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Solvants catalytiques non usuels : immobilisation et recyclage

Les liquides ioniques offrent l’avantage d’immobiliser les espèces catalytiques et permettent un recyclage aisé de la phase catalytique (complexes moléculaires et nanoparticules métalliques). Les systèmes de nanoparticules métalliques immobilisées dans les liquides ioniques présentent une double réactivité, moléculaire et de surface, selon les conditions de réaction.

Pour exemplifier ce phénomène, nous pouvons décrire l’immobilisation de nanoparticules de palladium (PdNPs) dans un liquide ionique à base d’imidazolium qui permet par une voie séquentielle de catalyser la réaction de couplage de Heck suivi d’une hydrogénation (ChemCatChem 2009, 1, 244). Dans ce processus, des espèces moléculaires de Pd sont formées et sont responsables du couplage de Heck ; la pressurisation d’hydrogène ultérieure du milieu régénère les nanoparticules qui offrent la réactivité de surface pour favoriser la réduction du produit de couplage, sans besoin d’isoler cet intermédiaire. L’utilisation d’un solvant à caractère basique, [EMI][HP(O)2OMe], permet d’éviter l’addition d’une base externe et prévient également l’utilisation de dihydrogène à haute température (100 °C) grâce au caractère réducteur de HP(O)2OMe-, (Phys. Chem. Chem. Phys.  2011, 13, 13579).

graphique 8

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Afin d’aller plus loin sur la non-toxicité des solvants et sur leur faible coût, nous avons utilisé le glycérol comme milieu catalytique (Chem. Eur. J.  2014, DOI : 10.1002/chem.201403534). Egalement, la synthèse de complexes organométalliques et la stabilisation de nanoparticules peut aisément s’effectuer dans ce solvant provenant de la biomasse.

Par exemple, la réaction de Pauson-Khand catalysée par le rhodium dans le glycérol, (Eur. J. Inorg. Chem. 2013, 5138) est chimiosélective et conduit à des rendements supérieurs à 90 % en produit désiré. Une étude mécanistique par RMN multi-noyaux a été réalisée et a mis en évidence le comportement coordonnant du glycérol, aspect favorisant la carbocyclisation.

graphique 10

Egalement, des nanoparticules de Pd et Cu2O ont été synthétisées dans le glycérol, et appliquées dans des réactions de formation de liaisons C-C et C-hétéroatome, hydrogénation, et aussi dans des processus séquentiels et tandem (Adv. Synth. Catal. 2013, 355, 3648 ; ChemCatChem. 2014, DOI : 10.1002/cctc.201402214).

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