Complexes Organométalliques des Groupes 3 et 13ali.alaaeddine.free.fr/thèse.pdf · La première...

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



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


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


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


/ 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


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


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


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


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


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


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


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


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


+

+

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


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


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


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


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


{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


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


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


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


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


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


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


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


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]


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


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


+

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



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


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


+

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


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


Chapitre 5


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


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


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


(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


(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


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


(1R,2R)-{cyclohexyl-salen}AlOiPr (4a) :

N N

O O

tBu

tBu

tBu

tBuAl

OiPr


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


(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


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


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


(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


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


(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


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


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


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


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


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


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


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


Complexe [tBuBox]Y[N(SiHMe2)2]2 (26a) :

N(SiHMe2)2

N

O

N

O

tBu tBuY

(Me2SiH)2N


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


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



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


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


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


est précipité dans le méthanol (100 mL) à température ambiante. La solution est filtrée et le

polymère est séché sous vide.

168

Annexe cristallographique


169


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


170

Annexe 2 : Crystal data and structure refinement for complexe 6b, 19a Complexe 6b Complexe 19a

Empirical formula C44H54AlClN2O2 C39H48AlClF6N2O2



Wavelength 0.71073 A° 0.71073 A°

Crystal system Monoclinic Monoclinic

Space group P 21 P 21


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



F(000) 1512 1584


Theta range for data collection

2.82 to 27.52° 2.92 to 27.48°


-18≤l≥18

-14≤h≥14, -22≤k≥18, -22≤l≥25



Max. and min. transmission

0.992 and 0.966 0.948 and 0.901


on F2

Full-matrix least-squares on F2

Data/restraints/parameters 18287 / 1 / 901 8649/0/460


Final R indices [I_2σ(I)] R1 = 0.0358, wR2 = 0.0743 R1 = 0.0730, wR2 = 0.1705


171

Annexe 3 : Crystal data and structure refinement for complexe 25a, 28 Complexe 25a Complexe 28

Empirical formula C28H52N5O4Si2Y C35H58F6N3O3Si2Y



Wavelength 0.71073 A° 0.71073A°

Crystal system Monoclinic Monoclinic

Space group P 21/c C 2/c


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



F(000) 2832 3640


Theta range for data collection

1.67 to 27.54° 2.98 to 27.48°


-22≤l≥22

-40≤h≥40, -17≤k≥17,

-30≤l≥30



Max. and min. transmission 0.702 and 0.588 0.866 and 0.496


on F2

Full-matrix least-squares

on F2

Data/restraints/parameters 15946/0/733 10077/0/483


Final R indices [I_2σ(I)] R1 = 0.0414, wR2 = 0.080 R1 = 0.0402, wR2 = 0.0894

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