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Développement de nouveaux catalyseurs organiques

Dans un contexte où les procédés respectueux de l’environnement sont de plus en plus recherchés, l’élimination de contaminants métalliques ainsi que leur remplacement par des catalyseurs non-toxiques dans des systèmes de polymérisations importants sont devenus des problèmes scientifiques et industriels majeurs, qui méritent d’être posés. La catalyse organique sans métaux est une approche prometteuse afin de mettre en pratique ces concepts de chimie verte. Cependant, l’activé catalytique des catalyseurs organiques est souvent moins bonne comparée aux dérivés organométalliques. Il est donc important de développer des systèmes organiques plus efficaces. Nous abordons donc le développement de nouveaux catalyseurs peu toxiques et fortement actifs pouvant remplacer les catalyseurs à base d’étain qui sont actuellement utilisés à l’échelle industrielle dans la synthèse de nombreux polymères (silicones, polyuréthanes, …). Ces travaux ont été réalisés principalement en collaboration avec la société Bluestar-silicone dans le cadre d’un projet FUI (2009 – 2013).

 Carbènes NHC

Pour cette partie nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux carbènes N-Hétérocycliques (NHC) en tant que catalyseurs organiques car ce sont des nucléophiles remarquables présentant des propriétés de bases fortes.

-Synthèse et conservation de NHCs à l'air libre

Après avoir démontré que l’encapsulation des carbènes dans les huiles silicones était une méthode efficace pour protéger ces espèces de l’oxydation et de l’hydrolyse nous avons poursuivi nos études afin d’élargir les systèmes de protection. De plus, nous avons développé une voie de synthèse alternative ne faisant pas appel à des bases fortes difficilement manipulables. Il est donc possible de préparer  des solutions alcooliques (iPrOH, EtOH, MeOH) de carbènes NHC par simple déprotonation des sels d’imadazolium correspondants à l’aide bases de type alcoolate (MeONa, tBuOK) ou même hydroxydes (NaOH ou KOH). Ces réactions peuvent être réalisées à l’air, les rendements sont pratiquement quantitatifs et les solutions sont stables à température ambiante pendant des mois. Si l’on veut obtenir le carbène pur, il suffit d’évaporer l’alcool (WO2011 083146).

graphique 6

Les solutions alcooliques préparées peuvent être utilisées comme sources de carbènes purs pour préparer des complexes organométalliques (Au, Cu, Pt,…), réaliser des catalyses organiques (transestérification) et être utilisées comme systèmes catalytiques pour la réticulation des silicones par polycondensation en RTV1 ou RTV2.

 Catalyseurs organiques et organométalliques pour la réticulation des silicones

 Les composés phosphorés pentacoordinés sont des acides de Lewis et leur simplicité de synthèse et de purification en fait des candidats de choix pour réaliser des réactions de type RTV1 et RTV2 dans le domaine des silicones. Nous avons ainsi développé des structures originales organophosphorées permettant de réaliser ces réactions avec une efficacité comparable aux catalyseurs actuels (dérivés de l’étain, guanidines) surtout en RTV1.

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