Brevet FR3131918A1 — publié le 20230721

La présente invention concerne les réactions d’hydrosilylation entre un composé alcène monosubstitué et un composé comprenant au moins un atome d’hydrogène lié à un atome de silicium. Plus spécifiquement, l’invention concerne un procédé d’hydrosilylation d’un composé insaturé (A) comprenant au moins une fonction alcène monosubstitué, avec un composé (B) comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle, ledit procédé comprenant l’étape consistant à soumettre ledit composé insaturé (A) et ledit composé (B) à une irradiation en présence d’un photocatalyseur (C) consistant en un carbonyle de manganèse. Cette réaction d’hydrosilylation entre un composé alcène et une composé comprenant au moins un atome d’hydrogène lié à un atome de silicium permet notamment le durcissement par réticulation de compositions silicones. Pas de figures Procédé d’hydrosilylation photocatalysé par un complexe de manganèse La présente invention concerne les réactions d’hydrosilylation entre un composé alcène monosubstitué et un composé comprenant au moins un atome d’hydrogène lié à un atome de silicium. Plus spécifiquement, l’invention concerne un procédé d’hydrosilylation photocatalysé par un complexe de manganèse. Cette réaction d’hydrosilylation entre un composé alcène et un composé comprenant au moins un atome d’hydrogène lié à un atome de silicium permet notamment le durcissement par réticulation de compositions silicones. Etat de la technique antérieure Lors d’une réaction d’hydrosilylation de composés alcènes (également appelée polyaddition), un composé comprenant au moins une double 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 par : La réaction d’hydrosilylation peut s’accompagner de, voire parfois être remplacée par, une réaction de silylation déshydrogénante (également appelée déshydrosilylation). La réaction peut être décrite par : La réaction d’hydrosilylation est notamment utilisée pour réticuler des compositions silicones comprenant des organopolysiloxanes portant des motifs alcényles et des organopolysiloxanes comprenant des fonctions hydrogénosilyles. La réaction d’hydrosilylation de composés alcènes 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. En 1966, dans le brevet américain US 3,271,362, le problème du remplacement de l’acide chloroplatinique comme catalyseur d’hydrosilylation était déjà évoqué. Les inventeurs de ce brevet proposaient l’utilisation d’un catalyseur métallique carbonylé choisi dans le groupe constitué par le cyclopentadiényle dicarbonyle de cobalt [C 5 H 5 Co(CO) 2 ], le décacarbonyle de dimanganèse [Mn 2 (CO) 10 ] et l’octacarbonyle de dicobalt [Co 2 (CO) 8 ]. Dans le seul mode de réalisation mettant en œuvre le décacarbonyle de dimanganèse, la réaction est conduite à 125°C et aucune indication précise n’est donnée sur le rendement de la réaction et la nature des produits de polyaddition. En 2021, Dong et al. décrit dans une publication scientifique (« Manganese-catalysed divergent silylation of alkenes », Nature Chemistry volume 13, pages 182-190 (2021)) un catalyseur à base de manganèse pour la déshydrosilylation et l’hydrosilylation d’alcène. Mn 2 (CO) 10 est utilisé comme précurseur métallique et doit être associé à un ligand, de préférence un ligand JackiePhos pour favoriser la réaction d’hydrosilylation. La réaction est conduite à 120°C. Le décacarbonyle de dimanganèse a par ailleurs été décrit comme catalyseur dans d’autres réactions. On peut citer par exemple la publication scientifique de Liang et al (« Visible-Light-Initiated Manganese-Catalyzed E-Selective Hydrosilylation and Hydrogermylation of Alkyne », Org. Lett. 2019, 21, 8, 2750–2754), qui décrit l’utilisation de 10 mol.% de Mn 2 (CO) 10 comme photocatalyseur de la réaction d’hydrosilylation d’alcynes. A l’inverse des alcènes, les alcynes ne peuvent pas subir de déshydrosilylation. C’est dans ce contexte que les inventeurs ont cherché un procédé plus efficace d’hydrosilylation de composés alcènes. Avantageusement, on souhaite que la réaction soit rapide et à température modérée, de préférence à température ambiante. De plus, on souhaite que la réaction d’hydrosilylation soit sélective, que les réactions de déshydrosilylation et/ou d’isomérisation du composé alcène soient réduites voire négligeables. Enfin, on souhaite que le catalyseur contienne un élément chimique abondant, peu couteux et non toxique. De façon inattendue, les inventeurs ont découvert que la réaction d’hydrosilylation d’alcènes monosubstitués pouvaient être photocatalysée dans des conditions douces par des complexes de carbonyle de manganèse, avec d’excellents rendements et une excellente sélectivité. En particulier, cette réaction photocatalysée ne produit pas ou peu de produits de déshydrosilylation et/ou d’isomérisation du composé alcène monosubstitué. La présente invention a pour objet un procédé d’hydrosilylation d’un composé insaturé (A) comprenant au moins une fonction alcène monosubstitué, avec un composé (B) comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle, ledit procédé comprenant l’étape consistant à soumettre ledit composé insaturé (A) et ledit composé (B) à une irradiation en présence d’un photocatalyseur (C) consistant en un carbonyle de manganèse. La présente invention a également pour objet l’utilisation d’un carbonyle de manganèse comme photocatalyseur d’une réaction d’hydrosilylation d’un composé insaturé (A) comprenant au moins une fonction alcène monosubstitué, avec un composé (B) comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle. Procédé d’hydrosilylation d’un composé insaturé (A) comprenant au moins une fonction alcène monosubstitué, avec un composé (B) comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle, ledit procédé comprenant l’étape consistant à soumettre ledit composé insaturé (A) et ledit composé (B) à une irradiation en présence d’un photocatalyseur (C) consistant en un carbonyle de manganèse. Procédé d’hydrosilylation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carbonyle de manganèse est le décacarbonyle de dimanganèse, de formule chimique [Mn 2 (CO) 10 ]. Procédé d’hydrosilylation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le composé insaturé (A) est un composé organique comprenant un groupe alcène monosubstitué choisi dans le groupe constitué par : - les α-oléfines, de préférence le 1-octène et le 1-hexène, - les α-oléfines chlorées, de préférence le chlorure d’allyle, - les α-oléfines fluorées, de préférence de 4,4,5,5,6,6,7,7,7-nonafluoro-l-heptène, - l’alcool allylique, - les éthers d’allyle, tels que l’éther d’allyle et de benzyle, les éthers d’allyle et d’alkyle en C 1 -C 8 , l’éther d’allyle et glycidyle, l’éther d’allyle et de pipéridine, préférentiellement l’éther d’allyle et de pipéridine stériquement encombrée, les éthers d’allyle et de silyle, préférentiellement l’éther d’allyle et de triméthylsilyle, - les esters d’allyles, tels que l’acétate d’allyle, - les styrènes, - le 1,2-époxy-4-vinylcyclohexane, - les acrylates d’alkyles en C 1 à C 4 et l’acide acrylique. Procédé d’hydrosilylation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le composé insaturé (A) est un composé organopolysiloxane comprenant une ou plusieurs fonctions alcènes monosubstituées, de préférence au moins deux fonctions alcènes monosubstituées. Procédé d’hydrosilylation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le composé (B) comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle est un composé organopolysiloxane comprenant au moins un atome d’hydrogène lié à un atome de silicium. Procédé d’hydrosilylation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’irradiation est faite par exposition à un rayonnement de longueur d’onde comprise entre 100 nm et 450 nm, ou entre 200 nm et 420 nm, ou entre 250 nm et 405 nm. Procédé d’hydrosilylation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’irradiation est effectuée avec un rayonnement UV dont la source est une lampe UV-LED. Procédé d’hydrosilylation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l’irradiation est mise en œuvre à une température comprise entre 0°C et 60°C, de façon plus préférée entre 15°C et 60°C, de façon plus préférée entre 20°C et 40°C, et de façon encore plus préférée à température ambiante. Procédé d’hydrosilylation selon l’une quelconque des revendications 1, 2, 6, 7 et 8, pour la fonctionnalisation d’organopolysiloxanes à fonctions SiH, caractérisé en ce que le composé insaturé (A) comprenant au moins une fonction alcène monosubstitué est choisi parmi les composés insaturés comprenant une ou plusieurs fonctions alcènes monosubstitués et de 2 à 40 atomes de carbone, et le composé (B) comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle est un composé organopolysiloxane comprenant au moins un atome d’hydrogène lié à un atome de silicium. Procédé d’hydrosilylation selon l’une quelconque des revendications 1, 2, 6, 7 et 8, pour la préparation de matériaux silicones réticulés, caractérisé en ce que le composé insaturé (A) comprenant au moins une fonction alcène monosubstitué est un composé organopolysiloxane comprenant au moins deux fonctions alcènes monosubstituées, et le composé (B) comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle est un composé organopolysiloxane comprenant au moins trois atomes d’hydrogène liés à un atome de silicium. Utilisation d’un carbonyle de manganèse comme photocatalyseur d’une réaction d’hydrosilylation d’un composé insaturé (A) comprenant au moins une fonction alcène monosubstitué, avec un composé (B) comprenant au moins une fonction hydrogénosilyle.