Catalyseurs à base de métaux de transition

La catalyse au vanadium est la deuxième application la plus courante du vanadium, après son utilisation comme additif pour améliorer la production d'acier. Un catalyseur à base de vanadium active efficacement les peroxydes et oxyde sélectivement les substrats comme les bromures, les sulfures et les alcènes. Il a été démontré que ces catalyseurs sont capables de transférer efficacement des atomes d'oxygène sur un substrat utile en synthèse, pour donner des molécules oxydées d'intérêt lors d'une réaction à grande échelle, et ce, avec un haut degré de sélectivité. En outre, les catalyseurs à base de vanadium sont efficaces pour la catalyse de la polymérisation d'oléfines. Les oxydes de vanadium peuvent être mis en œuvre dans le cadre des normes d'émissions des véhicules et pour la désulfuration du pétrole brut. De plus, l'utilisation d'oxydants écologiques, comme l'hydrogène et l'alkylhydroperoxyde, élargit considérablement l'éventail des applications possibles des catalyseurs à base de vanadium au niveau industriel.

Le fer et ses composés sont très répandus dans la nature et peuvent servir de réactifs ou de catalyseurs. Par exemple, le chlorure ferrique et le bromure ferrique sont utilisés depuis longtemps comme catalyseurs de type acide de Lewis dans la réaction classique de substitution électrophile aromatique. Les complexes du fer à ligands organiques sont particulièrement intéressants et peuvent servir de catalyseurs à base de fer respectueux de l'environnement pour un grand nombre de transformations. Pour illustrer ce point, on peut citer le rôle très utile de la catalyse au fer dans la déshydrogénation de l'ammoniac-borane, sujet brûlant d'actualité, l'ammoniac-borane (NH3:BH3, AB) étant un matériau de stockage de l'hydrogène.

À la fois économiques et écologiques, les catalyseurs à base de cobalt suscitent un vif intérêt pour les réactions de couplage croisé. Les catalyseurs au cobalt sont de puissants réactifs qui trouvent de nombreuses applications dans la synthèse efficace et sélective de composés pharmaceutiques, de produits naturels et de nouveaux matériaux. Il a été démontré que ces catalyseurs présentent une plus grande réactivité pour diverses réactions de formation de liaisons carbone-carbone (C–C). La catalyse aux sels de cobalt se caractérise par une bonne tolérance aux groupements fonctionnels, des conditions réactionnelles douces et une grande chimiosélectivité par rapport à la catalyse au palladium ou au nickel, qui sont les catalyseurs les plus couramment utilisés dans les couplages croisés catalysés par des métaux. Il est possible de réaliser une multitude de nouvelles réactions de catalyse au cobalt facilitées par divers réactifs organométalliques avec des halogénures de vinyle, d'alkyle ou d'aryle.

La catalyse au nickel joue un rôle central dans de nombreuses transformations synthétiques, depuis les réactions de couplage croisé avec formation de liaisons carbone-carbone jusqu'à la réduction des liaisons carbone riches en électrons avec des catalyseurs à base de nickel de Raney. Ces catalyseurs au nickel peuvent présenter différents états d'oxydation : nickel(0), nickel(II), nickel(III) et nickel(IV). Les types de catalyseurs au nickel immédiatement disponibles sont les alliages d'aluminium et de nickel (Al Ni), les hydrates d'ammonium et de nickel, le nickel-cyclooctadiène, les halogénures (chlorures, bromures, fluorures et iodures) de nickel, les nickel-cyclopentadiényles, le nickel métal, les acétylacétonates de nickel et les catalyseurs à base de nickel de Raney (produits de W. R). Grace and Company.

Les catalyseurs au cuivre sont utiles pour les conditions réactionnelles douces et produisent d'excellents rendements. Cependant, leurs réactions chimiques sont lentes et nécessitent des températures élevées. Parmi les réactions catalysées par des métaux de transition formant des liaisons carbone-carbone et carbone-hétéroatome, la catalyse au cuivre est utilisée dans les réactions d'Ullmann, les réactions de Diels-Alder, les réactions d'extension de cycle, le couplage de Castro-Stevens, la réaction de Kharasch-Sosnovsky et une variante importante de la cycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen utilisant un catalyseur au Cu(I) mis au point indépendamment par Meldal et Sharpless. Cette réaction, appelée cycloaddition azoture-alcyne catalysée par le cuivre(I) (CuAAC), produit un triazole à partir d'un alcyne terminal et d'un azoture.

La catalyse des liaisons carbone-carbone et carbone-hétéroatome est essentielle en chimie de synthèse ainsi que pour la synthèse de produits pharmacologiques, de matériaux et de composés biologiques. Les ligands et solvants organiques utilisés comme additifs dans les réactions de couplage croisé catalysées par le cuivre permettent d'améliorer le rendement de la réaction et d'utiliser des conditions plus douces. Nous proposons des catalyseurs et des précatalyseurs au cuivre efficaces, ainsi que des structures organométalliques (MOF pour "Metal Organic Framework") à base de cuivre.

La catalyse au zinc trouve de nombreuses applications en chimie synthétique et en synthèse organique. Un catalyseur à base de chlorure de zinc qui se comporte comme un acide de Lewis de force modérée peut catalyser la synthèse indolique de Fischer pour convertir des arylhydrazones en indoles, ainsi que l'acylation de Friedel-Crafts pour former des produits monoacylés à partir d'arènes et de chlorures d'acyle. En plus du ZnCl2, un catalyseur à base d'oxyde de zinc peut s'avérer utile dans diverses conversions catalytiques. Nous proposons d'autres catalyseurs au zinc, notamment plusieurs halogénures de zinc, qui catalysent des réactions stéréospécifiques et régiosélectives. Outre leurs propriétés catalytiques, nos composés à base de zinc trouvent des applications en science des matériaux dans les nanomatériaux et les points quantiques chimiluminescents. Nos composés à base de zinc peuvent également servir de matériaux de départ pour la préparation de réactifs organozinciques utilisés dans le couplage de Negishi.

La réaction de carboalumination asymétrique catalysée au zirconium (ZACA pour "Zirconium-Catalyzed Asymmetric Carboalumination"), mise au point par le prix Nobel de chimie Ei-ichi Negishi, est probablement l'un des exemples les plus connus d'applications d'un catalyseur au zirconium. La réaction ZACA permet la fonctionnalisation chirale d'alcènes avec des organoaluminiums, catalysée par un composé bis(indényl)zirconium chiral. Un autre catalyseur au zirconium qui mérite d'être signalé est le dioxyde de zirconium ou zircone. La liste des applications de la zircone en catalyse hétérogène s'allonge rapidement. Ces applications sont notamment la décomposition de l'oxyde nitrique, la réduction de l'acide carboxylique en aldéhydes, la déshydratation sélective d'alcools secondaires en alcènes terminaux et l'hydrogénation du monoxyde de carbone en isobutane.

Les transformations oxydatives sélectives de divers groupements fonctionnels avec des oxydants respectueux de l'environnement et facilement accessibles sont facilement réalisables avec un catalyseur au ruthénium approprié. La catalyse au ruthénium peut constituer un outil très puissant en chimie de synthèse pour la catalyse sélective de transformations oxydatives comme l'époxydation asymétrique d'alcènes, la formation d'espèces du dioxygène, la dihydroxylation des oléfines et la déshydrogénation oxydative des alcools.

De plus, les catalyseurs à base de ruthénium sont largement utilisés dans les réactions de métathèse, les catalyseurs de Grubbs étant les plus connus dans le domaine de la métathèse des oléfines. La grande popularité des catalyseurs de Grubbs s'explique par leur haute tolérance à divers groupements fonctionnels et leur grande stabilité dans l'air et dans une multitude de solvants.

Les catalyseurs au rhodium s'avèrent être de bons promoteurs de l'activation des liaisons carbone-hydrogène (C–H), qui constitue désormais un outil à la fois complexe et intéressant en matière de catalyse. La catalyse au rhodium suscite un intérêt croissant pour les réactions de couplage croisé par déshydrogénation catalytique et constitue un moyen élégant de créer des liaisons C–C. Bien que le palladium soit le métal de prédilection dans la majorité des exemples, les catalyseurs au rhodium peuvent être de bons promoteurs de cette activation. L'utilisation de catalyseurs à base de rhodium permet d'accéder à des couplages importants, notamment aryle-aryle, aryle-alcène et alcène-alcène, qui constituent des voies efficaces pour l'obtention de structures organiques d'intérêt.

La possibilité d'ajuster précisément les conditions réactionnelles des catalyseurs au palladium (température, solvants, ligands, bases et autres additifs) fait de ce type de catalyse un outil extrêmement polyvalent en chimie de synthèse organique. De plus, les catalyseurs au palladium possèdent une très grande tolérance à divers groupements fonctionnels et sont souvent capables de conférer une excellente stéréospécificité et une excellente régiospécificité, évitant d'avoir à introduire des groupements protecteurs. Cette famille de catalyseurs hautement polyvalents est connue pour les réactions de formation de liaisons carbone (principalement C–C, C–O, C–N et C–F), notamment : le couplage de Heck, le couplage de Suzuki, le couplage de Stille, le couplage de Hiyama, le couplage de Sonogashira, le couplage de Negishi et l'amination de Buchwald-Hartwig, pour ne citer que quelques exemples.

En catalyse hétérogène, les catalyseurs au palladium comme le catalyseur de Lindlar (ou palladium de Lindlar) sont très efficaces pour faciliter les hydrogénations sélectives, qui incluent la conversion des triples liaisons en doubles liaisons cis, la monohydrogénation des polyoléfines et l'hydrogénation des azotures en amines.

Nous vous invitons à découvrir notre large choix de catalyseurs au palladium homogènes et hétérogènes extrêmement polyvalents. Pour faciliter encore la purification et le nettoyage après la réaction, nous proposons également une sélection de catalyseurs au palladium supportés, ainsi qu'une gamme de catalyseurs au palladium recyclables et immobilisés EnCat^® qui sont adaptés à diverses réactions de formation de liaisons et d'hydrogénation/réduction.

Notre offre inclut un large choix de catalyseurs à l'argent de haute qualité pour la catalyse par les métaux de transition en synthèse organique. La catalyse à l'argent est couramment utilisée en raison du fort pouvoir oxydant des complexes de l'argent et de leur haut potentiel oxydant, ce qui leur permet en outre de servir d'activateurs en augmentant l'électronégativité d'autres catalyseurs comme ceux à base d'or. La synthèse organique et inorganique tire parti du potentiel d'oxydation stœchiométrique des composés à base d'argent. Les transformations organiques à catalyse homogène par l'argent révèlent la chimie redox unique de l'argent, qui est capable de catalyser des réactions avec une grande stéréospécificité et une grande régiospécificité. Les catalyseurs à l'argent facilitent la formation de liaisons, aussi bien intermoléculaires qu'intramoléculaires. Les procédés hétérogènes impliquant une catalyse à l'argent comprennent la réduction des NOx et l'oxydation catalytique du monoxyde de carbone (CO) en dioxyde de carbone (CO2). Les sels d'argent(I) peuvent être utilisés dans la catalyse de plusieurs réactions d'addition nucléophile et de plusieurs transformations organiques. Grâce à leur fort potentiel oxydant et à la présence d'ions argent, les catalyseurs à base d'argent ainsi que les complexes et les ligands connexes sont importants en chimie de synthèse.

Nous proposons des catalyseurs au platine efficaces, comme le dioxyde de platine (également appelé catalyseur d'Adams) qui est utilisé pour l'hydrogénation de divers groupements fonctionnels et la déshydrogénation en synthèse organique. Du noir de platine, catalyseur à base de platine actif, se forme pendant la réaction. La catalyse au platine appliquée aux alcynes se traduit par une addition syn, formant un cis-alcène. Deux des transformations les plus importantes qui mettent en œuvre des catalyseurs au platine sont l'hydrogénation des composés nitro en amines et des cétones en alcools. Il est à noter que des réactions de réduction d'alcènes peuvent être réalisées avec le catalyseur d'Adams en présence de groupements nitro, sans réduire ces derniers. Les catalyseurs à base de platine sont préférés à ceux à base de palladium pour minimiser l'hydrogénolyse lors de la réduction des composés nitro en amines. La catalyse au platine est également utilisée pour l'hydrogénolyse des esters phénylphosphate, réaction qui ne se produit pas avec un catalyseur au palladium.

Avant les années 1980, on considérait que l'or présentait une faible activité catalytique. Des recherches dirigées par F. Dean Toste (Université de Californie à Berkeley) et d'autres scientifiques ont placé l'or au premier plan de la catalyse par les métaux de transition. En particulier, les complexes de l'or(I) à ligands phosphine ont récemment vu le jour en tant que puissants catalyseurs pour la formation de liaisons C–C, capables de réaliser une multitude de réactions dans des conditions douces. La liste des méthodes utiles pour la création de liaisons C–C inclut les cyclopropanations, les isomérisations d'enynes, les réarrangements de Rautenstrauch, les ènes-réactions et les extensions de cycles. En général, le système catalytique repose sur un complexe phosphine-chlorure d'or(I) associé à un co-catalyseur à base de sel d'argent pour former l'espèce active in situ.

Quelle que soit votre application de catalyse organique ou organométallique, nous avons le catalyseur à base de métal de transition dont vous avez précisément besoin.