Brevet FR3126418A1 — publié le 20230303

La présente invention a pour objet un procédé d’hydrosilylation d’un composé insaturé avec un composé comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle, catalysé par des composés organiques de cobalt en présence d’un composé (E) de formule (3) : R’-OH (3), dans laquelle R’ représente l’atome d’hydrogène ou bien R’ est choisi dans le groupe constitué par les groupes alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles, et les groupes silyles. Pas de figures Procédé d’hydrosilylation catalysé par un complexe de cobalt La présente invention concerne les réactions d’hydrosilylation entre un composé alcène ou alcyne et un composé comprenant au moins un atome d’hydrogène lié à un atome de silicium. Plus spécifiquement, l’invention concerne l’utilisation d’un nouveau type de catalyseurs pour ces réactions. Ces catalyseurs permettent notamment le durcissement par réticulation de compositions silicones. Etat de la technique antérieure Lors d’une réaction d’hydrosilylation (également appelée polyaddition), un composé insaturé, c’est-à-dire comprenant au moins une insaturation de type double ou triple liaison réagit avec un composé comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle, c’est-à-dire un atome d’hydrogène lié à un atome de silicium. Cette réaction peut par exemple être décrite dans le cas d’une insaturation de type alcène par : ou encore dans le cas d’une insaturation de type alcyne par : La réaction d’hydrosilylation peut s’accompagner de, voire parfois être remplacée par, une réaction de silylation déshydrogénante. La réaction peut être décrite par : La réaction d’hydrosilylation est notamment utilisée pour réticuler des compositions silicones comprenant des organopolysiloxanes portant des motifs alcényle ou alcynyle et des organopolysiloxanes comprenant des fonctions hydrogénosilyle. La réaction d’hydrosilylation de composés insaturés est typiquement réalisée par catalyse, à l’aide de catalyseurs métalliques ou organométalliques. Actuellement, le catalyseur approprié pour cette réaction est un catalyseur au platine. Ainsi, la plupart des procédés industriels d’hydrosilylation, en particulier d’alcènes, sont catalysées par l’acide hexachloroplatinique de Speier ou par le complexe de Pt(0) de Karstedt de formule générale Pt 2 (divinyltétraméthyldisiloxane) 3 (ou en abrégé Pt 2 (DVTMS) 3 ). Au début des années 2000, la préparation de complexes de platine-carbène a permis d’avoir accès à des catalyseurs plus stables (voir par exemple la demande de brevet WO 01/42258). Toutefois, l’utilisation de catalyseurs métalliques ou organométalliques au platine est toujours problématique. Il s’agit d’un métal cher et en voie de raréfaction et dont le coût fluctue énormément. Son utilisation à l’échelle industrielle est donc difficile. On souhaite donc diminuer autant que possible la quantité de catalyseur nécessaire à la réaction, sans pour autant diminuer le rendement et la vitesse de la réaction. De nombreuses études ont été réalisées pour trouver des alternatives au catalyseur de Karstedt. Dans ce contexte, des travaux ont été menés depuis des années pour trouver de nouveaux catalyseurs pour effectuer l’hydrosilylation d’alcènes. Dans la demande internationale de brevet WO 2018/115601, l’utilisation de nouveaux catalyseurs à base de cobalt comme catalyseur d’hydrosilylation et/ou de silylation déshydrogénante a été décrite. Ces nouveaux catalyseurs sont décrits par la formule générale [Co(N(SiR 3 ) 2 ) x ] y dans laquelle les symboles R, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène ou un radical hydrocarboné ayant de 1 à 12 atomes de carbone, x vaut 1, 2 ou 3 et y vaut l ou 2. Les inventeurs ont démontré que ces nouveaux catalyseurs pouvaient catalyser efficacement des réactions d’hydrosilylation et ou de silylation déshydrogénante, avantageusement sans solvants car ils présentent une bonne solubilité dans les huiles silicones. Toutefois, ces composés ont été préparés et manipulés à l’abris de l’air et de l’eau. Le procédé d’hydrosilylation et/ou de silylation déshydrogénante est mis en œuvre sous atmosphère inerte en boîte à gants. Les exemples ont tous été réalisés, sous atmosphère inerte, en boîte à gants et/ou dans un pilulier fermé. De façon similaire, des catalyseurs au cobalt ont été décrits dans la publication scientifique de Yang Liu and Liang Deng, « Mode of Activation of Cobalt(II) Amides for Catalytic Hydrosilylation of Alkenes with Tertiary Silanes » (J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 1798−180). Les réactions ont été réalisées en conditions anhydres strictes, sous atmosphère inerte d’azote sec, notamment en boite à gants. Les solvants ont été séchés et dégazés avant utilisation (voir même publication, Supporting Information). Il existe donc un préjugé technique selon lequel les catalyseurs décrits dans l’art antérieur doivent être produits, stockés et utilisés dans conditions anhydres, à l’abri de l’air et de l’eau. De plus, les autres réactifs et les éventuels solvants doivent être séchés avant utilisation. D’un point de vue industriel, il est difficile et coûteux de respecter de telles conditions. Contre toute attente, les inventeurs ont découvert que les catalyseurs au cobalt décrits précédemment pouvaient avantageusement être utilisés en présence d’eau, d’alcool ou de silanol. La présente invention a donc pour objet un procédé d’hydrosilylation d’un composé insaturé (A) comprenant au moins une fonction choisie parmi une fonction alcène et une fonction alcyne, avec un composé (B) comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle, ledit procédé comprenant l’étape consistant à mettre en présence ledit composé insaturé (A), ledit composé (B), un composé du cobalt (C) de formule (1) : [Co(N(SiR 3 ) 2 ) x ] y (1) dans laquelle : - les symboles R, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène ou un radical hydrocarboné ayant de 1 à 12 atomes de carbone, - x = 1, 2 ou 3, et - y = 1 ou 2 ; un composé (D) de formule (2) suivante : dans laquelle : - A 1 , A 2 , A 3 et A 4 sont choisis, indépendamment les uns des autres, parmi l’atome d’hydrogène, les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, les halogènes et les groupes alkoxy de formule OA 9 où A 9 est un groupe alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone. - A 5 et A 6 sont choisis, indépendamment l’un de l’autre, parmi l’atome d’hydrogène, les groupes alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone et les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, et - A 7 et A 8 sont choisis, indépendamment l’un de l’autre, parmi les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone et les groupes alkoxy de formule OA 10 où A 10 est un groupe alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, et un composé (E) de formule (3) suivante : R’-OH (3) dans laquelle R’ représente l’atome d’hydrogène ou bien R’ est choisi dans le groupe constitué par les groupes alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, et les groupes silyles de formule Si(A 11 ) 3 où chaque A 11 est choisi, indépendamment les uns des autres, parmi les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone. Par ailleurs, la présente invention a également pour objet une composition comprenant au moins un composé insaturé (A) comprenant au moins une fonction choisie parmi une fonction alcène et une fonction alcyne, au moins un composé (B) comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle, un composé du cobalt (C) de formule (1) : [Co(N(SiR 3 ) 2 ) x ] y (1) dans laquelle : - les symboles R, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène ou un radical hydrocarboné ayant de 1 à 12 atomes de carbone, - x = 1, 2 ou 3, et - y = 1 ou 2 ; un composé (D) de formule (2) suivante : dans laquelle : - A 1 , A 2 , A 3 et A 4 sont choisis, indépendamment les uns des autres, parmi l’atome d’hydrogène, les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, les halogènes et les groupes alkoxy de formule OA 9 où A 9 est un groupe alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone. - A 5 et A 6 sont choisis, indépendamment l’un de l’autre, parmi l’atome d’hydrogène, les groupes alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone et les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, et - A 7 et A 8 sont choisis, indépendamment l’un de l’autre, parmi les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone et les groupes alkoxy de formule OA 10 où A 10 est un groupe alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, et un composé (E) de formule (3) suivante : R’-OH (3) dans laquelle R’ représente l’atome d’hydrogène ou bien R’ est choisi dans le groupe constitué par les groupes alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, et les groupes silyles de formule Si(A 11 ) 3 où chaque A 11 est choisi, indépendamment les uns des autres, parmi les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone. Procédé d’hydrosilylation d’un composé insaturé A comprenant au moins une fonction choisie parmi une fonction alcène et une fonction alcyne, avec un composé B comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle, ledit procédé comprenant l’étape consistant à mettre en présence ledit composé insaturé A, ledit composé B, un composé du cobalt C de formule (1) : [Co(N(SiR 3 ) 2 ) x ] y (1) dans laquelle : - les symboles R, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène ou un radical hydrocarboné ayant de 1 à 12 atomes de carbone, - x = 1, 2 ou 3, et - y = 1 ou 2 ; un composé D de formule (2) suivante : dans laquelle : - A 1 , A 2 , A 3 et A 4 sont choisis, indépendamment les uns des autres, parmi l’atome d’hydrogène, les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, les halogènes et les groupes alkoxy de formule OA 9 où A 9 est un groupe alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone. - A 5 et A 6 sont choisis, indépendamment l’un de l’autre, parmi l’atome d’hydrogène, les groupes alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone et les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, et - A 7 et A 8 sont choisis, indépendamment l’un de l’autre, parmi les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone et les groupes alkoxy de formule OA 10 où A 10 est un groupe alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, et un composé E de formule (3) suivante : R’-OH (3) dans laquelle R’ représente l’atome d’hydrogène ou bien R’ est choisi dans le groupe constitué par les groupes alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, et les groupes silyles de formule Si(A 11 ) 3 où chaque A 11 est choisi, indépendamment les uns des autres, parmi les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le composé E est l’eau. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le composé E est un alcool ou un silanol de formule (3) suivante : R’-OH (3) dans laquelle R’ est choisi dans le groupe constitué par les groupes alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, et les groupes silyles de formule Si(A 11 ) 3 où chaque A 11 est choisi, indépendamment les uns des autres, parmi les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le composé E est présent selon un ratio molaire (composé E)/(élément Co apporté par le composé du cobalt C) compris entre 0,1 et 500, plus préférentiellement entre 0,5 et 100. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le composé du cobalt C est représenté par la formule suivante : [Co(N(Si(CH 3 ) 3 ) 2 ) 2 ] y dans laquelle y vaut 1 ou 2. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le composé D est représenté par la formule (2) suivante : dans laquelle : - A 1 , A 2 , A 3 et A 4 sont des atomes d’hydrogène, - A 5 et A 6 sont des atomes d’hydrogène, - A 7 et A 8 sont choisis parmi les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone et les groupes alkoxy de formule OA 10 où A 10 est un groupe alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone ; et de préférence A 7 et A 8 sont choisis parmi les groupes t-butyle, isopropyle, méthyle, éthyle, phényle et cyclohexyle. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le composé insaturé A n’est pas un organopolysiloxane et est choisi parmi les composés hydrocarbonés comprenant de 2 à 40 atomes de carbone, plus préférentiellement de 2 à 12 atomes de carbone, comprenant une ou plusieurs insaturations alcène ou alcyne ne faisant pas partie d’un cycle aromatique, éventuellement substitué une ou plusieurs fois par un atome d’halogène, et dans lequel un ou plusieurs atomes de carbone peuvent éventuellement être substitués par un hétéroatome, typiquement un atome d’oxygène, un atome d’azote ou un atome de silicium Procédé selon la revendication 7, dans lequel le composé E est présent selon un ratio molaire (composé E)/(élément Co apporté par le composé du cobalt C) compris entre 0,1 et 100, de préférence entre 0,1 et 50, de façon encore plus préférée entre 0,5 et 15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le composé insaturé A est un composé organopolysiloxane comprenant une ou plusieurs fonctions alcènes, de préférence au moins deux fonctions alcènes. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le composé E est présent selon un ratio molaire (composé E)/(élément Co apporté par le composé du cobalt C) compris entre 0,5 et 300, de préférence entre 5 et 100. Composition comprenant : - au moins un composé insaturé A comprenant au moins une fonction choisie parmi une fonction alcène et une fonction alcyne, - au moins un composé B comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle, - un composé du cobalt C de formule (1) : [Co(N(SiR 3 ) 2 ) x ] y (1) dans laquelle : les symboles R, identiques ou différents, représentent un atome d’hydrogène ou un radical hydrocarboné ayant de 1 à 12 atomes de carbone, x = 1, 2 ou 3, et y = 1 ou 2 ; - un composé D de formule (2) suivante : dans laquelle : A 1 , A 2 , A 3 et A 4 sont choisis, indépendamment les uns des autres, parmi l’atome d’hydrogène, les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, les halogènes et les groupes alkoxy de formule OA 9 où A 9 est un groupe alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone. A 5 et A 6 sont choisis, indépendamment l’un de l’autre, parmi l’atome d’hydrogène, les groupes alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone et les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, et A 7 et A 8 sont choisis, indépendamment l’un de l’autre, parmi les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone et les groupes alkoxy de formule OA 10 où A 10 est un groupe alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, et - un composé E de formule (3) suivante : R’-OH (3) dans laquelle R’ représente l’atome d’hydrogène ou bien R’ est choisi dans le groupe constitué par les groupes alkyle ayant de 1 à 8 atomes de carbone, les groupes cycloalkyles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryles ayant de 6 à 12 atomes de carbone, les groupes aryl-alkyles ayant de 7 à 24 atomes de carbone, et les groupes silyles de formule Si(A 11 ) 3 où chaque A 11 est choisi, indépendamment les uns des autres, parmi les groupes alkyles ayant de 1 à 8 atomes de carbone. Composition selon la revendication 11, dans laquelle le composé E est présent selon un ratio molaire (composé E)/(élément Co apporté par le composé du cobalt C) compris entre 0,1 et 500, plus préférentiellement entre 0,5 et 100.