt3

    Cl

    RhH PPh3

    PPh3

    SiEt3

    Cl

    RhPPh3

    PPh3

    SiEt3

    ClR

    H

    R

    SiEt3

    RhPPh3PPh3

    SiEt3

    ClEt3Si

    HR

    R SiEt3

    H

    H

    isomrisation hydrosilylation

    - PPh3

    VII- Catalyse

    Hydrocyanation des alcnes :

    L H R

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

    99/133

    99

    R + HCN RNC

    Hcat.

    cat. = Ni[P(O(- o -Tol) 3]4

    + 2 HCNcat.

    CNNC

    adiponitrile

    Nylon-6,6 (Du Pont)

    NiL CN

    L NiCNH

    L

    R

    NiL

    L

    CN HR

    NCH

    R

    [NiL2][NiL4]

    HCN

    VII- Catalyse

    Hydroformylation des alcnes (raction OXO):

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

    100/133

    100

    Reprsente le processus de catalyse homogne le plus important en tonnage (+ de 20 millions de tonnespar an).Les aldhydes forms seront utiliss en synthse organique, comme ingrdient de parfum, ou commeprcurseurs dalcools entrant dans la composition des dtergents.

    Les catalyseurs sont base de Co ou de Rh. Le premier avoir t utilis est Co2(CO)8 (Roelen, 1938). La

    slectivit linaire vs branch peut tre contrle par la pression ou par la nature du catalyseur. Aujourdhuion utilise galement HCo(CO)3PBu3 ou HRh(CO)4 + PPh3 (Union Carbide) ou encore HRh(CO)4 + TPPTS(Rhodia).

    R + CO + H2cat.

    R O

    HH+

    R H

    HO

    linaire branch

    120-170 C200 - 300 atm

    cat. = Co 2(CO) 8

    Co 2(CO) 8 + H2 2 HCo(CO) 4

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    1/2 O 2 + H+

    VII- Catalyse

    Procd Wacker : synthse de lactaldhyde (utilis en synthse organique, dans l'industrie desmatires plastiques, des parfums et des colorants, comme agent de prservation alimentaire et commeagent de saveur.

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    102

    Cl-

    Cl3Pd

    H2O

    H+

    Cl3PdH2C CH 2OH

    2-

    Cl-Pd

    OH

    ClCl

    H Cl-

    Cl3PdHC CH 3O

    H

    2-

    2 Cl - +CH3

    O+ HCl

    Pd(0)

    4 Cl -

    2 Cu 2+

    2 Cu +

    1/2 O 2 + H

    H2O

    [PdCl 4]2-

    + O 2Pd/Cu

    H2O H

    O

    VII- Catalyse

    Procd Monsanto : synthse de lacide actique (1 million de tonnes par an)

    deux cycles imbriqus

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    103

    MeOH + COcat. (Rh, I -)

    MeCO 2H

    cat. = [Rh(CO) 2I2]-, gnr in situ partir de RhCl 3, LiI et CO

    140 C, 30-40 atm

    RhI

    OC CO

    I

    HI

    CH3I

    CH3OH

    + H 2O

    RhI

    OC CO

    I

    CH3

    I

    RhI

    OC

    II

    CH3

    O+ CO

    RhI

    OC

    II

    CH3

    OCO

    + H2O

    cycle A

    cycle B

    O

    IH3C

    O

    OHH3C

    VII- Catalyse

    Ractions de couplage :

    Une raction de couplageR-X + R'-SnR 3

    Pd(0)

    R-R' + XSnR 3STILLE

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    104

    Une raction de couplagepermet la formation duneliaison carbone-carbone partir de ractifs qui neragiraient pas entre eux enlabsence dun catalyseur. Laliaison cre implique le plussouvent deux carbonessp ousp 2, plus rarementsp 3(couplagesp 3 / sp ou sp 3 / sp 2rare, couplagesp 3 / sp 3 trsrare).Les couplages mettent donc en jeu des drivs aryliques,vinyliques ou actylniques.

    (X = halogne, OTf)Ils portent le nom de leursinventeurs.

    R-X + R' -ZnRPd(0)

    R-R' + XZnR

    R-X + R' -B(OH) 2Pd(0) R-R' + XB(OH) 2

    R-X +Pd(0)

    + HXR'

    R'

    R

    R-X +Pd(0)

    + HXR' R'R

    NEGISHI

    SUZUKI

    HECK

    SONOGASHIRA

    KUMADA-CORRIU

    HIYAMA

    R-X + R' -MgClPd(0)

    R-R' + XMgCl

    R-X + R' -SiR 3Pd(0)

    R-R' + XSiR 3

    base

    base

    base

    VII- Catalyse

    Couplages despces organomtalliques (R-M)avec des halognures (ou triflates) :

    Le catalyseur est

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    105

    R-X + R' -MPd(0)

    R-R' + MX

    L Pd L

    PdL

    L R

    X

    + R-X

    R' -MM-X

    PdL

    L R

    R'

    R' -R

    transmtallation

    souvent base dePd(0), mais pastoujours !

    X = halogne, OTfM = MgX, ZrCp2Cl, ZnX, SnR3, B(OR)2, AlMe2, SiR3, Cu,

    Mcanisme simplifi :

    Ltape daddition oxydantencessite du Pd(0).

    Celui-ci peut tre gnrin situ partir dune source de Pd(II),souvent moins coteuse et plusstable lair.

    VII- Catalyse

    Couplages despces organomtalliques (R-M)avec des halognures (ou triflates) :

    PdCl2, Pd(OAc)2, ou encore Na2PdCl4 sont des complexes peu coteux qui peuvent tre transformsin situ en Pd(0) :

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    106

    en Pd(0) :

    NEt

    2

    PdL 2XH

    XPdL 2X2Et3N

    HPdL 2X

    NEt 2 X

    PdL 2 + HX

    -

    PdL 2X2 XH

    PdL 2X

    X-HPdL 2X PdL 2 + HX

    PdL 2X2 PdL 2X PdL 2 + R R2 R M R

    R+ 2 MX

    Pd2 PPh 3

    Pd(OAc) 2Ph 3P

    AcO

    OAc

    PPh 3

    Pd 0(PPh 3)(OAc)- + AcO-PPh 3

    +

    H2OO=PPh 3 + AcOH

    PPh 3Pd 0(PPh

    3)2(OAc) - (espce active)

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    VII- Catalyse

    Couplages despces organomtalliques (R-M)avec des halognures (ou triflates) :

    Couplage de Suzuki (1979)

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    109

    VII- Catalyse

    Couplages despces organomtalliques (R-M)avec des halognures (ou triflates) :

    Couplage de Suzuki (1979)

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    110

    L Pd L

    Pd

    L

    L R

    X

    + R-X

    R' -B(OH) 3B(OH) 3X

    Pd

    L

    L R

    R'

    R' -R

    transmtallation

    R' -B(OH) 2 + NaOH

    VII- Catalyse

    Couplage de Mizoroki-Heck : (1971-1972)

    R X +Pd(0)

    + B HXR

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    111

    R-X + + Base -HXR'

    R'Base

    OHO 2C Br + OEt

    O

    Pd(OAc) 2 (5 mol%)P( o -Tol) 3 (20 mol%)

    Et3N, 100 C

    OHO 2CO

    OEt

    Br+ OEt

    O

    Pd(OAc) 2 (5 mol%)

    P( o -Tol) 3 (20 mol%)

    Et3N, DMF

    OOEt

    OTf+

    O

    Pd 2(dba) 3 (3 mol%)

    L* (6 mol%)

    i -Pr 2NEt, THF98% ee

    L* =O

    PPh 2PPh 2

    VII- Catalyse

    Couplage de Mizoroki-Heck : (1971-1972)

    R X +Pd(0)

    + Base HXR

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    112

    Chimio- et rgiolectivit, un problme surtout strique :

    R-X + + Base -HXR'

    R'Base

    CH2=CH2 > CH2=CH-OAc > CH2=CH-Me > CH2=CH-Ph > CH2=C(Me)Phkrel: 14000 970 220 42 1

    CO 2Me

    100 0

    CN

    100 0

    Ph

    100 0

    CO 2Me99

    1

    Ph

    100

    80

    20

    Ph79

    21 90 10

    HO

    VII- Catalyse

    Couplage de Mizoroki-Heck : (1971-1972)

    R3P Pd PR 3+ [HBase]X + [HBase]X

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    113

    R3P Pd PR 3

    R

    PdR3P X

    PR 3

    R

    PdR3P PR 3

    X

    X

    R'

    +

    R

    PdR3P

    PR 3R'

    PdR3P

    PR 3R'

    R

    PdR3P

    PR 3 R'

    RH

    H H

    H

    + R-X

    R' R

    + Base - PR 3

    R

    PdR3P

    X

    R'+

    R'

    PdR3P

    XR'

    RH H

    H

    PdR3P

    X R'

    RH

    R' R

    + Base

    + PR 3

    +X

    voie cationique voie neutre

    VII- Catalyse

    Couplage de Mizoroki-Heck : tape cl de -limination

  • 8/12/2019 Chim430 Organometallique Poly de Cours 2012 2013

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    114

    Pd LXH

    HR

    R'H

    R'

    RH Pd

    L

    X+

    Pd LXH

    RH

    R'H R'R

    H PdL

    X+

    produit major itaire

    produit minoritaire

    VII- Catalyse

    Couplage de Sonogashira : (1975)

    R-X +Pd(0)

    + HXR' R'R

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    115

    Cl Cl + H

    Pd(PPh 3)4, CuI

    BuNH 2, TA, 5 hCl

    ClCl

    + HPd(PPh 3)4, CuI

    BuNH2,

    TA, 5 h

    Cl

    base

    VII- Catalyse

    Couplage de Sonogashira : (1975)

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    116

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    VII- Catalyse

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    118

    VII- Catalyse

    Mtathse des alcnes

    Une mtathse cest :Avec les alcnes, cela donne :

    AB + CD AC + BD

    R1+

    R2 R1 R2+

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    119

    Catalyseurs classiques :

    W(CO) 5Ph

    Ph

    (Katz)

    Mo

    N

    Ph

    i -Pri -Pr

    O

    O

    t -Bu

    t -Bu

    (Schrock)

    Ru

    Cl

    Cl

    PCy3

    PCy 3

    Ph

    (Grubbs I)

    Ru

    Cl

    Cl

    PCy 3

    NN

    Ph

    (Grubbs II)

    Ru

    Cl

    Cl

    NN

    (Hoveyda-Grubbs II)

    Oi -Pr

    VII- Catalyse

    Exemple : mtathse croise

    O

    O

    +

    Mtathse des alcnes

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    120

    Exemple : mtathse cyclisante (RCM)

    O

    O

    Omme cat.(phromone)

    O O

    OOH

    OH

    S

    NO O

    OOH

    OH

    S

    N

    epothilone 490

    Ru

    Cl

    Cl

    PCy 3

    NN

    Ph

    CH2Cl2, 35 C

    VII- Catalyse

    Mtathse des alcnes

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    121

    VII- Catalyse

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    VII- Catalyse

    Mtathse des alcnes

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    VII- Catalyse

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    VII- Catalyse

    Mtathse des alcnes

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    VII- Catalyse

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    VII- Catalyse

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    VII- Catalyse

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    VII- Catalyse

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    132/133

    132

    Ni(CO) 2(PPh 3)2

    Ni(CO)(PPh 3)2

    i(CO)( h )

    CO

    prcatalyseur

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    133

    Ni(CO)(PPh 3)2

    Ni(PPh 3)2

    NiPh 3P PPh 3

    NiPh 3P PPh 3

    NiPh 3P

    PPh 3

    NiPh 3P PPh 3

    Ni(PPh 3)2

    CO

    espce active du cyclecatalytique