Brevet FR2873937A1 — publié le 20060210

NOUVEAU CATALYSEUR HETEROGENE AU PALLADIUM, SON PROCEDE DE SYNTHESE, ET SON UTILISATION DANS LES REACTIONS DE COUPLAGE C-C L'invention concerne le domaine des catalyseurs hétérogènes au palladium, utilisés pour catalyser des réactions impliquant la formation de liaison carbone-carbone ou réactions de couplage C-C, en particulier les réactions de Sonogashira et de Suzuki. Ces deux réactions sont extrêmement importantes pour former des liaisons carbone sp2 - carbone sp2 en synthèse organique comme en synthèse parallèle. Il est donc intéressant de disposer de catalyseurs appropriés. On connaît déjà des catalyseurs au palladium qui peuvent être utilisés dans des réactions de couplage C-C. En particulier, Méry, D., Heuzé, K. et Astruc, D., Chem. Commun., 2003, 1934, ainsi que Heuzé, K., Méry, D., Gauss, D. et Astruc D., Chem. Commun. , 2003, 2274 décrivent des catalyseurs homogènes au palladium dans le cadre de la réaction de Sonogashira. D'une manière générale, des catalyseurs contenant des phosphines, riches en électrons et stériquement encombrés, sont souvent utilisés pour améliorer l'efficacité des complexes de palladium. On connaît également des catalyseurs hétérogènes, c'est-à-dire des catalyseurs sur support, qui, en raison de la présence du support, souvent un polymère, peuvent être aisément séparés du milieu et donc réutilisés. Certains catalyseurs hétérogènes sont disponibles dans le commerce. On connaît en particulier le complexe de Jang, ou tetrakis(triphénylphosphine)palladium(0) lié à un polymère, commercialisé par la société ALDRICH. Jang a étudié, avec son catalyseur, la réaction de Suzuki. Dans Jang, S.B. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 1793, ce complexe est décrit dans une réaction de Suzuki notamment avec les iodo- et bromobenzènes et les triflates. La catalyse donne de très bons résultats, mais présente l'inconvénient qu'il faut chauffer à 80 C, voire 85 C, avec les triflates. Dans ce document, la nature exacte du polymère n'est pas décrite; quant au palladium, il est sous forme de triphénylphosphinepalladium. On connaît également le complexe de Breinbauer, ou bis(diphénylphosphinométhyl)aminométhylpolystyrène, commercialisé par la société ALDRICH. Le palladium présent est sous forme de palladium chloré, le polymère est l'aminoéthylpolystyrène. Ce catalyseur hétérogène est décrit dans Gonthier, E. et Breinbauer, R. , Synlett. 2003, 7, 1049 en liaison avec la réaction de Sonogashira. Cependant, la réaction de Sonogashira est faite en chauffant à 60 C, et de plus en présence (5%) de cocatalyseur de cuivre (I) et d'un mélange de deux solvants. On connaît encore le complexe d'Ikegami commercialisé par la société TCI, et qui est un copolymère poly(N-isopropylacrylamide-co-4-diphényl styrylphosphine) palladium(II) dichlorure. Il a été synthétisé et étudié par Ikegami pour la réaction de Suzuki, voir Yamada, Y.M.A., Takahashi, H. et Ikegami, S., J. Org. Chem. 2003, 68, 7733. De nouveau, la réaction avec les iodo- et bromo-benzènes est faite en chauffant, cette fois à 100 C. D'autres groupes ont travaillé dans le domaine des catalyseurs hétérogènes au palladium, en liaison avec les réactions de Sonogashira et de Suzuki. Dans Yang, Y.C. et Luh, T.Y., J. Org. Chem. 2003, 68, 9870 est décrit un catalyseur hétérogène dont le support est un dérivé de norbornène contenant des phosphines. Ce catalyseur nécessite l'utilisation de co-catalyseur au cuivre(I). D'autres groupes encore ont travaillé dans le domaine des catalyseurs hétérogènes au palladium, en liaison avec la réaction de Suzuki seule. Généralement, ils chauffent le milieu réactionnel pour effectuer cette réaction. En particulier, Baleizao, C. ; Avelino, C. ; Garcia, H. et Leyva, A., J. Org. Chem 2004, 69, 439 décrivent un catalyseur solide à base d'un complexe oxime carbapalladacycle ayant une double liaison C=C terminale et d'un support inorganique (à base de Si) ou d'un polymère, le polymère pouvant être à base d'éthylèneglycol bis(méthacrylate) [catalyseur appelé PdL@PEA) ou de styrène et p-divinylbenzène (catalyseur appelé PdL@PS). Les essais pour la réaction de Suzuki ont lieu à 100 C. Par ailleurs, Liu, Y. ; Khemtong, C. et Hu, J., Chem. Commun. 2004, 398 décrivent un catalyseur hétérogène au palladium appelé PDHC-Pd dont le support polymère est à base de poly(N,N- dialkylcarbodiimide), le palladium étant sous forme de nanoparticules. Ce catalyseur est efficace dans une réaction de Suzuki avec chauffage normal ou par micro-ondes. Par conséquent, il subsiste un besoin pour un catalyseur hétérogène au palladium supporté par un polymère, qui soit efficace à la fois pour la réaction de Sonogashira et pour la réaction de Suzuki, sans nécessiter de co-catalyseur, et sans nécessiter de chauffage important. Après de nombreuses recherches, les inventeurs ont découvert de manière surprenante que l'association d'un polymère donné, pourvu de groupements particuliers, et de palladium sous une forme spécifique permet d'obtenir un catalyseur ayant des propriétés particulièrement intéressantes. L'invention a donc notamment pour objet un catalyseur hétérogène au palladium supporté par un polymère, comprenant un polymère et du palladium, caractérisé en ce que ledit polymère est un polymère ayant au moins une amine primaire en position terminale et est pourvu de deux groupements phosphine sur l'azote de ladite amine terminale, et en ce que le palladium est sous forme d'acétate de palladium. Un tel catalyseur est susceptible de catalyser une réaction de couplage CC, notamment les réactions de Sonogashira et de Suzuki. Dans un mode de réalisation, le polymère ne contient qu'une seule amine en position terminale. De préférence, le polymère ne contient pas de groupement amine sur le corps du polymère. A titre d'exemples de polymère, on citera le poly(styrène-codivinylbenzène) aminométhylé, l'aminométhylpolystyrène, et le tris(2aminoéthyl)amine. Dans un mode de réalisation avantageux, le polymère est le poly(styrène-co-divinylbenzène) aminométhylé. Un catalyseur hétérogène selon l'invention permet de catalyser des réactions de couplage C-C, notamment les réactions de Sonogashi et de Suzuki, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un co-catalyseur, en particulier un co-catalyseur au cuivre, et sans qu'il soit nécessaire de chauffer au-delà de 600C, la réaction de Suzuki pouvant même être réalisée à température proche de la température ambiante. Dans un mode de réalisation, l'un au moins des groupements phosphine est une tertio-butylphosphine. Dans un mode de réalisation avantageux, les deux groupements phosphine sont des tertio-butylphosphines. Alternativement, les groupes phosphines peuvent être choisis indépendamment l'un de l'autre parmi les groupes phosphines connus de l'homme du métier, tels que cyclohexylphosphine et triphénylphosphine. Les groupes phosphine seront de préférence identiques pour une plus grande facilité de synthèse. Dans un mode de réalisation avantageux, le polymère est le poly(styrèneco-divinylbenzène) aminométhylé, purvu de deux groupements tertiobutylphosphines. Le catalyseur selon l'invention est stable. Il peut être stocké à température ambiante sous atmosphère inerte, et être prélevé à l'air sans perte de son efficacité. L'invention a également pour objet un procédé de synthèse du catalyseur selon l'invention, comprenant: a) la sélection d'un polymère ayant au moins une amine en position terminale, b) la sélection de groupements phosphines, c) la mise en présence dudit polymère avec un excès desdits groupements phosphines de façon à obtenir un polymère pourvu de 2 groupements phosphine sur l'azote de ladite amine en position terminale, d) la mise en présence dudit polymère pourvu de groupements phosphine obtenu à l'étape c) avec un excès d'acétate de palladium, de façon à coordonner le métal sur les phosphines, et e) l'obtention du catalyseur polymère-phosphines-Pd. Les produits de départ et les conditions de réaction seront aisément déterminés par l'homme du métier, compte tenu de ses connaissances générales dans le domaine. On peut mentionner l'article de Brainbauer et al. déjà cité ci-dessus et qui décrit un procédé de synthèse du complexe de Brainbauer. En particulier, l'étape d), c'est-à-dire le fait de coordonner le métal sur les phosphines autrement dit de créer des liaisons entre palladium et phosphines, peut être effectuée de préférence à basse température, en particulier de l'ordre de -20 C, dans du CH2C12. Un exemple de procédé de synthèse selon l'invention est représenté dans le schéma 1 suivant. Schéma 1: Excès t-Bu2P(CH2-OH)2 NEt3, H2O/MeOH/toluène Température = reflux excès Pd(OAc)2 CH2C12, 24h, -20 C Dans un mode de mise en uvre du procédé ci-dessus, les conditions de réaction peuvent être les suivantes: - étape 1 É 0,945 mmol de polymère; H20/méthanol/toluène 2/1/2, 20 ml; 2 équivalents molaires de triéthylamine, 10 équivalents de sel 10 de phosphine. - étape 2: 10 équivalents d'acétate de Pd; 10 ml de dichlorométhane. L'invention a également pour objet l'utilisation d'un catalyseur selon l'invention dans une réaction de couplage C-C. Plus particulièrement, cette réaction peut être une réaction de Sonogashira ou une réaction de Suzuki. Cette utilisation peut être essentiellement réalisée à une température inférieure à 60 C, notamment inférieure ou égale à 55 C, voire inférieure ou égale à 50 C. L'utilisation peut donc être faite sans nécessiter de chauffage jusqu'à une température de 60 C ou plus. Dans le cas d'une réaction de Susuki, aucun chauffage n'est nécessaire et la réaction peut être conduite à une température proche de la température ambiante. Dans un autre mode de réalisation, l'utilisation peut être faite sans cocatalyseur, et en particulier sans co-catalyseur au cuivre. Dans un mode de réalisation avantageux, l'utilisation est essentiellement réalisée à une température inférieure à 60 C, notamment inférieure ou égale à 55 C, voire inférieure ou égale à 50 C, et sans co-catalyseur, et pour la réaction de Suzuki sans cocatalyseur et à une température proche de la température ambiante. Le catalyseur selon l'invention est particulièrement efficace dans des réactions de couplage C-C entre deux composés de départ dont l'un comprend un groupement partant qui est un halogène différent du chlore. L'invention sera décrite plus en détails à l'aide des exemples d'utilisation ci-dessous, qui sont non limitatifs, et qui montre l'efficacité d'un catalyseur selon l'invention. Exemple 1. Un catalyseur selon l'invention, appelé complexe 2, est mis en oeuvre dans les réactions de Sonogashira telles que représentées ci-dessous (schéma 2): 1% complexe 2 NEt3, 50 C Schéma 2. Conditions 2.10-3 mol. d'halogénobenzène, 1,5 équivalents molaires de phénylacéthylène, 6 ml de triéthylamine. 2873937 9 Le catalyseur utilisé est le poly(styrène-codivinylbenzène) aminométhylé, pourvu de deux tertiobutylphosphines et comprenant du palladium sous forme d'acétate de palladium, tel que représenté dans le Schéma 1 par la référence (2). Les résultats sont regroupés dans le tableau 1. Entrée X Temps (h) Rendement (%) 1 I 3 100 2 Br 3,5 90 3 Cl 24 3 Tableau 1 On constate que de bons rendements sont obtenus sans co-catalyseur et à seulement 50 C, pour X = I ou Br. Pour X = Cl, la réaction se produit sans co-catalyseur et à seulement 50 C, mais le rendement est faible. L'activité et la recyclabilité de ce catalyseur ont 15 été étudiées plus avant en utilisant 4% mol du catalyseur, dans la réaction représentée en Schéma 3. complexe 2 NEs3, srre, une nuit Schéma 3. Conditions. 2.10-3 mol. d'iodobenzène, 1,5 équivalents molaires de phénylacéthylène, 6 ml de triéthylamine. Les résultats sont indiqués dans le tableau 2. 2873937 10 Cycle Rendement (%) 1 99 2 99 3 99 4 99 94 6 90 7 74 Tableau 2 Après 5 cycles, une légère baisse de l'activité catalytique du complexe est constatée. Ceci est probablement dû à un relargage de palladium dans le milieu ou à un empoisonnement du catalyseur par des impuretés. Le rendement obtenu au 7ème cycle reste cependant satisfaisant et comparable à ce qu'on peut voir actuellement dans la littérature. Exemple 2 Le catalyseur de l'exemple 1 a été testé dans des réactions de Suzuki, telles que représentées en Schéma 4. Schéma 4. 1% complexe 2 NaOH, H20/THF, TA B(OH)2 Conditions: 2.10-3 mol. d'iodobenzène, 1,5 équivalents molaires d'acide boronique, 2 équivalents molaires de 20 NaOH, 2 ml d'H20, 5 ml de THF, à température ambiante (TA). Les résultats sont représentés dans le tableau 3. Entrée R X Temps Rendement (%) 1 H I 20 min 100 2 H Br 30 min 100 3 H Cl 2 h 15 4 F Cl 3 h 29 CN Cl 3 h 32 Tableau 3. Le catalyseur s'est montré actif à température ambiante pour cette réaction, contrairement aux catalyseurs connus supportés sur polymère qui nécessitent un chauffage. Les rendements obtenus sont excellents pour X = I ou Br. Pour X = Cl, la réaction se produit, avec des rendements inférieurs. Le catalyseur selon l'invention est donc facile et rapide à synthétiser, il est facilement recyclable et actif pendant plusieurs cycles, il présente une bonne performance catalytique, sans qu'il nécessite un cocatalyseur ni chauffage à température élevée, et peut être utilisé pour plusieurs réactions de couplage C-C, et en particulier à la fois pour les réactions de Sonogashira et de Suzuki. Tout ceci en fait un catalyseur très pratique, très performant et unique, c'est-à-dire un système attractif pour la synthèse organique et pour la synthèse-parallèle, ce qui ouvre des débouchés pour de nombreuses applications industrielles. REVENDICATIONS 1. Catalyseur hétérogène au palladium supporté par un polymère, susceptible de catalyser une réaction de couplage C-C, comprenant un polymère et du palladium, caractérisé en ce que ledit polymère est un polymère ayant au moins une amine primaire en position terminale et est pourvu de deux groupements phosphine sur l'azote de ladite amine terminale, et en ce que le palladium est sous forme d'acétate de palladium. 2. Catalyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit polymère est choisi parmi le poly(styrèneco-divinylbenzène)aminométhylé, 1'aminométhylpolystyrène et le tris(2-aminoéthyl)amine, en particulier le poly(styrène-co-divinylbenzène)aminométhylé. 3. Catalyseur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins un des groupements phosphine est une tertiobutylphosphine. cyclohexylphosphine et triphénylphosphine 4. Procédé de synthèse d'un catalyseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant: a) la sélection d'un polymère ayant au moins une amine en position terminale, b) la sélection de groupements phosphines, c) la mise en présence dudit polymère avec un excès desdits groupements phosphines de façon à obtenir un 30 polymère pourvu de 2 groupements phosphine sur l'azote de ladite amine en position terminale, d) la mise en présence dudit polymère pourvu de groupements phosphine obtenu à l'étape c) avec un excès d'acétate de palladium, de façon à coordonner le métal sur les phosphines, et e) l'obtention du catalyseur polymère-phosphines-Pd. 5. Utilisation d'un catalyseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans une réaction de couplage C-C, en particulier dans une réaction de Sonogashira ou une réaction de Suzuki. 6. Utilisation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'aucun cocatalyseur n'est utilisé, et en particulier aucun co-catalyseur au cuivre. 7. Utilisation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle est essentiellement réalisée à une température inférieure à 60 C, notamment inférieure ou égale à 55 C, voire inférieure ou égale à 50 C. 8. Utilisation selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la réaction de couplage est une réaction de Suzuki et en ce qu'elle est conduite à une température proche de la température ambiante.