academie de montpellier - Ecole nationale supérieure de chimie de ...

ACADEMIE DE MONTPELLIER
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier
THESE
Pour l’obtention du grade de
Docteur de l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier
Discipline : Chimie Organique, Minérale et Industrielle
Ecole Doctorale : Sciences Chimiques
SILICES HYBRIDES
POUR
L’ORGANOCATALYSE ASYMETRIQUE
par
Alexandra ZAMBOULIS
Soutenue le 13 décembre 2010
Jury
Roser PLEIXATS Professeur, Universitat Autònoma de Barcelona Rapporteur
Stéphane PAROLA Professeur, Université Claude Bernard, Lyon I Rapporteur
Jacques ROUDEN Professeur, ENSICAEN
Président du
jury
Jean-Olivier DURAND Chargé de Recherche,Université Montpellier II Examinateur
Michel WONG CHI MAN
Joël MOREAU
Directeur de Recherche, Ecole Nationale
Supérieure de Chimie de Montpellier
Professeur, Ecole Nationale Supérieure de
Chimie de Montpellier
Examinateur
Directeur de
thèse

ACADEMIE DE MONTPELLIER
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier
THESE
Pour l’obtention du grade de
Docteur de l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier
Discipline : Chimie Organique, Minérale et Industrielle
Ecole Doctorale : Sciences Chimiques
SILICES HYBRIDES
POUR
L’ORGANOCATALYSE ASYMETRIQUE
par
Alexandra ZAMBOULIS
Soutenue le 13 décembre 2010
Jury
Roser PLEIXATS Professeur, Universitat Autònoma de Barcelona Rapporteur
Stéphane PAROLA Professeur, Université Claude Bernard, Lyon I Rapporteur
Jacques ROUDEN Professeur, ENSICAEN
Président du
jury
Jean-Olivier DURAND Chargé de Recherche,Université Montpellier II Examinateur
Michel WONG CHI MAN
Joël MOREAU
Directeur de Recherche, Ecole Nationale
Supérieure de Chimie de Montpellier
Professeur, Ecole Nationale Supérieure de
Chimie de Montpellier
Examinateur
Directeur de
thèse

Remerciements
i
Remerciements
Je tiens à remercier en premier lieu mon directeur de thèse, monsieur Joël Moreau, de
m’avoir confié ce sujet et de m’avoir accueillie au sein de son laboratoire.
Je remercie madame Roser Pleixats, monsieur Stéphane Parola, monsieur Jean-Olivier
Durand et monsieur Jacques Rouden pour avoir accepté de faire partie de mon jury de thèse et
de juger ce travail.
Je voudrais adresser mes plus vifs remerciements à Catherine Bied, ma co-directrice,
Xavier Cattoën et Michel Wong Chi Man qui m’ont co-encadrée et guidée tout au long de
cette thèse. Catherine, tu as accompagné mes premiers pas au sein de cette nouvelle équipe et
ce nouveau laboratoire que je découvrais, tu m’as expliqué comment utiliser une rampe à vide
et comment faire des matériaux par sol-gel ; je voudrais te remercier pour ton aide et tes
encouragements. Xavier, merci de ton implication dans ma thèse et de ta disponibilité ; merci
de m’avoir fait partager tes connaissances et de m’avoir donné de précieux conseils. Je te suis
reconnaissante de la patience inouïe que tu as montrée pendant la rédaction de ce manuscrit
que tu as lu, relu et rerelu. Sans toi, les choses auraient été autrement plus compliquées.
Michel, merci d’avoir été aussi disponible malgré ton emploi du temps particulièrement
chargé et de m’avoir fait bénéficier de ton expérience. Un grand merci pour toutes les
discussions – scientifiques ou non – que nous avons eues au cours de ces trois années. Je
voudrais également remercier Renata qui a accepté de relire une partie de ce manuscrit, pour
ses remarques pertinentes et les discussions que l’on a eues sur l’organocatalyse.
Pour leur gentillesse et leurs apports à tous les niveaux, je tiens à remercier l’ensemble
des personnes qui habitent plus ou moins à notre étage et que j’associe au laboratoire :
Françoise, Jean-Pierre et Thibaut, Myriam, Michel, Catherine, Carole et Xavier, Olivier et
Peter, Charlotte, Lionel et tout particulièrement Pascale qui m’a appris à utiliser les machines
les unes après les autres, autant de fois que nécessaire et toujours avec le sourire.
Je voudrais remercier Mathias et Nico mes co-locataires de labo. Ça a été un réel
plaisir de vous avoir rencontrés et côtoyés jour après jour dans notre labo et notre bureau.
Merci à Blanca, Nathalie, Christophe et Julien pour votre intérêt et vos attentions, surtout ces
huit derniers mois. Et puis aussi, dans le désordre, Nir, Samir, Marie-Agnès, Camille, Marcia
et Sandra, Amàlia, Kristyna, Eva, Alexey, Phuong, Mirela, Fred, Mariana, Sandra C.,
Sèverine, Marjolaine, Karolina, Veronika, Xavier S., Stéphanie et Céline, Maria, Sébastien,
Simon, Julien G. et Jean-Nicolas, Araceli, Eric G., Eric T et Karine. Un grand merci à vous

Remerciements
tous pour votre bonne humeur, votre aide et pour toutes les pauses que l’on a partagés, pour
ces moments de détente et de rire qui ont rythmé nos journées.
Je voudrais remercier Matthias Gehringer, Mohamed Mamaouni et Nicolas Rahier qui
ont travaillé sur ce sujet avant moi et Gwenaëlle et Rodérick, étudiants de l’ENSCM, qui ont
travaillé avec moi.
Je tiens également à remercier Delphine, Matthieu R., Loubna, Nicolas, Vorleak et
Matthieu C. avec lesquels j’ai partagé mes journées de TP à la Galéra.
Enfin, je ne remercierai jamais assez mes parents qui de loin m’ont soutenue,
encouragée et conseillée.
ii

Avant-propos
iii
Avant-propos
Les travaux décrits dans cette thèse ont été effectués au sein du laboratoire
Architectures Moléculaires et Matériaux Nanostructurés (AM2N) de l’Institut Charles
Gerhardt de Montpellier (UMR 5253 CNRS-UM2-ENSCM-UM1) sur le site de l’Ecole
Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier.
Réactions sous conditions anhydres
Les manipulations nécessitant des conditions anhydres ont été effectuées sous
atmosphère d’azote en utilisant des techniques de Schlenk. Les solvants utilisés ont été séchés
avec un appareil MBraun SPS-800 ou par distillation sur desséchant (CaH2 pour la
triéthylamine, le toluène le pentane et le DMF, P2O5 pour le dichlorométhane, magnésium
pour l’éthanol, sodium en présence de benzophénone pour le THF).
Appareillage
Les réactions sous micro-ondes ont été effectuées dans des tubes scéllés, en utilisant
un appareil CEM Discover, équipé d’une sonde infrarouge pour le contrôle de la température.
Une puissance maximale de 200 W et une agitation moyenne ou forte ont été utilisées dans
tous les cas (option “PowerMax” désactivée).
Les spectres RMN liquide 1 H, 13 C, 29 Si et 19 F ont été enregistrés sur un appareil
Bruker AC-400 ou AC-250 en solution dans du chloroforme ou du diméthylsulfoxyde
deutéré. Les déplacements chimiques δ sont donnés par rapport au tétraméthylsilane pour les
spectres 1 H et 13 C et au trichlorofluorométhane pour les spectres 19 F. Les spectres RMN solide
13 C et 29 Si CP-MAS on été enregistrés par Philippe Gaveau, sur un appareil Bruker FT AM
400 et un appareil Varian VNMRS 400 MHz en utilisant des rotors de ZrO2 de 7,5 mm de
diamètre. Les abbréviations utilisées pour les multiplicités des signaux sont m pour multiplet,
l pour large, s pour singulet, d pour doublet, t pour triplet, q pour quadruplet, dd pour doublet
de doublet et dt pour doublet de triplet.
Les analyses de spéctrométrie de masse ont été réalisées sur un spectomètre de masse
JEOL JMS-DX 300 à l’université Montpellier II (ionisation ESI + ou FAB + ).
Les pouvoirs rotatoires ont été mesurés sur un polarimètre Perkin-Elmer 241.
Les analyses HPLC ont été réalisées en utilisant une pompe Waters 515 avec un
détecteur Waters 2487 et une colonne Daicel Chiracel OJ.

Avant-propos
Les mesures d’adsorption/désorption d’azote on été effectuées sur deux appareils
Micromeritics : un Tristar 3000 et un ASAP 2020. Les dégazages avant analyse ont été
réalisés entre 40 et 60 °C pendant 12 à 48 heures.
Les analyses en diffraction des rayons X ont été réalisées par Philippe Dieudonné, au
LCVN, à l’université Montpellier II, à partir d’un dispositif comprenant une source de RX
produite par une anode en cuivre, un monochromateur de type «Osmic» focalisant un faisceau
intense (10 8 photons/sec). Un détecteur 2D de type «image plate» est utilisé. Les poudres sont
placées dans des capillaires en verre de diamètre de 1,5 mm. Les diagrammes RX ont
l’intensité diffusée en fonction du vecteur de diffusion q en nm -1 .
Les photos de MET ont été prises en utilisant un appareil JEOL 1200 EX II à l’université
Montpellier II. Les photos de MEB ont été prises par Didier Cot, à l’Institut Européen des
Membranes, en utilisant un appareil Hitachi S4800 après métallisation au platine.
Publications
Une partie de l’étude bibliographique du premier chapitre a déjà été publiée sous la
forme d’une revue :
“Hybrid materials: versatile matrices for supporting homogeneous catalysts”
A. Zamboulis, N. Moitra, J. J. E. Moreau, X. Cattoën, M. Wong Chi Man
Journal of Materials Chemistry, DOI : 10.1039/c000334d.
Certains résultats présentés dans ce manuscrit ont déjà fait l’objet d’une publication :
Silica-supported L-proline organocatalysts for asymmetric aldolisation,
A. Zamboulis, N. J. Rahier, M. Gehringer, X. Cattoën, G. Niel, C. Bied, J. J. E. Moreau, M.
Wong Chi Man,
Tetrahedron: Asymmetry, 2009, 20, 2880-2885.
Abbréviations
Ac : CH3CO
Bn : OCH2Ph).
n-Bu : CH3(CH2)3
i-Bu : (CH3)2CHCH2
t-Bu : (CH3)3C
Cbz : C(O)OCH2Ph
iv
Cy : C6H11
PMP : p-CH3OC6H4
i-Pr : (CH3)2CH
TMS : Si(CH3)3
Ts : p-CH3C6H4S(O)(O)

PCC : pyridinium chlorochromate
TBAF : fluorure de tétrabutyl ammonium
TOP : tri-o-tolylphosphine
TEOS : tétraéthoxysilane
bmim : butylméthylimidazolium
DMF : N,N-diméthylformamide
DMSO : diméthylsulfoxyde
NMP : N-méthylpyrrolidone
THF : tétrahydrofurane
Δ : chauffage
EWG : groupement électroattracteur
HOMO : Highest Occupied Molecular Orbital
LUMO : Lowest Unoccupied Molecular Orbital
SOMO : Single Occupied Molecular Orbital
µW : micro-ondes
NHC : carbène N-hétérocyclique
Nu : nucléophile
PMO : Periodic Mesoporous Organosilica
IR : Infra Rouge
MEB : Microscopie Electronique à Balayage
MET : Microscopie Electronique en Transmission
RMN : Résonance Magnétique Nucléaire
RX : Rayons X
Catalyseur de Speier H2Pt IV Cl6
Catalyseur de Karstedt
Si
O
Si
O
Si Si
Pt Pt
v
Si
Si
O
Avant-propos

SOMMAIRE
vii
Sommaire
Introduction générale 1
Chapitre I : Etude bibliographique 9
A. Organocatalyse 13
1. Catalyse par l’intermédiaire d’énamines 14
i) Réaction d’aldolisation 14
ii) Réaction de Mannich 17
iii) Réaction de Michael 18
iv) Fonctionnalisation en α 20
v) Réaction de Diels-Alder 20
2. Catalyse par l’intermédiaire d’ions iminiums 22
i) Réaction de Diels-Alder 23
ii) Fonctionnalisation en β (additions 1,4) 24
3. Activation par liaisons hydrogène 24
4. Catalyse par l’intermédiaire de carbènes hétérocycliques 26
i) Condensation benzoïne 27
ii) Réaction de Stetter 28
5. Conclusion 28
B. Matériaux hybrides 30
1. Partie inorganique 30
i) Silice 31
a. Matériaux de Classe I 31
b. Matériaux de Classe II 32
i. Synthèse moléculaire 32
ii. Fonctionnalisation post-synthétique 34
ii) Autres matrices inorganiques 35
a. Les phosphonates métalliques 35
b. Nanoparticules d’oxydes métalliques 36
c. Matrices métalliques 36
2. Influence du support 37
i) Porosité et pores 37

Sommaire
ii) Propriétés interfaciales 38
iii) Catalyse coopérative 40
3. Conclusion 42
C. Organocatalyse supportée 44
1. Catalyse par l’intermédiaire d’énamines 44
2. Catalyse par l’intermédiaire d’ions iminiums 47
3. Activation par liaisons hydrogène 49
4. Catalyse par l’intermédiaire de carbènes N-hétérocycliques 50
5. Conclusion 51
D. Références bibliographiques 53
Chapitre II : Immobilisation de la L-proline 63
A. Résultats et discussion 65
1. Synthèse 67
2. Caractérisation 71
3. Application en catalyse 76
4. Discussion 78
i) Préparation des matériaux 78
ii) Performances catalytiques 78
5. Conclusion et perspectives 81
B. Partie expérimentale 85
C. Références bibliographiques 105
Chapitre III : Immobilisation du catalyseur de Takemoto 107
A. Résultats et discussion 109
1. Synthèse de précurseurs moléculaires 110
i) Introduction du groupement triéthoxysilyle par alkylsilylation avec un
halogénure de propyltriéthoxysilane 110
ii) Formation d’une thiourée après introduction d’un groupement triéthoxysilyle 114
iii) Introduction du groupement triéthoxysilyle par couplage de Heck 116
iv) Introduction du groupement triéthoxysilyle par hydrosilylation 117
v) Introduction du groupement triéthoxysilyle par réaction click 119
a. Groupement protecteur phtaloyle 119
viii

ix
Sommaire
b. Groupement protecteur tétrachlorophtaloyle 122
2. Matériaux contenant un fragment bis(thiourée) 126
3. Conclusion et perspectives 129
B. Partie expérimentale 133
C. Références bibliographiques 171
Chapitre IV : Matériaux nanostructurés à base de thiourées 173
A. Résultats et discussion 175
1. Synthèse 176
i) Précurseurs moléculaires 176
ii) Matériaux 177
2. Caractérisation 178
3. Conclusion et perspectives 183
B. Partie expérimentale 185
C. Références bibliographiques 191
Conclusion générale 193
Annexes 197

Introduction générale

3
Introduction générale
Au 20e siècle la chimie a progressé à grandes enjambées contribuant largement à
l’amélioration de la qualité de vie, notamment dans les pays occidentaux. De la santé à
l’agriculture, en passant par les matériaux, l’armement ou la mode, elle impacte dans tous les
domaines d’activité de notre société. Ses avancées sont toutefois associées à des problèmes
environnementaux, qui n’ont cessé de s’amplifier au fur et à mesure de l’essor de l’industrie
chimique. Aujourd’hui, la société et la communauté scientifique sont de plus en plus
sensibilisées à ces problèmes. La chimie verte se veut une des réponses à ces préoccupations
écologiques. Parmi les douze principes fondateurs de la chimie verte, le développement de
procédés catalytiques a tout particulièrement mobilisé l’attention des chercheurs. 1
Un catalyseur est une substance qui permet d’accélérer une transformation chimique.
Il agit en donnant accès à un chemin réactionnel différent de celui de la transformation non
catalysée. Ce nouveau chemin est caractérisé par une énergie d’activation globale plus faible :
en conséquence, la réaction est plus rapide. Le catalyseur, contrairement aux réactifs, n’est
pas consommé pendant la réaction mais est régénéré à la fin de chaque cycle. Ainsi peut-il, en
théorie être utilisé en quantité substœchiométrique.
En fonction de la nature du catalyseur, on distingue la catalyse homogène et la
catalyse hétérogène. Dans le premier cas, les réactifs et le catalyseur se trouvent dans la même
phase (en général liquide) alors que dans le deuxième cas, le catalyseur et les réactifs sont
dans des phases différentes (le plus souvent le catalyseur est solide et les réactifs sont en
phase liquide ou gazeuse). Les mécanismes réactionnels mis en jeu diffèrent dans les deux
cas. En catalyse homogène, le catalyseur est bien défini et il interagit avec les réactifs à
l’échelle moléculaire. Dans le cas d’un catalyseur hétérogène, les échanges se font à
l’interface solide/liquide (ou gaz) ; la première étape du mécanisme d’activation comprend
dans tous les cas l’adsorption d’au moins un des réactifs sur la surface du catalyseur.
Dans le cadre de nos travaux, nous nous sommes intéressés à deux domaines de la
catalyse : la catalyse homogène supportée et l’organocatalyse asymétrique. La catalyse
homogène supportée est à la frontière entre la catalyse homogène et hétérogène et consiste en
l’immobilisation d’un catalyseur homogène sur un support insoluble. Le catalyseur est en
phase solide, par contre les sites catalytiques sont bien définis et les mécanismes réactionnels
sont du même type qu’en phase homogène. L’organocatalyse peut être définie comme la
catalyse par des “petites molécules” purement organiques sans utilisation d’espèces
métalliques. 2
Les catalyseurs à base de complexes de métaux de transition sont beaucoup utilisés en
recherche comme en industrie. Malgré leurs excellentes performances, ces espèces

Introduction générale
métalliques sont souvent onéreuses et toxiques. La séparation de ces catalyseurs peut s’avérer
délicate, des traces de métaux contaminant souvent les produits, ce qui, en fonction des
applications visées, risque d’être problématique. L’immobilisation de ces catalyseurs
organométalliques sur un support insoluble est une bonne alternative pour réduire les déchets
toxiques, simplifier la séparation du catalyseur et éventuellement permettre sa réutilisation.
C’est ainsi que s’est développée la catalyse homogène supportée. La simplification des étapes
de purification présente des avantages économiques mais également environnementaux
(diminution des quantités de solvants utilisées, donc diminution des déchets organiques et du
coût total des opérations de purification). D’un point de vue industriel, la possibilité
d’utilisation des catalyseurs immobilisés dans des réacteurs en flux continu est un avantage
supplémentaire de la catalyse homogène supportée.
Des matériaux hybrides organiques/inorganiques ont été utilisés pour supporter des
catalyseurs organométalliques. Les matériaux hybrides sont des solides qui combinent un
squelette inorganique et des fragments organiques. Ces matériaux ont aussi trouvé des
applications dans des domaines divers comme la délivrance contrôlée de médicaments ou la
photoluminescence. De nombreux catalyseurs organométalliques supportés sur des matériaux
hybrides ont été mis au point avec succès pour une grande variété de réactions (métathèse,
couplages organométalliques, etc.). Dans le plus simple des cas, le support sert uniquement à
immobiliser le catalyseur. Cependant, on s’est rendu compte que le support peut apporter des
propriétés supplémentaires au niveau de la catalyse. C’est ainsi que, parallèlement à
l’immobilisation de nouveaux catalyseurs, une nouvelle thématique de recherche s’esquisse
autour des propriétés du support, son influence sur les performances des matériaux et la
manière de contrôler ces paramètres.
L’organocatalyse, comme la catalyse supportée, peut s’inscrire dans le concept de la
chimie verte puisqu’une de ses vocations est d’éviter l’utilisation d’espèces métalliques. C’est
un domaine de recherche relativement récent (début du 21e siècle) qui connaît en ce moment
un développement exponentiel. Plusieurs raisons expliquent cet intérêt.
Environnementalement parlant, la conséquence directe de la non-utilisation de complexes
organométalliques est la diminution des quantités de déchets toxiques à traiter (la prévention
de la pollution est le premier principe de la chimie verte), ce qui a également des retombées
économiques. D’un point de vue purement économique, les catalyseurs métalliques sont
souvent assez coûteux, ce qui confère à l’organocatalyse un certain pouvoir d’attraction.
L’utilisation de catalyseurs organiques permet également de contourner les problèmes,
récurrents dans l’industrie pharmaceutique, liés à la contamination des produits par des traces
4

5
Introduction générale
de métaux. En plus de leur faible toxicité, les organocatalyseurs ne sont en général pas
particulièrement sensibles à l’air ou l’humidité, ils peuvent donc être stockés et manipulés
sans précautions ou risques particuliers. L’organocatalyse a également permis de développer
de nouvelles transformations plus écologiques, comme les réactions “one-pot”, les réactions
domino ou en cascade, qui étaient difficilement envisageables précédemment.
Cependant, les organocatalyseurs développés à ce jour n’ont pas encore atteint
l’efficacité de leurs analogues organométalliques ; il en résulte fréquemment la nécessité de
charges importantes en catalyseur. De plus, la séparation du catalyseur et la purification des
produits peuvent se révéler fastidieuses. L’immobilisation de ces organocatalyseurs, comme
dans le cas des catalyseurs organométalliques, pourrait permettre de simplifier les étapes de
purification et de réutiliser les systèmes catalytiques.
Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse se trouvent au croisement de ces
thématiques de recherche. Nous nous sommes intéressés à la préparation de silices hybrides
organiques/inorganiques par voie sol-gel et aux applications de ces matériaux en catalyse
asymétrique. Le fragment organique de ces matériaux est un organocatalyseur (L-proline et
catalyseur de Takemoto) et dans les deux cas les liaisons hydrogène jouent un rôle important
dans le cycle catalytique.
Le premier chapitre de ce manuscrit est une étude bibliographique sur les thèmes
abordés ci-dessus. Dans la première partie sont présentés les principaux modes d’activation
mis en œuvre par les différents organocatalyseurs décrits dans la littérature. La deuxième
partie du chapitre est dédiée aux matériaux hybrides organiques/inorganiques. Les différentes
matrices inorganiques utilisées et l’influence de leurs propriétés sur les performances
catalytiques des matériaux y sont discutées. Finalement, la troisième partie est un état de l’art
sur les organocatalyseurs immobilisés sur support inorganique.
Dans le deuxième chapitre, nous présenterons les travaux que nous avons réalisés sur
l’immobilisation par voie sol-gel d’un composé modèle, la L-proline. Ceux-ci nous ont
permis de vérifier la faisabilité de notre approche et de sonder les difficultés inhérentes à
l’immobilisation d’organocatalyseurs par le procédé sol-gel. Plus précisément, nous
aborderons la synthèse de précurseurs silylés contenant un fragment L-proline, leur
immobilisation par co-condensation en présence de tétraéthoxysilane, la caractérisation des
matériaux obtenus et leurs performances en catalyse asymétrique. Les processus à l’origine de
la détérioration des propriétés catalytiques des catalyseurs supportés seront également
discutés.

Introduction générale
Dans le troisième chapitre, nous nous intéresserons au catalyseur de Takemoto. C’est
un catalyseur bifonctionnel contenant un groupement thiourée et une fonction amine tertiaire,
reliés entre eux par un motif (1R,2R)-1,2-diaminocyclohexane, qui fonctionne par
l’intermédiaire de liaisons hydrogène. Nous décrirons les différentes stratégies que nous
avons envisagées pour préparer des dérivés silylés du catalyseur de Takemoto.
Dans le quatrième chapitre, nous étudierons les possibilités d’obtention de matériaux
nanostructurés par le biais de liaisons hydrogène entre des fonctions thiourée.
6

Références bibliographiques
7
Introduction générale
(1) Anastas, P. T.; Warner, J. C. Green Chemistry, Theory and Practise; Oxford
University Press: New York, 1998.
(2) MacMillan, D. W. C. Nature 2008, 455, 304.

Chapitre I
Etude bibliographique

A. Organocatalyse 13
1. Catalyse par l’intermédiaire d’énamines 14
i) Réaction d’aldolisation 14
ii) Réaction de Mannich 17
iii) Réaction de Michael 18
iv) Fonctionnalisation en α 20
v) Réaction de Diels-Alder 20
2. Catalyse par l’intermédiaire d’ions iminiums 22
i) Réaction de Diels-Alder 23
ii) Fonctionnalisation en β (additions 1,4) 24
3. Activation par liaisons hydrogène 24
4. Catalyse par l’intermédiaire de carbènes hétérocycliques 26
i) Condensation benzoïne 27
ii) Réaction de Stetter 28
5. Conclusion 28
B. Matériaux hybrides 30
1. Partie inorganique 30
i) Silice 31
a. Matériaux de Classe I 31
b. Matériaux de Classe II 32
i. Synthèse moléculaire 32
ii. Fonctionnalisation post-synthétique 34
ii) Autres matrices inorganiques 35
a. Les phosphonates métalliques 35
b. Nanoparticules d’oxydes métalliques 36
c. Matrices métalliques 36
2. Influence du support 37
i) Porosité et pores 37
ii) Propriétés interfaciales 38
iii) Catalyse coopérative 40
3. Conclusion 42
10

C. Organocatalyse supportée 44
1. Catalyse par l’intermédiaire d’énamines 44
2. Catalyse par l’intermédiaire d’ions iminiums 47
3. Activation par liaisons hydrogène 49
4. Catalyse par l’intermédiaire de carbènes N-hétérocycliques 50
5. Conclusion 51
D. Références bibliographiques 53
11

A. Organocatalyse
13
Etude bibliographique
En 1996, Sorensen et Nicolaou, dans leur livre Classics in Total Synthesis (p. 344),
donnent la définition suivante de la catalyse asymétrique : “Dans une réaction catalytique et
asymétrique, une petite quantité d’un catalyseur énantiomériquement pur, un enzyme ou un
complexe soluble de métal de transition, est utilisé pour produire de grosses quantités d’une
substance optiquement active à partir d’un précurseur qui peut être chiral ou achiral”. 5
Depuis, les choses ont un peu changé puisque le début du 21 e siècle a vu la résurgence
d’un nouveau type de catalyse, l’organocatalyse, qui vient compléter cette vision.
L’organocatalyse peut être définie comme la catalyse sans utilisation d’espèces métalliques
mais avec des catalyseurs purement organiques. Le terme “catalyseur organique” a été utilisé
pour la première fois par Ostwald, en 1901, pour distinguer les petites molécules organiques
des enzymes et des catalyseurs inorganiques. 6 Jusqu’en 2000, les exemples dans la littérature
sont sporadiques : Liebig en 1859, Marckwald en 1904, 7 Bredig en 1908, 8 Langenbeck en
1932, 9 Pracejus en 1960, 10,11 Hajos, Parrish, 12 Weichert, Sauer et Eder 13 en 1971 (Schéma I.1,
sans doute l’exemple le plus connu). A partir de 1995, les publications se multiplient (Yang, 14
Shi, 15 Denmark, 16 Jacobsen, 17 Corey 18 de 1996 à 1999), mais ce n’est qu’en 2000, avec les
travaux des groupes de Barbas 19 et MacMillan, 20 que les projecteurs se tournent vers cette
thématique et qu’on réalise qu’il ne s’agit pas d’exemples isolés, mais qu’il existe un vrai
potentiel à développer. Depuis, l’organocatalyse suscite un vif intérêt et le nombre de
publications sur ce sujet croît de façon exponentielle. 21
O
O
O
L-proline
3 mol%
DMF
O
O OH
99%, ee 93%
Schéma I.1 : réaction Hajos-Parrish-Weichert-Sauer-Eder.
Les organocatalyseurs peuvent être classés selon différents critères. En fonction de
leur caractère acidobasique par exemple, on discerne les bases de Lewis (la grosse majorité
des catalyseurs), les acides de Lewis, les bases de Brønsted et les acides de Brønsted. 22 Le
critère qui sera utilisé dans ce chapitre est le mécanisme de catalyse, 21 même si, pour certaines
réactions, il n’est encore que supposé. Alors qu’un grand nombre d’organocatalyseurs ont été
décrits pour beaucoup de réactions, les mécanismes (modes d’activation) mis en jeu sont
restreints : la catalyse par l’intermédiaire d’énamines, d’ions iminiums, de carbènes,
H +
O
O

Chapitre I
l’activation par liaisons hydrogène, la catalyse SOMO (Single Occupied Molecular
Orbital) 23,24 et la catalyse par l’intermédiaire du contre-ion. 25,26 Dans la partie qui suit
(chapitre I-A), seuls les quatre premiers modes d’activation et quelques réactions-clés seront
discutés un peu plus en détail.
1. Catalyse par l’intermédiaire d’énamines
Ce type de catalyse se rencontre par excellence
dans les réactions de fonctionnalisation en α de composés
carbonylés. Dans les mécanismes proposés (Figure I.1), 19
le catalyseur, une amine primaire ou secondaire, réagit
avec le composé carbonylé pour former un ion iminium I
qui est déprotoné vers l’énamine II. Après réaction avec
un électrophile, un nouvel ion iminium III est formé.
L’hydrolyse de ce dernier permet de récupérer le produit
et de régénérer le catalyseur. La force motrice est la
formation d’un intermédiaire énamine fortement
nucléophile (augmentation de l’énergie de l’orbitale
moléculaire HOMO). Cette énamine a un caractère plus
nucléophile par rapport à l’énol correspondant, formé dans les réactions classiques en
présence d’un ion métallique.
Il y a deux grandes familles de catalyseurs : (i) les
catalyseurs où l’approche de l’électrophile est dirigée par
des liaisons hydrogène, A (Figure I.2), et (ii) les catalyseurs
qui contrôlent l’attaque de l’électrophile par encombrement
stérique, B (Figure I.2). Aussi, l’induction asymmétrique
observée n’est pas la même dans les deux cas. 27
O 2N
i) Réaction d’aldolisation 1-3
O 1
H +
O 30 mol%
DMSO
t.a.
O 2N
14
OH O
68%, ee 76%
H +
R
Figure I.1 : Catalyse par
l’intermédiaire d’énamines.
Schéma I.2 : Réaction d’aldolisation entre le p-nitrobenzaldéhyde et la propanone.
III
R
H 2O
N
N
O
E
R'
R'
E
E
E
!
O
H
R
N
H
N
H
N
II
1
E
R'
R
COOH
O
R
N
A B
R'
+ H
N
H 2O
H
R'
Figure I.2 : Contrôle de l’approche
de l’électrophile.
I
!

15
Etude bibliographique
La réaction qui a permis le renouveau de l’organocatalyse a été la réaction
d’aldolisation catalysée par la L-proline, 1, développée par List, Lerner et Barbas
(Schéma I.2). 19 D’autres acides aminés ont également été utilisés pour catalyser cette réaction.
Dans ses travaux initiaux, le groupe de Barbas a utilisé sans succès l’histidine, la valine, la
tyrosine et la phénylalanine. 19 Cependant, en optimisant les conditions et les substrats,
plusieurs groupes ont obtenu de très bonnes énantiosélectivités. 28-31 Par exemple, la L-
thréonine et son dérivé 2 ont été utilisés pour obtenir des syn-1,2-diols à partir
d’hydroxycétones (Schéma I.3). 32,33 Cette approche a trouvé des applications dans la synthèse
de dérivés de sucres. 34
O 2N
O
H
+
O
OH
2
20 mol%
NMP
4 °C
O 2N
OH
OH
O
>95%, dr 18:1, ee 98%
Schéma I.3 : Réaction d’aldolisation de l’hydroxypropanone.
Ot-Bu
NH 2
2
COOH
Les peptides sont une alternative aux acides aminés. L’intérêt qu’ils présentent réside
dans la modulation facile de leurs propriétés. C’est ainsi que divers petits peptides (di-, tri-,
tetra- et penta-peptides), contenant une unité proline 35-37 ou non, 28,38 ont été décrits dans la
littérature avec des résultats divers. 1
Malgré les résultats obtenus avec des acides aminés linéaires, le motif pyrrolidine est
omniprésent dans la catalyse par l’intermédiaire d’énamines. En effet, de nombreux
catalyseurs dérivés ou inspirés de la proline ont été développés pour être utilisés avec des
substrats que la proline ne pouvait catalyser et/ou pour améliorer ses performances. 1 Puisque
la liaison hydrogène émanant de la fonction acide carboxylique a un rôle primordial, l’enjeu a
été de moduler la force de cette liaison hydrogène.
Par exemple, le catalyseur 3 contenant un cycle tetrazole présente des propriétés
différentes de la proline (plus lipophile, caractère plus acide dans le DMSO, meilleure
stabilisation des charges négatives). Ceci entraîne une solubilité différente (plus soluble dans
les solvants organiques “classiques”) et une meilleure activité dans certains cas (par exemple,
aldehydes non-activés, Schéma I.4). 19,39-41

Chapitre I
O
H
+
O
3
20 mol%
DMSO
t.a.
16
OH O
3 : 79%, ee 99%, 13 heures
1 : 97%, ee 96%, 48 heures 19
Schéma I.4 : Aldolisation entre l’isobutyraldéhyde et la propanone.
Le groupe de Maruoka a développé une
famille de catalyseurs à structure bi-aryle. Le
catalyseur 4 présente une très bonne activité
catalytique, puisque, pour la réaction du p-
nitrobenzaldéhyde avec la propanone (Schéma
I.2), 0,1 mol% de catalyseur suffit pour obtenir
un rendement de 91% et un excès énantiomérique
de 96% (4 jours). 42
Dans la plupart des réactions
d’aldolisation conduisant à la formation de deux diastéréoisomères, le diastéréoisomère
majoritairement formé est l’aldol anti, sauf certaines exceptions généralement liées au
substrat. Parmi les quelques catalyseurs 32,43,44 qui permettent d’obtenir préférentiellement
l’aldol de sélectivité syn, on peut citer le catalyseur 5 (Schéma I.5) : 45
O 2N
O
O
5
H +
H
5 mol%
NMP
Bu t.a.
O 2N
OH
Bu
O
77%, dr > 20:1, ee 99%
Schéma I.5 : Réaction d’aldolisation entre le p-nitrobenzaldéhyde et l’hexanal.
Dans les exemples précédemment mentionnés, les catalyseurs décrits possèdent un
groupement donneur de liaison hydrogène qui dirige l’approche de la cétone ou de l’aldéhyde.
L’imidazolidinone 6 a été utilisée pour catalyser des réactions d’aldolisation croisée
(Schéma I.6). 46 L’approche des deux réactifs est gouvernée uniquement par des paramètres
stériques. En comparant avec la proline, l’énantiomère inverse est obtenu. 47
MeO
MeO
MeO
MeO
N
H
3
OMe
OMe
N
N
H
N
N
CO 2H
NH
4
O
H
N
N
H
NHSO 2CF 3
6
NH
5

H
O
Bu
H
O
A : 1, 10 mol%, DMF, 23 °C
+
17
MeO
B : 6 . TFA, 10-20 mol%, Et 2 O, 4 °C, puis Amberlyst-15, MeOH
A
B
H
O
Bu
OMe
Bu
OH
OH
Etude bibliographique
80%, dr 24:1, ee > 99%
72%, dr 6:1, ee 91%
Schéma I.6 : Réaction d’aldolisation entre l’hexanal et l’isobutyraldéhyde.
ii) Réaction de Mannich
La réaction de Mannich est une réaction qui permet la synthèse de molécules azotées à
partir de deux composés carbonylés et une amine. On peut faire réagir les trois composés en
même temps (Schéma I.7) ou préformer l’un des partenaires (l’imine en général) et le faire
réagir sur le troisième (Schéma I.8).
Après l’avoir utilisée pour la réaction d’aldolisation, List et
ses collaborateurs ont testé l’activité de la proline pour cette
réaction. 48 Le dérivé 7 possédant un cycle tetrazole présente une
meilleure activité catalytique. 49 Divers autres acides aminés primaires
ont également été utilisés. 32,50-52
O
+
MeO
O
OMe
H
+
NH 2
OMe
cat.
10 mol%
H 2 O
t.a.
O HN
PMP
OMe
OMe
1 a : 36%, dr 1:2,3, ee 16%
7 b : 95%, dr 4,4:1, ee 93%
Schéma I.7 : Réaction de Mannich entre la cyclohexanone, le 2,2-diméthoxyacétaldehyde et la 4-méthoxyaniline
(PMP : 4-méthoxyphényl), a : anti, b : syn.
Les équipes de Jørgensen et Hayashi ont, indépendamment, mis au point une série
d’éthers du diarylprolinol utilisée avec beaucoup de succès pour la fonctionnalisation
N
H
8a
Ph
Ph
OTMS
TBDPSO
N
N
H HN
N
N
d’aldéhydes en α du carbonyle (Schéma I.11) 53 et des réactions de Michael. 54
L’éther 8a a été repris pour catalyser la réaction de Mannich entre une imine
préformée et plusieurs aldéhydes (Schéma I.8). 55 L’absence de groupement
donneur de liaison hydrogène conduit au diastéréoisomère anti. D’autres exemples
7

Chapitre I
intéressants ont été décrits dans la littérature avec des catalyseurs et des substrats très
variés. 1,56,57
H
O
+
N
PMP
H CO 2Et
8a
10 mol%
18
CHCl 3
4 °C
O HN PMP
H CO 2Et
68%, dr > 19:1, ee 98%
Schéma I.8 : Réaction de Mannich entre l’isovaleraldéhyde et une imine préformée (PMP : 4-méthoxyphényl).
iii) Réaction de Michael
La réaction de Michael permet de créer une liaison C-C en position β d’un alcène
activé par un groupement électroattracteur (par exemple, un composé carbonylé α,β-insaturé
ou une nitro-oléfine (Schéma I.9). Le donneur de Michael (nucléophile) peut être activé par la
formation d’une énamine (Figure I.3) ou d’un énolate.
N
Z
N
Z
H 2 O O
Figure I.3 : Activation du donneur de Michael (Z = groupement électroattracteur).
Les premiers essais avec la L-proline ont validé le concept, même si l’excès
énantiomérique obtenu est pratiquement nul (Tableau I.1, entrée 1). 58 Pour faciliter la
formation de l’intermédiaire énamine, un catalyseur contenant
deux unités pyrrolidine et une pyridine, 9, a été décrit. L’unité
pyridine a un double rôle : outre la déprotonation de
l’intermédiaire imine, l’encombrement stérique qu’elle impose
permet de bloquer l’une des deux faces de l’énamine. 59 Ce
catalyseur a montré une bonne activité en présence d’un additif
acide pour la cyclohexanone (Tableau I.1, entrée 2) mais elle est
moindre pour les aldéhydes. Le sulfamide 10, en présence d’un
additif basique, permet l’addition d’aldéhydes sur le trans-β-
nitrostyrène, à température ambiante (Tableau I.1, entrée 3). 60 Les
catalyseurs de Jacobsen contenant une amine primaire et une
fonction thiourée, 11, ont été utilisés pour catalyser la réaction de Michael avec des substrats
un peu plus “difficiles”, comme les aldéhydes α,α-disubstitués 61 ou les cétones non
symétriques (Tableau I.1, entrée 4). 62
N
H
Bn N
O
Z
9
N N
O
N
H
S
NH
O
N
H
10
t-Bu S
11
N
H
NH 2
NH 2

R 1
O
R 2
R 3
Entrée Catalyseur
+
Ph
NO 2 R 1 !
19
cat.
O
R 2 R 3
Ph
NO 2
Substrat Charge Rdt ee
R 1 R 2 R 3 mol% % %
1 1 CH3 H H 15 97 7
2 9 (CH2)4 H 10 95 99
3 10 H CH3 CH3 20 83 99
4 11 CH3 H CH(CH3)2 10 83 99
Tableau I.1 : Réaction de Michael entre divers composés carbonylés et le β-nitrostyrène.
Etude bibliographique
Les éthers du diphenylprolinol catalysent l’addition Michael d’aldéhydes sur des
nitro-oléfines 54 ou des vinyl-cétones (Schéma I.9) 63 avec succès. Les alcaloïdes de la famille
des Cinchona ont été utilisés pour catalyser l’addition de cétones sur des malonitriles 64 et des
vinyl sulfones. 65
H
O
Bn
+
8b
O 2 mol%
t.a.
H
O O
Bn
90%, ee >95%
Schéma I.9 : Réaction de Michael entre le 3-phénylpropanal et la méthyl-vinyl-cétone.
N
H
8b
Ph
Ph
Toutes les réactions mentionnées précédemment sont des réactions intermoléculaires,
mais les réactions de Michael peuvent être aussi intramoléculaires (Schéma I.10) et conduire à
la formation de produits cycliques : 66
H
O
O
12 . HCl
5 mol%
THF
t.a.
H
O
O
99%, dr 24:1, ee 97%
Schéma I.10 : Réaction de Michael intramoléculaire.
O
N
N
H
12
OMe

Chapitre I
iv) Fonctionnalisation en α
Comme décrit précédemment pour les additions de Michael, on peut également
fonctionnaliser un dérivé carbonylé en α avec des électrophiles hétéroatomiques. On peut
ainsi introduire des groupements azotés, oxygénés, soufrés et des halogénures. En fonction de
l’électrophile choisi, la réaction passe par une addition ou une substitution. Les produits
obtenus après cette première fonctionnalisation ne sont pas toujours très stables ; ils sont donc
souvent réduits vers les alcools correspondants (quand le produit de départ est un aldéhyde)
ou d’autres dérivés plus stables. 1,67,68 L’éther du diarylprolinol 8c est un catalyseur polyvalent
pour ce type de réactions (Schéma I.11). 53
Ph
R'O 2C
R'O 2C
S
NH
N
R
R
O
O
N Ar
H Ar
20
OTMS
Ar = 3,5-(CF 3) 2-Ph
Ph
S
N
N
N
8c
O
t-Bu
O
t-Bu
R'O 2C
N
N
CO 2R'
R
PhO 2S
N SO 2Ph
Br Br
Schéma I.11 : Fonctionnalisation d’aldéhydes catalysée par l’éther de diarylprolinol 8c.
v) Réaction de Diels-Alder 4
La première réaction de Diels-Alder organocatalysée a été décrite dans la littérature
par le groupe de MacMillan, qui a utilisé un catalyseur dérivé d’une imidazolidinone. 20 Dans
cet exemple, l’intermédiaire réactif est un ion iminium qui est appauvri en électrons (baisse de
l’énergie de l’orbitale LUMO). Mais en fonction des substrats et des catalyseurs, la réaction
peut également passer par un intermédiaire énamine ou diénamine (Figure I.4). Dans ce cas de
figure, le diène ou diénophile est enrichi en électrons (augmentation de l’énergie de l’orbitale
HOMO).
F
Br
F
R
R
O
O

a. R
b.
c.
R
O
O
O
R
N
H
N
H
N
H
R
N
N
R
R
diène
N
R'
R
diénophile
21
N
EWG
diène pauvre
en électrons
N
R
diénophile
N
diène
R' R
EWG
Figure I.4 : Réaction de Diels-Alder activée par l’intermédiaire d’énamines.
HO
R
R
Etude bibliographique
HO
O
R' R
Le premier mécanisme (Figure I.4, a.) est illustré par le groupe de Jørgensen avec le
dérivé de la pyrrolidine 13. 69 De bons rendements (60-90%) et
de bonnes enantioséléctivités (80-95%) sont obtenus avec
plusieurs aldéhydes et énones (Schéma I.12). Plus récemment,
une réaction aza-Diels-Alder entre des N-tosyl-butadiènes et
des aldéhydes α,β-insaturés, avec utilisation du diarylprolinol
8a, a été décrite. 70 Cette fois, c’est une diénamine qui joue le
rôle du diénophile (Figure I.4, b.).
i-Pr
O
H
+
O
Ph CO 2Me
1) 13, 10 mol%
silice (50 mg)
CH 2 Cl 2, -15 °C à t.a.
2) PCC, CH 2 Cl 2
Schéma I.12 : Réaction de Diels-Alder.
O
i-Pr
O
EWG
Ph
93%, ee 89%
CO 2Me
Barbas et al ont décrit une réaction domino Knoevenagel/Diels-Alder catalysée par le
carboxylate du 5,5-diméthyl thiazolidinium 14 (Schéma I.13). 71 Dans un premier temps,
l’acide de Meldrum 15 réagit avec l’aldéhyde pour former le diénophile (pauvre en électrons).
N
H
13
N
H
8a
Ph
Ph
OTMS

Chapitre I
L’énone va former un diène enrichi en électrons (Figure I.4, c.) qui réagira sur le diénophile
formé lors de la première étape. 72
O
N
14
Ph
Ph
+
O 2N
+
CHO
+ O O
14
O O
O O
Ar
O O
15
22
14
20 mol%
MeOH
t.a.
Schéma I.13 : Réaction domino Knoevenagel/Diels-Alder.
2. Catalyse par l’intermédiaire d’ions iminiums
Ph
O
O
O
O Ar
O
88%, ee 86%
S
N
H
14
COOH
Ce mode de catalyse est inspiré des catalyseurs de type acides de Lewis. La
condensation réversible de composés carbonylés α,β-insaturés avec des amines chirales
conduit à la formation d’ions iminiums. Ces ions sont caractérisés par un niveau LUMO plus
faible que les composés initiaux et sont activés vis-à-vis de nucléophiles (cycloadditions et
additions conjuguées, Figure I.5).
O N
Réaction de
Diels-Alder
Addition de
nucléophile
Figure I.5 : Réactions activées par la formation d’ions iminiums.
L’énantiosélectivité est contrôlée par des paramètres purement stériques. C’est
l’encombrement imposé par le catalyseur qui va définir la géométrie de l’ion iminium (cis ou
trans) et la face (si ou re) sur laquelle va avoir lieu l’attaque.
N
N
Nu
O
O
Nu

i) Réaction de Diels-Alder
23
Etude bibliographique
Le groupe de MacMillan a publié une réaction de Diels Alder organocatalysée par
l’imidazolidinone 12 en présence d’un co-catalyseur acide (Schéma I.14, voir également
section I.A.1.v). 20 A l’exception du cyclopentadiène, le catalyseur 12 permet une bonne
diastéréosélectivité endo. Plusieurs dérivés avec des substituants différents en 2, 3 et 5 ont
ensuite été décrits pour élargir la gamme de substrats de cette réaction (cétones, 73 réactions
intramoléculaires, 74,75 etc).
O
+
12 . HCl
5 mol%
CH 3 CN/H 2 O
23 °C
CHO
82%, exo:endo 1:14, ee 94%
Schéma I.14 : Réaction de Diels-Alder catalysée par l’imidazolidinone 12.
Avec le catalyseur 12 des séléctivité endo sont observées
(Schéma I.14). L’équipe de Maruoka a mis au point un catalyseur
sélectif exo (exo:endo 13:1), au champ d’application toutefois réduit. 76
Le diarylprolinol 8c a pu être utilisé sur une plus grande gamme de
substrats avec de meilleurs rendements mais une moins bonne
sélectivité (exo:endo 4:1). 77,78
16
NH N
NH 2
Les catalyseurs précédents sont des amines secondaires où
l’encombrement stérique de l’atome d’azote impose des contraintes
vis-à-vis des substrats. Pour résoudre ce problème, quelques
catalyseurs contenant une amine primaire ont été développés. Par
exemple, le catalyseur 16 a été appliqué à la réaction Diels-Alder
avec des aldéhydes insaturés α-substitués (acroléines) (Schéma I.15). 79,80
+
PhO 2C
CHO
16 . 2,75 C 6 F 5 SO 3 H
10 mol%
EtNO 2
t.a.
Ph
O
5
3
N
H
CO 2Ph
CHO
97%, ee 87%
Schéma I.15 : Réaction de Diels-Alder catalysée par une amine primaire.
En plus des réactions de Diels-Alder, des cycloadditions [3+2] de nitrones ont été
décrites dans la littérature. 81
N
H
N
2
12
F 3C CF 3
8c
OTMS
CF 3
CF 3

Chapitre I
ii) Fonctionnalisation en β (additions 1,4)
L’ion iminium formé par condensation du catalyseur et du composé carbonylé α,β-
insaturé est activé vis-à-vis de nucléophiles. Le nucléophile attaque en 4 pour former une
énamine qui va s’additionner sur un électrophile pour former un nouvel ion iminium.
L’hydrolyse de ce dernier conduit à la formation du produit fonctionnalisé en β (Figure I.5).
Différents nucléophiles ont été utilisés, aussi bien carbonés (composés 1,3-dicarbonylés,
composés aromatiques, nitroalcanes, éthers d’énols silylés) qu’hétéroatomiques (donneurs
d’hydrure, thiols, alcools, nucléophiles azotés). Comme pour les réactions de Diels-Alder,
sont utilisés principalement les catalyseurs à base d’imidazolidinones. 81 La synthèse de la
warfarine est un exemple d’addition de composés 1,3-dicarbonylés sur une cétone α,β-
insaturée (Schéma I.16).
Ph
Ph
H
N
N
H
17
OMe
N
O
OH
19
N
Ph
Ph
NH 2
18
Essayant de mettre au point une synthèse
énantiosélective de la warfarine (un anticoagulant commercial)
plusieurs groupes se sont intéressés à l’addition de 4-
hydroxycoumarines à la benzylidenepropanone (Schéma I.16).
Jørgensen et coll. ont utilisé l’imidazolidine 17 (S,S) et ont
obtenu la S-warfarine avec un rendement de 90% et un excès
énantiomérique de 80%. 82 Des diamines vicinales, par exemple
l’amine 18, peuvent également catalyser cette réaction
(rendement 94%, ee (R) 86%, en présence d’acide acétique, en 48h). 83 Les excès
énantiomériques ont été améliorés en utilisant le catalyseur 19 dérivé de l’épiquinine
(rendement 88%, ee 96%), mais en augmentant la charge du catalyseur (20 mol% au lieu de
10 mol%). 84 Le champ d’application de ces catalyseurs a été étendu, dans les trois cas avec
succès, à des dérivés de la 4-hydroxycoumarine et à d’autres énones.
OH
NH 2
NH 2
O O
3. Activation par liaisons hydrogène
+
O
Schéma I.16 : Synthèse de la warfarine.
24
OH Ph O
O O
La liaison hydrogène est une liaison formée entre le doublet libre d’un atome
fortement électronégatif (N, S, O, …) et un hydrogène porté par un atome plus électronégatif
que lui. Energétiquement parlant, elle se situe entre les liaisons covalentes et les interactions

25
Etude bibliographique
de van der Waals (10 – 65 kJ/mol). C’est une interaction omniprésente dans la nature (par
exemple, la double hélice de l’ADN) et dans tous les systèmes enzymatiques. Les premiers
exemples d’application pour la catalyse asymétrique “en laboratoire” remontent aux années
1980 avec les travaux de Wynberg, 85 Inoue, 86,87 Dolling, 88 et leurs collaborateurs, mais ce
n’est qu’à partir de 1998 que ce mode d’activation est systématiquement étudié.
Dans la partie où la catalyse par énamines a été abordée, il a été vu qu’avec certains
catalyseurs comme la proline, l’électrophile qui attaque l’intermédiaire énamine est dirigé
par le catalyseur grâce à une liaison hydrogène. Ces exemples ne seront pas discutés ci-
dessous. Les catalyseurs mentionnés ici fonctionnent uniquement par liaisons hydrogène ou
par combinaison de ce type d’interactions avec un acide ou une base.
En 1998, Jacobsen et Sigman ont découvert le catalyseur 20 en essayant de mettre au
point un système optimal de ligand/métal pour catalyser
des réactions de Strecker (addition de HCN sur des
imines, Schéma I.17). 17,89 Ce catalyseur est composé
d’un amide, d’une thiourée, d’une diamine chirale et
finalement d’une arylimine. Le mécanisme décrit 90
montre l’importance des liaisons hydrogène induites
par la thiourée et l’amide pour l’activation des réactifs et l’induction asymétrique.
Ph
N
H
1) 20, 2 mol%
O
+ HCN
toluène, -78 °C
2) (CF3CO) 2O F3C N
Ph CN
Schéma I.17 : Réaction de Strecker.
78%, ee 91%
Ce catalyseur a été ensuite décliné en une série de dérivés, plus ou moins complexes,
en changeant un ou plusieurs composants de la structure initiale pour l’adapter à d’autres
substrats et réactions. Les urées et thiourées sont de bons donneurs de liaisons hydrogène et
elles ont été beaucoup utilisées, par la suite, dans des catalyseurs de structures variées. 91
Les alcaloïdes de la famille des Cinchona possèdent un
groupement basique et généralement un groupement hydroxyle libre
qui peut être donneur d’une liaison hydrogène, ce qui fait d’eux de
potentiellement bons catalyseurs bifonctionnels. 92-94 Par exemple, la
quinine 21 a été utilisée pour des additions conjuguées de β-
Ph
H
N
O
t-Bu
20
N
H
S
N
H
HO
t-Bu
N
21
N
OH
OCH 3
OMe
N

Chapitre I
cétoesters sur des maleimides avec de bonnes énantio- et diastéréo-séléctivités (Schéma
I.18). 95 Pour renforcer la capacité de ces alcaloïdes à fonctionner en tant que donneurs de
liaisons hydrogène, le groupement hydroxyle a été remplacé dans
certains exemples par une thiourée. 96 Un autre catalyseur qui
contient une fonction thiourée et une amine tertiaire est le
catalyseur de Takemoto, 22. Ce catalyseur a été initialement utilisé
pour des additions Michael sur des nitro-oléfines (voir Chapitre
III). 97
COOMe
O
O
+ N
O
Ph
26
21
10 mol%
CH 2 Cl 2
- 20 °C
Schéma I.18 : Addition de β-cétoesters sur des maleimides.
!
O
O
!
N
COOMe
Ph
O
97%, dr 94:6, ee 92%
D’autres types de structures permettant une activation des réactifs par liaisons
hydrogène ont également été utilisées. Ainsi, le TADDOL et ses dérivés ont été utilisés pour
des réactions de Diels-Alder, 4 des dérivés du BINOL ont été utilisés pour des réactions
Morita-Baylis-Hillman et des allylborations. 98 Toujours dans les catalyseurs contenant un
motif binapthyle, des acides phosphoriques ont été utilisés pour activer notamment des
imines. Une multitude d’autres catalyseurs, aux structures variées, contenant des groupements
donneurs de liaisons hydrogène, ont été mis au point et utilisés. 91
4. Catalyse par l’intermédiaire de carbènes hétérocycliques
Les carbènes sont définis comme des espèces neutres possédant un carbone divalent
avec 6 électrons sur la couche de valence. Les premiers rapports mentionnant des complexes
possédant des carbènes N-hétérocycliques (NHC) datent des années 1960. L’isolation des
premiers carbènes stables remonte à la fin des années 1980 et au début des années 1990. 99
Dans les années 1950, il a été découvert qu’un carbène nucléophile est à l’origine de l’activité
de la thiamine (vitamine B1), qui est un co-enzyme présent dans certaines réactions
d’acylations nucléophiles. 100
Les NHC sont devenus des ligands importants en catalyse organométallique et depuis
peu, leur utilisation en organocatalyse suscite un réel intérêt. Une des propriétés les plus
F 3C
F 3C
N
H
22
S
N
H
N

27
Etude bibliographique
importantes des NHC est leur faculté d’inverser la polarité des aldéhydes en les rendant
nucléophiles (Umpolung). 101
N - H +
X
N
X
N
X
R
O
H
H O
R
Intermédiaire
de Breslow
N
X
OH
Figure I.6 : Formation d’un équivalent d’un anion d’acyle.
R
Equivalent d'un
anion d'acyle
En général, le carbène neutre est généré in situ à partir d’un sel correspondant (pré-
catalyseur), à l’aide d’une base, sauf quand cette dernière pose problème (réactions parasites,
stabilité du produit final, etc.) auquel cas le carbène stable est formé au préalable.
i) Condensation benzoïne
Sheehan et Hunneman ont présenté en 1966 la première condensation benzoïne
asymétrique catalysée par un carbène (excès énantiomérique 22%). 102 Après avoir maitrisé les
homo-condensations, 103 la recherche s’est tournée vers les condensations croisées inter- et
intra-moléculaires (entre deux aldéhydes différents ou entre un aldéhyde et une cétone). Ces
dernières permettent de synthétiser des α-hydroxycétones cycliques (Schéma I.19), qui sont
des motifs rencontrés notamment dans la famille des chromanones. 104
Les catalyseurs décrits pour ces réactions sont des systèmes polycycliques – ce qui
permet de rigidifier la structure et d’améliorer l’induction asymétrique – contenant, le plus
souvent, un fragment triazole. En 2006, les équipes d’Enders 105 et Suzuki 106 ont décrit deux
catalyseurs de ce type, 23 et 24 respectivement. Ces catalyseurs sont complémentaires et
couvrent un vaste champ de substrats.
N
X
OH
R

Chapitre I
O
H
O
a ou b
THF
t.a.
ii) Réaction de Stetter
O
CH 3
OH
a : (S), 93%, ee 94%
b : (R), 70%, ee 96%
28
BF 4
23
N
Ph
N
N
Schéma I.19 : Condensation benzoïne intramoléculaire,
a : 23 10 mol%, KOt-Bu 9 mol%, b : 24 20 mol%, DBU 20 mol%.
Une autre famille de réactions qui est catalysée avec grande efficacité par les NHCs
est la réaction de Stetter (addition conjuguée d’un équivalent d’anion d’acyle sur un composé
carbonylé α,β-insaturé). 107 A nouveau, c’est la version intramoléculaire qui permet d’accéder
à des produits cycliques, fonctionnalisés en 1,4, qui a pour l’instant permis les meilleurs
résultats. 108
Divers catalyseurs, de structures assez semblables mais avec des propriétés
électroniques et stériques modulables, ont été developpés pour couvrir une multitude de
substrats (alcènes E ou Z, alcènes di-substitués en α ou β, aldéhydes aliphatiques, substrats
oxygénés, azotés, soufrés ou phosphorés, etc.). 109 Le catalyseur 25, par exemple, permet de
créer, en une seule étape, deux centres asymétriques contigus (Schéma I.20). 110
O
O
O
5. Conclusion
25
20 mol%
toluène
23 °C
O
H
O
O
H
94%, dr 50:1, ee 99%
Schéma I.20 : Réaction de Stetter intramoléculaire.
N
N
N
O
N
N
N
Ph
24
Cl
Bn CF 3
L’organocatalyse vient combler un vide entre la catalyse organométallique et la
catalyse enzymatique. Elle présente des avantages indéniables ; ainsi les systèmes catalytiques
sont assez simples – on parle souvent de petites molécules organiques par opposition aux
enzymes – et généraux – quoique souvent inspirés par des enzymes, les organocatalyseurs
n’ont pas leur spécificité. Ils ne sont pas particulièrement sensibles à l’air ou l’humidité et
peuvent donc être manipulés sans précautions spéciales. Ce sont aussi des molécules moins
toxiques qui n’entraînent pas les problèmes de contamination liés à l’utilisation de métaux, et
25

29
Etude bibliographique
généralement moins chères que les complexes métalliques, bien que le développement de
catalyseurs au fer ou au cuivre vienne sans doute modifier la donne dans un proche avenir.
Les conditions réactionnelles nécessaires sont en général assez douces et un grand nombre de
groupements fonctionnels sur les molécules est toléré. Ceci permet de faire des réactions
dominos catalytiques et générer ainsi plusieurs centres asymétriques en une étape
(Schéma I.13). 27,111,112
Mais ce n’est pas une solution parfaite et il y a aussi des inconvénients. Effectivement,
les charges d’organocatalyseur nécessaires sont souvent assez élevées ce qui, en plus
d’augmenter le coût, complique la purification des produits. Les efforts pour diminuer les
quantités d’organocatalyseurs ne sont fructueux que si les temps de réaction, qui sont déjà
relativement longs, sont augmentés. Plusieurs étapes de synthèse peuvent être nécessaires
pour la préparation du catalyseur et ce dernier n’est pas toujours récupéré à la fin d’un cycle
d’utilisation. De plus, les excès énantiomériques obtenus sont souvent remarquables sans
pourtant encore atteindre ceux des catalyseurs “classiques” (organométalliques,
enzymatiques). Même si les catalyseurs ne sont pas sensibles à l’humidité, des traces d’eau
conduisent dans certains cas à une baisse de l’énantiosélectivité et des basses températures
peuvent être nécessaires pour obtenir de bons excès énantiomériques. Cela dit,
l’organocatalyse en est à ses débuts et le chemin à parcourir pour optimiser les catalyseurs, les
conditions, les mécanismes mis en jeu est encore long... Elle n’a pas vocation à remplacer la
catalyse organométallique ou la biocatalyse, mais à les compléter.
Les problèmes liés à la quantité de catalyseur nécessaire pour un cycle réactionnel et à
la purification des produits pourraient être partiellement résolus en supportant les catalyseurs.
Dans la partie qui suit, les supports disponibles, leur caractéristiques et la préparation de
catalyseurs supportés seront développés.

Chapitre I
B. Matériaux hybrides
Un matériau hybride est un solide qui combine un squelette inorganique et des
fragments organiques. Il ne s’agit pas toujours d’un simple assemblage : les deux parties
peuvent interagir entre elles pour créer une nouvelle entité où chaque élément apporte des
propriétés qui lui sont propres, mais où la synergie des deux permet de créer des propriétés
supplémentaires. 113-115 La partie inorganique principalement utilisée est la silice (1.i.), mais
d’autres supports peuvent être utilisés comme des oxydes ou des sels métalliques (par
exemple les phosphonates de zirconium, 1.ii.). Le fragment organique est généralement choisi
pour sa fonctionnalité. Ces matériaux ont trouvé des applications diverses et variées
(séparation, reconnaissance moléculaire, photoluminescence, catalyse).
Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à des applications en
catalyse et c’est sous cet angle que seront brièvement présentées les différentes matrices
inorganiques utilisées dans les matériaux hybrides et leur influence sur les
propriétés/performances du matériau.
1. Partie inorganique
Les interactions entre les deux parties de l’hybride jouent un rôle important sur les
propriétés du matériau final. Elles peuvent donc être utilisées pour distinguer les matériaux
hybrides en deux catégories : 113
i) les matériaux de Classe I où ces interactions sont faibles (liaisons hydrogène,
interactions van der Waals ou électrostatiques), (Figure I.7, A).
ii) les matériaux de Classe II où les deux parties sont liées par des liaisons
chimiques (covalentes ou ioniques), (Figure I.7, B).
Alternativement, on peut parler de matériaux composites ou hybrides, respectivement.
Les difficultés à contrôler le taux de matière organique dans le matériau final et les
problèmes de relargage sont les principaux inconvénients des matériaux de Classe I. Au
contraire, la liaison covalente qui caractérise les matériaux de Classe II est généralement
stable sous les conditions d’utilisation, ce qui permet d’éviter des pertes de catalyseur. Mais la
création d’une liaison chimique requiert une modification plus ou moins importante de la
structure du catalyseur, ce qui peut influer sur ses performances.
30

HO
Si
O
O Si
O
O
O O
Si O
Si
O O
Si
O
Si
O
O
Si O
Si
O
HO
Si
O
O
OH
Si
O
O O
O Si
Si
O
Si
Si
O O
Si O
HO
O
O
O
Si
O Si O
O
O
O
Si
O
O
OH
O
Si
O OH
O
O
Si
O
Si O
O HO
Si Si
O O
Si
O
O O
Si OH
O O
O
Si O
O
O
Si
OH
O Si O O
O Si O
O
O
O
O
Si
O
Si O
O O
OH
O
Si
O
OH
OH
O
Si
O OH
O
O
O
Si
O O
O Si O
HO
HO
OH
HO
OH
O
O
Si
O
Si O
HO
O Si O
O O
A
31
Etude bibliographique
O
O
O
O
Si
HO
Si Si
O
O O
O Si
Si O
O O
O
Si O
O
Si Si O
O
O Si Si
OH
O
O
O
Si
Si
HO
O
Si OH
O
Si
O O
O
Si
O O
O
Si O OH
Si
O O
OH Si
O O
O
O O O
Si
O
Si
HO
O
HO
Si
O
O
O
O
O O
Si OH
O
Si Si
O
O
Si
O
OH
Si
O OH
O Si
O OH
O
O Si
Si O
OH
Si O
O
HO O O
O
OH O
Si O
O
O
Si
O
O
Si O
O
Si
O O
O
O
Si O
HO O
Si
Si
O
O
HO
Si O
O
OH
Si
OH
O
O
O
O
O
B
Matériau de Classe I Matériau de Classe II
Figure I.7 : Représentation schématique de matériaux de Classe I (A) et II (B) à base de silice.
i) Silice
La silice, grâce à ses propriétés (thermiquement stable, mécaniquement robuste et
chimiquement inerte) est un support inorganique beaucoup utilisé en catalyse supportée.
a. Matériaux de Classe I
Les matériaux de Classe I à partir de silice ont été utilisés en médecine/biologie en
tant que vecteurs 116 mais moins en catalyse. Cependant, des applications prometteuses ont été
décrites en combinant ces matériaux avec des liquides ioniques. Les liquides ioniques sont
peu miscibles aux solvants organiques classiques et sont utilisés en catalyse biphasique. Pour
augmenter l’interface liquide ionique/solvant et atténuer les problèmes liés à la diffusion des
réactifs dans le liquide ionique, ils ont été dispersés sur des matériaux poreux. Deux méthodes
différentes sont proposées dans la littérature : (1) des silices mésoporeuses ont été imprégnées
(physisorption) d’une fine couche de liquide ionique pour faire des liquides ioniques
supportés (Figure I.8, A); 117 (2) des liquides ioniques ont été piégés par le procédé sol-gel à
l’intérieur d’un réseau de silice en formant des ionogels qui contiennent du liquide ionique
dans toute leur structure 3D (Figure I.8, B). Dans ce dernier cas de figure, le confinement
dans les pores peut apporter des propriétés supplémentaires au niveau de la catalyse 118,119 . Ces
liquides ioniques dispersés ont été utilisés en catalyse avec de bons résultats parfois meilleurs
qu’en phase homogène. 120-123

Chapitre I
A
Liquide ionique
Réseau de silice
Surface d'un pore
Figure I.8 : A) Liquide ionique supporté sur silice, B) Ionogel.
b. Matériaux de Classe II
La discussion qui suit sera centrée sur les matériaux de Classe II. Ces matériaux
contenant une liaison Si-C covalente peuvent être élaborés soit à partir de précurseurs
moléculaires, soit par post-fonctionnalisation d’une silice préformée.
i. Synthèse moléculaire
Le procédé sol-gel (polymérisation minérale) est une méthode générale de préparation
des oxydes par “voie humide” à partir de précurseurs moléculaires (synthèse bottom-up). En
appliquant le procédé sol-gel à des précurseurs organosilylés, on obtient des matériaux où le
fragment organique est lié de façon covalente au réseau inorganique.
L’hydrolyse-polycondensation de mono-trialkoxysilanes conduit généralement à des
oligomères de faible poids moléculaire, qui sont solubles dans certains solvants. Il est donc
nécessaire d’ajouter une source supplémentaire de silice (du tetraéthoxy- ou
tétraméthoxysilane) pour réticuler ces oligomères et obtenir un réseau insoluble qui présente
genéralement une porosité importante (Schéma I.21). Les vitesses d’hydrolyse-condensation
de chaque précurseur silylé sont (plus ou moins) différentes. Cet écart peut conduire à des
matériaux où la distribution des fragments organiques n’est pas homogène et leur
incorporation est mal contrôlée.
32
B

OEt
Si OEt
OEt
+
Si(OEt) 4
H 2 O
- EtOH
33
O
O
O
O
Si
Si Si
O
O OH
O Si
Si O
Si
Si
O
O
Si O O
Si
Si O
O O
OEt Si O
EtO
O
O
Si
O
HO
O
O EtO
O
O
O
OH
Schéma I.21 : Réaction d’hydrolyse/condensation d’un précurseur monosilylé.
Etude bibliographique
Pour éviter ces problèmes, des organo-polysilanes pontants ont été utilisés (Schéma
I.22). Ces précurseurs bisilylés ne nécessitent pas l’utilisation d’un deuxième précurseur, ce
qui permet la formation de silices hybrides avec une distribution de groupements organiques
intrinsèquement régulière. L’utilisation d’un seul précurseur permet d’obtenir un matériau
parfaitement homogène. En fonction de la nature du fragment organique du précurseur et des
conditions d’hydrolyse/polycondensation, des matériaux plus ou moins poreux sont formés. 124
Des poly-silsesquioxanes disymétriques (non-pontants) peuvent également être utilisés.
EtO
EtO
EtO
Si
OEt
Si OEt
OEt
H 2 O
- EtOH
O
O
Si
HO
OH
OEt
O
Si
EtO
O
Si Si
O
O O
O
Si
Si
O
Si
O
O
Si
O
O
O
EtO Si
O
O
Si
OH
Si
O
O
OEt
O Si
O O
Schéma I.22 : Réaction d’hydrolyse/condensation d’un précurseur bisilylé.
Il est possible d’apporter une porosité plus importante à l’hybride en faisant la réaction
sol-gel en présence de surfactants, ce qui se traduit par une surface spécifique très importante
et souvent par des tailles de pores uniformes. 125 Dans certains cas, il est même possible
d’obtenir des pores avec une structure hexagonale 2D. Quand le précurseur initial est
monosilylé les fragments organiques “pendent” dans les pores ; quand le précurseur est un
bis-organosilane pontant les fragments organiques font partie intégrante de la structure du
matériau (Figure I.9). Ces matériaux semblent idéaux pour la catalyse et sont couramment
utilisés. Dans le cas des bis(silsesquioxanes) pontants, il est également possible de créer une
organisation entre les parties organiques qui se trouvent immobilisées dans les murs de silice
(matériaux à structure hiérarchique). 126

Chapitre I
Figure I.9 : Représentation schématique de matériaux préparés en présence de surfactants à partir d’un mono-
trialkoxysilane (gauche) et d’un bis-organosilane (droite). 125
ii. Fonctionnalisation post-synthétique
Le greffage de fonctions chimiques sur des supports solides est connu et très utilisé
depuis longtemps. 127 Les différentes résines utilisées en synthèse sur phase solide en sont un
très bon exemple. Parmi les supports inorganiques, la silice est celui qui a été le plus étudié et
c’est le seul type de support qui sera discuté ici, mais le greffage peut également être
apppliqué sur d’autres supports, comme par exemple les matériaux ZSx enrichis en
zirconium. 128
La fonctionnalisation post-synthétique est la modification d’une silice déjà préformée
et complètement caractérisée, par exemple une silice mésoporeuse de type MCM-41 ou SBA-
15, par greffage covalent de molécules organiques (Figure I.10). L’avantage de cette méthode
est que la structure du support est conservée durant le greffage, ce qui permet la préparation
de matériaux hybrides qui ont une surface spécifique importante et une organisation et taille
de pores bien définie. Par contre, la distribution des fragments organiques peut être
inhomogène et la charge en organique est plus faible que dans les méthodes “bottom-up”.
D’autre part, le greffage, en fonction de la taille des molécules greffées, est souvent
accompagné d’une diminution de la taille des pores du support.
Figure I.10 : Greffage sur une silice mesoporeuse préformée. 125
34

35
Etude bibliographique
Les réactions de greffage doivent impérativement être des réactions propres, sélectives
et quantitatives pour pouvoir contrôler exactement la structure des molécules greffées sur le
matériau hybride. La méthode la plus classique est l’utilisation d’un précurseur organosilylé,
une molécule contenant un groupement trialkoxysilane par exemple, en présence de silice, au
reflux du toluène. Ces conditions sont assez dures et peuvent dégrader des molécules plus
sensibles ; des méthodes alternatives commencent à se développer. Les réactions click
catalysées au cuivre qui se font sur des silices fonctionnalisées avec des groupements azotures
en sont un exemple. 129,130 Les additions de thiols sur des alcènes constituent un autre type de
reaction : sous conditions radicalaires, des précurseurs contenant une double liaison peuvent
facilement être gréffés sur des silices fonctionnalisées avec des thiols. 131
ii) Autres matrices inorganiques
A part la silice, d’autres matrices inorganiques ont été utilisées pour immobiliser des
catalyseurs. Ces matériaux hybrides (aluminosilicates, matériaux à base de métaux et leurs
dérivés), de Classe I ou II peuvent être préparés par voie sol-gel, précipitation ou post-
fonctionnalisation.
a. Les phosphonates métalliques 132
Les phosphonates de zirconium sont une classe importante de matériaux hybrides
organique-inorganique, caractérisés par une stœchiométrie bien définie, α-[Zr(O3PR)2]∞, R =
Me, n-Bu, i-Bu, etc. Ils présentent une structure lamellaire (Figure I.11) avec les groupements
organiques, R, “rangés” dans l’espace intra-lamellaire. Ces groupements organiques bloquent
la surface de l’oxyde de zirconium créant un environnement plutôt hydrophobe avec peu de
groupements hydroxyles accessibles. Ces matériaux hybrides ont trouvé des applications
intéressantes en catalyse organique (polymérisation de la ε-caprolactone) 133 et
organométallique (polymérisation d’éthylène, 134 hydroformylation et réaction de métathèse 133
ou encore addition de diethylzinc sur des aldéhydes) 135,136 .

Chapitre I
a)
Zr P H 2 O Catalyst
au dessus du plan des Zr
au dessous du plan des Zr
b)
36
Zr P H 2 O Catalyst
Figure I.11: Représentation schématique d’une lamelle de phosphonate de zirconium,
a) vue du dessus, b) vue latérale.
b. Nanoparticules d’oxydes métalliques
Une grande variété de nanoparticules ont été developpées ces derniers temps grâce à
l’explosion des nanotechnologies. En catalyse, les nanoparticules fonctionnalisées apportent
une surface spécifique très importante et une meilleure accessibilité aux sites catalytiques, ce
qui devrait conduire à des activités comparables aux systèmes homogènes. Les nanoparticules
peuvent participer au procédé catalytique
de deux façons différentes. D’une part, la
nanoparticule peut présenter des propriétés
catalytiques et la catalyse se fait à sa
surface (Figure I.12, a.). D’autre part, la
nanoparticule sert uniquement de support et
l’activité catalytique est due à un autre
élément (Figure I.12, b.). 137 Dans ce dernier
cas, des nanoparticules de magnétite
(Fe3O4) sont souvent utilisées puisqu’elles
présentent l’avantage supplémentaire d’être séparables magnétiquement. 138,139 Récemment,
des nanoparticules ont été incorporées à une matrice de silice pour des application en catalyse
organométallique. 140
c. Matrices métalliques
Des matériaux composites de Classe I où des molécules organiques (dopants) sont
encapsulées dans une matrice métallique (argent, cuivre ou or) ont été décrits dans la
littérature. Ces hybrides sont préparés en solution par réduction d’un sel du métal en présence
a.
A+B
L *
L *
[M]
C *
L *
L *
b.
L
M
A+B
L
M
L L
Figure I.12 : Nanoparticules.
*
*
C *
*
L
L
M

du “dopant” organique. Les molécules cibles se
trouvent alors piégées dans les cages crées par des
cristaux du métal mais restent chimiquement
accessibles (Figure I.13). La matrice stabilise et
protège le complexe organométallique physiquement
et chimiquement. 141 Cette méthode d’immobilisation
diffère d’une simple adsorption à la surface d’un métal
et peut conduire à des matériaux aux propriétés
37
Etude bibliographique
supérieures. Un complexe de rhodium a récemment été piégé dans une matrice d’argent pour
des réactions d’hydrogénation catalytique. 142
2. Influence du support
L’immobilisation d’un catalyseur, ou plus généralement d’une molécule, sur un
support n’est pas une opération anodine. Le choix du support est très important puisque ses
propriétés vont également influer sur les performances du matériau final. En plus de la nature
chimique du support inorganique, des paramètres clés tels que sa porosité, la taille et la forme
de ses pores, ses propriétés de surface sont à prendre en compte. Dans cette partie, l’influence
de ces paramètres sera discutée et illustrée avec quelques exemples.
i) Porosité et pores
Les problèmes liés à la diffusion des réactifs vers les sites actifs situés à l’intérieur du
matériau et des produits vers l’extérieur des pores constituent un des inconvénients majeurs
de la catalyse hétérogène. Pour résoudre ces problèmes, l’utilisation de matériaux caractérisés
par une surface spécifique importante et une grande taille de pores (mésoporeux) est
privilégiée. Mais ce n’est pas un impératif : des résultats intéressants en catalyse ont
également été obtenus avec des matériaux peu ou non poreux. 143,144
Par ailleurs, la forme des pores et l’agencement des groupements fonctionnels à
l’intérieur des pores peuvent également jouer un rôle sur l’activité catalytique. Ces paramètres
peuvent être contrôlés par empreinte moléculaire en utilisant un template (gabarit) approprié
pendant l’étape de formation du matériau. Cette technique a été principalement appliquée aux
polymères, 145 mais également à des matériaux inorganiques. 146,147
Catalyseur
Particule d'argent
Figure I.13 : Catalyseur piégé dans
une matrice métallique.
Par exemple, des particules de silices ont été préparées en présence d’un tensioactif
qui a une tête polaire chirale. Ce tensioactif semble leur conférer une certaine
énantiosélectivité : elles hydrolysent à une vitesse différente les isomères D- et L- d’un

Chapitre I
nitroanilide de l’arginine. 148,149 Dans ce cas la sélectivité observée semble être due à
l’organisation du site actif ; la sélectivité peut aussi résulter de la forme des cavités
catalytiques. 150,151 Ainsi, l’équipe d’Avnir a décrit un catalyseur contenant de l’acétate de
palladium immobilisé par procédé sol-gel pour des réactions de Heck. 152 Ce catalyseur permet
d’obtenir, à partir du bromobenzène et du styrène, pratiquement exclusivement du trans-
stilbène (réactivité attendue) (Tableau I.2, entrée 1). Il a été démontré qu’il était possible
d’inverser cette sélectivité classique et de forcer la formation de cis-stilbène. Effectivement,
en utilisant du cis-stilbène en tant que template pendant la préparation du catalyseur on crée
des pores qui ressemblent à l’état de transition qui conduit au cis-stilbène. Pendant la catalyse
les intermédiaires réactionnels se réarrangent pour épouser la forme des pores et l’isomère de
géométrie cis est préférentiellement formé (Tableau I.2, entrée 2).
Br
+
cat., K2CO3 H2O, 1-PrOH, SDS
+
80 °C
Entrée Catalyseur Template Conversion, %
38
Produits, %
cis trans
1 M aucun > 99 - > 99
2 Mcis cis-stilbène > 99 86 14
Tableau I.2 : Réaction de Heck entre le bromobenzène et le styrène (SDS : dodécylsulfate de sodium).
La réaction de Soai est l’addition asymétrique autocatalysée de diéthylzinc sur des
pyrimidyl-aldéhydes, par exemple le 2-méthylpyrimidine-5-carbaldéhyde. Pendant cette
réaction une importante amplification chirale est observée. Ainsi, à partir d’hélices purement
inorganiques droites ou gauches les produits (S) ou (R), respectivement, sont sélectivement
formés avec de très bonnes énantiosélectivités. 153 Plus généralement, il serait intéressant, à
l’image des poches enzymatiques, de pouvoir créer un milieu chiral qui, en présence d’un
catalyseur achiral, induirait une énantioselectivité. 154
ii) Propriétés interfaciales
Dans les systèmes biphasiques liquide/solide, comme il a été mentionné
précédemment, la diffusion des réactifs et des produits dans le réseau poreux est très
importante. Le caractère lipophile ou hydrophile du support est un paramètre qui peut

39
Etude bibliographique
influencer le transport des molécules de la phase liquide vers le réseau inorganique puis à
nouveau vers la phase liquide.
Les supports à base de silice possèdent généralement un grand nombre de silanols
libres à la surface du matériau. Il en résulte un caractère plutôt hydrophile qui peut être
préjudiciable à certaines applications. L’oxydation du cyclohexane en un mélange de
cyclohexanone et cyclohexanol est une réaction importante de l’industrie chimique. C’est une
opération délicate puisque la réaction doit être arrêtée à de faibles conversions de cyclohexane
pour éviter la sur-oxydation des produits. En tirant parti de la différence de polarité entre le
cyclohexane et le mélange cyclohexanone/cyclohexanol, il a été montré qu’en augmentant le
caractère hydrophobe du catalyseur il est possible d’augmenter l’affinité pour le cyclohexane.
Cette modification superficielle permet d’adsorber le cyclohexane plus facilement et de
désorber les produits d’arrivée plus vite, limitant une interaction prolongée avec le catalyseur
et les risques de sur-oxydation. 155 Cette même stratégie a été appliquée à l’oxydation du
toluène. 156 Ce type de comportement a également été observé avec un catalyseur contenant
des groupements acides (SO3H) utilisé pour des réactions de Strecker et de Pechmann, dont
les performances catalytiques ont été améliorées en tapissant l’intérieur des pores avec des
groupements hydrophobes. 157,158 Une certaine sélectivité vis-à-vis de réactifs peu polaires a pu
être observée dans des réactions de Henry en immobilisant autour du catalyseur des
groupements hydrophobes. 159,160
Rh
M1-Et
Rh
M1-Oct
Outre le changement du caractère hydrophobe d’une surface, les
groupements organiques utilisés doivent être soigneusement choisis.
L’équipe d’Avnir a mis au point une méthode triphasique en utilisant une
émulsion biphasique des réactifs et des catalyseurs immobilisés sur une
matrice de silice hybride (EST). 161 En jouant sur l’équilibre
hydrophile/lipophile du catalyseur supporté, il est possible de changer la
réactivité et sélectivité du catalyseur. Pour l’hydrogénation du oct-1-ène,
un catalyseur à partir de rhodium immobilisé sur une matrice de silice
conduit à la formation de 70 % de n-octane. En modifiant la surface par
greffage de groupements octyle, un rendement de 96 % a été atteint. 162
Une différence plus impressionnante a été observée dans le cas de l’hydrogénation du stilbène
avec une silice contenant du rhodium, en fonction de la longueur des chaines alkyle utilisées
pour rendre la silice hydrophobe. Des chaînes éthyle conduisent à la formation du 1,2-
diphényléthane (Tableau I.3, entrée 1) alors que des chaînes octyle au 1,1'-(1,2-
éthanediyl)dicyclohexane (Tableau I.3, entrée 2). 161

Chapitre I
cat.
H 2
Entrée Catalyseur
1 M1-Et 80% -
2 M1-Oct 17% 70%
Tableau I.3 : Hydrogénation du cis-stilbène avec deux catalyseurs à base de rhodium.
L’immobilisation de groupements
secondaires autour du fragment contenant
l’espèce catalytique modifie également
l’encombrement stérique autour du site actif.
C’est ainsi que, dans une réaction de Diels-
Alder, le greffage de fonctions metacrylate
autour d’un complexe de cuivre-
bis(oxazoline), M2, a permis d’obtenir une
meilleure énantioselectivité. 163 Selon
l’explication des auteurs, il semblerait les
groupements greffés occupent l’espace autour du complexe et amplifient l’asymétrie induite
par les groupements tert-butyle.
iii) Catalyse coopérative
La surface des matériaux hybrides influence leurs propriétés physicochimiques, mais
pas uniquement. Les fonctions libres, notamment les silanols de surface, ne sont pas toujours
chimiquement inertes et peuvent agir sur la réactivité et la sélectivité des catalyseurs
supportés. 164
Les silanols peuvent diriger ou positionner les réactifs et intervenir sur la régio- 165 ou
stéréo-sélectivité 166 d’un catalyseur. Par exemple, un comportement différent a été observé
pendant l’hydrogénation catalytique du géraniol par des matériaux hybrides ZS20C greffés
avec de l’acide 1-phospha-4,5-dimethy-3,6-diphenylnorbornadienylphosphonique, après
complexation avec du rhodium. Les hydroxyles libres du support orientent les molécules de
géraniol par rapport au complexe de rhodium à travers la formation d’alkoxydes
(Schéma I.23). De ce fait, il semblerait qu’une des deux doubles liaisons se trouve à proximité
du rhodium et peut être préférentiellement réduite. 165
40
O
MeO Si
O O
O
O
+
t-Bu
O
ClO4 ClO4 t-Bu
Cu
O
NH
N
O
N
O
O
HN
O
O
Si
OEt EtO
Si
O O
O O
Si
OMe
O O
M2
O
O
Si OMe
O O

Ph
P
P
(OC) 2Rh O O
O
HO
Zr
Zr
Ph
O
O Zr
OH
OH
41
Ph
O
P
P
Rh O O
O
Zr
Zr
Ph
O
O Zr
OH
Schéma I.23 : Hydrogénation régiodélective du géraniol.
Etude bibliographique
A plusieurs reprises, dans des réactions catalysées par des groupements basiques
immobilisés sur silice, il a été démontré que les silanols de surface à proximité des sites
basiques activent un des partenaires et qu’en conséquence, de meilleures performances sont
observées avec les catalyseurs immobilisés par rapport à la phase homogène (réaction de
Henry, 167-170 réaction d’aldolisation, 171,172 réaction de Knoevenagel, 173,174 etc…). Pour
renforcer cette action coopérative, des aluminosilicates qui contiennent des sites plus acides
que la silice, ont également été utilisés. 175-177
Une fois le concept de la catalyse coopérative démontré, il a été tenté d’immobiliser
des groupements fonctionnels différents sur un même support pour pouvoir à nouveau se
O
F 3C CF 3 M3
S
NH
NH
N
O
O O
O O
Si Si
rapprocher du fonctionnement des enzymes. Des
groupements acides et basiques ont été pu être immobilisés
sur le même support sans pour autant se neutraliser, grâce
à l’espacement et la rigidité induits par le support 178-180
Inspirés par le catalyseur bifonctionnel de Takemoto 22
(voir chapitre III), l’équipe de Benaglia a, par co-
condensation de 3-diméthylaminopropyl-triméthoxysilane
et de N-(3,5-bis(trifluorométhyl)phényl)-N′-(3-
triméthoxysilylpropyl)thiourée en présence de TEOS, préparé le matériau M3 contenant une
amine tertiaire et un groupement donneur de liaisons hydrogène capable de catalyser
l’addition de la pentane-2,4-dione sur le β-nitrostyrène (Schéma I.24). 181
O O
+
Ph
NO 2
O
Ph
O
NO 2
Schéma I.24 : Addition de la pentane-2,4-dione sur le β-nitrostyrène.
H 2
OH

Chapitre I
Le contrôle de la distance entre les deux types de sites catalytiques est importante pour
optimiser leur coopération. Dans l’exemple précédent, la distribution des deux groupements
fonctionnels est aléatoire, cependant il a été décrit dans la littérature des cas où, en utilisant en
template qui est ensuite clivé, on pouvait contrôler la localisation des groupements
immobilisés. 182,183 En greffant sur SBA-15 un précurseur unique qui sera ensuite
fonctionnalisé, des fonctions thiol ont été immobilisées à proximité de fonctions acide
sulfonique (Schéma I.25). Ce catalyseur bifonctionnel a été utilisé pour la synthèse de
bisphénol A ou B, par condensation de phénol avec la propanone ou la cyclohexanone
respectivement. La proximité des deux sites actifs permet de meilleures performances par
rapport à une distribution aléatoire. 184
O
O Si
OH
O
O
S
O
NaSH
42
O
O Si
OH
M4
O
O
S
OH
Schéma I.25 : Formation de thiol à proximité d’un acide sulfonique.
Des réactions en cascade ont également pu être réalisées en “one-pot” en utilisant des
catalyseurs supportés bifonctionnels. 180,185
3. Conclusion
Un des premiers matériaux hybrides organique/inorganique de l’histoire est un
pigment bleu utilisé par les Mayas qui contient des molécule d’indigo encapsulées dans du
palygorskite, un minéral argileux. Aujourd’hui, les hybrides préparés sont de moins en moins
souvent des mélanges aléatoires, mais le résultat d’une recherche qui a pour but la préparation
d’un matériau fonctionnel pour des applications bien spécifiques. Pour répondre à ces
besoins, une large gamme de supports et de nombreuses méthodes de préparation et
d’immobilisation plus ou moins douces sont disponibles.
En catalyse, on sait maintenant que dans un matériau hybride organique/inorganique
les deux parties ont un rôle à jouer. En plus des propriétés attendues apportées par les
fragments organiques, le support peut également participer activement dans le processus
catalytique et la synergie de ces deux composants permet, dans certain cas, d’améliorer les
propriétés du matériau final. La conception de nouveaux matériaux hybrides supportés pour la
catalyse doit prendre en compte plusieurs paramètres : la porosité et la forme des pores qui
SH

43
Etude bibliographique
peuvent être contrôlées par empreinte moléculaire ; les propriétés de surface du squelette
inorganique qui permettent de favoriser certaines interactions entre la solution et le support ;
l’incorporation de groupements fonctionnels qui peuvent agir de façon coopérative et leur
localisation précise sur la surface du catalyseur. La préparation de matériaux hybrides qui
peuvent répondre à ces critères permettra de se rapprocher des poches enzymatiques, qui
semblent être des catalyseurs idéaux. Pour l’instant, malgré les résultats impressionnants
obtenus avec certains catalyseurs immobilisés, la préparation de catalyseurs supportés qui
approcherait le fonctionnement et les performances des enzymes reste un défi pour les
chimistes.

Chapitre I
C. Organocatalyse supportée
Dans la première partie de ce chapitre (I.A), il a été vu que l’organocatalyse, concept
inspiré des enzymes et thématique en développement exponentiel, présente un certain nombre
d’avantages : nouveaux modes d’activation, nouvelles réactions (réactions en cascade),
catalyseurs plus stables, etc. ; mais également certains inconvénients comme les quantités
importantes de catalyseur nécessaires pour un cycle réactionnel et les opérations de
purification qui peuvent être assez fastidieuses. D’un autre côté, la catalyse supportée permet
de simplifier les étapes de purification et, dans certains cas, de réutiliser le catalyseur afin de
diminuer le coût de l’opération. De nombreuses applications en catalyse organométallique
supportée ont été décrites avec, dans certains cas, d’excellentes performances. Pour essayer de
résoudre les problèmes de l’organocatalyse et en suivant l’exemple de la catalyse
organométallique, quelques catalyseurs organiques ont été immobilisés récemment sur des
supports organiques (polymères) ou inorganiques. Ce sont ces derniers qui seront discutés
dans cette partie.
1. Catalyse par l’intermédiaire d’énamines
La proline est un catalyseur qui a suscité un gros intérêt en phase homogène, il est
donc naturel que plusieurs groupes se soient penchés sur son immobilisation. Dès 2001,
l’équipe de Barbas l’a immobilisée par adsorption sur silice. 186 Les premiers essais
d’immobilisation covalente ont été faits par greffage sur
silice avec un précurseur silylé préparé à partir de la
trans-4-L-hyroxy-proline à travers un espaceur contenant
un groupement urée, M5, 187,188 ou carbamate, M6. 189
Cette méthode d’immobilisation permet de préserver
intactes les fonctions amine secondaire et acide
carboxylique qui sont nécessaires pour l’activité
catalytique de la proline. Une des réactions choisies pour
évaluer ces matériaux a été la réaction d’aldolisation asymétrique entre le p-
nitrobenzaldéhyde et la propanone (Tableau I.4).
Plus récemment, en utilisant des
techniques de couplage peptidique, des
fragments de type poly(amino)proline
(mono-, di-, tri- et tetra-, M7a-d
O O O
Si
respectivement) ont été immobilisés sur une silice fonctionnalisée avec des groupements
44
O
NH
O
O
O
O
O
O
O
Si
Si
NH
M5
M6
N
H
N
H
N
H
O
O
O
H
N
n
NH
O
N
H
N
H
NH
COOH
COOH
M7a-d
n = 0-3
COOH

45
Etude bibliographique
aminopropyle. 190 Le dipeptide (n = 1) a donné d’excellents résultats en catalyse (Tableau I.4,
entrée 5), meilleurs que les autres matériaux préparés de façon similaire (Tableau I.4, entrées
4 et 6), et meilleurs que la L-proline en phase homogène (Tableau I.4, entrée 1) mais la raison
de cette amélioration de l’activité catalytique n’a pas encore été éclaircie.
O 2N
O
H
+
O
O 2N
OH O
Entrée Catalyseur Charge, mol% Temps, h Rendement, % ee, %
1 a L-proline 19 30 4 68 76
2 a
L-proline
adsorbée sur silice
20 48 63 53
3 a M5 9,4 24 45 36
4 a M7a 5 48 70 78
5 a M7b 5 48 82 96
6 a M7d 5 48 70 90
7 b M8 30 24 75 48
Tableau I.4 : Aldolisation asymétrique entre le p-nitrobenzaldéhyde et la propanone
( a DMSO/propanone (4:1), température ambiante, b bmimBF4, température ambiante).
A part l’exemple de Barbas cité plus haut, d’autres essais pour immobiliser la L-
COOH
NH
BF4 N
BF4
O Si O O Si 3 OMe
3
OMe
O
Bu N
BF4 utilisée en excès est miscible au liquide ionique.
N
M8
proline de façon non-covalente ont été faits.
Premièrement, sous forme anionique, par
intercalation dans des doubles hydroxydes
lamellaires. 191 Deuxièmement, dans une couche
de liquide ionique greffé et adsorbé sur de la
silice, M8 (Tableau I.4, entrée 7). 192,193 Dans ce
dernier exemple, il semblerait que la réaction ait
lieu en phase homogène puisque la propanone
La fonction acide carboxylique a aussi été utilisée pour supporter la L-proline, en
conduisant à des matériaux où le catalyseur est un prolinamide, M9. Ce matériau, préparé par
le procédé sol-gel, a été utilisé pour l’addition de malonate de diéthyle sur la cyclohexanone
(Schéma I.26). 194 Les énantiosélectivités obtenues avec ce prolinamide supporté sont

Chapitre I
meilleures qu’avec la L-proline en phase homogène (conversion 67% et excès énantiomérique
39%) ont été obtenues et le catalyseur a pu être recyclé et réutilisé une fois sans perdre son
activité.
O
+
O O
EtO OEt
M9
2 mol%
piperidine
CH 2 Cl 2
t.a.
46
O
O
O OEt
OEt
M9 : 43% a , ee 78%
L-proline : 67% a , ee 39%
O
O
O
Si N H
Schéma I.26 : Addition de diéthylmalonate sur la cyclohexenone ( a : conversion).
Le simple L-prolinamide (2-pyrrolidine-carboxamide) n’est pas sélectif dans les
réactions d’aldolisation car il lui manque un bon donneur de liaisons hydrogène et que
l’encombrement stérique induit par le groupement amide
n’est pas suffisant. Dans le matériau M10, également
préparé par procédé sol-gel, le fragment
diaminocyclohexane permet d’introduire un groupement
additionnel capable de former des liaisons hydrogène
fortes. 195 Ainsi, ce matériau a pu être utilisé pour une réaction d’aldolisation asymétrique
entre le p-nitrobenzaldéhyde et la cyclohexanone (Schéma I.27), en conduisant à l’aldol
correspondant avec de bonnes énantiosélectivités.
O 2N
O
H
+
O
M10
60 mol%
CH 2 Cl 2
CH 3 COOH
-25 °C
O 2N
M9
OH O
87%, dr 85/15, ee 96%
Schéma I.27 : Aldolisation asymétrique entre le p-nitrobenzaldéhyde et la cyclohexanone.
Deux catalyseurs contenant des motifs pyrrolidine ont été décrits dans la littérature. Le
premier exemple, M11, est un matériau obtenu par une réaction de chimie click catalysée au
cuivre entre un dérivé de pyrrolidine contenant un groupement azoture et une silice
fonctionnalisée avec des groupements propargyle. 196 Le deuxième exemple, M12, a été
préparé par greffage à travers un espaceur contenant un groupement imidazolium. 197 Les deux
O
O
O
Si
NH
M10
O
HN
HN
H
N
O

NH
N
H
O
O
O
O
+
Ph
47
Etude bibliographique
catalyseurs ont été évalués dans la réaction d’addition
de Michael de la cyclohexanone sur le β-nitrostyrène
conduisant majoritairement au produit de géométrie
syn, avec de bons résultats (Tableau I.5, entrées 1 et 3)
et un recyclage efficace (4 et 6 cycles respectivement).
Ces performances sont comparables à celles obtenues
en phase homogène avec des catalyseurs ayant des
structures similaires (Tableau I.5, entrées 2 198 et 4). 199
NO 2
Entrée Catalyseur Temps, h Rendement, % dr (syn:anti) ee, %
1 M11 72 97 24:1 91
2 a
NH
26
N
N N
Ph
O
Ph
NO 2
18 99 49:1 92
3 M12 36 91 99:1 99
4 b
N
H
27
N
N
Br
Bu
20 99 99:1 97
Tableau I.5 : Addition de Michael de la cyclohexanone sur le β-nitrostyrène. 10 mol% de catalyseur sont
utilisés à chaque fois. ( a en présence de 2,5 mol% de TFA (CF3COOH), b en présence de 5 mol% TFA).
2. Catalyse par l’intermédiaire d’ions iminiums
O
Ph
Si
N
N N
N
N
H
N
N
M12
12
N
HO
N
Cl
N
M11
N
Si
O
O
O
NH
Figure I.14 : Structure du catalyseur de MacMillan
12. Les flèches indiquent les sites de modification
pour le support, avec les précurseurs correspondants.
O
NH 2
OMe
O
NH 2
OH
Parmi les catalyseurs qui forment
des ions iminiums, c’est la famille des
imidazolidinones qui a été principalement
utilisée en catalyse homogène
(chapitre I.A.2.). Des matériaux de Classe I
et II ont été préparés à partir de
l’imidazolidinone 12 mise au point par
l’équipe de MacMillan.
Deux fonctions de l’imidazolidinone
de MacMillan ont été utilisées pour l’ancrer

Chapitre I
sur silice et l’immobiliser (Figure I.14) : l’atome d’azote de la fonction amide (Figure I.15,
M13), 200 et la position 4 du groupement benzyle, (Figure I.15, M14). 201 Sous forme protonée,
cette imidazolidinone a été insérée dans l’espace intralamellaire de couches de
montmorillonite, M15. 202 Récemment, elle a également été dissoute dans un liquide ionique
([bmim]PF6) immobilisé dans les pores d’une silice mésoporeuse, M16. 203
O
O
O
M15
Si
M13
N
O
N
H
H
O
N
H
N
MCF
Ph
48
O HN
Figure I.15 : Matériaux contenant l’imidazolidinone 12 (MCF : mousses mésoporeuses (mesocellular foams)).
+
O
Entrée Catalyseur Charge, mol% Rendement, % endo:exo ee (endo), %
1 a 12 5 82 14:1 94
2 b M13 20 83 14:1 90
3 a M15 7,2 80 13:1 86
4 c M16 10 84 18:1 80
Tableau I.6 : Réaction Diels-Alder entre le cyclohexadiène et l’acroléïne ( a CH3CN-H2O, 24h, b CH3CN-
O
N
H 2
Cl
N
M16
M14
Ph
CHO
H2O/HCl, 24h, c 2-methylbutan-2-ol, 48h, tube scellé).
L’activité catalytique de ces matériaux a été évaluée dans des réactions de Diels-
Alder. Des activités similaires qu’en phase homogène ont été obtenues, avec la même
sélectivité en faveur du produit endo et des énantiosélectivités légèrement inférieures
(Tableau I.6). Le matériau M14 a été utilisé pour catalyser une réaction de Friedel-Crafts
asymétrique entre le N-méthylpyrrole et le cinnamaldéhyde. Le catalyseur immobilisé
Cl
O
N
H 2
N
O
N

49
Etude bibliographique
conserve une activité qui approche celle obtenue en phase homogène, mais
l’énantiosélectivité est inférieure (Tableau I.7). La protection des hydroxyles de surface par
réaction avec du hexaméthyldisilazane a permis d’améliorer légèrement les performances du
catalyseur.
N
+
Ph
O
cat.
TFA, THF
23 °C
Entrée Catalyseur Charge, mol% Temps, h Rendement, % ee, %
1 12 20 3 78 81
2 M14 10 6 72 74
Tableau I.7 : Réaction Friedel-Crafts entre le N-méthylpyrrole et le cinnamaldéhyde.
3. Activation par liaisons hydrogène
Les réactions de Friedel-Crafts peuvent également être catalysées à travers la
formation de liaisons hydrogène. Des matériaux hybrides ont été préparés à partir d’un dérivé
O
O
O
Si
S
M17
(Schéma I.28), même si la réaction est à peu près 3 fois plus lente.
N
H
N
MeO
HN
+
HN
F 3C
S
N
CF 3
N Bs
N
de l’épiquinine contenant un groupement
thiourée par réaction du groupement vinyle de
l’alcaloïde avec une silice modifiée par des
groupements mercaptopropyl, M17. 131,204 Une
amélioration de l’énantiosélectivité par rapport
au système homogène 205 et un bon recyclage
ont été décrits pour la réaction d’alkylation de
l’indole avec une imine protégée
M17
1 mol%
EtOAc
35 °C
N
H
!
78%, ee 98%
O
NHBs
Schéma I.28 : Alkylation de l’indole avec une imine protégée (Bs = SO2Ph), 5 jours de réaction.

Chapitre I
OH
OH
O
Le BINOL et ses dérivés sont également de bons
donneurs de liaisons hydrogène et ils ont été utilisés en
phase homogène entre autres pour des réactions de Morita-
Baylis-Hillman. Le BINOL a été immobilisé sur du SBA-
15 par greffage avec un ou deux espaceurs, M18. 206
L’énantiosélectivité obtenue pour la réaction entre le 3-phenylpropanal et la cyclohexenone
est assez faible (26%), Schéma I.29.
Si
O
O
O
AcO
M18
O O M18, 10 mol%
OH O
H +
PBu3, 10 mol%
THF
t.a.
50
85%, ee 26%
Schéma I.29 : Réaction Morita-Baylis-Hillman entre le 3-phenylpropanal et la cyclohexenone.
Le catalyseur décrit par l’équipe de Jacobsen contenant une fonction thiourée a sans
doute été le premier organocatalyseur fonctionnant par l’intermédiaire de liaisons hydrogène.
Malgré le fait qu’il ait été optimisé après immobilisation sur un support polymérique en
utilisant des techniques de chimie combinatoire, 17 aucun catalyseur de ce type n’a encore été
supporté sur un support inorganique. C’est un domaine qu’il nous a semblé intéressant
d’explorer en immobilisant par sol-gel un catalyseur de ce type (Chapitre III).
4. Catalyse par l’intermédiaire de carbènes N-hétérocycliques
La catalyse par l’intermédiaire de carbènes N-hétérocycliques est un domaine de
recherche assez récent en organocatalyse et les exemples d’immobilisation de précurseurs de
carbènes N-hétérocycliques pour des applications en organocatalyse supportée sont peu
nombreux. Des sels de thiazolium ont été immobilisés par greffage sur une silice
mésoporeuse MCM-41, M19, pour catalyser des réactions de
condensation benzoïne (Schéma I.30). 207 L’activité catalytique
obtenue est prometteuse et les conditions de recyclage doivent
être optimisées, mais le concept a été validé. Des sels
d’imidazolium ont été immobilisés en tant que phosphonates
de zirconium, M20. 133 Après traitement basique, le carbène
formé a été utilisé pour la polymérisation de la ε-caprolactone.
O
O
O
Si
N
N
Br
N
S
M19
M20

5. Conclusion
2
O M19
NEt3 O
H
MeOH
reflux
OH
66%
Schéma I.30 : Réaction de condensation benzoïne.
51
Etude bibliographique
Plusieurs organocatalyseurs ont été immobilisés sur des supports inorganiques,
principalement par greffage sur silice. Généralement, les performances catalytiques de ces
matériaux sont inférieures à celles des catalyseurs correspondants en phase homogène, avec
des exceptions (par exemple le matériau M7b). Les réactions sont souvent plus lentes, ce qui
est assez caractéristique de la catalyse supportée, et des quantités de catalyseur plus
importantes sont nécessaires pour obtenir des rendements à peu près équivalents aux
rendements observés en phase homogène. Par contre, les matériaux préparés sont
généralement facilement séparables de leur milieu réactionnel respectif, ce qui simplifie la
purification, et dans la majorité des cas ils peuvent être réutilisés après lavage.
Cependant, pour l’instant, des applications sur des échelles plus importantes qu’en
laboratoire ne sont pas envisageables. Les précurseurs nécessaires pour préparer les matériaux
hybrides sont souvent assez complexes (encore plus que les organocatalyseurs
correspondants) et nécessitent plusieurs étapes de synthèse. Ce qui a un impact direct sur le
coût du catalyseur final. L’étape d’immobilisation est également assez délicate. De plus,
même si la caractérisation des propriétés physiques de ces matériaux est en général facile et
optimisée, la structure exacte du catalyseur et son environement chimique ainsi que les
propriétés interfaciales des différents supports sont souvent des paramètres inconnus et
difficilement contrôlables. En conséquence, les résultats obtenus (bons ou mauvais) ne sont
pas toujours rationalisables.
Pour conclure, l’organocatalyse supportée constitue un domaine récent mais très
prometteur. Les progrès réalisés au niveau de l’organocatalyse homogène (tant au niveau de la
compréhension des mécanismes réactionnels qu’au niveau de l’optimisation des catalyseurs)
et les avancées dans le domaine des matériaux (meilleure compréhension des propriétés des
hybrides, nouvelles méthodes d’immobilisation, etc.) sont garants de développements futurs
intéressants.

D. Références bibliographiques
53
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Chapitre I
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Microporous and Mesoporous Materials 2009, 121, 145.
62

Chapitre II
Immobilisation de la L-proline

A. Résultats et discussion 65
1. Synthèse 67
2. Caractérisation 71
3. Application en catalyse 76
4. Discussion 78
i) Préparation des matériaux 78
ii) Performances catalytiques 78
5. Conclusion et perspectives 81
B. Partie expérimentale 85
C. Références bibliographiques 105
64

A. Résultats et discussion
65
Immobilisation de la L-proline
Depuis les travaux de Barbas et MacMillan, l’organocatalyse a éveillé la curiosité et
l’intérêt de la communauté scientifique (chapitre I.A). Parallèlement aux travaux réalisés pour
trouver de nouveaux catalyseurs ou pour élucider les mécanismes d’activation de catalyseurs
déjà utilisés, se développe l’immobilisation de ces organocatalyseurs sur des supports
organiques ou inorganiques. Cette tendance peut être justifiée par des raisons d’ordre
économique et environnemental mais également pratique : l’immobilisation d’un catalyseur
permet idéalement de simplifier les diverses étapes de purification et de recycler le catalyseur
(le séparer et le réutiliser). Cette immobilisation est d’autant plus intéressante que les
quantités d’organocatalyseur utilisées sont importantes et que le catalyseur est coûteux ou que
sa préparation est compliquée.
L’intérêt suscité par l’immobilisation de la L-proline s’est avéré très vif malgré sa
disponibilité et son faible coût. Cet intérêt provient surtout du fait qu’elle peut être utilisée
comme un modèle peu coûteux et que les procédés d’immobilisation menés à bien avec la
proline sont susceptibles d’être ensuite appliqués à des molécules plus complexes.
Pour immobiliser un catalyseur, notamment la proline, trois méthodes peuvent être
utilisées (Figure II-1) : 1
Catalyse biphasique
Immobilisation par liaison non-covalente
Immobilisation par liaison covalente
L-proline
Support
Produit
Solvant
Liquide ionique
Figure II.1 : Immobilisation de la L-proline.
Catalyse biphasique : la proline est
dissoute dans un liquide ionique et le
produit est extrait avec un solvant non-
miscible.
Immobilisation par liaison non-covalente :
le catalyseur est adsorbé, inclus ou lié par
des interactions électrostatiques au
support (polyélectrolyte, polymère).
Immobilisation par liaison covalente :
dans ce cas la proline est immobilisée de
façon covalente sur un support soluble
(polyéthylèneglycol dendrimères) ou
insoluble (polystyrène, silice, etc.).
Quand le catalyseur est lié de façon covalente les pertes de catalyseur dues au
relargage sont très faibles (négligeables). Si le support est insoluble une simple filtration suffit

Chapitre II
pour séparer le catalyseur, mais ses performances peuvent être fortement influencées par le
support. Les matériaux préparés à partir d’un support soluble peuvent présenter une meilleure
activité, puisque la catalyse s’effectue en phase homogène, mais le catalyseur est séparé par
précipitation, laquelle n’est pas toujours quantitative. L’immobilisation par interactions non
covalentes est intéressante parce que le catalyseur n’a pas besoin d’être modifié, mais le
relargage possible reste un inconvénient majeur. La catalyse biphasique permet également
d’utiliser la proline sans autres modifications, mais les liquides ioniques sont généralement
assez onéreux et l’extraction des produits peut être fastidieuse.
La proline a été immobilisée sur des polymères (polystyrène, polyéthylène glycol,
résine de Merrifield, etc.), sur des nanoparticules de magnétite (Fe3O4), sur des dendrimères,
sur de l’ADN, dans la cavité de cyclodextrines, dans des liquides ioniques et sur des supports
inorganiques (chapitre I.C.1.). 1 Les supports inorganiques sont généralement chimiquement
plus stables et mécaniquement et thermiquement plus robustes que les polymères organiques.
De plus, la modulation de la porosité est plus facile dans le cas des matériaux inorganiques.
Quand la silice est utilisée comme support, le greffage est la méthode d’immobilisation
privilégiée. Par contre, quand ce projet a commencé, à notre connaissance, le procédé sol-gel
à partir de composés moléculaires n’avait pas encore été utilisé pour immobiliser la L-proline
ou d’autres organocatalyseurs. Dans le cadre de cette thèse, c’est précisément à
l’immobilisation de la L-proline par le procédé sol-gel que nous nous sommes initialement
intéréssés.
La L-proline nous a servi de modèle. Premièrement, pour vérifier si le concept était
bon : le procédé sol-gel est-il adéquat pour immobiliser la L-proline ? Deuxièmement, pour
sonder les difficultés inhérentes à cette méthode d’immobilisation. Dans ce chapitre, seront
décrits la préparation par procédé sol-gel de matériaux contenant un fragment L-proline, leur
caractérisation et les performances catalytiques de ces matériaux pour une réaction
d’aldolisation asymétrique. Les mécanismes de désactivation du système catalytique seront
également étudiés.
66

1. Synthèse
67
Immobilisation de la L-proline
Pour appliquer le procédé sol-gel à l’immobilisation de la L-proline il est nécessaire
d’y introduire une fonction trialkoxysilane. La trans-4-hydroxy-L-proline nous a semblé un
bon point de départ puisque le groupement hydroxyle en position 4 pouvait être facilement
fonctionnalisé et que c’est un dérivé commercial de la L-proline, peu onéreux et disponible
sous forme énantiopure. La trans-4-hydroxy-L-proline est par ailleurs couramment utilisée
pour immobiliser des catalyseurs contenant un motif L-proline. 2-4 Deux précurseurs silylés ont
été synthétisés à partir de la trans-4-hydroxy-L-proline, avec un espaceur contenant un
groupement carbamate (PC) ou un groupement éther (PE). La statégie générale pour ces deux
synthèses a été de protéger l’amine secondaire et l’acide carboxylique de la L-proline,
d’introduire le groupement triéthoxysilane et enfin de déprotéger. Les groupements
trialkoxysilane sont généralement sensibles aux traces d’eau et s’hydrolysent plus ou moins
rapidement, particulièrement en présence de fonctions acides ou basiques. Des groupements
protecteurs qui peuvent être coupés en conditions anhydres et sans altérer les trialkoxysilanes
ont été choisis. Les précurseurs finaux contiennent des fonctions peu compatibles entre elles
(une fonction triéthoxysilane en présence d’un groupement basique et d’un groupement acide)
et doivent être déprotégés et utilisés assez rapidement. De plus, il est nécessaire d’éviter
l’épimérisation en C2 des dérivés de la L-proline.
La synthèse du précurseur silylé PC portant une fonction carbamate sur la chaîne
latérale commence à partir de la trans-4-hydroxy-L-proline 28 (Schéma II.1). Les fonctions
amine secondaire et acide carboxylique ont été protégées en deux étapes avec un groupement
benzyloxycarbonyle (Cbz) et benzyle (Bn) respectivement pour obtenir le dérivé di-protégé
de la L-proline 31, avec un rendement total de 82%. Le groupement benzyle a également été
introduit en utilisant du bromure de benzyle en présence de triéthylamine, mais les
rendements se sont révélés inférieurs à ceux obtenus en utilisant le composé 30. Le
groupement silylé est introduit par réaction de l’alcool 31 avec du 3-
isocyanatopropyltriéthoxysilane, sous conditions anhydres. Ensuite, les deux groupements
protecteurs sont coupés par hydrogénolyse pour obtenir le précurseur PC avec un rendement
de 87%. Ce précurseur a été décrit depuis par le groupe de Fernández-Mayoralas. 5

Chapitre II
HO
N
H
CbzCl, NaHCO 3
HO
COOH H2O, Toluène
N
68
COOH
28 29, 85% 31, 98%
O
(EtO) 3Si N
H
O
Pd/C
OH EtOH
PC, 87%
N
H
O
Cbz
N
BnO
NH
Cy
30
THF
(EtO) 3Si
HO
CH 2 Cl 2
Schéma II.1 : Synthèse du précurseur PC contenant un espaceur carbamate.
N
Cbz
N
H
O
O
O
OBn
N
Si(OEt) 3
32, 76%
En ce qui concerne la préparation du précurseur PE contenant un groupement éther
sur l’espaceur, l’intermédiaire 34 a été préparé selon un procédé décrit dans la littérature
(Schéma II.2) 6 : l’amine 28 est protégée par un groupement benzyloxycarbonyle ; en présence
de bromure d’allyle les fonctions alcool et acide carboxylique sont respectivement
dérivatisées en éther et ester allyliques correspondants ; finalement, l’ester est hydrolysé par
saponification. La fonction acide carboxylique est ensuite reprotégée avec un groupement
benzyle. Le groupement silylé est introduit par une réaction d’hydrosilylation, en utilisant le
catalyseur de Karstedt en présence de triéthoxysilane pour fournir le produit 36 avec un
rendement de 77%. Par hydrogénolyse, en utilisant du cyclohexène comme source
d’hydrogène, les deux groupements protecteurs sont coupés pour obtenir le précurseur PE
(Schéma II.3).
Cy
O
C
N
Cbz
O
OBn

HO
N
Cbz
COOH
NaH, puis
Br
DMF
O
N
Cbz
29 33, 80%
(EtO) 3Si
O
N
34
Cbz
O
PE, 89%
Schéma II.2 : Synthèse de l’intermédiaire 34.
N
H
O
OH
O
OH
69
O
O
N
BnO
NH
Cy
30
THF
Pd/C
EtOH
(EtO) 3Si
NaOH
H2O MeOH
O
THF
Immobilisation de la L-proline
N
Cbz
35, 73%
O
36, 77%
N
O
Cbz
OBn
HSi(OEt) 3
O
O
N
Cbz
34, 95%
Schéma II.3 : Synthèse du précurseur PE contenant un espaceur éther à partir du dérivé de la L-proline 34.
Cy
Pour vérifier l’influence de la présence de l’espaceur en position 4 du cycle de la L-
proline deux analogues non-silylés des précurseurs PC et PE, P′C et P′E ont également été
synthétisés. Le composé contenant le groupement carbamate P′C a été préparé à partir du
dérivé di-protégé de la L-proline 31, par réaction avec de l’isocyanate de n-butyle et
déprotection par hydrogénolyse, (Schéma II.4, a). Le composé P′E a été synthétisé à partir du
dérivé 35 par réduction de l’éther allylique et déprotection des groupements
benzyloxycarbonyle et benzyle en une seule étape (Schéma II.4, b).
[Pt]
OBn
O
OH

Chapitre II
a.
b.
HO
N
Cbz
31
O
O
OBn
N
Cbz
35
O
n-BuN
OBn
C
CH 2 Cl 2
O
Pd/C
EtOH
70
N
H
37, 74%
EtOH
N
H
O
O
O
O
O
N
Cbz
Pd/C
N
H
P'C, 35%
N
H
O
P'E, 35%
Schéma II.4 : a. Synthèse du composé P′C en deux étapes à partir du dérivé 31 de la L-proline. b. Synthèse du
composé P′E en une étape à partir du dérivé 35 de la L-proline.
A partir des deux précurseurs PC et PE, plusieurs matériaux ont été préparés par
procédé sol-gel en présence de tétraéthoxysilane (TEOS), Schéma II.5. La dodécylamine a été
utilisée pour créer une porosité plus importante et uniforme. 7 En faisant varier les proportions
précurseur moléculaire/TEOS, une série de matériaux Mx/n (où x = C ou E, en fonction de
l’espaceur et n = 10 – 40 en fonction du nombre d’équivalents de TEOS) a été obtenue avec
des charges en L-proline différentes et des tailles de pores et surfaces spécifiques variées. A
partir de chaque précurseur un matériau a également été préparé sans dodécylamine (MC/10S
et ME/10S) pour vérifier l’influence de la dodécylamine sur les propriétés texturales et les
performances des matériaux précédents.
O
O
OH
OBn
OH

C12H25NH2 TBAF
71
Immobilisation de la L-proline
R Si(OEt) 3 + n Si(OEt) 4 R SiO1,5, n SiO 2
Px
x = C, E
PC, MC/n R =
2. Caractérisation
N
H
O
O
N
H
O
OH
H 2 O, EtOH
PE, ME/n R =
Mx/n
x = C, E
n = 10, 20, 30, 40
Schéma II.5 : Préparation des matériaux catalytiques par voie sol-gel.
Les précurseurs moléculaires PC et PE, ainsi que tous les intermédiaires de synthèse
29-37 et les composés P′C et P′E ont été caractérisés par les techniques habituelles de chimie
organique (RMN 1 H et 13 C, masse, pouvoir rotatoire, etc.). Les composés contenant le
groupement protecteur benzyloxycarbonyl (Cbz) présentent une particularité : deux isomères
sont observés en RMN. Les deux isomères ne proviennent pas d’une épimérisation de l’un des
centres asymétriques de la trans-4-hydroxy-L-proline, mais d’une isomérie cis/trans (Schéma
II.6). Effectivement, avec l’introduction du groupement Cbz une liaison N-C(O) partiellement
double est formée et de ce fait, deux isomères de géométrie cis et trans sont détéctés en RMN.
HO
O
N
O
COOH
HO
R R
N
O O
COOH
O
N
N
H
O O
29.a 29
29.b
trans cis
HO
R
O
OH
COOH
Schéma II.6 : Equilibre entre les diastéréosisomères cis et trans du composé 29 R = CH2Ph.
Cette hypothèse a été confirmée en faisant de la RMN en température (DMSO,
120 °C). A titre d’exemple, une partie du spectre RMN 13 C du composé 35 est présentée
Figure II.2. A 120 °C la vitesse d’équilibre entre les deux isomères augmente ; en
conséquence, le dédoublement des signaux du carbonyle et des carbones aromatiques
disparaît et un seul signal est observé pour chacun des atomes de carbone (Figure II.2).

Chapitre II
170
160
150
Figure II.2 : Spectre RMN 13 C partiel du composé 35 à 25 °C et à 120 °C dans le DMSO.
72
140
130
Les deux spectres ont été calibrés sur le signal du DMSO.
Les matériaux hybrides obtenus par hydrolyse/condensation ont été caractérisés par
plusieurs techniques : RMN solide 13 C pour vérifier si le fragment organique des matériaux
est incorporé dans son intégralité, RMN solide 29 Si pour déterminer l’environnement
chimique des atomes de silicium, adsorption/désorption d’azote et microscopie électronique à
transmission pour contrôler la porosité et les propriétés texturales des matériaux et enfin
analyse élémentaire et thermogravimétrique pour mesurer la charge des matériaux en L-
proline. Certaines analyses, notamment la RMN solide et les analyses élémentaires, n’ont pu
être faites que sur les matériaux les plus concentrés en matière organique (Mn/10 et Mn/20)
pour des raisons de temps d’analyse ou de sensibilité. Les résultats obtenus avec ces
matériaux sont similaires et cohérents et ils peuvent donc être généralisés aux matériaux qui
contiennent moins de L-proline.
25 °C 120 °C
δ (ppm)
La RMN solide 13 C nous a permis de vérifier que les fragments organiques ont été
incorporés dans le matériau final et n’ont pas été dégradés pendant la réaction sol-gel. Pour
les deux types de matériaux, les signaux correspondants à la L-proline (signaux à 23 ; 52 ;
71 ; 79 et 174 ppm, Figure II.3 ii.) ont pu être observés. En outre, on peut noter la présence
d’un pic vers 9 ppm attribué au groupement CH2-Si des deux espaceurs, confirmant que la
liaison covalente Si-C n’est pas coupée pendant la réaction sol-gel, et du signal correspondant
au groupement carbamate par le matériau MC/5 (156 ppm, Figure II.3 i.). De plus, pour le
matériau ME/10 les deux pics intenses à 17 et 58 ppm (CH3 et CH2 respectivement) sont
attribués à des groupements éthoxy résiduels.
O
N
O O
35
O
O

i. ii.
73
Immobilisation de la L-proline
250 200 150 100 50 0 -50 250 200 150 100 50 0 -50
δ (ppm) δ (ppm)
Figure II.3 : i. Spectre RMN 13 C CP-TOSS du matériau MC/5 et ii. Spectre 13 C CP-MAS du matériau ME/10.
Les spectres RMN 29 Si permettent de déterminer l’environnement chimique des
atomes de silicium. Généralement, pour les matériaux préparés par procédé sol-gel ou par
greffage deux séries de signaux sont visibles : les pics attribués aux unités Q (SiO4, 4 liaisons
Si-O par atome de silicium) et ceux attribués aux unités T (C-SiO3, 3 liaisons Si-O par atome
de silicium), Tableau II.1.
Unités T Unités Q
Nom Structure δ (ppm) Nom Structure δ (ppm)
T0
T1
R
R
Si
T2 R Si
T3
R
Si
OR'
OR'
OR'
OR'
O
OR'
Si
O
O
OR'
Si
Si
Si
Si
O
O
O
Si
Si
- 45 Q0 R'O Si
- 53 Q1 R'O Si
- 58 Q2 R'O Si
- 67 Q3 R'O Si
OR'
OR'
OR'
OR'
O
OR'
Si
Si
O
O Si
OR'
Si
O
O
O
Si
Si
Q4 Si O
Si
O
Si O
O
Si
Si
- 73 à - 79
- 79 à - 89
- 91 à - 95
- 99 à - 103
- 110
Tableau II.1 : Nomenclature des unités T et Q de silicium et déplacements caratéristiques en RMN solide 29 Si,
173,9
R = groupement alkyle, R′ = H, CH3, C2H5.
78,5
71,3
58,2
51,9
35,8
23,2
17,4
9,1

Chapitre II
Dans les spectres RMN 29 Si des
matériaux préparés, exemplifiés par celui du
matériau ME/10 (Figure II.4), la première
bande (de - 55 à - 66 ppm) correspondant aux
unités T, confirme la présence d’une liaison
covalente Si-C entre le fragment organique et
le squelette inorganique. La deuxième bande
(de - 90 à - 120 ppm) correspond aux sites Q
et s’explique par l’utilisation de TEOS
pendant le procédé sol-gel.
Matériau Précurseur Rapport
Px/ TEOS Tens.
74
Surface
spécifique a
m 2 /g
Diamètre
moyen
de pore b Å
Diamètres les
plus
probables c Å
MC/10S PC 1/10 - 352 88 - d
MC/10 PC 1/10 Dod. 698 25 28 - 34
MC/20 PC 1/20 Dod. 877 28 27 - 37
MC/40 PC 1/40 Dod. 989 31 31 - 37
ME/10S PE 1/10 - 118 127 - d
ME/10 PE 1/10 Dod. 643 27 29 - 37
ME/20 PE 1/20 Dod. 900 41 41 - 56
ME/40 PE 1/40 Dod. 436 43 33 - 39
Tableau II.2 : Surface spécifique et diamètre moyen de pore des matériaux préparés par procédé sol-gel à partir
des précurseurs PC et PE, mesurés par adsorption/désorption de N2. (Tens. : agent porogène, Dod. :
dodécylamine). a Surface spécifique BET ; b Diamètre moyen de pore (4 V/A), calculs BJH sur la branche de
désorption ; c Plage de diamètres les plus probables, calculée à mi-hauteur de la courbe de distribution des tailles
de pore ; d Large distribution des tailles de pore.
-60 -80
δ (ppm)
Figure II.4 : Spectre 29 Si du matériau ME/10.
Les isothermes d’adsorption/désorption d’azote obtenus pour nos matériaux sont des
isothermes de type IV, caractéristiques de matériaux mésoporeux. Les résultats des analyses
d’adsorption/désorption d’azote de trois matériaux sont présentés à titre de comparaison ci-
dessous (Figure II.5). A de faibles pressions relatives une quantité importante d’azote est
0
-20
-40
T2
T3 Q2
Q3
-100
Q4
-120
-140

75
Immobilisation de la L-proline
adsorbée (Figure II.5, gauche), ce qui permet de conclure à une contribution importante de
micropores à la surface spécifique totale. Les matériaux préparés sont donc des matériaux
mésoporeux (2-50 nm), qui appartiennent plus précisément au domaine des petits
mésoporeux, avec des surfaces spécifiques importantes allant de 350 à 900 m 2 /g
(Tableau II.2). Pour les matériaux MC/10 et ME/10 l’hysterèse observée entre la branche
d’adsorption et la branche de désorption est localisée sur une gamme de pressions
relativement étroite (0,4-0,7), contrairement au matériau MC/10S où l’hysterèse est plus large
(Figure II.5, gauche). Effectivement, les matériaux préparés en présence de dodécylamine
présentent une distribution de taille de pores très étroite (pics fins centrés autour de 30 Å)
comparée aux matériaux préparés sans porogène, qui présentent une large halo dans la zone
des gros mésopores (Figure II.5, droite). A l’exception du matériau ME/40, en augmentant la
quantité de TEOS utilisée pendant la préparation des matériaux des surfaces, spécifiques plus
importantes et des tailles de pores légèrement supérieures sont obtenues. Les propriétés
texturales des matériaux obtenus à partir des deux précurseurs sont similaires.
Quantité d’azote adsorbée, cm 3 /g
400
350
300
250
200
150
100
50
MC/10S MC/10 ME/10
0
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
p/p°
0,0
10 100 1000
Figure II.5 : Isotherme d’adsorption/désorption d’azote (gauche)
et distribution de la tailles des pores (droite) pour le matériau ME/10.
La concentration des matériaux en L-proline a été calculée à partir des analyses
élémentaires (azote, carbone, silicium). Pour confirmer la charge en matière organique,
certains matériaux ont également été analysés par analyse thermogravimétrique. Cependant,
les matériaux, notamment ceux préparés à partir du précurseur PE contenant un groupement
éther, contiennent beaucoup de groupements éthoxy non hydrolysés pendant le procédé sol-
dV/dlog(D), cm 3 /g
1,5
1,0
0,5
MC/10S MC/10 ME/10
Diamètre de pores, Å

Chapitre II
gel (signaux T2, Q2 et Q3, Figures II.3 et II.4) et ces mesures n’ont pas pu être exploitées. Par
microscopie électronique en transmission nous avons constaté que les matériaux préparés sont
poreux, mais sans organisation périodique (Figure II.6).
Figure II.6 : Photo de microscopie électronique en transmission du matériau ME/20.
3. Application en catalyse
Les performances en catalyse des matériaux préparés ont été évaluées dans la réaction
d’aldolisation asymétrique entre le p-nitrobenzaldéhyde et la propanone qui est une réaction
standard pour ce type de catalyseurs (Tableau II.3). 8 La L-proline, la trans-4-hydroxy-L-
proline et les composés P′C et P′E présentent des performances similaires en phase
homogène. Les résultats obtenus avec les matériaux que nous avons préparés sont plus
modestes. D’une part, les réactions catalysées par la L-proline immobilisée sont bien plus
lentes qu’en phase homogène. Cette observation est particulièrement frappante pour les
matériaux contenant l’espaceur éther puisqu’après 5 jours la réaction n’est toujours pas finie
(Tableau II.3, entrées 11-14). D’autre part, bien qu’une énantioinduction soit observée, les
excès énantiomériques obtenus sont dans tous les cas inférieurs à ceux obtenus en phase
homogène avec la L-proline. Certains matériaux ont été récupérés après leur première
utilisation, lavés et réutilisés dans un deuxième cycle (Tableau II.3, entrées 8,10,13). Une
diminution de l’activité catalytique est observée, mais les excès énantiomériques sont
constants.
76

O 2N
O
H
+
O
77
cat.
15 mol%
DMSO
t.a. O2N (R)
Immobilisation de la L-proline
OH O
Entrée Matériau Temps Conversion, % ee, %
1 L-proline 4 heures 100 76
2 trans-4-hydroxy-
L-proline
4 heures 100 78
3 P′C 1 jour 100 74
4 P′E 1 jour 100 79
5 MC/10S 1 jour 100 20
6 MC/10 1 jour 100 25
7 MC/20 1 jour 100 36
8 MC/20 a 1 jour 66 25
9 MC/40 1 jour 100 38
10 MC/40 a 1 jour 48 37
11 ME/10 5 jours 64 27
12 ME/20 5 jours 51 37
13 ME/20 a 5 jours 28 36
14 ME/40 5 jours 32 35
15 SBA-15 5 jours 0 -
Tableau II.3 : Activité catalytique des matériaux préparés dans l’aldolisation asymétrique entre le p-
nitrobenzaldéhyde et la propanone. a Recyclage.
A la fin d’un cycle de réaction, le mélange réactionnel est filtré. Le catalyseur
récupéré après la filtration est lavé à l’acétone et au dichlorométhane. Le filtrat est lavé avec
une solution aqueuse saturée en chlorure de sodium pour éliminer le DMSO et concentré. A
ce stade, l’avancement de la réaction est calculé à partir du spectre RMN 1 H du résidu, en
comparant les signaux correspondant aux protons aromatiques du p-nitrobenzaldéhyde et de
l’aldol. Ensuite, le résidu brut est purifé par chromatographie sur colonne d’alumine pour
éliminer le p-nitrobenzaldéhyde qui n’a pas réagi. Le mélange des énantiomères obtenu après
chromatographie est analysé par HPLC.
Pour la séparation des énantiomères par HPLC, une colonne chirale OJ a été utilisée
(éluant 85/15 hexane/isopropanol, débit 1 mL/min, détection par UV à 254 nm, temps de
rétention 23 et 27 minutes). Il est nécessaire de s’affranchir du p-nitrobenzaldéhyde avant

Chapitre II
d’analyser le mélange par HPLC car il donne un pic très large qui traîne et apporte des
imprécisions à la ligne de base. L’inconvénient de ce traitement réside dans le fait que l’aldol
se dégrade partiellement sur la colonne d’alumine pour former le produit de crotonisation.
4. Discussion
i) Préparation des matériaux
La L-proline contient un groupement acide et un groupement basique, c’est pour cette
raison qu’initialement un catalyseur nucléophile a été choisi pour le procédé sol-gel. Pendant
l’hydrolyse/condensation, il est probable qu’en présence de la dodécylamine la proline se
trouve sous forme anionique. Par contre, après l’extraction de la dodécylamine, l’état ionique
de la proline est incertain. En tous les cas, il est nécessaire de mieux contrôler son état
pendant toute la préparation des matériaux. Par exemple, il aurait été intéressant, après
l’extraction de la dodécylamine, de laver les matériaux avec une solution tampon pour avoir
plus de certitudes quant à l’état ionique du fragment proline.
ii) Performances catalytiques
La diminution de l’activité catalytique d’un (organo)catalyseur après son
immobilisation est un problème qui se rencontre souvent dans le domaine de la catalyse
supportée (chapitre I.C) et les matériaux que nous avons préparés ne font pas exception à cette
règle.
Les résultats obtenus avec les analogues non silylés P′C et P′E et la L-proline ou la
trans-4-L-hydroxy-proline en phase homogène sont similaires (Tableau II.2, entrées 1-4). Il
en a été conclu que les espaceurs avaient une influence négligeable sur l’activité catalytique
des matériaux préparés. De plus, aucune réaction n’a lieu sans matériau ou avec une silice
mésoporeuse pure ne contenant aucun groupement organique (Tableau II.2, entrée 15), ce qui
démontre la nécessité d’une fonction amine.
Les matériaux les plus concentrés en proline (ratio précurseur/TEOS 1/10) semblent
conduire aux excès énantiomériques les plus faibles (à peu près 10% de moins que les plus
dilués). Une proximité trop importante des sites actifs et les réactions parasites en résultant
pourraient expliquer cette tendance.
Selon le mécanisme proposé par le groupe de Barbas 9 et généralement accepté pour ce
type de réactions, la réaction commence par la condensation de la propanone avec la fonction
amine du fragment L-proline des matériaux pour former une énamine qui, ensuite, attaquera
l’aldéhyde pour former après hydrolyse le produit d’aldolisation (chapitre I.A, figure I.1). La
78

79
Immobilisation de la L-proline
fonction acide carboxylique de la L-proline dirige l’approche de l’aldéhyde par liaison
hydrogène et c’est ce qui explique l’induction chirale observée (chapitre I.A, figure I.2).
Les matériaux que nous
avons préparés contiennent des
silanols libres à la surface des
pores. Ces silanols libres peuvent
entrer en compétition avec les
fonctions acide carboxylique
pour le positionnement de
l’aldéhyde (Schéma II.7) ce qui
pourrait expliquer les faibles
excès énantiomériques obtenus
avec nos matériaux.
Effectivement, ces silanols ont
un caractère acide assez
prononcé (le point isoélectrique
d’une silice pure est estimé à
2,5). 10 Comme ils sont disposés
de façon aléatoire dans les pores,
les deux énantiomères de l’aldol peuvent être formés. On se trouve donc on présence d’un
chemin racémique qui est en compétition avec le chemin énantiosélectif dirigé par la fonction
acide carboxylique de la L-proline ce qui conduit finalement à une baisse de l’excès
énantiomérique observé. Les silanols de surface ont déjà été utilisés pour améliorer l’activité
catalytique de certains catalyseurs basiques dans plusieurs réactions (chapitre I.B.2.i).
Pour apporter une preuve supplémentaire à l’explication que nous avons avancée, nous
avons essayé de passiver les fonctions hydroxyle de surface sous forme d’éther silylés par
réaction avec de l’hexaméthyldisilazane. Le matériau obtenu présente une meilleure activité
catalytique, mais l’excès énantiomérique obtenu est quasiment nul. L’amélioration de
l’activité catalytique peut être due à des restes d’hexaméthyldisilazane qui n’ont pas été
eliminés pendant les lavages.
Si
Schéma II.7 : Schéma simplifié de la compétition entre les
silanols de surface et la fonction acide carboxylique de la proline.
Pendant les essais de recyclage, nous avons observé une diminution de l’activité
catalytique tout en conservant les excès énantiomériques obtenus pendant le premier cycle
d’utilisation. Nous avons attribué cette baisse d’activité à une inhibition des sites actifs du
catalyseur. Effectivement, nous pensons qu’après la première utilisation, certains sites restent
O
Si
H
O
H
O
Si
Si
Si
O
H
Si O
H
Si O
H
O
O
Si
N
N
H O
O
O
H
O
R
O
R
H
O
O
O
(R)
(S)
OH
OH
R
R

Chapitre II
bloqués soit par une obstruction physique des pores, soit par une neutralisation chimique du
site catalytique.
Cet argument a été corroboré par RMN 13 C et adsorption/désorption d’azote. En RMN
13 C CP-MAS du matériau ME/10 après un cycle d’utilisation et lavages à l’acétone et au
dichlorométhane, nous observons des signaux caractéristiques de groupements
nitroaromatiques (Figure II.7, gauche, B). Après un lavage intensif de ce matériau (au reflux
de l’acétone (56 °C), pendant 24 heures en utilisant un appareil de Soxhlet) nous observons à
nouveau des signaux similaires bien que plus faibles en intensité (Figure II.7, gauche, C). Le
signal caractéristique du carbonyle du benzaldéhyde (190 ppm) n’est pas visible sur ces
spectres ; il est donc peu probable que le fragment nitroaromatique soit dû au réactif de
départ. Les mesures d’adsorption/désorption d’azote montrent une diminution de la surface
spécifique du matériau (de 643 m 2 /g à 266 m 2 /g) après utilisation et lavage intensif à l’acétone
(Figure II.5, droite).
250
A
B
C
200
150
100
δ (ppm)
50
0
-50
Quantité d’azote adsorbée, cm 3 /g
80
250
200
150
100
50
A
C
0
0,0 0,2 0,4
p/p°
0,6 0,8 1,0
Figure II.7 : Spectre 13 C CP-MAS (gauche) et isothermes d’ adsorption/désorption d’azote (droite) du matériau
ME/10. A : avant utilisation, B : après utilisation et simple lavage, C : après utilisation et lavage intensif à
l’acétone.
En reprenant le cycle catalytique d’une réaction d’aldolisation avec le p-
nitrobenzaldéhyde catalysée par la L-proline, la première étape est la formation d’une
énamine en passant par un premier ion iminium, puis la réaction entre l’aldéhyde et
l’énamine, la formation d’un nouvel ion iminium qui, après hydrolyse, fournit l’aldol final et
le catalyseur initial. Nous supposons que les signaux observés sont dus au deuxième ion

81
Immobilisation de la L-proline
iminium 38.a formé pendant ce cycle catalytique avant hydrolyse ou à l’énamine
correspondante 38.b ou au composé cyclique 39 .
O 2N
OH
38.a
5. Conclusion et perspectives
N
O
O
O 2N
OH
38.b
Une série de nouveaux matériaux hybrides contenant un fragment L-proline a été
préparée en utilisant le procédé sol-gel à partir de deux précurseurs silylés. Ces matériaux ont
été évalués dans la réaction d’aldolisation asymétrique entre le p-nitrobenzaldéhyde et la
propanone. Les performances observées sont moyennes, mais comparables à certains
matériaux contenant de la L-proline qui ont été décrits dans la littérature depuis le début de
cette thèse (Chapitre I.C.1, Tableau I.4). Des propositions ont été avancées pour expliquer ces
performances : les faibles excès énaniomériques obtenus ont été reliés à la présence d’un
chemin racémique activé par les silanols de surface et la baisse de l’activité pendant le
recyclage a été expliquée par une inhibition des sites actifs disponibles pour la catalyse.
L’activité catalytique des matériaux préparés est relativement faible, notamment pour
les matériaux contenant un groupement éther sur l’espaceur. L’optimisation des conditions
réactionnelles pourrait permettre de meilleures performances. Les conditions que nous avons
utilisées pour la réaction d’aldolisation sont les mêmes qu’en phase homogène : 4/1
DMSO/acétone, température ambiante. L’utilisation du DMSO en phase homogène est
possiblement liée à la faible solubilité de la L-proline dans des solvants organiques moins
polaires. Ce problème ne se pose pas pour la catalyse supportée et d’autres solvants peuvent
être envisagés, ce qui pourrait également simplifier les étapes de traitement à la fin du cycle
réactionnel. De plus, il se peut qu’en changeant la température d’aldolisation on parvienne à
augmenter l’activité des catalyseurs sans compromettre leur séléctivité.
Il serait également intéressant de préparer des matériaux avec une taille de pores plus
importante. Un porogène avec une chaîne alkyle plus longue que la dodécylamine ou un
surfactant comme les polymères de type Pluronic (par exemple P123) pourrait être utilisé.
Une taille de pores plus importante pourrait permettre une meilleure diffusion des réactifs et
des produits dans le réseau poreux et ainsi rendre les réactions plus rapides.
N
O
OH
O 2N
OH
39
N
O
O

Chapitre II
Le problème de l’inhibition des sites actifs après un cycle de réaction est également
épineux. Il semblerait que le blocage des sites actifs soit plutôt relié à une réaction chimique
qu’à un problème d’obstruction physique. Si la désactivation est réellement due à un
intermédiaire qui n’est pas hydrolysé, de petites quantités d’eau dans le milieu réactionnel
pourraient être bénéfiques. Des exemples ont été décrit dans la littérature où la présence de
traces d’eau améliore les performances du catalyseur pour des réactions d’aldolisation. 11,12 La
résolution de ce problème de désactivation du catalyseur, outre le recyclage, pourrait
également permettre une amélioration de l’activité catalytique des matériaux.
Il serait important de trouver une méthode efficace pour passiver les silanols libres en
surface ou diminuer leur concentration. Des conditions plus douces que celles que nous avons
employées ou un autre agent de dérivatisation pourraient être utilisés. Une méthode
envisageable pourrait être d’immobiliser par le procédé sol-gel un dérivé protégé de la L-
proline, protéger les silanols de surface puis cliver les groupements protecteurs de la proline.
Une autre solution pour s’affranchir de l’influence des silanols pourrait être d’éloigner le
catalyseur de la surface des pores en introduisant un espaceur plus long. L’utilisation d’un
précurseur bisilylé devrait permettre d’éviter l’utilisation de TEOS et de diminuer la quantité
de silanols en surface.
Cette étude a prouvé qu’il était possible d’utiliser le procédé sol-gel pour immobiliser
un organocatalyseur. Des résultats moyens mais encourageants ont été obtenus en catalyse. Il
a été démontré que quand le mécanisme de catalyse comprend une activation par liaisons
hydrogène, il est important de pouvoir contrôler efficacement la concentration de silanols
libres à la surface des matériaux.
Il serait intéressant d’étendre ces recherches aux organocatalyseurs de type
énamine/iminium qui fonctionnent par blocage stérique (par exemple les éthers de
diarylprolinol de Jørgensen et Hayashi ou les imidazolidinones de MacMillan) dans la mesure
où la présence des silanols de surface ne devrait pas poser de problème. Les éthers du
diarylprolinol présentent un intérêt tout particulier puisque des précurseurs silylés devraient
être facilement accessibles à partir de certains intermédiaires synthétisés pendant ces travaux,
(Schéma II.8).
82

(EtO) 3Si
O
N
Cbz
33
O
O
O
N
H
Ar
Ar
OSiR 3
Hydrogénolyse
1. Addition d'un Grignard
2. Protection de l'alcool
83
(EtO) 3Si
O
Immobilisation de la L-proline
N
O
Cbz
N
Cbz
Ar
Ar
OSiR 3
Ar
Ar
OSiR 3
Hydrosilylation
Schéma II.8 : Schéma de synthèse possible d’un précurseur silylé contenant un fragment diarylprolinol.

B. Partie expérimentale
Synthèse du précurseur silylé contenant un groupement carbamate, PC
HO
N
H
COOH
HO
N
O O
COOH
28 29 31
(EtO) 3Si
N
H
PC
O
O
N
H
O
OH
85
(EtO) 3Si
HO
O
N
H
Immobilisation de la L-proline
N
O
O
O
32
O
N
O
O O
Acide (2S,4R)-1-(benzyloxycarbonyle) 4-hydroxypyrrolidine-2-carboxylique, 29 6
HO
N
H
28
Cl
O
O
NaHCO 3
COOH H 2 O/Toluène
t.a.
48 h
HO
N
O O
COOH
29, 84%
10 g de trans-4-hydroxy-L-proline 28 (76 mmol) et 16 g de bicarbonate de sodium
(191 mmol) sont dissous dans 150 mL d’eau permutée. Une solution de 12,5 ml de
chloroformiate de benzyle (88 mmol) dans 40 mL de toluène est ajoutée goutte à goutte en 15
minutes. Le mélange réactionnel est agité à température ambiante.
O
O

Chapitre II
Après 48 heures, les deux phases sont séparées. La phase aqueuse est lavée à l’éther (4
× 50 mL), refroidie à 0 °C et acidifiée à pH 2 avec de l’acide chlorhydrique (1 M). Le produit
29 est ensuite extrait à l’acétate d’éthyle (5 × 50 mL). Les phases organiques sont réunies,
séchées sur Na2SO4, filtrées et concentrées sous pression réduite.
17 g de produit (64 mmol) sont obtenus sous la forme d’un solide blanc.
Rendement : 84%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
2,09-2,42 (m, 2 H)
3,55-3,67 (m, 2 H)
4,46-4,58 (m, 2 H)
5,08-5,20 (m, 2 H)
7,23-7,40 (m, 5 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
37,9 et 38,8 CH2
54,4 et 54,9 CH2
57,5 et 57,9 CH
67,5 et 67,7 CH2
69,2 et 69,8 CH
127,5 CH
127,8 CH
MS (FAB -) (M-H) - : m/z 264
(FAB +) (M+H) + : m/z 266
86
127,9 CH
128,2 CH
128,4 CH
128,5 CH
135,9 et 136,0 C
154,9 et 156,0 NC(O)O
175,3 et 176,6 COOH

N,N′-dicyclohexyl-O-isourée de benzyle, 30
N
N OH
C +
87
CuCl
t.a.
22 h
Immobilisation de la L-proline
N
H
O
N
30, 98%
2,8 mL d’alcool benzylique (27 mmol) sont ajoutés à un mélange de 5,1 g de
cyclohexylcarbodiimide (25 mmol) et 0,011 g de chlorure de cuivre (I) (0,11 mmol). Le
mélange réactionnel est agité à température ambiante pendant 22 heures.
10 mL de pentane sont ensuite ajoutés et le mélange est filtré sur alumine neutre afin
d’éliminer les sels de cuivre. Le résidu solide est lavé au pentane et à l’acétate d’éthyle. Le
filtrat est concentré sous pression réduite.
7,7 g de produit (24 mmol) sont obtenus sous la forme d’une huile jaune.
Rendement : 98%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
1,03-1,38 (m, 10 H)
1,54-1,8 (m, 10 H)
2,76-2,87 (m, 1 H)
3,41-3,59 (m, 2 H)
5,11 (s, 2 H)
7,25-7,40 (m, 5 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
25,1 CH2
25,4 CH2
25,8 CH2
26,1 CH2
34,57 CH2
34,59 CH2
50,5 CH
55,1 CH
66,6 CH2
127,0 CH
127,3 CH
127,6 CH

Chapitre II
128,3 CH
128,6 CH
MS (FAB +) (M+H) + : m/z 315
88
138,2 C
151,4 C
(2S,4R)-1-(benzyloxycarbonyle) 4-hydroxypyrrolidine-2-carboxylate de benzyle, 31 13
HO
N
O O
COOH
30
THF
t.a.
27 h
HO
29 31, 96%
5,1 g du composé 30 (16 mmol) sont ajoutés à une solution de 4,1 g de l’acide 29 (15
mmol) dans 20 mL de THF. La solution est agitée à température ambiante pendant 27 heures.
Ensuite, le mélange réactionnel est filtré et le solide récupéré est lavé au THF et au
CH2Cl2. Le filtrat est concentré sous pression réduite.
Le produit (5,3 g, 15 mmol) est isolé sous forme d’une huile claire.
Rendement : 96%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
1,86-2,02 (m, 1 H)
2,13-2,27 (m, 1 H)
3,41-3,62 (m, 2 H)
4,35-4,51 (m, 2 H)
4,87-5,15 (m, 4 H)
7,07-7,29 (m, 10 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
38,2 et 39,0 CH2
54,5 et 55,1 CH2
O
N
O
O
O
57,7 et 58,0 CH
66,7 et 66,9 CH2

67,1 et 67,2 CH2
69,0 et 69,8 CH
127,66 CH
127,73 CH
127,89 CH
127,93 CH
127,97 CH
128,03 CH
128,2 CH
MS (FAB -) (M-H) - : m/z 354
89
128,26 CH
128,31 CH
128,36 CH
128,44 CH
135,2 et 135,4 C
136,0 et 136,2 C
154,6 et 155,0 NC(O)O
172,3 et 172,5 C(O)O
Immobilisation de la L-proline
(2S,4R)-1-(benzyloxycarbonyle) 4-(3-(triéthoxysilyl)propylcarbamoyloxy)-pyrrolidine-2-
carboxylate de benzyle, 32 5
HO
O
N
O
O
31
O
O
C
N
CH 2 Cl 2
reflux
24 h
Si(EtO) 3
(EtO) 3Si
N
H
O
O
N
O O
32, 76%
Dans un tube de Schlenk sec, sous azote, 1,0 g de l’acool 31 (2,8 mmol) est dissous
dans 20 mL de CH2Cl2 anhydre et 0,69 g de 3-(triéthoxysilyl)propylisocyanate (2,8 mmol)
sont ajoutés à cette solution goutte à goutte sous courant d’azote. Les réactifs sont chauffés à
reflux pendant 24 heures.
La solution est ensuite concentrée sous pression réduite à l’aide de la rampe à vide.
1,3 g de produit (2,1 mmol) sont obtenus sans autre étape de purification sous forme
d’une huile incolore.
Rendement : 76%
O
O

Chapitre II
RMN 1 H (400 MHz, DMSO-d6), δ ppm
0,49-0,57 (m, 2 H)
1,14 (t, J = 7,1 Hz, 9 H)
1,40-1,51 (m, 2 H)
2,13-2,27 (m, 1 H)
2,34-2,45 (m, 1 H)
2,96 (q, J = 6,6 Hz, 2 H)
RMN 13 C (100 MHz, DMSO-d6), δ ppm
7,1 CH2
18,1 CH3
22,8 CH2
35,1 et 36,1 CH2
42,9 CH2
52,1 et 52,5 CH2
57,3 CH
57,6 CH2
RMN 29 Si (20 MHz, DMSO-d6) δ ppm : - 44,8
90
3,41-3,50 (m, 2 H)
3,73 (q, J = 7,1 Hz, 6 H)
4,38-4,47 (m, 1 H)
5,00-5,21 (m, 5 H)
7,24-7,41 (m, 10 H)
65,8-66,3 CH2 (2)
71,3 et 72,0 CH
127,2-128,3 CH
135,5 et 135,7 C
136,3 et 136,5 C
153,4 et 153,9 NC(O)O
155,3 NC(O)O
171,4 et 171,7 C(O)O
HRMS (FAB +) : calculée pour C30H43N2O9Si + (M+H) + : 603,2738 ; mesurée : 603,2781
Acide (2S,4R)-4-(3-(triéthoxysilyl)propylcarbamoyloxy)pyrrolidine-2-carboxylique, PC 5
(EtO) 3Si
N
H
O
O
32
N
O O
O
O
Pd/C
EtOH
reflux
1,5 h
(EtO) 3Si
N
H
O
O
PC, 88%
0,49 g du composé 32 (0,81 mmol) sont dissous dans 7 mL d’éthanol sec et 0,13 g de
cyclohexène (1,6 mmol) puis 0,26 g de Pd/C 10% sont ajoutés. Le milieu réctionnel est mis
N
H
O
OH

91
Immobilisation de la L-proline
sous atmosphère d’azote et la suspension est chauffée au reflux de l’éthanol pendant 1,5
heures.
Ensuite, toujours sous atmosphère d’azote, le mélange réactionnel est filtré sur célite.
Le filtrat est concentré sous pression réduite.
0,27 g du précurseur PC (0,71 mmol) sont isolés sous la forme d’une huile claire.
Rendement : 88%
RMN 1 H (400 MHz, DMSO-d6), δ ppm
0,46-0,56 (m, 2 H)
1,13 (t, J = 7,1 Hz, 9 H)
1,38-1,52 (m, 2 H)
2,02-2,22 (m, 2 H)
2,86-3,00 (m, 2 H)
RMN 13 C (100 MHz, DMSO-d6), δ ppm
7,2 CH2
18,1 CH3
22,9 CH2
35,4 CH2
42,9 CH2
50,1 CH2
RMN 29 Si (20 MHz, DMSO-d6) δ ppm : - 45,2
3,05-3,19 (m, 1 H)
3,51-3,59 (m, 1 H)
3,72 (q, J = 7,1 Hz, 6 H)
3,83-3,97 (m, 1 H)
4,58-5,12 (m, 1 H)
57,6 CH2
59,3 CH
72,8 CH
155,4 NC(O)O
170,7 C(O)OH
HRMS (FAB +) : calculée pour C15H31N2O7Si + (M+H) + : 379,1895 ; mesurée : 379,1909

Chapitre II
Synthèse du précurseur silylé contenant un groupement éther, PE
HO
O
O
N
COOH
N
N
O
O O O O O O
29
(EtO) 3Si
(EtO) 3Si
O
N
O O
36
PE
O
N
H
O
O
O
OH
33 34
92
O
N
O O
(2S,4R)-4-(allyloxy) 1-(benzyloxycarbonyle)pyrrolidine-2-carboxylate d’allyle, 33 6
HO
N
O O
29
COOH
NaH, puis
Br
DMF
0 °C - t.a.
48 h
O
N
O O
O
33, 80%
2,0 g de l’acide 29 (7,5 mmol) sont dissous dans 18 mL de DMF sec. La solution est
refroidie à 0 °C et, sous courant d’azote, 0,78 g de NaH (60%, en suspension dans l’huile,
O
35
O
O
O
O
OH

93
Immobilisation de la L-proline
33 mmol) sont additionnés. Après 30 minutes d’agitation, 1,6 mL de bromure d’allyle
(18 mmol) sont ajoutés. Le mélange réactionnel est agité à température ambiante pendant 48
heures.
Le mélange réactionnel est ensuite dilué avec 15 mL d’eau et le pH est ajusté à 2 par
addition d’acide chlorhydrique (1 M). Le produit est extrait à l’éther (3 × 40 mL). Les phases
organiques sont réunies, séchées sur Na2SO4, filtrées et concentrées sous pression réduite. Le
résidu est purifié par chromatographie flash sur silice à l’aide d’un gradient d’élution
15→30% d’acétate d’éthyle dans du pentane.
2,1 g de produit (6,0 mmol) sont isolés sous la forme d’une huile incolore.
Rendement : 80%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
2,06-2,14 (m, 1 H)
2,33-2,46 (m, 1 H)
3,57-3,76 (m, 2 H)
3,83-3,99 (m, 2 H)
4,12-4,19 (m, 1 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
35,6 et 36,8 CH2
51,7 et 51,9 CH2
57,8 et 58,0 CH
65,6 et 65,8 CH2
67,2 CH2
70,1 CH2
75,8 et 76,5 CH
117,36 et 117,42 CH2
118,5 et 118,6 CH2
4,42-4,54 (m, 2 H)
4,64-4,67 (m, 1 H)
5,01-5,37 (m, 6 H)
5,68-5,96 (m, 2 H)
7,27-7,39 (m, 5 H)
127,88 et 127,92 CH
127,98 et 128,03 CH
128,37 et 128,43 CH
131,5 et 131,7 CH
134,2 CH
136,3 et 136,5 C
154,3 et 154,9 NC(O)O
172,2 et 172,4 C(O)O

Chapitre II
Acide (2S,4R)-4-(allyloxy) 1-(benzyloxycarbonyle)pyrrolidine-2-carboxylique, 34 6
O
N
O O
33
O
O
NaOH
H 2 O / MeOH
94
t.a.
72 h
O
N
O O
34, 92%
Une solution de 0,72 g de NaOH (18 mmol) dans 6 mL d’eau est ajoutée à une
solution de 2,1 g du composé 33 (6,1 mmol) dans 8 mL de méthanol. Le mélange réactionnel
est agité à température ambiante pendant 72 heures.
Ensuite, 1 mL d’eau est ajouté, le pH est ajusté à 10 par addition d’acide
chlorhydrique 1 M et la solution est lavée à l’éther (2 × 10 mL). La solution est acidifiée en
ajoutant de l’acide chlorhydrique (1 M) jusqu’à pH 4 et le produit est extrait à l’acétate
d’éthyle (3 × 40 mL). Les phases organiques sont réunies, séchées sur Na2SO4, filtrées et
concentrées sous pression réduite.
Le produit (1,7 g, 5,6 mmol) est obtenu sous la forme d’une huile jaune.
Rendement : 92%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
2,11-2,45 (m, 2 H)
3,58-3,78 (m, 2 H)
3,91-4,04 (m, 2 H)
4,12-4,19 (m, 1 H)
4,45-4,55 (m, 1 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
34,9 et 36,7 CH2
51,8 et 51,9 CH2
58,0 et 58,1 CH
67,3 et 67,8 CH2
70,2 CH2
75,8 et 76,3 CH
5,08-5,26 (m, 4 H)
5,80-5,93 (m, 1 H)
7,23-7,40 (m, 5 H)
8,62 (l, 1 H)
117,5 CH2
127,6 CH
127,9 CH
128,2 CH
128,4 CH
128,5 CH
O
OH

134,1 CH
136,0 et 136,2 C
95
Immobilisation de la L-proline
156,1 NC(O)OH
175,4 et 177,5 C(O)OH
(2S,4R)-4-(allyloxy) 1-(benzyloxycarbonyle)pyrrolidine-2-carboxylate de benzyle, 35
O
N
O O
34
O
OH
Ph
N
O
30
THF
t.a.
48 h
H
N
O
N
O O
O
O
35, 81%
Une solution de 1,9 g de l’acide 34 (6,2 mmol) dans 12 mL de THF sec est
additionnée sur 2,1 g du composé 30 (6,7 mmol). La solution est agitée à température
ambiante pendant 48 heures (un solide blanc précipite dans le milieu réactionnel).
Le mélange est ensuite filtré et le solide lavé au THF. Le filtrat est concentré sous
pression réduite et purifié par chromatographie sur colonne de silice à l’aide d’un gradient
d’élution 30 → 90% de CH2Cl2 dans le pentane.
Le produit (2,0 g, 5,1 mmol) est isolé sous la forme d’une huile incolore.
Rendement : 81%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
2,04-2,14 (m, 1 H)
2,33-2,44 (m, 1 H)
3,59-3,77 (m, 2 H)
3,91-4,02 (m, 2 H)
4,11-4,17 (m, 1 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
35,6 et 36,8 CH2
51,8 et 52,1 CH2
58,0 et 58,2 CH
66,9 et 67,0 CH2
4,53 (m, 1 H)
5,03 (m, 2 H)
5,14-5,30 (m, 4 H)
5,80-5,93 (m, 1 H)
7,19-7,40 (m, 10 H)
67,2 et 67,3 CH2
70,2 CH2
75,9 et 76,6 CH
117,45 et 117,50 CH2

!
Chapitre II
127,91 et 127,97 CH
128,0 et 128,1 CH
128,17 et 128,22 CH
128,35 et 128,43 CH
128,48 et 128, 55 CH
128,6 CH
96
134,3 CH
135,5 et 135,7 C
136,4 et 136,6 C
154,4 et 155 NC(O)O
172,4 et 172,6 C(O)O
HRMS (FAB+) : calculée pour C23H26NO5 + (M+H) + : 396,1805 ; mesurée : 396,1828
24
[ " ] = - 38,8 (c 1,0, CHCl3)
D
(2S,4R)-1-(benzyloxycarbonyle) 4-(3-(triéthoxysilyl)propoxy)pyrrolidine-2-carboxylate
de benzyle, 36
O
N
O O
35
O
O
HSi(OEt) 3
[Pt], 1 mol%
THF
t.a.
20 h
(EtO) 3Si
O
N
O O
36, 77%
1,7 mL de triéthoxysilane (9,2 mmol) et 0,37 g de catalyseur de Karstedt (2,4% de Pt,
4,6 10 -2 mmol) sont ajoutés sous courant d’azote à une solution de 1,8 g de l’éther 35
(4,6 mmol) dans 10 mL de THF sec. Le mélange réactionnel est agité pendant 20 heures, sous
atmosphère d’azote, à température ambiante.
Ensuite, le mélange réactionnel est concentré sous pression réduite et 20 mL de
pentane sec sont ajoutés. Le mélange est filtré sur célite sous atmosphère inerte et la célite est
rincée au pentane. Le filtrat est concentré sous pression réduite.
Le produit (2,0 g, 3,5 mmol) est obtenu sous la forme d’une huile jaune.
Rendement : 77%
O
O

!
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
0,58-0,66 (m, 2 H)
1,22 (t, J = 7 Hz, 9 H)
1,60-1,70 (m, 2 H)
2,00-2,11 (m, 1 H)
2,30-2,48 (m, 1 H)
3,30-3,41 (m, 2 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
6,6 CH2
18,4 CH3
23,21 et 23,23 CH2
35,6 et 36,8 CH2
51,9 et 52,5 CH2
58,0 et 58,3 CH
58,5 CH2
66,8 et 67,0 CH2
67,2 et 67,3 CH2
71,51 et 71,54 CH2
76,4 et 77,0 CH
RMN 29 Si (20 MHz, DMSO-d6) δ ppm : - 45,1
24
[ " ] = - 24,5 (c 1,2, CHCl3)
D
97
3,61-3,69 (m, 2 H)
Immobilisation de la L-proline
3,85-3,91 (q, J = 7 Hz, 6H)
4,04-4,10 (m, 1 H)
4,44-4,55 (m, 1 H)
4,96-5,26 (m, 4 H)
7,18-7,38 (m, 10H)
127,89 et 127,93 CH
128,07 et 128,09 CH
128,16 et 128,21 CH
128,3 et 128,4 CH
128,48 et 128,54 CH
128,6 CH
135,5 et 135,7 C
136,5 et 136,6 C
154,5 et 155,1 NC(O)O
172,5 et 172,7 C(O)O
Acide (2S,4R)-4-(3-(triéthoxysilyl)propoxy)pyrrolidine-2-carboxylique, PE
(EtO) 3Si
O
N
O O
36
O
O
Pd/C
EtOH
reflux
35 min
(EtO) 3Si
O
N
H
PE, 90%
O
OH

!
Chapitre II
A une solution de 2,4 g du composé 36 (4,3 mmol) dans 35 mL d’éthanol sont ajoutés
0,77 mL de cyclohexène (7,6 mmol) et 1,2 g de Pd/C 10%. La suspension est chauffée à
reflux pendant 35 minutes sous atmosphère d’azote.
Le mélange réactionnel est refroidi à température ambiante et filtré sur célite sous
azote. Le résidu noir est rincé à l’éthanol (3 × 20 mL). Le filtrat est concentré sous pression
réduite.
1,3 g de produit (3,9 mmol) sont isolés sous la forme d’une huile orange.
Rendement : 90%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
0,58-0,63 (m, 2 H)
1,22 (m, J = 7,0 Hz, 9 H)
1,50-1,70 (m, 2 H)
2,11 (m, 1 H)
2,39 (m, 1 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
6,7 CH2
18,5 CH3
23,2 CH2
35,2 CH2
50,3 CH2
RMN 29 Si (20 MHz, DMSO-d6) δ ppm : - 45,0
98
3,25-3,40 (m, 3 H)
3,45-3,55 (m, 1 H)
3,78-3,90 (m, 6 H)
4,12 (m, 2 H)
58,5 CH2
60,5 CH
71,7 CH2
77,7 CH
173,6 C(O)OH
HRMS (FAB+) : calculée pour C14H30NO6Si+ (M+H)+ : 336,1842 ; mesurée : 336,1851
FTIR : ν = 3432 cm -1 , 2988 cm -1 , 2932 cm -1 , 1639 cm -1 , 1128 cm -1
24
[ " ] = - 4,5 (c 0,5, CHCl3)
D

99
Immobilisation de la L-proline
(2S,4R)-1-(benzyloxycarbonyle)-4-(butylcarbamoyloxy)pyrrolidine-2-carboxylate de
benzyle, 37
HO
N
O O
O
O
N
CH 2 Cl 2
reflux
68 h
7
31 37, 73%
C
O
19 17
20 18
N
H
16 O
C B
O
D
A
E
O
5
4
3
2
N
1
O O
O
A une solution de 0,95 g de trans-4-hydroxy-L-proline di-protégée 31 (2,7 mmol)
dans 20 mL de CH2Cl2 sec sont ajoutés, sous courant d’azote, goutte à goutte, 0,35 mL
d’isocyanate de n-butyle (3,1 mmol). La solution est chauffée à reflux. Après 48 heures 0,10
mL d’isocyanate de n-butyle (0,89 mmol) sont à nouveau ajoutés et les réactifs sont chauffés
20 heures de plus.
La solution est finalement diluée avec du CH2Cl2 et lavée à l’eau. La phase organique
est séchée sur MgSO4, filtrée et concentrée sous pression réduite. Le produit est purifié par
chromatographie sur colonne de silice (éluant pentane/acétate d’éthyle : 2/1).
0,89 g de produit (2,0 mmol) sont isolés sous la forme d’une huile incolore.
Rendement : 73%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
0,88 (t, J = 7,3 Hz, 3 H) CH3 20
1,24-1,32 (m, 2 H) CH2 19
1,38-1,46 (m, 2 H) CH2 18
2,07-2,18 (m, 1 H) CH2 B
2,34-2,43 (m, 1 H) CH2 B
3,10 (m, 2 H) CH2 17
3,64-3,76 (m, 2 H) CH2 D
4,40-4,50 (m, 1 H) CH A
4,81-4,87 (m, 1 H) NH
4,96 (s, 1 H) CH2 2/9
6
8
15
9
10
14
11
13
12

!
Chapitre II
5,00 (s, 1 H) CH2 2/9
5,11-5,20 (m, 3 H) CH2 2/9 et CH C
7,16-7,31 (m, 10 H) CH 4-8 et 11-15
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
13,6 CH3 20
19,7 CH2 19
31,7 CH2 18
35,7 et 36,8 CH2 B
40,5 CH2 17
52,4 et 52,7 CH2 D
57,6 et 57,9 CH A
66,8 et 66,9 CH2 2/9
67,1 CH2 2/9
71,9 et 72,7 CH C
127,7 CH 4-8 et 11-15
127,88 CH 4-8 et 11-15
20
[ " ] = - 45,8 (c 0,01, CHCl3)
D
100
127,90 CH 4-8 et 11-15
127,96 CH 4-8 et 11-15
128,04 CH 4-8 et 11-15
128,16 CH 4-8 et 11-15
128,20 CH 4-8 et 11-15
128,3 CH 4-8 et 11-15
128,4 CH 4-8 et 11-15
135,1 et 135,3 C 3/10
136,0 et 136,1 C 3/10
154,0 et 154,7 C 1/16
155,2 et 155,3 C 1/16
171,7 et 172,0 C E
HRMS (ESI+) : calculée pour C25H31N2O6 + (M+H) + : 455,2177 ; mesurée : 455,2204
Acide (2S,4R)-4-(butylcarbamoyloxy)pyrrolidine-2-carboxylique, P′C
N
H
O
O
O
N
37
O
O
O
Pd/C
EtOH
reflux
1 h
N
H
O
O
P'C, 35%
N
H
O
OH

!
101
Immobilisation de la L-proline
0,30 mL de cyclohexène (3,0 mmol) et 0,45 g de Pd/C 10% sont ajoutés, sous courant
d’azote, à une solution de 0,68 g de 37 (1,5 mmol) dans 12 mL d’éthanol sec. Le mélange
réactionnel est chauffé à reflux pendant 1 heure.
Le mélange est ensuite refroidi à température ambiante et filtré sur célite. Le filtrat est
concentré sous pression réduite.
0,12 g de l’acide P′C (0,53 mmol) sont obtenus sous la forme d’un solide jaune.
Rendement : 35%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
0,89 (t, J = 7,3 Hz, 3 H)
1,26-1,35 (m, 2 H)
1,41-1,48 (m, 2 H)
2,28-2,40 (m, 2 H)
3,07-3,10 (m, 2 H)
3,41 (br, 1 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
13,7 CH3
19,9 CH2
31,7 CH2
35,5 CH2
40,7 CH2
3,72 (br, 1 H)
4,36 (br, 1 H)
5,27 (br, 1 H)
6,10 (br, 1 H)
8,61 (br, 1 H)
10,26 (br, 1 H)
51,4 CH2
60,2 CH
73,0 CH
155,6 NC(O)O
173,0 C(O)OH
HRMS (ESI+) : calculée pour C10H19N2O4 + (M+H) + : 231,1339 ; mesurée : 231,1330
20
[ " ] = - 11,8 (c 0,01, CHCl3)
D

!
Chapitre II
Acide (2S,4R)-4-propoxypyrrolidine-2-carboxylique, P′E
O
N
O O
35
O
O
102
Pd/C
EtOH
reflux
24 h
O
N
H
P'E, 84%
0,065 g de l’éther 35 (0,16 mmol) sont dissous dans 2 mL d’éthanol sec. 0,10 mL de
cyclohexène (0,99 mmol) et 0,067 g de Pd/C 10% sont ajoutés sous atmosphère d’azote. Le
milieu réactionnel est chauffé à reflux pendant 24 heures.
Le mélange réactionnel est ensuite filtré sur silice et le filtrat est concentré sous
pression réduite.
0,024 g de produit P′E (0,14 mmol) sont isolés sous la forme d’une huile brune avec
un rendement de 84%.
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ (ppm)
0,86 (t, J = 7,4 Hz, 3 H)
1,47-1,56 (m, 2 H)
2,13 (br, 1 H)
2,38 (br, 1 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
10,5 CH3
22,8 CH2
35,0 CH2
50,5 CH2
O
3,30-3,37 (m, 3 H)
3,57-3,62 (m, 1 H)
OH
4,14 (br, 1 H)
4,28 (br, 1 H)
59,9 CH
70,8 CH2
77,3 CH
173,2 C(O)OH
HRMS (ESI+) : calculée pour C8H16NO3 + (M+H) + : 174,1125 ; mesurée : 174,1131
20
[ " ] = - 30,2 (c 0,008, CHCl3)
D

Préparation des matériaux Mx/n (x = C ou E, n = 10 - 40)
C12H25NH2 TBAF
103
Immobilisation de la L-proline
R Si(OEt) 3 + n Si(OEt) 4 R SiO1,5, n SiO 2
Px
x = C, E
H 2 O, EtOH
t.a.
72 h
Mx/n
x = C, E
n = 10, 20, 30, 40
A une solution du précurseur Px (x = C ou E) (0,93 mmol) dans l’éthanol sec (20 mL,
0,03 M) sont ajoutés sous agitation la dodécylamine (2,6 mmol), le tétraéthoxysilane
(9,3 mmol), l’eau déminéralisée (40 mmol) et le fluorure de tétrabutylammonium
(0,12 mmol) (solution 1 M dans le THF). Après 15 minutes l’agitation est arrêtée et le
mélange est laissé 72 heures à température ambiante.
Le gel est ensuite séché à l’air et rincé à l’eau, l’éthanol et l’acétone puis lavé en
continu à l’éthanol pendant 72 heures avec un appareil de Soxhlet. Le solide est ensuite
récupéré est séché sous pression réduite pour fournir 1,0 g du matériaux ME/10. Tous les
matériaux sont obtenus sous la forme de poudres blanches ou jaunes.
Préparation du matériau ME/20TMS (protection des silanols libres)
O
O
O
Si
O
Si
N
H
Si
OH reflux
O
N
COOH
N
Si
H
H
40 h
ME/20 ME/20TMS
O
O
O
Si
O
COOH
Sous courant d’azote, 0,11 g du matériau ME/20 sont ajoutés à 1,2 mL
d’hexaméthyldisilazane (5,8 mmol). La suspension est chauffée à reflux (140 °C). Après 20
heures, 1,2 mL d’hexaméthyldisilazane supplémentaires sont ajoutés et le mélange réactionnel
est à nouveau chauffé pendant 20 heures.
La suspension est alors refroidie à température ambiante et diluée avec du pentane
distillé. Le mélange réactionnel est essoré sur fritté et le solide obtenu est abondement rincé
au pentane, au THF, à l’eau, l’éthanol, l’acétone et l’éther. La matériau récupéré est séché
initialement à l’air libre, puis sous pression réduite.
0,098 g de matériau ME/20TMS sont obtenus.

Chapitre II
Procédure générale pour l’aldolisation catalytique
O 2N
O
H
+
O
Catalyseur
104
DMSO
t.a.
O 2N
OH O
15 mg de p-nitrobenzaldéhyde (0,10 mmol) sont dissous dans 0,8 mL de DMSO.
0,2 mL de propanone (3 mmol) et le matériau Mx/n sont ensuite ajoutés (15 mol% en
proline). Le mélange est agité à température ambiante.
Après 1 à 5 jours, le mélange réactionnel est filtré, le solide est rincé à l’acétone et le
filtrat concentré. Le résidu est repris à l’éther et lavé avec une solution aqueuse saturée de
NaCl. La phase organique est séchée sur MgSO4, filtrée et concentrée sous pression réduite.
L’avancement de la réaction est calculé à partir du spectre RMN 1 H de ce résidu (en utilisant
les signaux des protons aromatiques du p-nitrobenzaldéhyde et de l’aldol à 8,39 et 8,08 et
8,20 et 7,53 respectivement). Ensuite, le résidu est purifié sur colonne d’alumine, éluant 3/1
pentane/acétate d’éthyle, pour séparer l’aldéhyde de départ du mélange des deux aldols.
L’excès énantiomérique du mélange d’aldols est calculé après séparation des deux aldols par
HPLC analytique.
HPLC phase chirale
• colonne Daicel Chiracel OJ
• éluant : hexane/propan-2-ol 85/15
• débit : 1mL/min
• détection : par UV à 254 nm
• temps de rétention : 24,4 min (R) et 27,5 min (S).
Recyclage : Le solide récupéré après un cycle réactionnel est lavé à l’acétone et au
dichlorométhane, séché sous pression réduite et réutilisé.
(R)

C. Références bibliographiques
105
Immobilisation de la L-proline
(1) Gruttadauria, M.; Giacalone, F.; Noto, R. Chemical Society Reviews 2008, 37, 1666.
(2) Dhar, D.; Beadham, I.; Chandrasekaran, S. Proceedings of the Indian Academy of
Sciences-Chemical Sciences 2003, 115, 365.
(3) Calderón, F.; Fernández, R.; Sánchez, F.; Fernández-Mayoralas, A. Advanced
Synthesis & Catalysis 2005, 347, 1395.
(4) Font, D.; Jimeno, C.; Pericàs, M. A. Organic Letters 2006, 8, 4653.
(5) Doyagüez, E. G.; Calderón, F.; Sánchez, F.; Fernández-Mayoralas, A. Journal of
Organic Chemistry 2007, 72, 9353.
(6) Fache, F.; Piva, O. Tetrahedron: Asymmetry 2003, 14, 139.
(7) Tanev, P. T.; Pinnavaia, T. J. Science 1995, 267, 865.
(8) Trost, B. M.; Brindle, C. S. Chem Soc Rev 2010, 39, 1600.
(9) Sakthivel, K.; Notz, W.; Bui, T.; Barbas, C. F. Journal of the American Chemical
Society 2001, 123, 5260.
(10) Brinker, C. J.; Scherer, G. W. Sol-Gel Science; Academic Press, INC: San Diego,
1990.
(11) Nyberg, A. I.; Usano, A.; Pihko, P. M. Synlett 2004, 1891.
(12) Ward, D. E.; Jheengut, V. Tetrahedron Letters 2004, 45, 8347.
(13) Tamaki, M.; Han, G.; Hruby, V. J. Journal of Organic Chemistry 2001, 66, 1038.

Chapitre III
Immobilisation du catalyseur de Takemoto

A. Résultats et discussion 109
1. Synthèse de précurseurs moléculaires 110
i) Introduction du groupement triéthoxysilyle par alkylsilylation avec un
halogénure de propyltriéthoxysilane 110
ii) Formation d’une thiourée après introduction d’un groupement triéthoxysilyle 114
iii) Introduction du groupement triéthoxysilyle par couplage de Heck 116
iv) Introduction du groupement triéthoxysilyle par hydrosilylation 117
v) Introduction du groupement triéthoxysilyle par réaction click 119
a. Groupement protecteur phtaloyle 119
b. Groupement protecteur tétrachlorophtaloyle 122
2. Matériaux contenant un fragment bis(thiourée) 126
3. Conclusion et perspectives 129
B. Partie expérimentale 133
C. Références bibliographiques 171
108

A. Résultats et discussion
109
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
Le catalyseur de Takemoto 22 est un catalyseur similaire aux catalyseurs de Jacobsen,
mis au point en 2003 et évalué dans l’addition de Michael du
malonate de diéthyle sur des nitrooléfines. 1 C’est un catalyseur
bifonctionnel contenant un groupement thiourée et une fonction
amine tertiaire, reliés entre eux par un motif (1R,2R)-1,2-
diaminocyclohexane. La structure est complétée par un noyau aromatique contenant deux
groupements trifluorométhyle qui permettent d’augmenter le caractère donneur de liaisons
hydrogène de la thiourée.
Selon le mécanisme proposé par les auteurs, 2 le β-nitrostyrène est activé par la
fonction thiourée par l’intermédiaire de deux liaisons hydrogène et une troisième liaison
hydrogène est formée entre le malonate de diéthyle sous sa forme céto-énolique et la fonction
amine tertiaire (Figure III.1, A). Plus récemment, à partir de calculs théoriques, un autre
modèle a été proposé où l’amine tertiaire active le β-nitrostyrène alors que la thiourée active
le malonate de diéthyle (Figure III.1, B). 3 Dans tous les cas, les liaisons hydrogène jouent un
rôle primordial dans le cycle catalytique. Outre le malonate de diéthyle et les nitrooléfines,
d’autres donneurs et accepteurs de Michael ont été utilisés. 4-8 Le catalyseur de Takemoto a
également été utilisé pour des réactions de aza-Henry 9,10 et de Mannich. 11
A.
N
S
N
H H
O O
N
!
O
N
H
O
EtO OEt
N
S
N
H H
O O
EtO OEt
Figure III.1 : Activation du β-nitrostyrène et du malonate de diéthyle par le catayseur de Takemoto, A. Modèle
O
O
proposé par l’équipe de Takemoto, B. Modéle proposé à partir de calculs théoriques.
O
O
M20
CF 3
N
H
S
N
H
N
B.
!
O
N
H
N O
L’équipe de Takemoto a déjà
immobilisé ce catalyseur sur différents
types de polymères à travers le noyau
aromatique par un ester, M20. 12 A notre
connaissance, aucun exemple d’immobilisation de ce catalyseur ou des catalyseurs de
F 3C
F 3C
N
H
22
S
N
H
N

Chapitre III
Jacobsen sur support inorganique, par greffage ou par procédé sol-gel, n’a été décrit dans la
littérature. Nous nous sommes donc intéressés à l’immobilisation du catalyseur de Takemoto
par voie sol-gel. Forts de l’expérience acquise en travaillant avec la L-proline, nous avons
entrepris d’étudier sous quelles conditions il pouvait être envisagé d’utiliser un support à base
de silice pour supporter un catalyseur fonctionnant par l’intermédiaire de liaisons hydrogène.
1. Synthèse de précurseurs moléculaires
En travaillant avec la L-proline nous avons constaté que la présence des silanols de
surface pouvait être problématique quand des liaisons hydrogène interviennent dans le cycle
catalytique. Pour pouvoir appliquer le procédé sol-gel sans ajouter de source supplémentaire
de silice, afin de diminuer la concentration de silanols libres, nous avons décidé de travailler
avec un précurseur bisilylé du catalyseur de Takemoto pour pouvoir faire un
bis(silsesquioxane) ponté (Chapitre I.B). Le groupement 3,5-bis(trifluorométhyl)phényle
semble important pour les performances de ce catalyseur ; nous avons donc préféré incorporer
les groupements silylés polymérisables du côté de l’amine tertiaire.
i) Introduction du groupement triéthoxysilyle par alkylsilylation avec un halogénure de
propyltriéthoxysilane
La première modification que nous avons envisagée a été tout simplement de
remplacer les groupements méthyle de l’amine tertiaire par des groupements contenant une
fonction triéthoxysilane, des groupements 3-(triéthoxysilyl)propyle par exemple
(Schéma III.1). Cette voie de synthèse nous permettrait de garder une structure similaire au
catalyseur initial, même si l’on modifie l’encombrement stérique autour de l’amine tertiaire.
F 3C
S
NH
NH
CF 3
N Si(OEt) 3
40
Si(OEt) 3
Schéma III.1 : Alkylsilylation avec un halogénure de 3-propyltriéthoxysilane.
110
F 3C
S
NH
NH 2
41
NH
CF 3
42
NH 2
NH 2

111
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
La première étape a consisté en la préparation de la monothiourée du (1R,2R)-1,2-
diaminocyclohexane 41. 13,14 Deux voies de synthèse ont été utilisées. La première par
addition directe de l’isothiocyanate de 3,5-bis(trifluorométhyl)phényle 43 sur le (1R,2R)-1,2-
diaminocyclohexane 42 (Schéma III.2). Cette réaction a également été effectuée à une
température plus basse (-35 °C) avec un excès de diamine 42, mais même sous ces conditions
un mélange de mono- et bis(thiourée) est obtenu (rendement 33%).
F 3C CF 3
F3C NH2 +
NCS
CH2Cl2 S NH
42
NH2 F3C 43
0 °C à t.a.
NH
NH2 41, 33%
Schéma III.2 : Synthèse de la monothiourée du (1R,2R)-1,2-diaminocyclohexane 41.
La deuxième voie de synthèse passe par la protection sélective d’une des deux
fonctions amine primaire avec un groupement phtaloyle, 15 la formation de la thiourée puis la
déprotection, avec un rendement global sur trois étapes de 19% (Schéma III.3, b.). Une étape
importante de cette séquence réactionnelle est la désymétrisation des deux fonctions amines
du (1R,2R)-1,2-diaminocyclohexane. Après un essai réalisé avec le tert-butyloxycarbonyle
qui a donné de faibles rendements (26%), nous avons choisi un groupement phtaloyle. En
présence d’acide p-toluènesulfonique la diamine est mono-protonnée (sel 44) et donc une
seule fonction réagit avec l’anhydride phtalique. Finalement, par traitement basique nous
obtenons l’amine monoprotégée 45 avec un rendement total de 75%, (Schéma III.3, a.). 15
a.
42
NH 2
NH 2
+
O
O
O
p-TsOH
o-xylène
reflux
O
NH3 O3S N
O
44
NaHCO 3
CH2Cl2 t.a.
O
NH2 O
N
45, 75%

Chapitre III
b.
O
NH2 O
N
45
F 3 C
F 3 C
43
CH 2 Cl 2
t.a.
NCS
F 3C CF 3
S NH
O
NH
O
N
46, 90%
112
NH 2 NH 2 . H 2 O
EtOH
reflux
F 3C CF 3
S NH
NH
NH 2
41, 28%
Schéma III.3 : a. Mono-protection du (1R,2R)-1,2-diaminocyclohexane avec un groupement phtaloyle, et
b. préparation de la monothiourée 41.
Une fois la monothiourée du diaminocyclohexane 41 obtenue, nous avons tenté
d’introduire deux groupements 3-(triéthoxysilyl)propyle sur la fonction amine primaire
restante, mais nous nous sommes heurtés à plusieurs problèmes lors de cette étape. Afin
d’optimiser les conditions de réaction, quelques essais préliminaires ont été réalisés avec la N-
p-tolylthiourée du (1R,2R)-1,2-diaminocyclohexane 47 (Tableau III.1, entrées 1-3).
Nous avons initialement utilisé du 3-chloropropyltriéthoxysilane, de la triéthylamine
comme solvant et nous avons chauffé à 80 °C. Après 4 jours, alors qu’il reste encore du
produit de départ, nous avons observé par RMN 1 H des signaux correspondant à la p-
toluidine, sous-produit de la dégradation de la thiourée (Tableau III.1, entrée 1) ; nous avons
donc réduit la quantité de triéthylamine utilisée (3 équivalents) et effectué la réaction à 60 °C
dans du tétrahydrofurane. La réaction est suivie par RMN à intervalles réguliers et après
4 jours nous avons constaté la formation de p-toluidine (Tableau III.1, entrée 2). Pour essayer
de favoriser l’alkylation de l’amine par rapport à la dégradation de la fonction thiourée nous
avons remplacé le 3-chloropropyltriéthoxysilane par du 3-iodopropyltriéthoxysilane qui est
plus réactif. 2,4 équivalents de triéthylamine sont utilisés et les réactifs sont initialement
agités à température ambiante, puis la température est augmentée au fur et à mesure (40 °C
puis 60 °C). La formation de p-toluidine est à nouveau observée (Tableau III.1, entrée 3).

S
NH
NH 2
Ar
NH
+
41, Ar = 3,5-(CF 3 ) 2 C 6 H 3
47, Ar = CH 3 C 6 H 4
X Si(OEt) 3
113
Base
Solvant
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
S
NH
Ar
NH
N Si(OEt) 3
Si(OEt) 3
40, Ar = 3,5-(CF 3 ) 2 C 6 H 3
48, Ar = CH 3 C 6 H 4
Entrée Ar X NEt3 Solvant Température Remarques
1 CH3C6H4 Cl - NEt3 80 °C
2 CH3C6H4 Cl 3 équiv. THF 60 °C
3 CH3C6H4 I 2,4 équiv. THF t.a.→40 °C→60 °C
4 3,5-(CF3)2C6H3 I 2 équiv. THF t.a.
5 3,5-(CF3)2C6H3 I
a
CH3CN t.a.
Tableau III.1 : Récapitulatif des réactions d’alkylsilylation. a 2,2 équivalents de K2CO3.
Coupure de la
thiourée
Coupure de la
thiourée
Coupure de la
thiourée
Réaction non
sélective
Réaction non
sélective
Malgré ces difficultés et comme la présence du noyau 3,5-bis(trifluorométhyl)phényle
peut modifier la réactivité du fragment thiourée, nous avons procédé à quelques essais
supplémentaires avec la N-3,5-bis(trifluorométhyl)phényle thiourée du (1R,2R)-1,2-
diaminocyclohexane 41 (Tableau III.1, entrées 4 et 5). Avec 2 équivalents de triéthylamine,
en utilisant du 3-iodopropyltriéthoxysilane et à température ambiante, la réaction n’évolue
plus après 6 jours. Les signaux du produit de départ ne sont plus visibles en RMN et aucun
signal dû à la 3,5-bis(trifluorométhyl)aniline n’est observé. Cependant, la réaction n’est pas
sélective et le mélange de produits obtenu n’est pas purifiable (Tableau III.1, entrée 4). Un
dernier essai a été tenté en changeant complètement les conditions de la réaction
(2,2 équivalents de carbonate de potassium, dans l’acétonitrile, à température ambiante) mais
sans résultat (Tableau III.1, entrée 5).
L’étape d’alkylsilylation de l’amine primaire présente plusieurs difficultés :
premièrement, la fonction thiourée est assez fragile et, comme il a été vu, elle peut se
dégrader sous conditions basiques ou en chauffant. Deuxièmement, le produit final contenant

Chapitre III
des groupements triéthoxysilyle facilement hydrolysables, nous sommes assez limités au
niveau des méthodes de purification et une réaction sélective est nécessaire. Outre un mélange
d’amines mono- et bis(alkylées) auquel on pouvait s’attendre, au moins deux autres réactions
parasites peuvent se produire. Sous condition basiques, la thiourée se coupe (formation de
l’amine correspondante). De plus, les conditions utilisées peuvent favoriser l’alkylation du
soufre par l’halogénure d’alkyle. 16
Au vu des faibles rendements obtenus lors de la première étape de préparation de la
monothiourée 41 et des difficultés rencontrées lors de la deuxième étape d’alkylation de
l’amine primaire de cette monothiourée, cette voie de synthèse a été abandonnée.
ii) Formation d’une thiourée après introduction d’un groupement triéthoxysilyle
Dans la première stratégie de synthèse envisagée, l’alkylsilylation de l’amine primaire
en présence de la fonction thiourée nous a posé problème. Nous avons donc envisagé
d’introduire le groupement triéthoxysilyle avant la fonction thiourée (Schéma III.4). La
réaction avec l’isothiocyanate de 3,5-bis(trifluorométhyl)phényle peut être réalisée sous
conditions anhydres et elle est compatible avec une fonction triéthoxysilane. De plus, une
méthode de monoalkylation du (1R,2R)-1,2-diaminocyclohexane a été mise au point dans
notre laboratoire. 17
F 3C
S
NH
N
H
NH
49
CF 3
Si(OEt) 3
114
NH 2
N
H
50
Si(OEt) 3
Schéma III.4 : Deuxième voie de synthèse envisagée.
L’amine 50 a été obtenue après distillation avec un rendement de 23%
(Schéma III.5). 17 La formation de la thiourée est effectuée à température ambiante en
présence d’un seul équivalent d’isothiocyanate 43. Nous avons isolé uniquement la
bis(thiourée) 51 avec un rendement de 37% (Schéma III.5). En menant la réaction à 0 °C, un
mélange de produits est formé. La bis(thiourée) étant formée sélectivement sans trace de
(mono)thiourée 49, cette dernière est donc bien plus réactive que l’amine 50. Ceci peut
42
NH 2
NH 2

115
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
s’expliquer si on considère que la fonction thiourée de la mono(thiourée) 49 active par
liaisons hydrogène une deuxième molécule d’isothiocyanate 43 (Schéma III.6) En
conséquence, la deuxième addition d’isothiocyanate serait plus rapide que la première et la
bis(thiourée) 51 est sélectivement obtenue. Ce comportement se rapproche du mode
d’activation des électrophiles par la fonction thiourée du catalyseur de Takemoto.
Lorsque la même réaction est réalisée avec 2 équivalents d’isothiocyanate 43 le
composé 51 est obtenu avec un rendement de 84%. A partir de la bis(thiourée) silylée 51 nous
avons préparé deux matériaux pour évaluer leurs propriétés catalytiques (Chapitre III.A.2).
42
NH 2
NH 2
Cl Si(OEt) 3
90 °C
Schéma III.5 : Synthèse de la bis(thiourée) 51.
F 3C
S
N
N
49
N
H
H
H
S
CF 3
C
Si(OEt) 3
N
CF 3
CF 3
NH 2
N
H
50, 23%
Si(OEt) 3
F 3 C
F3C 43
1,0 équiv.
F 3C
S
CH 2 Cl 2
t.a.
NH
S
N
F 3C
NCS
S
NH
NH
CF 3
N Si(OEt) 3
S NH
F 3C CF 3
NH
51
N
H
CF 3
Si(OEt) 3
51, 37%
Schéma III.6 : Mécanisme possible d’activation de l’isothiocyanate 43 par la monothiourée 49.
CF 3
CF 3

Chapitre III
Nous avons ensuite envisagé de préparer l’isothiocyanate de l’amine 50 puis de le
faire réagir avec la 3,5-bis(trifluorométhyl)aniline, mais sans plus de succès. Une fois formé
l’isothiocyanate réagit directement avec l’amine secondaire qui se trouve à proximité pour
former la thiourée cyclique 53 (Schéma III.7).
NH 2
N
H
50
Si(OEt) 3
CS 2
N NH 2
NEt 3
THF
0 °C à 40 °C
116
N
N
H
C S
52
Si(OEt) 3
Schéma III.7 : Formation de la thiourée cyclique 53.
iii) Introduction du groupement triéthoxysilyle par couplage de Heck
H
N
N
53
S
Si(OEt) 3
Parallèlement, nous avons considéré la possibilité d’immobiliser le catalyseur de
Takemoto à travers le fragment aromatique en introduisant un groupement silylé sur cette
partie, au détriment des deux groupements trifluorométhyle (Schéma III.8).
S
NMe 2
NH
N
H
54
NMe 2
NH 2
SCN
Si(OEt) 3 55
I NCS
Schéma III.8 : Introduction du groupement triéthoxysilyle par couplage de Heck
+
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3
Un couplage de Heck entre le vinyltriéthoxysilane et l’isothiocyanate du p-
iodobenzene nous a semblé adéquat pour introduire le groupement triéthoxysilyle
(Schéma III.9), mais sans succès. L’empoisonnement du catalyseur par le soufre de
l’isothiocyanate pourrait expliquer cet échec. Pour contourner ce problème, il pourrait être
envisagé de réaliser le couplage de Heck entre la p-iodoaniline et le vinyltriéthoxysilane et
seulement après, sous conditions anhydres, former l’isothiocyanate.

Si(OEt) 3
+
I N
C
S
Pd(OAc) 2
TOP, NEt 3
117
DMF
100 °C
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
(EtO) 3Si
Schéma III.9 : Couplage de Heck entre le vinyltriéthoxysilane et l’isothiocyante du p-iodobenzene
iv) Introduction du groupement triéthoxysilyle par hydrosilylation
Après l’échec des voies de synthèse A et B nous avons conclu que l’introduction des
fonctions triéthoxysilyle par alkylation avec un halogénure silylé n’était pas appropriée pour
nos composés. Une autre méthode pour introduire un groupement triéthoxysilyle, que nous
avions déjà employée avec la L-proline, consiste en l’hydrosilylation de doubles liaisons par
du triéthoxysilane en présence d’un catalyseur au platine (Schéma III.10).
N
NH 2
56
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3
Schéma III.10 : Introduction du groupement triéthoxysilyle par hydrosilylation.
Nous avons choisi d’introduire les doubles liaisons nécessaires à l’hydrosilylation par
alkylation avec du bromure d’allyle à partir de l’amine monoprotégée 45. Le groupement
phtaloyle est eliminé en présence d’hydrazine pour fournir l’amine 57 avec un rendement de
61% (Schéma III.11). 18
O
NH2 O
N
45
Br
K2CO3 CH3CN reflux
O
N
N
O
58, 90%
N
NH 2
57
Schéma III.11 : Synthèse de l’amine 54.
NH 2NH 2 . H 2O
EtOH
reflux
52
42
NH 2
NH 2
N
C
S
N
NH 2
57, 61%

Chapitre III
L’étape d’hydrosilylation est plus délicate (Tableau III.2). Le produit désiré contient
une fonction basique et des groupements triéthoxysilyle et le risque d’hydrolyse des
alkoxysilanes est important. En conséquence, les possibilités de purification des produits sont
relativement restreintes. Une purification par chromatographie étant pratiquement exclue, les
autres alternatives sont la distillation (impraticable avec nos composés) et la purification par
filtration et/ou lavages. Mais, dans ce dernier cas, il est nécessaire d’avoir des solubilités
relativement différentes en fonction du solvant utilisé, ce qui n’est pas toujours évident. Il faut
donc que la réaction d’hydrosilylation soit complète (un mélange de produits mono- et
bisilylés serait difficilement purifiable) et sélective (éviter la réduction, la cyclisation ou la
migration de la double liaison).
N
NH 2
57
Entrée R Catalyseur
HSi(OR) 3
[Pt]
Température,
°C
118
N
NH 2
Si(OR) 3
Si(OR) 3
Temps,
jours Remarques
1 Et Karstedt t.a. 1 Mélange de produits
2 Et Speier, solution a t.a. 4
Aucun produit
d’hydrosilylation
3 Et Speier, solide b 70 °C 5 Aucun avancement
4 Et Speier, solide b 100 °C 2 Réduction des doubles liaisons
5 Me Speier, solide b 70 °C 6 Aucun avancement
Tableau III.2 : Récapitulatif des essais d’hydrosilylation effectués, a Alfa Aesar, produit n° 40177, b H2PtCl6
Le premier essai a été réalisé à température ambiante avec du triéthoxysilane en
présence du catalyseur de Karstedt (Tableau III.2, entrée 1). Après 24 heures un mélange de
produits est observé par RMN 1 H et la réaction est abandonnée. Les essais suivants ont été
effectués avec le catalyseur de Speier (acide hexachloroplatinique). Utilisé initialement en
solution (20% de Pt, Alfa Aesar, n° 40177), après 4 jours de réaction à température ambiante,
aucun produit d’hydrosilylation n’est observé ; par contre, les groupements triéthoxysilyle
semblent s’hydrolyser partiellement (Tableau III.2, entrée 2). Toujours avec le catalyseur de

S
N
NH
59
NH
F 3C CF 3
119
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
Speier, mais cette fois sous forme solide et en chauffant à 70 °C dans le
toluène, aucune progression n’est observée au bout de 5 jours (Tableau
III.2, entrée 3). En revanche, à partir de 42 heures à reflux du toluène les
doubles liaisons commencent à se réduire (des signaux caractéristiques
d’un groupement méthyle sont observés en RMN 1 H et 13 C). Un essai de
plus a été tenté avec du triméthoxysilane, qui est plus réactif, à 70 °C. 18
Après 6 jours pratiquement aucun avancement n’est observé (Tableau
III.2, entrée 5). Avant d’abandonner cette voie, un dernier essai a été fait
avec le composé 59 contenant les deux groupements allyle et la fonction
thiourée mais sans succès.
Pour compléter ces résultats, il serait important de tenter une expérience en utilisant du
triméthoxysilane à reflux du toluène. Quelques essais supplémentaires peuvent également être
réalisés avec le catalyseur de Karstedt (en changeant la température et/ou la durée de la
réaction). Par ailleurs, il serait intéressant de remplacer les groupements allyle par des
groupements alcènyle plus longs où la double liaison est sujette à moins de réactions
secondaires (migration, cyclisation).
v) Introduction du groupement triéthoxysilyle par réaction click
a. Groupement protecteur phtaloyle
Les réactions click catalysées au cuivre permettent de faire des couplages entre un
alcyne terminal et un azoture. Ce type de réaction se fait en général en milieu aqueux, mais
très récemment une méthodologie permettant de faire des réactions click en milieu anhydre
avec du 3-azidopropyltriéthoxysilane a été développée au sein de notre laboratoire. 19 Cette
méthode nous a semblé une bonne alternative pour introduire des groupements silylés sur le
catalyseur de Takemoto à condition de pouvoir y introduire des triples liaisons. Puisque nous
avions réussi à préparer le composé contenant deux groupements allyle nous avons pensé
qu’il en serait de même avec les alcynes (Schéma III.12).

Chapitre III
S
F 3C
H
N
NH
NH
CF 3
N
60
N
N
Si(OEt) 3
2
42
NH 2
NH 2
Schéma III.12 : Introduction du groupement triéthoxysilane par réaction click.
120
N
NH 2
N
N
61
NH 2
62
N
N
Si(OEt) 3
Le groupement alcynyle que nous avons choisi d’introduire sur le catalyseur de
Takemoto est le pent-4-yn-1-yle. Il a été incorporé par alkylation du (1R,2R)-1,2-
diaminocyclohexane monoprotégé avec du 5-iodopent-1-yne. Nous voulions éloigner le
catalyseur de la surface du matériau et le groupement pentynyle est un bon compromis entre
le coût de l’agent alkylant et la longueur de la chaîne de l’alcyne. De plus, les dérivés
propargylés présentant un risque d’isomérisation en allènes sous les conditions utilisées pour
la réaction click, nous avons préféré éviter ce groupement. Enfin, le 5-iodopent-1-yne est
relativement peu volatile (point d’ébullition : 58 °C, 16 mbar) et il est facile à manipuler.
Le 5-iodopent-1-yne est préparé à paritr du 4-pentyn-1-ol 63 en deux étapes :
dérivatisation de l’alcool sous la forme du tosylate, puis réaction avec de l’iodure de sodium
(Schéma III.13.a.). 20 Il peut également être synthétisé en une seule étape avec de l’iode en
présence de triphénylphosphine et d’imidazole (Schéma III.13.b). 21
a.
b.
HO
TsCl
NEt3 TsO
NaI
Acétone
I
63
CH2Cl2 0 °C à t.a.
64, 82% reflux
65, 87%
HO
63
I 2 , PPh 3 ,
N
CH 2 Cl 2
NH
Schéma III.13 : Préparation du 5-iodopent-1yne.
I
65, 85%
2

121
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
Une fois le 5-iodopent-1-yne préparé, pour l’alkylation de l’amine monoprotégée 45,
nous avons appliqué des conditions réactionnelles similaires à celles utilisées pour
l’alkylation avec le bromure d’allyle (K2CO3, CH3CN) mais en chauffant avec des micro-
ondes à 140 °C (Schéma III.14). Après 5 minutes de réaction, les signaux de deux produits
sont observables en RMN 1 H (doublets de triplets à 3,89 et 4,12 ppm). Nous les avons
attribués aux produits mono- et bis(alkylés), respectivement. Après 5 minutes de réaction, le
ratio produit mono/bis alkylé est de 2,8/1 ; en augmentant le temps de réaction, on atteint
après 45 minutes un ratio de 0,22/1.
45 min
30 min
20 min
15 min
10 min
5 min
4,4
bis mono
4,2
4,0
δ (ppm)
Figure III.2 : Evolution du ratio des produits mono- et bis(alkylés) (δ 3,89 et 4,12 ppm, respectivement) en
fonction du temps de réaction (RMN 1 H, CDCl3, 250 MHz). 0,5 mmol d’amine 45, 3,5 équivalents de 5-
iodopent-1-yne, 2,2 équivalents de K2CO3, CH3CN (3 mL).
L’étape suivante constitue en la déprotection du composé 66 avec de l’hydrazine au
reflux de l’éthanol (Schéma III.14). Après une nuit à reflux, les deux triples liaisons ont été
réduites. Surpris par ce résultat inattendu, que nous avons initialement attribué à des traces de
métal présentes dans le milieu réactionnel, cette déprotection a été répétée en utilisant un
ballon et un barreau aimanté neufs sur une durée plus courte. Après deux heures, les triples
3,8
3,6

Chapitre III
liaisons ne sont plus détectables par RMN et on observe un mélange de produits partiellement
et totalement réduits (présence de signaux à δ 5,00 et 5,80 ppm, déplacements typiques d’un
groupement allyle). La protection par un groupement phtaloyle a donc été abandonnée.
O
NH2 O
N
45
I
65
K 2 CO 3
CH 3 CN
140 °C, µW
122
O
N
N
EtOH
reflux
N
O
66, 37%
NH 2
NH 2 NH 2 . H 2 O
NH 2
62 67, 74%
Schéma III.14 : N-alkylation de l’amine 45 et déprotection du composé 66.
Cette réduction de triple liaison en présence uniquement d’hydrazine est un résultat
atypique et il serait intéressant de faire quelques études plus approfondies sur le mécanisme et
les applications de cette réaction. L’utilisation d’hydrazine pourrait être une alternative aux
méthodes plus classiques de réduction de triples liaisons (hydrogénation en présence d’un
métal de transition et réduction par transfert d’électrons en présence d’un métal alcalin dans
de l’ammoniaque liquide).
b. Groupement protecteur tétrachlorophtaloyle
Après les problèmes rencontrés pendant la déprotection du groupement phtaloyle en
présence d’hydrazine, nous avons été contraints de changer le groupement protecteur utilisé
pour désymétriser le (1R,2R)-1,2-diaminocyclohexane : un groupement tétrachloro phthaloyle
a été choisi. Ce groupement semble présenter une réactivité similaire au groupement
phtaloyle, ce qui nous permet d’utiliser le même schéma réactionnel (Schéma III.12) ; mais
par contre, il peut être clivé en présence d’éthylènediamine, ce qui supprimera le risque de
reduction de la triple liaison.
N

123
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
Le (1R,2R)-1,2-diaminocyclohexane a été protégé avec de l’anhydride
tétrachlorophtalique en présence d’acide p-toluènesulfonique pour fournir le sel 68. 15 Cette
fois la déprotonation avec du bicarbonate de sodium n’a pas donné de résultats satisfaisants et
de l’hydroxyde de sodium a été utilisé à la place.
42
NH 2
NH 2
+
O
O
O
Cl
Cl
Cl
Cl
p-TsOH
xylène
reflux
O
NH3 O3S N
Cl
O
Cl
Cl
68, 92%
Cl
NaOH aq.
CH2Cl2 t.a.
O
NH2 O
N
Cl
69, 95%
Schéma III.15 : Protection du (R,R)-1,2-diaminocyclohexane avec l’anhydride tétrachlorophthalique,
O
NH 3
N
Cl
O
O 3S
68
Cl
Cl
Cl
(aq. : solution aqueuse).
K 2 CO 3
CH 3 CN
reflux
Br
Schéma III.16 : N-alkylation du sel 68.
O
N
N
Cl
O
Cl
Cl
70, 86%
Nous avons initialement essayé d’effectuer la réaction d’alkylation directement à
partir du sel en employant un excès plus important de carbonate de potassium. Cela a été
possible avec le bromure d’allyle qui est particulièrement réactif (Schéma III.16), mais quand
nous avons voulu utiliser le 5-iodopent-1-yne, même après 3 heures d’irradiation au micro-
ondes, à 140 °C, il reste 25% de produit monoalkylé et, de plus, la réaction n’est pas sélective
(Tableau III.3).
Cl
Cl
Cl
Cl

Chapitre III
68
O
NH 3
N
Entrée
Cl
O
O 3S
Cl
Cl
Cl
Equivalents
d’iodure
I
Solvant
124
Temps
O
N
N
Cl
O
Cl
Cl
Cl
71
Rapport produit
mono/bis alkylé
1 a 4,5 30 min 1/1
2 a 4,5 45 min 1,5/1
3 a 3,2 60 min 1/1
4 a 3,5 90 min 0,57/1
5 a 3,6 120 min 0,44/1
6 a 3,5 180 min 0,35/1
7 b 3 28 h 0,6/1
8 c 4 14 h 1/-
Tableau III.3 : Optimisation des conditions d’alkylation du composé 68 avec le 5-iodopent-1-yne a chauffage
par micro-ondes, 0,3 mmol de sel 68, 4 équivalents de K2CO3, CH3CN (3 mL), 140 °C ; b chauffage, 0,7 mmol
de sel 68, 4,5 équivalents de K2CO3, CH3CN (6 mL), reflux CH3CN ; c chauffage, 1,4 mmol de sel 68, 4
équivalents de K2CO3, DMSO (6 mL), 140 °C.
Nous avons donc travaillé à partir de l’amine 69. Pour l’alkylation du composé 68, il
semblerait qu’en augmentant le nombre d’équivalents de 5-iodopent-1-yne le produit bisilylé
soit obtenu plus facilement (Tableau III.3, entrées 1 et 3), mais en contrepartie la réaction est
moins propre. Il est possible que la réaction ne s’arrête pas au composé bis(alkylé) 71 mais
continue jusqu’au dérivé tri-alkyle ammonium. En conséquence, pour l’alkylation de l’amine
69, nous avons privilégié de plus faibles excès d’iodure. Par ailleurs, une plus grande variété
de conditions expérimentales ont été testées (Tableau III.4). Finalement, des conditions
similaires à celles utilisées pour l’amine protonée 68 (2,8 équivalents d’iodure, acétonitrile,
140 °C, micro-ondes, 75 minutes), nous ont permis d’obtenir le composé 71 avec un
rendement de 57% (Tableau III.4, entrée 5, Schéma III.17).

69
O
NH 2
N
Entrée Equivalents
d’iodure
Cl
O
Cl
Cl
Base
Cl
I
Temps,
heures
Base
Solvant
125
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
O
N
N
Cl
O
Cl
Cl
Température Solvant
Cl
71
Rapport
produit
mono/bis
alkylé
1 b 3,1 K2CO3 30 90 °C CH3CN -/1
2 a 4,5 K2CO3 1 135 °C CH3CN 0,9/1
3 a 2,6 K2CO3 1 140 °C CH3CN -/1
4 a 2,6 K2CO3 1 120 °C Cl(CH2)2Cl -
5 a 2,8 K2CO3 1,25 140 °C CH3CN 57% c
6 b 2,5 EtNiPr2 14 60 °C DMF 0,3/1
7 b 2,5 EtNiPr2 44 60 °C DMF -/1
Tableau III.4 : Optimisation des conditions d’alkylation de l’amine 69 avec le 5-iodopent-1-yne en présence de
K2CO3. a chauffage par micro-ondes ; b chauffage ; c rendement isolé.
Le groupement tétrachlorophtaloyle a été clivé avec de l’éthylènediamine en chauffant
à 65 °C pendant 13 heures. L’amine 62 a pu être obtenue sans réduction ou autre dégradation
des triples liaisons avec un rendement isolé de 75% (Schéma III.17).
L’amine primaire 62 contenant deux triples liaisons a ensuite été engagée dans une
réaction click avec du 3-azidopropyltriéthoxysilane, en présence de sels de cuivre (I). La
réaction est suivie par IR (disparition de la bande correspondant à l’azoture à 2096 cm -1 ) : au
bout de 20 minutes (4 × 5 minutes) à 100 °C au micro-ondes, la réaction ne semble plus
avancer. Le produit est isolé par extraction au pentane avec des traces d’un second produit,
peut-être le composé contenant un seul fragment triazole. Pour s’affranchir de ce second
produit une tentative de purification par chromatographie sur colonne de silice a été effectuée.
Toutefois, le produit désiré s’est dégradé dans la colonne. Malgré ce contre-temps cette
stratégie de synthèse reste la plus prometteuse. Une fois les conditions réactionnelles et la
purification optimisées nous pourrons synthétiser la thiourée 60 à partir de l’amine 61 et
préparer les matériaux correspondants par le procédé sol-gel.

Chapitre III
N
NH 2
N
61
N
N
O
NH2 O
N
Cl
69
Si(OEt) 3
2
Cl
Cl
Cl
N 3
126
I
65
K 2 CO 3
CH 3 CN
140 °C, µW
2,0 équiv.
Si(OEt) 3
CuBr(PPh 3 ) 3 (0,5%)
NEt 3 ,THF
100 °C, µW
Schéma III.17 : N-alkylation de l’amine 69 et réaction click.
2. Matériaux contenant un fragment bis(thiourée)
O
N
N
Cl
EtOH
65 °C
N
O
Cl
71, 57%
NH 2
H 2N
Cl
NH 2
62, 75%
Les problèmes rencontrés pendant la synthèse du précurseur moléculaire silylé du
catalyseur de Takemoto ne nous ont pas encore permis, malgré les différentes stratégies
envisagées, de préparer un analogue silylé de ce catalyseur pour pouvoir l’immobiliser
ensuite. Cependant, le composé 51 contenant deux fonctions thiourée et un groupement
triéthoxysilane nous a semblé être intéressant à immobiliser pour être tésté en catalyse
asymétrique.
Ce précurseur silylé a été immobilisé par deux méthodes différentes : par le procédé
sol-gel en présence de tétraéthoxysilane pour obtenir le matériau M21 (Schéma III.18.a.) et
par greffage sur une silice mésoporeuse de type SBA-15, 22 matériau M22 (Schéma III.18.b.).
La fonction thiourée est une fonction assez fragile nous avons donc choisi de faire la réaction
sol-gel sous conditions nucléophiles en évitant l’utilisation d’une base ou d’un acide.
Cl

a.
b.
F 3C
S
NH
NH
CF 3
N Si(OEt) 3
S NH
F 3C CF 3
F 3C
S
NH
51
NH
CF 3
N Si(OEt) 3
S NH
F 3C CF 3
51
+
+
20 Si(OEt) 4
HO
HO
HO
HO
127
TBAF
H 2 O, EtOH
Toluène
reflux
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
F 3C
S
F 3C
S
NH
NH
CF 3
N SiO .
1,5 20 SiO2
S NH
F 3C CF 3
NH
NH
M21
CF 3
N Si
S NH
F 3C CF 3
M22
Schéma III.18 : Préparation des matériaux M21 et M22 à partir du précurseur 51
par procédé sol-gel (a.) et greffage (b.).
Le matériau M21 préparé par le procédé sol-gel n’est pas poreux (surface spécifique
de moins de 10 m 2 /g) ; au contraire, le matériau M22 obtenu par greffage à partir d’une silice
mésoporeuse de type SBA-15 est très poreux (surface spécifique BET : 349 m 2 /g,). Par
rapport à la silice SBA-15 avant greffage nous avons observé une diminution de la porosité
(Figure III.3, gauche et Tableau III.5). C’est un phénomène souvent rencontré lors de
l’immobilisation par greffage (Chapitre I.B). Cette diminution de la surface spécifique est
également accompagnée d’une réduction du diamètre des pores (Figure III.3, droite et
Tableau III.5).
O
O
O
HO

Chapitre III
Quantité d’azote adsorbée, cm 3 /g
1000
800
600
400
200
M22
SBA-15
0
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
p/p0
p/p°
Figure III.3 : Isotherme d’adsorption/désorption d’azote (gauche) et distribution de la taille des pores (droite)
pour une silice de type SBA-15 avant greffage (rose) et pour le matériau M22 (vert).
Entrée Matériau Surface spécifique, a
m 2 /g
128
Diamètre moyen
de pore, b Å
Diamètre les plus
probables, c Å
1 SBA-15 759 71 58-109
2 M22 349 67 51-73
Tableau III.5 : Surface spécifique et diamètre des pores du matériau M22 et de la silice SBA-15 avant greffage.
a Surface spécifique BET ; b Diamètre moyen de pore (4 V/A), calculs BJH sur la branche de désorption ; c Plage
de diamètres les plus probables, calculée à mi-hauteur de la courbe de distribution des tailles de pore, calculs
BJH sur la branche de désorption.
En comparant les RMN solide 13 C des deux matériaux, d’importantes différences sont
observées dans la région entre 100 et 200 ppm. Il semblerait que la fonction thiourée se
dégrade pendant le greffage à 110 °C et que le matériau M22 ne contienne plus de fragments
aromatiques. En revanche, les conditions de la réaction sol-gel sont plus douces (température
ambiante) et, dans ce cas, la partie organique semble avoir été incorporée dans son intégralité
dans le matériau M21 (Figure III.3).
dV/dlog(D), cm 3 /g
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
M22
SBA-15
0,0
10,0 100,0 1000,0
Diamètre de pores, Å

200
150
100
129
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
50
0
M21
M22
Figure III.3 : Spectre RMN 13 C solide du précurseur silylé 51 et des matériaux M21 et M22.
Jusqu’à présent, un seul test en catalyse a été effectué avec le matériau M21 : une
réaction de décarboxylation (Schéma III.19). a En présence du seul catalyseur M21 sans aucun
additif la réaction n’a pas lieu. En ajoutant 0,2 équivalents de triéthylamine, la réaction est
complète en trois jours. Par contre, aucune stéréoinduction n’a pu être observée.
3. Conclusion et perspectives
O
N
CO 2Et
CO 2H
δ (ppm)
M21
NEt 3
THF
t.a.
O
N
H
CO 2Et
100%, ee 0%
Schéma III.19 : Réaction de décarboxylation catalysée par M21.
Pour la suite de ces travaux, la priorité est d’achever la synthèse du précurseur silylé.
Quelques essais supplémentaires devront être réalisés pour optimiser les conditions de la
réaction click. Après la dernière étape de formation de la thiourée, qui peut être effectuée sous
conditions anhydres, en présence d’un équivalent de l’isothiocyanate correspondant et en
purifiant par lavages au pentane, nous devrions obtenir le précurseur 60.
L’étape de bis(akylation) avec le 5-iodopent-1-yne est un des points délicats de cette
voie de synthèse. Il est important de faire une étude systématique des conditions
a Ce test catalytique a été réalisé au sein du laboratoire LCMT (Laboratoire de Chimie Moléculaire et Thioorganique)
de l’ENSICAEN dans le cadre d’une collaboration avec l’équipe du professeur Jacques Rouden.
49

Chapitre III
réactionnelles pour pouvoir obtenir le produit bis(alkylé) avec de bons rendements et en
quantités suffisantes pour pouvoir aller jusqu’au bout de la synthèse. Une fois cette voie de
synthèse mise au point et complètement optimisée, un autre alcyne pourrait être envisagé à la
place du pent-1-yne pour éloigner un davantage le fragment organique de la surface du
support inorganique. Il serait éventuellement intéressant de reprendre la voie de synthèse
comprenant l’étape d’hydrosilylation en remplaçant le groupement allyle par un alcènyle à
chaîne longue comme le undec-10-en-1-yle. Même si la longueur de l’espaceur n’est pas plus
importante (deux carbones de plus), cela pourrait permettre de vérifier si le groupement
triazole a une influence sur les performances catalytiques des matériaux.
La préparation des matériaux contenant le catalyseur de Takemoto constitue l’étape
suivante. Pour ce faire plusieurs possibilités s’offrent à nous. La première chose à faire est de
préparer un matériau à partir du seul précurseur 60. Le précurseur étant bisilylé, il n’est pas
nécessaire d’ajouter une deuxième source de silice. Ce matériau sera probablement compact
et peu poreux, avec un réseau assez dense de liaisons hydrogène et des interactions
importantes entre les différents fragments organiques qui se trouveront disposés très près les
un des autres.
Pour obtenir un matériau moins dense une co-condensation en présence de
tétraéthoxysilane (TEOS) peut être envisagée. Dans ce cas, les fragments organiques devrait
être plus isolés les uns des autres et avoir beaucoup moins d’interactions entre eux. Par contre
comme il a été observé dans le cas de la proline (Chapitre II) les silanols de surface risquent
de perturber les interactions entre le catalyseur et les réactifs et d’avoir une influence négative
sur les performances catalytiques des matériaux. Un deuxième précurseur organique bisilylé
peut également être substitué au TEOS. Ainsi, il serait intéressant de préparer des matériaux
par co-condensation avec du 1,4-bis(triéthoxysilyl)benzène ou du 1,2-
bis(triéthoxysilyl)éthane. Ces matériaux devraient avoir des fragments isolés, comme les
matériaux préparés par co-codensation avec du TEOS, mais un caractère hydrophobe
particulièrement prononcé.
Le greffage du précurseur 60 sur une silice mésoporeuse déjà pré-formée, par exemple
de type SBA-15, constitue une autre alternative d’immobilisation. Dans ce cas, le matériau
final présentera une porosité importante et régulière. De plus, les conditions de greffage ne
favorisant pas particulièrement l’hydrolyse des groupements alkoxy, le matériau ainsi obtenu
ne devrait pas contenir beaucoup de silanols libres mais plutôt des groupement OEt non
hydrolysés. Par contre, nous devrons être très attentifs aux conditions de greffage. Dans le cas
du composé 51 contenant deux groupements thiourée il semblerait que les fonctions thiourée
130

131
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
soient clivées pendant le greffage sur SBA-15 (Chapitre III.A.2). Si les conditions de greffage
classique s’avèrent trop dures, nous pouvons envisager d’immobiliser le précurseur 72, qui
devrait être facilement accessible à partir du composé 62 en une étape, sur une silice
fonctionnalisée avec des groupements azoture (Chapitre I.B.1.i), Schéma III.20. Une fois les
matériaux contenant le catalyseur de Takemoto préparés, ils devront être testés en catalyse.
Une réaction qui a été envisagée pour les tests catalytiques est l’addition de Michael de
malonitrile sur un imide insaturé (Schéma III.21).
N
NH 2
62
S
F 3C
N
NH
NH
72
CF 3
O O O
Si
N
O
O
O
O
O
O
Si N3 3
Si N3 3
N
N
N
O O O
Schéma III.20 : Synthèse et immobilisation du précurseur 72.
O O
N
H
MeO
+
CN
CN
22, 10 mol%
Toluène
t.a.
3 h
N
N
Si
N
H
N
S
NC CN
O O
!
N
H
MeO
H
N
96%, ee 90%
Schéma III.21 : Addition de Michael de malonitrile sur un imide insaturé catalysée par le catalyseur de
Takemoto, 22.
CF 3
M23
CF 3

B. Partie expérimentale
1. Synthèse de précurseurs moléculaires
i) Alkylsilylaton avec un halogénure de propyltriéthoxysilane
Composé 47
a. Thiourée 47
42
42
NH 2
NH 2
NH 2
NH 2
+
S NH
NH
NH 2
47
73
N
C
S
133
CH 2 Cl 2
t.a.
24 h
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
S NH
NH
N
48
Si(OEt) 3
NH
Si(OEt) 3
S NH
NH 2
47, 25%
Dans un ballon sont introduits 1,0 g de (1R,2R)-1,2-diaminocyclohexane (8,8 mmol)
et 16 mL de dichlorométhane distillé. A l’aide d’une ampoule de coulée, 1,1 g
d’isothiocyanate 73 (7,4 mmol) sont ajoutés sur une période d’une heure. Le mélange est agité
à température ambiante pendant 24 heures.
Le mélange réactionnel est ensuite concentré sous pression réduite et le résidu est
purifié par chromatographie sur colonne de silice (éluant : acétate d’éthyle:éthanol 9:1).
0,58 g de produit (2,2 mmol) sont isolés.
Rendement : 25%

Chapitre III
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
1,13 (m, 2 H)
1,21-1,31 (m, 3 H)
1,65 (m, 2 H)
1,93 (m, 1 H)
2,06 (m, 1 H)
2,29 (s, 3 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
20,5 CH3
23,9 CH2
29,2 CH2
31,4 CH2
33,0 CH2
54,6 CH
134
2,63 (m, 1 H)
4,25 (l, 1 H)
4,63 (l, 3H)
7,10 (d, J = 8,2 Hz, 2 H)
7,21 (d, J = 8,1 Hz, 2 H)
58,0 CH
124,0 CH
129,1 CH
134,8 C
135,4 C
180,6 C(S)
Réaction du composé 47 avec les 3-halogénopropyltrialkoxysilanes
S NH
47
NH
NH 2
+
NEt3 S NH
X Si(OEt) 3
X = Cl, I
!
NH
N
(EtO) 3Si
48
Si(OEt) 3
A. Dans un ballon bicol séché, sous atmosphère d’azote, sont introduits 0,097 g de
l’amine 47 (0,37 mmol), 3 mL de triéthylamine distillée et 0,20 mL de 3-
chloropropyltriéthoxysilane (0,83 mmol). La solution est chauffée à 50 °C. Après une
heure aucune progression n’étant observée par RMN 1 H la température est augmentée
à 80 °C.
Remarques : Les conditions sont trop dures et la fonction thiourée est coupée : la
formation de p-toluidine est constatée par RMN 1 H (doublets à 6,47 et 6,81 ppm).

135
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
B. Dans un ballon bicol séché 0,10 g de l’amine 47 (0,39 mmol) sont dissous dans 5 mL
de THF anhydre. 0,20 mL de 3-chloropropyltriéthoxysilane (0,83 mmol) et 0,16 mL
de triéthylamine distillée (1,2 mmol, 3 équivalents) sont ensuite ajoutés et la solution
est chauffée à 60 °C sous courant d’azote. La réaction est suivie par RMN.
Remarques : La formation du produit de coupure de la thiourée est observée à partir de
4 jours. Après 15 jours il reste de l’amine de départ.
C. Dans un ballon bicol séché sont ajoutés successivement 0,11 g de l’amine 47
(0,41 mmol), 5 mL de THF, 0,33 g de 3-iodopropyltriéthoxysilane (0,98 mmol) et
0,11 mL de triéthylamine distillée (0,79 mmol, 2 équivalents). La solution est agitée à
température ambiante pendant 6 heures, puis chauffée à 40 °C pendant 4 jours et à
60 °C pendant 4 jours de plus.
Remarques : Après 8 jours il reste toujours du produit de départ, mais la fonction
thiourée est intacte.
b. Thiourée 41
O
42
NH 2
NH2 O
N
45
Méthode A
S NH
NH 2 NH
Méthode B
F 3C CF 3
NH 2
41
F 3C CF 3
S NH
O
NH
O
N
46
F 3C CF 3
S NH
NH
N
40
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3

Chapitre III
(1R,2R)-2-aminocyclohexyl)-3-(3,5-bis(trifluorométhyl)phényl thiourée, 41 14
Méthode A
F3C S
NH2 +
C
N
CH2Cl2 S NH
42
NH2 F3C 43
0 °C à t.a.
48 h
NH
NH2 136
F 3C CF 3
41, 33%
Dans un bicol sec, sous atmosphère d’azote, sont ajoutés 1,0 g de (1R,2R)-1,2-
diaminocyclohexane (8,8 mmol) et 15 mL de dichlorométhane anhydre. La solution est
refroidie à 0 °C. Une solution de 2,4 g d’isothiocyanate 43 (8,8 mmol) dans 15 mL de
dichlorométhane anhydre est ajoutée goutte à goutte avec un pousse-seringue sur une période
de 8 heures. Le mélange est agité à température ambiante pendant 2 jours.
La solution est concentrée sous pression réduite et le produit est purifié par
chromatographie sur colonne de silice (éluant : dichlorométhane:acétate d’éthyle 1:4).
1,2 g de produit (2,9 mmol) sont isolés sous la forme d’un solide jaune.
Rendement : 33%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
1,29-1,35 (m, 4 H)
1,78 (m, 2 H)
1,96 (m, 1 H)
2,06 (m, 1 H)
2,71 (dt, J = 3,6 et 10,4 Hz, 1 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
23,9 CH2
24,7 CH2
31,0 CH2
31,8 CH2
56,5 CH
3,38 (m, 1 H)
6,31 (l, 1 H)
7,58 (s, 1 H)
8,03 (s, 2 H)
63,1 CH
117,4 CH
122,7 CH
123,1 CF3 (q, J = 273 Hz)
131,6 C (q, J = 33 Hz)

170,5 C(S)
RMN 19 F (376 MHz, CDCl3), δ ppm
-62,9
Méthode B
(1R,2R)-1-phtalimido-2-aminocyclohexane, 45 15
42
NH 3
NH 2
+
O
O
O
p-TsOH
xylène
reflux
5 h
O
NH3 O3S N
137
O
44
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
NaHCO 3
H2O CH2Cl2 O
NH2 O
N
45, 75%
Dans un ballon bicol équipé d’un appareil de Dean-Stark, une solution de 8,5 g
d’acide p-toluène sulfonique monohydraté (49 mmol) dans le xylène (150 mL) est chauffée à
reflux pendant 4 heures. Après refroidissement à température ambiante, 4,5 g de (1R,2R)-1,2-
diaminocyclohexane (39 mmol) et 6,5 g d’anhydride phtalique (44 mmol) sont ajoutés, puis la
solution est chauffée à reflux pendant 1 heure (un solide commence à précipiter à partir de 45
minutes).
Après refroidissement, le solide est essoré sur fritté, lavé au xylène puis au pentane, et
séché à l’air. Le sel 44 ainsi obtenu est dissous dans 300 mL de dichlorométhane et cette
solution est traitée par une solution aqueuse saturée de NaHCO3 (3 × 200 mL). La phase
organique est lavée à l’eau, séchée sur Na2SO4, filtrée et concentrée sous pression réduite.
Le produit (8,1 g, 7,1 mmol) est obtenu sous la forme d’un solide blanc.
Rendement : 75 %
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
0,90-1,22 (m, 5 H)
1,49-1,58 (m, 3 H)
1,77-1,80 (m, 1 H)
1,89-1,98 (m, 1 H)
3,08-3,16 (m, 1 H)
3,49-3,57 (m, 1 H)
7,42-7,46 (m, 2 H)
7,51-7,55 (m, 2 H)

Chapitre III
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
24,5 CH2
25,0 CH2
28,6 CH2
36,0 CH2
50,1 CH
Thiourée 46
O
NH2 O
N
45
+
F 3C
F 3C
43
N
C
S
138
57,8 CH
122,3 CH
131,2 C
133,1 CH
167,9 C(O)
CH 2 Cl 2
t.a.
4 h
F 3C CF 3
S NH
O
NH
O
N
46, 90%
2,5 g d’amine 45 (10 mmol) sont dissous dans 10 mL de CH2Cl2 anhydre et 2,8 g
d’isothiocyanate 43 (10 mmol) sont ajoutés petit à petit à l’aide d’une seringue sous courant
d’azote. La solution est agitée à température ambiante pendant 4 heures.
La solution est ensuite lavée avec de l’acide chlorhydrique (1 M) et la phase organique
est séchée sur Na2SO4, filtrée et concentrée sous pression réduite. Le produit est purifié par
recristallisation dans le toluène.
4,8 g de produit (9,3 mmol) sont isolés sous la forme d’un solide blanc.
Rendement : 90%
Point de fusion : 180-183 °C
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm 24
1,27 (m, 2 H)
1,44-1,53 (m, 1 H)
1,87 (m, 3 H)
2,23-2,26 (m, 1 H)
2,64 (m, 1 H)
4,03 (m, 1 H)

5,03 (m, 1 H)
6,53 (l, 1 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm 24
24,4 CH2
25,2 CH2
28,2 CH2
32,6 CH2
54,8 CH
55,3 CH
119,0 CH
Le C(O) et le C(S) ne sont pas détéctés.
RMN 19 F (376 MHz, CDCl3), δ ppm
- 62,9
139
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
7,59-7,73 (m, 7 H)
8,61 (l, 1 H)
122,8 CF3 (q, J = 273 Hz)
123,2 CH
124,1 CH
131,5-132,4 C (m, 2 C)
134,2 CH
139,1 C
(1R,2R)-2-aminocyclohexyl)-3-(3,5-bis(trifluorométhyl)phényl thiourée, 41 (bis)
F 3C CF 3
S NH
O
NH
O
N
46
+
NH 2NH 2 . H2O
EtOH
reflux
2 h
F 3C CF 3
S NH
NH
NH 2
41, 28%
Dans un ballon sont introduits 4,3 g du composé 46 (8,3 mmol), 17 mL d’éthanol
absolu et 1,0 mL d’hydrazine monohydratée (21 mmol). Les réactifs sont chauffés à reflux
pendant 2 heures.
Le mélange réactionnel est ensuite transvasé dans un erlenmeyer, dilué avec de l’éther
(80 mL) et agité à température ambiante. Après 30 minutes, le mélange est filtré et le filtrat
est concentré. Le produit est purifié par chromatographie sur colonne de silice, éluant
dichlorométhane.

Chapitre III
0,89 g de produit (2,3 mmol) sont isolés.
Rendement : 28%
3-iodopropyltriéthoxysilane, 74 23
Acétone
Cl Si(OEt) 3 + NaI
reflux
I Si(OEt) 3
140
48 h
74, 89%
Dans un ballon tricol séché sont introduits 5,5 g d’iodure de sodium (37 mmol) et
70 mL d’acétone préalablement distillée sur driérite. Quand l’iodure de sodium s’est
complètement dissous, 3,0 mL de 3-chloropropyltriéthoxysilane (13 mmol) sont ajoutés
goutte à goutte et la solution est chauffée à reflux pendant 48 heures.
Le mélange réactionnel est concentré sous pression réduite et le produit est extrait au
pentane (3 × 15 mL). Toutes les solutions de pentane sont réunies et concentrées sous
pression réduite. Le produit est purifié par distillation sous vide (1,2 mbar) avec un montage
“tube à tube”.
3,7 g de produit (11 mmol) sont obtenus sous la forme d’un liquide incolore.
Rendement : 89%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
0,66-0,70 (m, 2 H)
1,18 (t, J = 7,0 Hz, 9 H)
1,85-1,92 (m, 2 H)
3,17 (t, J = 7,0 Hz, 2 H)
3,78 (q, J = 7,0 Hz, 6 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
10,6 CH2
12,1 CH2
18,2 CH3
27,4 CH2

58,3 CH2
Réaction du composé 41 avec le 3-iodopropyltriéthoxysilane
A.
B.
F 3C
S NH
41
NH
NH 2
CF 3
+
I Si(OEt) 3
141
NEt 3
THF
t.a.
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
(EtO) 3Si
F 3C
S NH
NH
N
40
CF 3
Si(OEt) 3
Dans un tube de Schlenk séché sont introduits successivement 0,14 g d’amine 41
(0,36 mmol), 3,5 mL de THF anhydre, 0,27 g de 3-iodopropyltriéthoxysilane
(0,83 mmol) et 0,10 mL de triéthylamine (0,72 mmol, 2 équivalents). La solution est
agitée à température ambiante.
Après 6 jours la réaction n’évolue plus et les solvants sont évaporés sous pression
réduite. Ni le produit de départ ni la 3,5-bis(trifluorométhyl)aniline ne sont observés
sur le spectre RMN 1 H du milieu réactionnel. Un essai de purification est tenté par
lavage au pentane mais sans succès.
Remarques : La réaction n’est pas sélective et un mélange de produits non identifiés
est obtenu.
F 3C
S NH
40
NH
NH 2
CF 3
+
I Si(OEt) 3
K 2 CO 3
CH3CN t.a.
(EtO) 3Si
F 3C
S NH
NH
N
41
CF 3
Si(OEt) 3

Chapitre III
Dans un tube de Schlenk sont ajoutés 0,11 g d’amine 40 (0,29 mmol) et 0,89 mg de
K2CO3 (0,64 mmol), préalablement séché une heure à 130 °C. Les deux solides sont
séchés sous vide 2 heures puis 2 mL d’acétonitrile sec et 0,22 g de 3-
iodopropyltriéthoxysilane (0,66 mmol) sont ajoutés sous azote. Le mélange
réactionnel est agité à température ambiante. Après 5 jours le produit de départ n’est
plus visible en RMN 1 H et le milieu réactionnel est concentré sous pression réduite. Le
résidu est extrait au dichorométhane sec et le filtrat est concentré sous pression réduite
et analysé par RMN.
Remarques : La réaction n’est pas sélective.
ii) Formation d’une thiourée après introduction d’un groupement triéthoxysilane
42
NH 2
NH 2
NH 2
N
H
Si(OEt) 3
(1R,2R)-N-(3-(triéthoxysilyl)propyl)-1,2-diaminocyclohexane, 50 17
42
NH 2
NH 2
+
50
Cl Si(OEt) 3
142
90 °C
19 h
F 3C
S
NH 2
N
H
NH
N
H
NH
49
50, 23%
CF 3
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3
Dans un tube de Schlenk scellable séché sont introduits sous courant d’azote 22 g de
(1R,2R)-1,2-diaminocyclohexane 42 (0,19 mol) et 23 mL de 3-chloropropyltriéthoxysilane
(0,096 mol). Le tube est fermé et la solution est chauffée à 90 °C sous pression pendant
19 heures.
Après refroidissement à température ambiante, le mélange brut est filtré sous
atmosphère d’azote et le résidu est extrait au pentane sec (8 × 25 mL). Le phases organiques

143
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
réunies sont concentrées sous pression réduite. Le produit est purifié par distillation (T = 116-
120 °C, P = 0,2 mbar).
14 g de produit (44 mmol) sont obtenus sous la forme d’un liquide incolore.
Rendement : 23%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
0,55-0,59 (m, 2 H)
0,83-0,91 (m, 1 H)
0,98-1,07 (m, 1 H)
1,14 (m, 11 H)
1,38 (l, 3 H)
1,46-1,54 (m, 2 H)
1,57-1,63 (m, 2 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
7,9 CH2
18,1 CH3
23,7 CH2
25,1 CH2 (2 C)
31,4 CH2
1,77-1,80 (m, 1 H)
1,89-1,97 (m, 2 H)
2,22-2,28 (m, 1 H)
2,35-2,42 (m, 1 H)
2,63-2,69 (m, 1 H)
3,73 (q, J = 7,0 Hz, 6 H)
36,0 CH2
49,8 CH2
55,2 CH
58,1 CH2
63,8 CH
Réaction de l’amine 50 avec l’isothiocyanate de 3,5-bis(trifluorométhyl)phényle 43
NH 2
N
H
50
Si(OEt) 3
+
F 3C
F 3C
43
NCS
CH 2 Cl 2
t.a.
45 min
F 3C
S
NH
N
H
NH
49
CF 3
Si(OEt) 3

Chapitre III
Dans un ballon bicol séché sont introduits sous courant d’azote, 0,16 g de l’amine 50
(0,50 mmol), 0,5 mL de dichlorométhane anhydre et 0,10 mL d’isothiocyanate 43
(0,55 mmol). La solution est agitée à température ambiante pendant 45 minutes.
Le dichlorométhane est évaporé sous pression réduite et le résidu est lavé au pentane
sec (4 × 4 mL).
0,16 g de produit sont isolés sous la forme d’un solide blanc. A partir des spectres
RMN 1 H et 13 C il s’est avéré que le produit isolé n’était pas la monothiourée 49 mais la
bis(thiourée) 51.
Préparation de la bis(thiourée) 51
NH 2
N
H
50
Si(OEt) 3
+
F 3C
F 3C
43
NCS
144
CH 2 Cl 2
t.a.
2,5 h
C
D
5 6
F3C 4
3
CF 3
S NH B'
1
B
NHA'
E
A
F 13
N
7
15
14
16 17
Si(OCH2CH3) 3
S NH C'
9
10
F3C 11 12
CF3 2
8
51, 84%
Dans un tube de Schlenk préalablement séché sont introduits sous courant d’azote,
1,1 g de l’amine 50 (3,5 mmol), 3,4 mL de dichlorométhane distillé et 1,9 g d’isothiocyanate
43 (7,0 mmol). La solution est agitée à température ambiante pendant 2,5 heures.
pentane sec.
Le dichlorométhane est ensuite évaporé sous pression réduite et le résidu est lavé au
2,5 g de produit (2,9 mmol) sont finalement isolés sous la forme d’un solide blanc (la
bis(thiourée) 51 est faiblement soluble dans le pentane et une petite quantité est perdue
pendant les lavages).
Rendement : 84%

RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
0,65-0,71 (m, 2 H) CH2 15
1,10 (t, J = 7,0 Hz, 9 H) CH3 17
1,35-1,43 (m, 3 H) CH2 B (1 H) et CH2 C
1,56-1,65 (m, 1 H) CH2 E
145
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
1,78-1,97 (m, 5 H) CH2 D, CH2 E (1 H) et CH2 14
2,24-2,44 (m, 1 H) CH2 B
3,42-3,62 (m, 2 H) CH2 13
3,73 (q, J = 7,0 Hz, 6 H) CH2 16
4,49-4,57 (m, 1 H) CH A
5,61 (dt, J = 3,6 et 11,5 Hz, 1 H) CH F
7,42 (d, J = 8,1 Hz, 1 H) NH A′
7,60 (s, 1 H) CH 6/12
7,66 (s, 1 H) CH 6/12
7,81 (s, 2 H) CH 3/9
7,84 (s, 2 H) CH 3/9
8,05 (s, 1 H) NH A′/C′
8,35 (s, 1 H) NH A′/C′
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
6,3 CH2 15
18,0 CH3 17
21,8 CH2 14
24,4 CH2 C
25,1 CH2 D
30,4 CH2 E
32,2 CH2 B
46,4 CH2 13
57,1 CH A
58,9 CH2 16
62,4 CH F
118,8 CH 6/12 (m)
119,6 CH 6/12 (m)
122,8 CF3 5/11 (q, J = 273Hz)
122,9 CF3 5/11 (q, J = 273 Hz)
123,5 CH 3/9 (m)
126,9 CH 3/9 (m)
131,5 C 4/10 (q, J = 34 Hz)
132,2 C 4/10 (q, J = 33 Hz)
139,4 C 2/8
141,1 C 2/8
179,7 C(S) 1/7

Chapitre III
181,6 C(S) 1/7
RMN 19 F (235 MHz, CDCl3), δ ppm
- 63,25
- 63,19
HRMS : calculée pour C33H41F12N4O3S2Si + (M+H) + : 861,2192 ; mesurée : 861,2211
Essai de préparation de l’isothiocyanate de l’amine 50
NH 2
N
H
50
Si(OEt) 3
+
S
C
S
+
N C NH 2
146
NEt 3
THF
0 °C à 40 °C
28 h
N
N
H
H
N
N
C S
52
53
S
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3
Dans un tube de Schlenk séché sont introduits sous azote 0,21 g de l’amine 50
(0,66 mmol) et 2 mL de THF anhydre. La solution est refroidie à 0 °C et 60 µL de sulfure de
carbone (0,10 mmol) sont ajoutés. Le mélange initial prenant en masse, 2 mL de THF sont
ajoutés ; après 2 heures d’agitation à 0 °C une solution limpide jaune clair est obtenue. Dans
un ballon séché 42 mg (1,0 mmol) de cyanamide sont dissous dans 1 mL de THF. Cette
solution et 50 µL de triéthylamine (0,36 mmol) sont ajoutées à la première solution à
température ambiante. Le mélange réactionnel est agité pendant 20 heures à température
ambiante puis 6 heures à 40 °C.
Le brut réactionnel est concentré sous pression réduite et le produit est extrait à
l’éther. Après concentration, une huile jaune est obtenue. Le produit isolé n’est pas
l’isothiocyanate 52 mais la thiourée cyclique 53.

RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
0,61-0,65 (m, 2 H)
1,21 (t, J = 7,0 Hz, 9 H)
1,30-1,46 (m, 4 H)
1,62-1,70 (m, 2 H)
1,83-1,87 (m, 2 H)
2,01-2,04 (m, 1 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
7,6 CH2
18,3 CH3
20,6 CH2
20,8 CH2
23,9 CH2
28,4 CH2
147
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
2,10-2,13 (m, 1 H)
3,04-3,14 (m, 2 H)
3,46-3,63 (m, 2 H)
3,8 (q, J = 7,0 Hz, 6 H)
6,01 (l, 1 H)
29,1 CH2
47,3 CH2
58,4 CH2
62,3 CH
66,4 CH
186,6 C(S)
HRMS : calculée pour C16H33N2O3SSi + (M+H) + : 361,1976 ; mesurée : 361,1981
iii) Introduction du groupement triéthoxysilyl par couplage de Heck
Réaction de l’isothiocyanate de 4-iodophényle avec le vinyltriéthoxysilane
A.
Si(OEt) 3
+
I N
C
S
Pd(OAc) 2
TOP, NEt 3
DMF
100 °C
(EtO) 3Si
Dans un tube de Schlenk sont successivement ajoutés 0,15 mg d’isothiocyanate de 4-
iodophényle (0,56 mmol), 3,3 mg d’acétate de palladium (II) (0,015 mmol), et 33 mg
de tri-o-tolyl phosphine (0,11 mmol). Ces réactifs sont séchés sous vide à température
ambiante pendant deux heures. Ensuite, 1 mL de DMF distillé, 0,25 mL de
triéthylamine (1,8 mmol) et 0,28 g de vinyltriéthoxysilane (1,5 mmol) sont ajoutés.
Les réactifs sont chauffés à 100 °C. Après 2,5 jours aucune progression n’est
observée.
55
C
N
S

Chapitre III
B.
42
Si(OEt) 3
+
I N
S
C
148
Pd(PPh 3 ) 4
NEt 3
120 °C
(EtO) 3Si
Dans un tube de Schlenk scellable sont introduits 0,51 g d’isothiocyanate de 4-
iodophényle (1,9 mmol) et 23 mg de de tétrakis(triphénylphosphine)palladium (0)
(0,020 mmol) Les réactifs sont séchés sous vide à température ambiante pendant 2
heures. Ensuite, 4 mL de triéthylamine et 0,49 g de vinyltriéthoxysilane (2,6 mmol)
sont ajoutés. Le mélange est refroidi dans un bain d’azote liquide et le tube de Schlenk
est refermé sous vide. Le mélange est alors chauffé à 120 °C pendant 20 heures.
Aucun avancement n’est observé par RMN.
iv) Introduction du groupement triéthoxysilane par hydrosilylation
NH 2
NH 2
O
NH2 O
N
45
O
N
N
58
O
55
N
NH 2
N
57
C
N
NH 2
56
S
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3

(1R,2R)-1-phtalimido-2-(diallylamino)cyclohexane, 58 18
O
NH2 O
N
45
+
Br
149
K2CO3 CH3CN reflux
14 h
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
C
D
B
E
A
F
O
1
N
N
3
2
O
4 5 6
58, 90%
Dans un ballon sont introduits 4,0 g de l’amine 45 (16 mmol), 75 mL d’acétonitrile,
6,8 g de carbonate de potassium (49 mmol) et 5,4 mL de bromure d’allyle (62 mmol). Le
mélange réactionnel est chauffé à reflux pendant 14 heures.
Le mélange réactionnel est ensuite concentré sous pression réduite. Le résidu est repris au
dichlorométhane (50 mL) et lavé à l’eau (4 × 30 mL). Les phases aqueuses sont réunies et
lavées au dichlorométhane (50mL). Les phases organiques sont réunies, séchées sur Na2SO4
et concentrées sous pression réduite. Le produit est purifié par filtration sur silice (éluant :
dichlorométhane).
4,8 g de produit (15 mmol) sont isolés sous la forme d’un solide jaune.
Rendement : 90%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
1,01-1,10 (m, 1 H) CH2 C (1 H)
1,13-1,26 (m, 2 H) CH2 B et D (1 H et 1 H)
1,68-1,76 (m, 3 H) CH2 B, D et E (1 H, 1 H et 1 H)
1,84 (d, J = 12,7 Hz, 1 H) CH2 C (1 H)
2,19-2,28 (m, 1 H) CH2 E (1 H)
2,67 (dd, J = 8,2 et 14,1 Hz, 2 H) CH2 1 (2 H)
3,11 (m, 2 H) CH2 1 (2 H)
3,29 (dt, J = 3,4 Hz et 7,6 Hz, 1 H) CH A
4,05 (dt, J = 3,8 Hz et 7,7 Hz, 1 H) CH F
4,82 (d, J = 10,1 Hz, 2 H) CH2 3 (2 H)
7

Chapitre III
4,88 (d, J = 17,2 Hz, 2 H) CH2 3 (2 H)
5,37 (m, 2 H) CH 2
7,57-7,61 (m, 2 H) CH 6
7,69-7,73 (m, 2 H) CH 7
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
24,2 CH2 C
24,9 CH2 B/D
25,5 CH2 B/D
29,4 CH2 E
51,8 CH F
52,2 CH2 1
58,0 CH A
(1R,2R)-N,N-diallyl-1,2-diaminocyclohexane, 57 18
O
N
N
58
O
NH 2 NH 2 . H 2 O
EtOH
reflux
4,5 h
150
115,8 CH2 3
122,5 CH 7
131,4 C 5
133,3 CH 6
137,1 CH 2
168,2 C(O) 4
N
NH 2
57, 61%
4,4 g du composé 58 (14 mmol), 75 mL d’éthanol absolu et 1,7 mL d’hydrazine
monohydratée (35 mmol) sont successivement ajoutés dans un ballon et le mélange
réactionnel est chauffé à reflux pendant 4,5 heures.
Après refroidissement, le mélange est filtré. Le filtrat est concentré sous pression
réduite. Le résidu est repris au dichlorométhane et est traité avec de l’acide chlorhydrique
(1 M) (3 × 50 mL). Les phases aqueuses sont réunies et basifiées jusqu’à pH supérieur à 10 en
ajoutant de l’hydroxyde de sodium. Le produit est alors extrait au dichlorométhane
(4 × 50 mL). Les phases organiques sont réunies, séchées sur Na2SO4, filtrées et concentrées
sous pression réduite.

151
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
1,6 g de produit (8,2 mmol) sont obtenus sous la forme d’une huile brune.
Rendement : 61%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
1,02-1,24 (m, 4 H)
1,63-1,65 (m, 1 H)
1,73-1,78 (m, 4 H)
1,93-1,98 (m, 1 H)
2,21 (m, 1 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
22,8 CH2
25,0 CH2
25,8 CH2
35,0 CH2
51,3 CH
Essais d’hydrosilylation du composé 57
N
NH 2
57
[Pt]
HSi(OR) 3
2,59 (dt, J = 4,1 et 10,3 Hz, 1 H)
2,87 (dd, J = 7,9 et 14,3 Hz, 2 H)
3,26 (ddt, J = 4,5, 14,3 et 2,1 Hz, 2 H)
5,07 (dd, J = 0,7 et 10,1 Hz, 2 H)
5,14 (dd, J = 1,1 et 17,2 Hz, 2 H)
5,79 (m, 2 H)
52,5 CH2
65,3 CH
116,1 CH2
137,7 CH
N
NH 2
Si(OR) 3
Si(OR) 3
A. Dans un tube de Schlenk séché sont introduits 44 mg de composé 57 (0,23 mmol),
0,6 mL de THF anhydre, 0,11 mL de triéthoxysilane (0,60 mmol) et une goutte d’une
solution de catalyseur de Karstedt (10,4% en Pt, dans l’isopropanol). La solution est
agitée à température ambiante.
Remarques : Après 24 heures la formation d’un mélange de produits est observée.

Chapitre III
B. Dans un ballon séché sont pesés 57 mg de composé 57 (0,29 mmol). 0,50 mL de
triéthoxysilane (2,7 mmol) et une goutte de solution du catalyseur de Speier (20% de
Pt, Alfa Aesar, n° 40177) sont ajoutés et le mélange réactionnel est agité à température
ambiante pendant 4 jours.
Remarques : Aucun produit d’hydrosilylation n’est visible par RMN 1 H, par contre,
les groupements triéthoxysilyle semblent s’hydrolyser.
C. Dans un ballon bicol sec contenant 0,11 g de composé 57 (0,55 mmol) sont ajoutés
10 mg de catalyseur de Speier H2PtCl6 (0,024 mmol, sous forme solide), 1,7 mL de
toluène et 0,25 mL de triéthoxysilane (1,4 mmol). Le mélange est chauffé à 70 °C
pendant 5 jours.
Remarques : Aucune progression de la réaction n’est notée.
D. Dans un tube de Schlenk séché 0,19 g de composé 57 (0,99 mmol) sont dissous dans
3 mL de toluène anhydre. 0,40 mL de triéthoxysilane (2,2 mmol) et 15 mg de
catalyseur de Speier H2PtCl6 (0,037 mmol, sous forme solide) sont ajoutés et le
mélange réactionnel est chauffé à reflux sous courant d’azote pendant 42 heures.
Le brut réactionnel est filtré sous atmosphère d’azote en utilisant une canule filtrante
et le solide est rincé au pentane. Le filtrat est concentré sous pression réduite.
Remarques : L’amine 57 n’est plus visible par RMN, par contre une réduction des
doubles liaisons est observée, conduisant à un mélange de produits.
E. Dans un tube de Schlenk séché 14 mg de catalyseur de Speier H2PtCl6 (0,034 mmol,
sous forme solide) sont séchés sous vide à température ambiante pendant 1 heure.
Ensuite, 3 mL de toluène anhydre, 0,19 mg de l’amine 57 (0,98 mmol) et 0,28 g de
triméthoxysilane (2,3 mmol) sont successivement ajoutés. Le mélange réactionnel est
chauffé à 70 °C pendant 3 jours. Aucune conversion n’étant observée 15 mg de
catalyseur sont rajoutés et le chauffage est maintenu 3 jours de plus.
Remarques : Après 6 jours pratiquement aucune progression n’est constatée.
152

Thiourée 59
N
NH 2
57
+
F 3C
F 3C
43
NCS
153
CH 2 Cl 2
t.a.
4,5 h
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
S
N
NH
NH
F 3C CF 3
59, 38%
Dans un ballon sont introduits successivement 52 mg de l’amine 57 (0,27 mmol),
0,5 mL de dichlorométhane et 50 µL de l’isothiocyanate 43 (0,27 mmol). Les réactifs sont
agités à température ambiante pendant 3 heures.
Le mélange réactionnel est concentré sous pression réduite et le résidu est purifié par
chromatographie sur colonne de silice (éluant : dichlorométhane pur puis
dichlorométhane:acétate d’éthyle 19:1).
48 mg de produit (0,10 mmol) sont isolés.
Rendement : 38%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
1,06-1,37 (m, 5 H)
1,70-1,90 (m, 3 H)
2,58-2,63 (m, 1 H)
2,75 (l, 1 H)
2,84-2,90 (m, 2 H)
3,22-3,27 (m, 2 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
23,3 CH2
24,4 CH2
25,1 CH2
32,4 CH2
3,83-3,87 (m, 1 H)
5,02-5,08 (m, 4 H)
5,48-5,55 (m, 2 H)
6,74 (l, 1 H)
7,70 (s, 1 H)
7,79 (s, 2 H)
52,3 CH2
56,3 CH
62,3 CH
118,0 CH2

Chapitre III
119,2 CH
122,8 CF3 (q, J = 273 Hz)
124,3 CH
Le C(S) n’est pas détécté.
Hydrosilylation du composé 59
S
N
NH
59
NH
F 3C CF 3
[Pt]
HSi(OEt) 3
154
132,8 C (q, J = 34 Hz)
135,3 CH
139,2 C
S
N
NH
NH
F 3C CF 3
40
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3
Dans un tube de Schlenk séché sont introduits 44 mg du composé 59 (0,095 mmol),
puis 0,50 mL de triéthoxysilane (2,7 mmol) et 1 goutte d’une solution de catalyseur de
Karstedt, (10,4% en Pt, dans l’isopropanol). La solution est agitée à température ambiante
pendant 3 jours et suivie par RMN 1 H.
Remarques : Un mélange de produits est formé.
42
v) Introduction du groupement triéthoxysilyle par réaction click
NH 2
NH 2
a. groupement protecteur : phtaloyle
O
N
O
NH2 45
O
N
N
66
O
NH 2
N
67

5-iodopent-1-yne, 65
A. 20
155
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
HO
NEt3 TsCl
CH2Cl2 TsO
NaI
Acétone
I
63
0 °C à t.a.
64, 97%
reflux
65, 87%
62 h 30 min
Dans un ballon bicol séché sont ajoutés 13 g de chlorure de toluènesulfonyle (TsCl)
(68 mmol) et 70 mL de dichlorométhane anhydre. La suspension est agitée à température
ambiante. Dans un deuxième bicol sont introduits 5,5 mL de pent-4-yn-1-ol (59 mmol),
30 mL de dichlorométhane anhydre et 9,0 mL de tréthylamine (65 mmol). Cette solution est
refroidie à 0 °C et la suspension de TsCl y est ajoutée par petites fractions sur une période
d’une heure. La solution est agitée 62 heures à température ambiante.
Le mélange réactionnel est versé dans une ampoule à décanter et 140 mL d’eau
permutée sont ajoutés. Les deux phases sont séparées et la phase organique est lavée à l’eau
(1 × 50 mL), puis avec une solution aqueuse saturée en NaCl (1 × 50 mL). La phase
organique est ensuite séchée sur Na2SO4, filtrée et concentrée sous pression réduite. Le
produit est purifié par chromatographie sur colonne de silice (éluant :
pentane:dichlorométhane 4:1).
14 g du composé 64 (58 mmol) sont isolés.
Rendement : 97%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
1,82-1,89 (m, 3 H)
2,25 (dt, J = 2,6 et 6,9 Hz, 2 H)
2,44 (s, 3 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
14,7 CH2
21,6 CH3
27,7 CH2
68,7 CH2
69,4 CH
4,14 (t, J = 6,1 Hz, 2 H)
7,34 (d, J = 4,1 Hz, 2 H)
7,79 (d, J = 4,1 Hz, 2 H)
82,1 C
121,9 CH
129,8 CH
132,9 C
144,8 C

Chapitre III
13,0 g du composé 64 (55 mmol), 180 mL d’acétone et 19,8 g d’iodure de sodium
(132 mmol) sont introduits dans un ballon et chauffés à reflux pendant 30 minutes (à partir de
15 minutes un solide commence à précipiter).
Le brut de réaction est dilué à l’éther (300 mL) et cette solution est lavée à l’eau
(4 × 100 mL), séchée sur Na2SO4 et concentrée sous pression réduite. Le 5-iodopent-1-yne est
un peu volatile (point d’ébullition : 58 °C à 16 mbar) et la phase d’évaporation des solvants
requiert une attention particulière.
9,3 g de 5-iodopent-1-yne (47,9 mmol) sont obtenus sans autre purification.
Rendement : 87%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
1,97-2,03 (m, 3 H)
2,34 (dt, J = 2,7 et 6,7 Hz, 2 H)
3,31 (t, J = 6,7 Hz, 2 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
5,1 CH2
19,4 CH2
31,7 CH2
69,4 CH
82,2 C
B. 21
HO
63
I 2 , PPh 3 ,
N
CH 2 Cl 2
156
NH
I
65, 85%
40 g de triphénylphosphine (0,15 mol), 450 mL de dichlorométhane, 11 g d’imidazole
(0,16 mol) et 40 g d’iode (0,16 mol) sont successivement introduits dans un ballon. Les
réactifs sont agités 30 minutes à température ambiante puis une solution de 12 mL de pent-4-
yn-1-ol (0,13 mmol) dans 150 mL de dichlorométhane est lentement ajoutée.

157
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
Après 3 heures d’agitation à température ambiante, les solvants sont évaporés sous
pression réduite et le produit est purifié par chromatographie sur colonne de silice (éluant :
cyclohexane pur).
21 g de 5-iodopent-1-yne (0,11 mol) sont obtenus.
Rendement : 85 %
(1R,2R)-1-phtalimido-2-di(pent-4-yn-1-yl)aminocyclohexane, 66
O
NH2 O
N
45
+
I
65
K 2 CO 3
CH 3 CN
140 °C, µW
45 min
O
N
N
O
66, 37%
Dans un tube pour micro-ondes sont ajoutés 0,13 mg de l’amine 45 (0,53 mmol),
3 mL d’acétonitrile, 0,17 mg de carbonate de potassium (1,2 mmol) et 0,38 mg de 5-iodopent-
1-yne 65 (2,0 mmol). Le mélange réactionnel est chauffé à 140 °C pendant 45 minutes dans
un réacteur à micro-ondes.
Le brut est ensuite dilué au dichlorométhane (15 mL) et lavé à l’eau (3 × 10 mL). Les
phases aqueuses sont réunies et lavées au dichlorométhane (1 × 30 mL). Les deux phases
organiques sont réunies, séchées sur Na2SO4, filtrées et concentrées sous pression réduite. Le
produit est purifié par chromatographie sur colonne de silice (éluant :
pentane:dichlorométhane 20% → 0%).
0,075 g de produit (0,20 mmol) ont été isolés.
Rendement : 37%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
1,13-1,34 (m, 5 H)
1,37-1,47 (m, 2 H)
1,74-1,80 (m, 3 H)
1,83 (t, J = 2,6 Hz, 2 H)
1,86-1,97 (m, 5 H)
2,18-2,28 (m, 1H)

Chapitre III
2,31-2,44 (m, 4 H)
3,24 (dt, J = 3,5 et 11,3 Hz, 1 H)
4,08 (dt, J = 3,7 et 11,5 Hz, 1 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
15,9 CH2
24,6 CH2
25,3 CH2
25,7 CH2
27,7 CH2
29,8 CH2
48,4 CH2
51,8 CH
Essai de déprotection du composé 66
O
N
N
66
O
NH 2 NH 2 . H 2 O
EtOH
reflux
12 h
158
7,63-7,67 (m, 2 H)
7,76-7,78 (m, 2 H)
59,4 CH
68,0 CH
84,4 C
122,9 CH
132,0 C
133,6 CH
168,5 C(O)
0,10 g du composé 66 (0,27 mmol), 0,50 mL d’hydrazine monohydratée (10 mmol) et
2 mL d’éthanol absolu sont introduits dans un ballon. Le mélange des réactifs est chauffé à
reflux.
Après 12 heures le mélange réactionnel est filtré et le solide rincé à l’éther. Le filtrat
est concentré et repris au dichlorométhane. Cette solution est traitée avec de l’acide
chlorhydrique à 1 M (4 × 4 mL). Les phases aqueuses sont réunies et basifiées avec de
l’hydroxyde de sodium jusqu’à un pH supérieur à 10 et le produit est extrait au
dichlorométhane (4 × 20 mL). Les phases organiques sont réunies, séchées sur Na2SO4 et
concentrées sous pression réduite.
N
NH 2
62

159
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
0,050 g de produit (0,20 mmol) sont isolés. Les analyses RMN ont montré qu’il s’agit
du (1R,2R)-N,N-dipentyl-1,2-diaminocyclohexane, 67.
Rendement : 74%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
0,86 (t, J = 7,0 Hz, 6H) CH3 5
0,98-1,39 (m, 16 H) CH2 B/C/D/E (4 H), CH2 2, CH2 3 et CH2 4
1,60-1,63 (m, 1 H) CH2 B/C/D/E
1,71-1,73 (m, 2 H) CH2 B/C/D/E
1,83 (l, 2 H) NH2
1,93-1,96 (m, 1 H) CH2 B/C/D/E
2,04 (dt, J = 3,2 et 10,6 Hz, 1 H) CH A
2,21-2,27 (m, 2 H) CH2 1
2,37-2,44 (m, 2 H) CH2 1
2,51 (dt, J = 4,3 et 10,3 Hz, 1 H) CH F
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
14,1 CH3 5
22,6 CH2 B/C/D/E
22,7 CH2 2/3/4
25,1 CH2 B/C/D/E
26,0 CH2 B/C/D/E
29,1 CH2 2/3/4
29,6 CH2 2/3/4
35,0 CH2 B/C/D/E
50,0 CH2 1
51,2 CH F
66,7 CH A
HRMS : calculée pour C16H35N2 + (M+H) + : 255,2795 ; mesurée : 255,2806
C
D
B
E
A
F
N
1
NH 2
67
2
3
4
5

Chapitre III
42
NH 2
NH 2
b. groupement protecteur : tétrachlorophtaloyle
NH 2
N
N
N N
N N
N
61
O
N
O
NH2 Cl Cl
Cl
160
Cl
Si(OCH 2CH 3) 3
Si(OCH 2CH 3) 3
(1R,2R)-1-tétrachlorophtalimido-2-aminocyclohexane, 69 15
42
NH 2
NH 2
+
O
O
O
Cl
Cl
Cl
Cl
69
p-TsOH
xylène
reflux
2,5 h
O
NH3 O3S N
Cl
O
Cl
Cl
68, 92%
Cl
O
N
N
Cl Cl
O
NH 2
N
71
62
NaOH aq.
CH2Cl2 t.a.
O
NH2 O
N
Cl
Cl
Cl
69, 95%
Dans un ballon bicol équipé d’un appareil de Dean-Stark, une solution de 9,7 g
d’acide p-toluène sulfonique monohydraté (51 mmol) dans du xylène (170 mL) est chauffée à
Cl
Cl
Cl

161
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
reflux pendant 4 heures et 30 minutes. Après refroidissement à température ambiante, 5,7 g de
(R,R)-1,2-diaminocyclohexane (50 mmol) et 14 g d’anhydride tetrachlorophtalique (50 mmol)
sont ajoutés et la solution est chauffée à reflux pendant 2,5 heures (un solide commence alors
à précipiter).
Après refroidissement, le solide est essoré sur fritté puis lavé au xylène et au pentane,
et séché à l’air. Un solide blanc pulvérulent (sel 68) est obtenu (26 g, 46 mmol), rendement
92 %.
4,480 g du solide obtenu (8,08 mmol) sont dissous dans 45 mL d’une solution aqueuse
d’hydroxyde de sodium à 0,28 M et l’amine 69 est extraite au dichlorométhane (2 × 100 mL).
Les phases organiques sont lavées à l’eau, séchées sur Na2SO4, filtrées et concentrées sous
pression réduite.
Le produit (2,71 g, 7,09 mmol) est obtenu sous la forme d’un solide jaune.
Rendement (sur les deux étapes) : 87 %
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3) δ ppm
1,09 (l, 2 H)
1,14-1,24 (m, 1 H)
1,28-1,46 (m, 2 H)
1,75-1,78 (m, 2 H)
1,82-1,85 (m, 1H)
RMN 13 C (400 MHz, CDCl3) δ ppm
25,1 CH2
25,5 CH2
29,1 CH2
37,4 CH2
50,6 CH
2,01-2,07 (m, 1 H)
2,18 (dq, J = 3,8 et 12,6 Hz, 1 H)
3,35 (dt, J = 4,1 et 10,9 Hz, 1 H)
3,80 (m, 1 H)
59,0 CH
127,4 C
129,5 C
139,9 C
163,9 C(O)

Chapitre III
(1R,2R)-1-tétrachlorophtalimido-2-diallylaminocyclohexane, 70
O
NH 3
N
Cl
O
O 3S
68
Cl
Cl
Cl
162
Br
K2CO3 CH3CN reflux
2 h
O
N
N
Cl
O
Cl
Cl
70, 86%
0,40 g du sel 68 (0,72 mmol) sont introduits dans un ballon, puis 11 mL d’acétonitrile,
0,58 g de carbonate de potassium (4,2 mmol) et 0,20 mL de bromure d’allyle (2,3 mmol) sont
ajoutés. Le mélange réactionnel est chauffé à reflux pendant 2 heures.
Le brut de réaction est ensuite dilué avec 25 mL de dichlorométhane et lavé à l’eau
(3 × 10 mL). Les phases aqueuses sont extraites au dichlorométhane (1 × 25 mL). Les phases
organiques sont réunies, séchées sur Na2SO4, filtrées et concentrées sous pression réduite.
0,28 g de produit (0,62 mmol) sont obtenus sous la forme d’un solide jaune.
Rendement : 86%
RMN 1 H (250 MHz, CDCl3), δ ppm
1,13-1,32 (m, 3 H)
1,79-1,96 (m, 4 H)
2,23-2,37 (m, 1 H)
2,71-2,80 (m, 2 H)
3,16 (dt, J = 1,6 et 14,0 Hz, 2 H)
RMN 13 C (63 MHz, CDCl3), δ ppm
24,5 CH2
25,2 CH2
25,7 CH2
29,4 CH2
52,5 CH2
3,30 (dt, J = 3,5 et 7,5 Hz, 1 H)
4,12 (dt, J = 3,6 et 7,7 Hz, 1 H)
4,92-5,00 (m, 4 H)
5,34-5,50 (m, 2 H)
53,3 CH
58,3 CH
116,5 CH2
137,0 CH
163,7 C(O)
Cl

163
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
(1R,2R)-1-tétrachlorophtalimido-2-di(pent-4-yn-1-yl)aminocyclohexane, 71
A. Réaction à partir du sel 68
O
NH 3
N
Cl
O
O 3S
68
Cl
Cl
Cl
i) Chauffage par micro-ondes (Tableau III.3, entrées 1-6)
+
I
65
K 2 CO 3
CH 3 CN
140 °C, µW
Dans un tube de micro-ondes sont ajoutés successivement le sel 68 (0,3 mmol),
l’acétonitrile (4 mL), le carbonate de potassium (4 équivalents) et le 5-iodopent-1-yne (3,2 à
4,5 équivalents, Tableau III.3). Le mélange réactionnel est initialement agité à température
ambiante pendant 1,5 heures, puis il est chauffé à 140 °C dans un réacteur à micro-ondes
(durée : entre 30 minutes et 3 heures, Tableau III.3).
Le mélange réactionnel est ensuite dilué avec du dichlorométhane (25 mL) et lavé à
l’eau (2 × 15 mL). La phase organique est séchée sur Na2SO4, filtrée et concentrée sous
pression réduite.
Le rapport entre le produit mono- et bis(alkylé) (Tableau III.3) est calculé à partir du
spectre RMN 1 H du brut réactionnel après lavage.
ii) Chauffage classique (Tableau III.3, entrées 7 et 8)
a) 0,41 g du composé 68 (0,73 mmol), 6 mL d’acétonitrile, 0,50 g de carbonate de
potassium et enfin 0,45 g de 5-iodopent-1-yne sont ajoutés dans un ballon. Le mélange est
chauffé à reflux.
Après 49 heures le chauffage est arrêté et le mélange est dilué avec du
dichlorométhane et lavé à l’eau. La phase organique est séchée sur Na2SO4, filtrée et
concentrée sous pression réduite. Le produit est purifié par chromatographie sur colonne de
silice (éluant : pentane:dichlorométhane 3:2).
0,090 g de produit (0,18 mmol) sont obtenus.
Rendement : 24%
O
N
N
Cl
71
O
Cl
Cl
Cl

Chapitre III
b) Dans un ballon sont introduits 0,76 g du composé 68 (1,4 mmol), 6 mL de
diméthylsulfoxyde, 0,80 g de carbonate de potassium et enfin 1,0 g de 5-iodopent-1-yne
(5,2 mmol). Le mélange est chauffé à 140 °C pendant 14 heures.
Après refroidissement à température ambiante, de l’éther est ajouté au mélange
réactionnel. La phase organique est lavée à l’eau, séchée sur Na2SO4, filtrée et concentrée
sous pression réduite.
Le résidu est analysé par RMN 1 H : la formation du produit bis(alkylé) n’est pas
observée.
B. Réaction à partir de l’amine 69
i) Chauffage par micro-ondes (Tableau III.4, entrées 2-4)
O
NH2 O
N
Cl
69
Cl
Cl
Cl
+
I
K2CO3 Solvant
65 !, µW
164
C
D
B
E
A
F
O
N
N
1
Cl
71
O
2
3
6 7 8
Dans un tube de micro-ondes sont ajoutés successivement l’amine 69 (0,5 mmol), le
solvant, le carbonate de potassium (3 équivalents) et le 5-iodopent-1-yne. Le mélange
réactionnel est chauffé dans un appareil à micro-ondes pendant 1 heure.
Le rapport entre le produit mono- et bis(alkylé) est calculé à partir du spectre RMN 1 H
du brut de réaction.
Entrée Solvant Equivalents de
5-iodopent-1-yne
Température
1 CH3CN 2,6 140
2 CH3CN 4,5 135
3 Cl(CH2)2Cl 2,6 120
°C
Cl
4 5
Cl
9
Cl

ii) Chauffage classique (Tableau III.2, entrées 1, 5 et 6)
165
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
a) 0,41 g d’amine 69 (1,1 mmol) sont pesés dans un ballon, puis 10 mL d’acétonitrile,
1,1 g (8,0 mmol) de carbonate de potassium et 1,5 g de 5-iodopent-1-yne (7,7 mmol) sont
ajoutés. Le mélange est chauffé à reflux.
Après 30 heures le chauffage est arrêté et le mélange est dilué avec du
dichlorométhane et lavé à l’eau. La phase organique est séchée sur Na2SO4, filtrée et
concentrée sous pression réduite. Le produit est purifié par filtration sur silice (éluant :
dichlorométhane) puis par chromatographie sur colonne de silice (éluant :
pentane:dichlorométhane 3:2).
0,34 g de produit (0,66 mmol) sont isolés.
Rendement : 26%
b) Dans un ballon bicol séché sont introduits sous atmosphère d’azote 0,21 g d’amine 69
(0,55 mmol), 2 mL de DMF, 0,25 mL de diisopropyléthylamine (1,4 mmol) et enfin 0,27 g
de 5-iodopent-1-yne (1,4 mmol). Le mélange est chauffé à 60 °C
L’évolution de la réaction est suivie par RMN 1 H : après 44 heures il reste uniquement
du produit bis(alkylé).
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
1,19-1,31 (m, 5 H) CH2 B (1 H), CH2 C/D (2 H), CH2 2 (2 H)
1,38-1,49 (m, 2 H) CH2 2
1,80 (l, 3 H) CH2 C/D et CH2 E (1 H)
1,84 (t, J = 2,6 Hz, 2 H) CH 5
1,87-1,97 (m, 5 H) CH2 B (1 H) et CH2 3
2,18-2,28 (m, 1 H) CH2 E (1 H)
2,32-2,43 (m, 4 H) CH2 1
3,18 (dt, J = 3,2 et 11,2 Hz, 1 H) CH A
4,09 (dt, J = 3,6 et 11,6 Hz, 1 H) CH F

Chapitre III
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
16,0 CH2 3
24,5 CH2 B
25,3 CH2 C/D
25,6 CH2 C/D
27,8 CH2 2
29,4 CH2 E
48,5 CH2 1
52,9 CH F
166
59,5 CH A
68,2 CH 5
84,0 C 4
127,3 C 8/9
129,3 C 8/9
139,7 C 7
(1R,2R)-N,N-di(pent-4-yn-1-yl)-1,2-diaminocyclohexane, 62
O
N
N
Cl
71
O
Cl
Cl
Cl
+
H 2N
NH 2
163,6 C(O) 6
EtOH
t.a. à 65 °C
23 h
N
1
2
3
62, 75%
0,30 g du composé 71 (0,58 mmol) sont dissous dans 6 mL d’éthanol absolu (en
chauffant légèrement) et 0,20 mL d’ethylènediamine (3,0 mmol) sont ajoutés. La solution est
initialement agitée à température ambiante (10 heures), puis 13 heures à 65 °C.
Le mélange réactionnel est ensuite concentré sous pression réduite et le résidu est
repris au dichlorométhane et filtré. Le filtrat est traité avec une solution d’acide chlorhydrique
(1 M) (2 × 10 mL). La phase aqueuse est basifiée avec de l’hydroxyde de sodium jusqu’à pH
supérieur à 10 et le produit est extrait au dichlorométhane (3 × 40 mL). Les phases organiques
sont lavées à l’eau, séchées sur Na2SO4, filtrées et concentrées sous pression réduite.
0,11 g de produit (0,45 mmol) sont obtenus sans autre étape de purification.
Rendement : 75%
C
D
B
E
A
F
NH 2
4
5

RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
0,97-1,18 (m, 4 H) CH2 B/C/D/E
1,58 (m, 5 H) CH2 2 et CH2 B/C/D/E (1 H)
1,70 (m, 2 H) CH2 B/C/D/E
1,82 (br, 2 H) NH2
1,89 (t, J = 2,6 Hz, 2 H) CH 5
1,91 (m, 1 H) CH2 B/C/D/E
2,02 (m, 1 H) CH F
2,16 ( dt, J = 2,6 et 7,0 Hz, 4 H) CH2 3
2,31-2,37 (m, 2 H) CH2 1
2,51-2,58 (m, 3 H) CH2 1 et CH A
RMN 13 C (63 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
16,0 CH2 3
22,7 CH2 B/C/D/E
24,8 CH2 B/C/D/E
25,8 CH2 B/C/D/E
27,5 CH2 2
34,9 CH2 B/C/D/E
Amine 61
N
NH 2
62
+
(EtO) 3Si
N 3
CuBr(PPh3 ) 3
NEt3 ,THF
100 °C, µW
20 min
167
C
D
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
48,2 CH2 1
50,9 CH F
66,4 CH A
68,4 CH 5
84,1 C 4
B
E
A
F
N
NH 2
1
2
3
N
4
5
61
N
N
6
7
O
O
Si
O
8
9
10
2
Un tube pour micro-ondes est introduit dans un tube de Schlenk et y est séché sous
vide. Sous atmosphère d’azote, 50 mg d’amine 62 (0,20 mmol), 2,2 mg de CuBr(PPh3)3
(0,0024 mmol, 0,5%), 0,1 mL de THF, 0,1 mL de triéthylamine fraîchement distillée et 0,10 g

Chapitre III
de 3-azidopropyltriéthoxysilane (0,41 mmol) sont introduits. Quand l’ajout des réactifs est
fini, l’atmosphère est rapidement changée avec un cycle vide/azote. Le tube est retiré du tube
de Schlenk sous courant d’azote, fermé très rapidement et le mélange réactionnel est chauffé à
100 °C avec dans un réacteur à micro-ondes jusqu’à ce que la réaction n’évolue plus (4 fois 5
minutes, la réaction est suivie par IR, par la disparition de la bande de l’azoture à 2096 cm -1 ).
Le mélange réactionnel est ensuite canulé sous courant d’azote dans un tube de
Schlenk séché. Le THF est evaporé sous pression réduite et le produit est extrait au pentane
sec. Le filtrat est concentré sous pression réduite pour obtenir le produit 61 (Annexe A). Un
essai de purification par chromatographie sur colonne de silice a été tenté, mais le produit
s’est dégradé sur la colonne.
Rendement : -
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
0,51-0,55 (m, 4 H) CH2 8
0,98-1,08 (m, 4 H) CH2 B/C/D/E
1,02-1,16 (t, J = 7,0 Hz, 18 H) CH3 10
1,56-1,60 (m, 1 H) CH2 B/C/D
1,66-1,79 (m, 6 H) CH2 B/C/D (2 H) et CH2 2
1,89-1,97 (m, 5 H) CH2 E (1 H) et CH2 7
2,04-2,09 (m, 1 H) CH A
2,31-2,37 (m, 2 H) CH2 1
2,46-2,53 (m, 3 H) CH F et CH2 1
2,56-2,73 (m, 4 H) CH2 3
3,73 (q, J = 7,0 Hz, 12 H) CH2 9
4,24 (t, J = 7,2 Hz, 4 H) CH2 6
7,28 (s, 2 H) CH 5
168

RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
Signaux Attribution
7,3 CH2 8
18,1 CH3 10
22,8 CH2 B/C/D
23,4 CH2 3
24,1 CH2 7
24,9 CH2 B/C/D
25,8 CH2 B/C/D
29,1 CH2 2
2. Préparation de matériaux à partir du précurseur 51
F 3C
i) Procédé sol-gel
S
NH
NH
CF 3
N Si(OEt) 3
S NH
F 3C CF 3
51
+
20 Si(OEt) 4
169
TBAF
H 2 O, EtOH
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
34,9 CH2 E
49,4 CH2 1
51,1 CH F
53,6 CH2 6
58,3 CH2 9
66,7 CH A
120,6 CH 5
147,7 C 4
F 3C
S
NH
NH
CF 3
N SiO .
1,5 20 SiO2
S NH
F 3C CF 3
0,50 g du précurseur 51 (0,58 mmol) sont dissous dans 12 mL d’éthanol absolu
(0,05 M). 2,4 g de TEOS (12 mmol, 20 équivalents), 0,87 g d’eau distillée (48 mmol,
83 équivalents) et 0,12 mL de TBAF (0,12 mmol, solution 1 M dans le THF) sont ajoutés. La
solution est agitée 30 minutes à température ambiante. Le gel formé est laissé sans agitation
72 heures.
Le solide est ensuite essoré et lavé à l’eau (3 × 50 mL), l’éthanol (2 × 50 mL),
l’acétone (2 × 50 mL) et le dichlorométhane (2 × 50 mL). Le matériau ainsi obtenu est séché
sous pression réduite.
M21

Chapitre III
1,2 g de matériau M21 sont obtenus.
ii) Greffage
Dans un ballon équipé d’un appareil de Dean-Stark sont introduits 0,50 g de silice
mésoporeuse SBA-15 activée. 0,43 g de précurseur 51 (0,50 mmol) et 55 mL de toluène
(0,009 M) sont ajoutés. Le mélange est chauffé à reflux pendant 3 jours.
Le mélange est ensuite essoré et lavé à l’éthanol, l’éther, l’acétone et le
dichlorométhane (2 × 50 mL). Le matériau ainsi obtenu est séché sous pression réduite.
0,42 g de matériau M22 sont obtenus.
170

C. Références bibliographiques
171
Immobilisation du catalyseur de Takemoto
(1) Okino, T.; Hoashi, Y.; Takemoto, Y. Journal of the American Chemical Society 2003,
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Chemical Society 2005, 127, 119.
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(8) Liao, Y.-H.; Zhang, H.; Wu, Z.-J.; Cun, L.-F.; Zhang, X.-M.; Yuan, W.-C.
Tetrahedron: Asymmetry 2009, 20, 2397.
(9) Okino, T.; Nakamura, S.; Furukawa, T.; Takemoto, Y. Organic Letters 2004, 6, 625.
(10) Xu, X. N.; Furukawa, T.; Okino, T.; Miyabe, H.; Takemoto, Y. Chemistry - A
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(11) Yamaoka, Y.; Miyabe, H.; Yasui, Y.; Takemoto, Y. Synthesis-Stuttgart 2007, 2571.
(12) Miyabe, H.; Tuchida, S.; Yamauchi, M.; Takemoto, Y. Synthesis-Stuttgart 2006, 3295.
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(14) Procuranti, B.; Connon, S. J. Chemical Communications 2007, 1421.
(15) Kaik, M.; Gawronski, J. Tetrahedron: Asymmetry 2003, 14, 1559.
(16) Gütschow, M.; Powers, J. C. Journal of Organic Chemistry 2001, 66, 4723.
(17) Adima, A.; Moreau, J. J. E.; Wong Chi Man, M. Chirality 2000, 12, 411.
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(19) Moitra, N.; Moreau, J. J. E.; Cattoën, X.; Wong Chi Man, M. Chemical
Communications 2010.
(20) Tashima, T.; Toriumi, Y.; Mochizuki, Y.; Nonomura, T.; Nagaoka, S.; Furukawa, K.;
Tsuru, H.; Adachi-Akahane, S.; Ohwada, T. Bioorganic & Medicinal Chemistry 2006,
14, 8014.

Chapitre III
(21) Mancini, I.; Cavazza, M.; Guella, G.; Pietra, F. Journal of the Chemical Society,
Perkin Transactions 1 1994, 2181.
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(23) Dubois, G.; Tripier, R.; Brandès, S.; Denat, F.; Guilard, R. Journal of Materials
Chemistry 2002, 12, 2255.
(24) Zhang, Y.; Liu, Y.-K.; Kang, T.-R.; Hu, Z.-K.; Chen, Y.-C. Journal of the American
Chemical Society 2008, 130, 2456.
172

Chapitre IV
Matériaux nanostructurés à base de thiourées

A. Résultats et discussion 175
1. Synthèse 176
i) Précurseurs moléculaires 176
ii) Matériaux 177
2. Caractérisation 178
3. Conclusion et perspectives 183
B. Partie expérimentale 185
C. Références bibliographiques 191
174

A. Résultats et discussion
175
Matériaux nanostructurés à base de thiourées
Le contrôle de la structuration d’un matériau peut se réveler crucial pour ses
propriétés. Ce contrôle peut s’exprimer à plusieurs niveaux différents : a) sa morphologie, b)
sa porosité, et c) l’organisation des éléments en son sein.
L’utilisation de surfactants pendant le procédé sol-gel a permis d’élaborer des
matériaux de porosité régulière et de tailles de pores uniformes, notamment les PMO
(Chapitre I.B). 1 Sous certaines conditions, il est même possible d’obtenir des structures
hexagonales 2D. Ces silices hybrides sont organisées à l’échelle mésoscopique grâce à la
présence d’un agent structurant (“template”) externe. Le contrôle de l’organisation au sein du
matériau, à l’échelle moléculaire, sans l’utilisation d’un agent structurant externe, est un autre
challenge des matériaux hybrides important à relever. 2
Dans la majorité des exemples cités dans les chapitres précédents, la finalité du
fragment organique des matériaux hybrides organiques/inorganiques était d’apporter des
propriétés intéressantes quant à leurs applications. Cependant, dans certains cas
d’organosilanes bisilylés pontants, le fragment organique peut être choisi afin de permettre le
contrôle de la structure du matériau. Effectivement, les propriétés d’auto-association d’unités
organiques pontantes permettent de créer des architectures supramoléculaires avant la
condensation. En fonction des conditions du procédé sol-gel, ces architectures peuvent ensuite
induire une organisation et une structuration du matériau à une échelle plus importante que
l’échelle moléculaire initiale (Figure IV.1).
HN
HN
HN
HN
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3
H N H N H N
HN
O O O O
H N H N H N
HN
H
N
O
H N
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3
H
N
O
H N
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3
H
N
O
H N
Si(OEt) 3
O
Si(OEt) 3
OH OH OH OH
HO OH HO OH HO OH HO OH
Si Si Si Si
HN
HN
H N H N H N
O O O
H N H N H N
H
N
O
H N
Si Si Si Si
HO OH HO OH HO OH HO OH
OH OH OH OH
H
N
O
H N
H
N
O
H N
O
O
OH Si OH
O O O O
Si Si
HN
HN
HN
HN
H
N
O O O
H N H N H N
H
N
O
H N
O O
Si Si Si
O O
HO O O O
Si Si
Si Si Si Si
HO O O O O O O O
OH O OH O
Si Si
Si
Si Si
O O
O O O
H
H
N
N
O
H N
H
H
N
N
O
H N
Figure IV.I : Schéma simplifié de structuration d’un matériau par l’intermédiaire de liaisons hydrogène
intramoléculaires formées avant le procédé sol-gel.
Pour pouvoir observer ce type de comportement, il est nécessaire de créer des
interactions assez fortes entre les précurseurs moléculaires pour provoquer leur auto-
O
O

Chapitre IV
organisation. Les interactions le plus souvent utilisées sont les liaisons hydrogène, les forces
de Van de Waals, les interactions π-π et les interactions hydrophobes. Des structures
hélicoïdales, 3 lamellaires, 4-8 tubulaires 9 et hexagonales 8,10 ont été obtenues par cette méthode.
Les urées sont un motif structurant privilégié, récurrent dans la littérature et dont le
choix s’explique par le fait que les deux groupements N-H d’une fonction urée sont de bons
donneurs de liaison hydrogène. De ce fait, des matériaux quasi cristallins ont été préparés à
partir de précurseurs contenant des fonctions urées, comme par exemple le composé 75. 5,11
Dans le cadre de l’immobilisation du catalyseur de Takemoto, nous avons été amenés à
travailler avec des fonctions thiourée. En marge des travaux de préparation d’un précurseur
silylé du catalyseur de Takemoto, nous avons étudié la possibilité de structurer des
silsesquioxanes pontés par l’intermédiaire de fonctions thiourée, qui forment des liaisons
hydrogène plus faibles que les fonctions urée (l’énergie des interactions urée-urée a été
estimée à 12 kcal/mol contre 8 kcal/mol pour des interactions thiourée-thiourée). 12
1. Synthèse
i) Précurseurs moléculaires
Dans cette partie
nous nous sommes
inspirés des travaux sur
l’auto-organisation de
silsesquioxanes pontants
réalisés antérieurement au
sein de notre équipe avec
des groupements urée. 5
(EtO) 3Si
Par analogie avec le composé 75, nous avons synthétisé les précurseurs silylés 76 et 77
contenant deux fonctions thiourée et un fragment aromatique pour renforcer les interactions
intermoléculaires par π-stacking.
Pour la synthèse des précurseurs, nous avons initialement considéré la possibilité de
faire réagir de 3-isothiocyanatopropyltriéthoxysilane 13 avec les di(amines) aromatiques
correspondantes. Cependant, alors que la formation de la mono(thiourée) est facile (1 nuit à
50 °C), la bis(thiourée) 76 n’a pas pu être obtenue. Il est probable que la formation de la
première thiourée désactive la fonction amine restante. Le même comportement a été observé
avec la benzidine (4,4′-diaminobiphényle).
(EtO) 3Si N N
N N
H H
H H
176
O O
(EtO) 3Si N N
N N
H H
H H
N
H
S
N
H
S S
N
H
S
N
H
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3
Si(OEt) 3
75
76
77

NH 2
NH 2
n
n = 1 ou 2
+ 2
NCS
Si(OEt) 3
THF
50 °C
177
Matériaux nanostructurés à base de thiourées
S S
(EtO) 3Si N N
N N
H H
H H
n
76, n = 1
77, n = 2
Schéma IV.1 : Première voie de synthèse des précurseurs 76 et 77.
Si(OEt) 3
Pour contourner ce problème de réactivité, les deux bis(isothiocyanates) 78 et 79 ont
été synthétisés en une étape à partir de la p-phénylènediamine et de la benzidine
respectivement. Les fonctions thiourée ont été formées par réaction de ces composés avec le
3-aminopropyltriéthoxysilane. Les précurseurs 76 et 77 ont été obtenus avec de bons
rendements (76% et 84% respectivement).
NCS
n
NCS
78, n = 1
79, n = 2
H 2N NH 2
n
+ 2
n = 1 ou 2
NH 2
ii) Matériaux
Si(OEt) 3
+ 2
THF
50 °C
Cl
S
Cl
NaHCO 3
H 2 O/CHCl 3
t.a.
SCN NCS
S S
n
78, n = 1, 38%
79, n = 2, 94%
(EtO) 3Si N N
N N
H H
H H
n
76, n = 1, 76%
77, n = 2, 84%
Schéma IV.2 : Deuxième voie de synthèse des précurseurs 76 et 77.
Si(OEt) 3
A partir des précurseurs 76 et 77, deux séries de matériaux M24/M25 et M26/M27
ont été préparés par le procédé sol-gel (Tableau IV.1). Les matériaux M24 et M25 sont
préparés en milieu purement aqueux (hétérogène) alors que les matériaux M26 et M27 sont
préparés dans un mélange 1/1 THF/eau. Dans les deux cas un catalyseur acide (HCl) est
utilisé.

Chapitre IV
76, n = 1
77, n = 2
HN
HN
S
S
n
N
H
Si(OEt) 3
H
N Si(OEt) 3
HCl
Solvant
80 °C
178
HN
HN
S
S
n
N
H
SiO 1,5
H
N SiO 1,5
M24 et M26, n = 1
M25 et M27, n = 2
Entrée Matériau Précurseur Solvant
1 M24 76 H2O
2 M25 77 H2O
3 M26 76 H2O/THF
4 M27 77 H2O/THF
Tableau IV.1 : Matériaux préparés par le procédé sol-gel à partir des précurseurs 76 et 77.
2. Caractérisation
Par RMN du solide 13 C et 29 Si nous avons pu constater que le fragment organique est
bien incorporé dans les matériaux et que les liaisons Si-C n’ont pas été coupées pendant la
réaction sol-gel. Les spectres 13 C des matériaux M26 et M27 (Figure IV.2) et les spectres 29 Si
des matériaux M24 et M26 (Figure IV.3) sont donnés à titre d’exemple. En RMN du solide
13 C tous les signaux attendus ont pu être observés, notamment le C=S de la fonction thiourée
vers 180 ppm et le signal correspondant au groupement CH2-Si vers 12 ppm.
A. B.
280
240
200
181,5
160
131,5
120
80
48,2
40
24,0
12,1
* * *
*
δ (ppm)
0
Figure IV.2 : Spectres RMN du solide 13 C CP-MAS des matériaux M26 (A.) et M27 (B.) ;
280
* : bandes de rotation.
240
200
179,3
*
160
138,0
127,6
δ (ppm)
120
*
80
47,8
40
23,7
11,6
0

179
Matériaux nanostructurés à base de thiourées
Les spectres 13 C sont similaires pour tous les matériaux (Figure IV.2). En revanche,
les spectres 29 Si diffèrent nettement (Figure IV.3). Les matériaux préparés dans un milieu
H2O/THF présentent un degré de condensation important (le signal correspondant aux unités
T3 (C-Si(OSi)3) est largement majoritaire). Au contraire, les matériaux préparés dans un
milieu purement aqueux présentent un taux de condensation plus faible (le signal
correspondant aux unités T2 (C-Si(OSi)2(OR′)) est majoritaire). Dans tous les cas, aucun
signal d’unité Q n’est observé (-80 à -110 ppm) confirmant que les liaisons Si-C ne sont pas
coupées.
0
A.
-20
Figure IV.3 : Spectres RMN solide 29 Si CP-MAS des matériaux M24 (A.) et M26 (B.).
Par mesures d’adsorption/désorption d’azote nous avons constaté que les matériaux
préparés ne sont pas poreux (surfaces spécifiques de 4 à 40 m 2 /g).
Par microscopie électronique à balayage (MEB) et microscopie électronique en
transmission (MET), nous avons pu constater des variations significatives de la morphologie
des matériaux M24-M27 en fonction des conditions employées pendant le procédé sol-gel
(Figure IV.4).
-40
T1
T2
-58,8
-60
- 66,7
δ (ppm)
T3
-80
-100
-120
0
B.
-20
-40
T2
-60
- 66,1
δ (ppm)
T3
-80
-100
-120

Chapitre IV
a) b)
c)
e) f)
g)
Figure IV.4 : Photos de MEB (gauche) et de MET (droite) des matériaux : a) et b) M24 ; c) et d) M25 ; e) et f)
M26 ; g) et h) M27.
180
100 nm
d)
100 nm
500 nm
h) 2 µm

181
Matériaux nanostructurés à base de thiourées
Le matériau M24 présente une morphologie semblable à une éponge (Figure IV.4 a))
qui serait constituée de films très fins enchevêtrés les uns dans les autres (Figure IV.4 b)). Sur
les images de MEB on a également constaté la présence de certaines structures sphériques. Le
matériau M25 ne présente aucune morphologie particulière (Figure IV.4 photos c) et d)). Le
matériau M26 est constitué de sphères de tailles assez variées allant de 100 nm à quelques
micromètres (Figure IV.4 e)). Cette morphologie est corroborée par les images de MET
(Figure IV.4, f)) où des agglomérats de petites sphères on pu être observés. Finalement le
matériau M27 présente une structure fibreuse constituée de rubans incurvés de tailles variable
(Figure IV.4, images g) et h)).
Les analyses par diffraction de rayons X sur poudre peuvent révéler la présence d’une
structuration dans des matériaux non-cristallins. Sur un diffractogramme de rayons X deux
régions sont distinguées. La région des petits angles (0,1-10 nm -1 ) où l’on observe des pics
associés à des répétitions de distances importantes (par exemple d1, Figure IV.5). La largeur
des pics peut être reliée à la régularité de l’organisation. En effet, plus les pics sont fins, plus
la distance moyenne sur laquelle des répétitions régulières sont observées est importante. La
présence et la position d’harmoniques permet d’attribuer le cas échéant une structure
particulière (hexagonale, lamellaire) au matériau. Dans la région des grands angles (10-25 nm -
1 ) on observe des répétitions de petites distances (par exemple d2, Figure IV.5).
O
O
Si
O
O
O
Si
O
O
O
O
O
Si Si
Si Si
O
d 2
O
O
O
O
O
Si Si
O
O O
O
O
O
Si Si
Si Si
= groupement organique
O
O
O
Si Si
Figure IV.5 : Répétitions qui peuvent être observées par diffraction de rayons X.
O
O
Les matériaux M25 et M27 présentent un pic très large vers 15 nm -1 qui est
caractéristique des matériaux à base de silice et qui correspond à la répétition des ponts
d 1
O
O
O
O
O
O
Si
Si
O
O

Chapitre IV
siloxane (Si-O-Si). Aucun autre pic n’étant observé, ces matériaux sont amorphes (Annexe B,
Figures B.1 et B.2).
Sur le diffractogramme du matériau M24 (Figure IV.6, gauche) deux pics fins sont
observés à 13,2 et 15,2 nm -1 . Ces pics peuvent être attribués à des répétitions plus régulières
de liaisons Si-O-Si mais également à des répétitions dues à des liaisons hydrogène
intermoléculaires entre thiourées adjacentes. 14,15
Sur le diffractogramme du matériau M26 (Figure IV.6, droite), qui est le plus structuré
des 4 matériaux, deux pics sont observés à 3,3, 5,0 nm -1 ainsi qu’une bande large à 14,8 nm -1
qui peut être attribuée, comme pour les matériaux précédents, aux répétitions de liaisons
hydrogène intermoléculaires entre les groupements thiourée et aux ponts siloxane formés
pendant l’étape de condensation. Les pics à 3,3 et 5,0 nm -1 ont un rapport de 1,5 et pourraient
donc correspondre aux harmoniques de deuxième et troisième ordre d’une structure lamellaire
avec le premier harmonique qui se trouverait à 1,65 nm -1 , mais que l’on ne peut pas voir sur le
diffractogramme. Si la diffraction de rayons X aux petits angles venait confirmer cette
supposition on pourrait en conclure que le matériau M26 présente une structure lamellaire.
Dans ce cas, la distance de répétition serait de l’ordre de 3,8 nm et correspondrait à deux
motifs Si(CH2)3NHC(S)NHC6H4NHC(S)NH(CH2)3Si-O. En effet, dans le cas du matériau
structuré obtenu à partir du précurseur 75 une distance de répétition de 1,97 nm est constatée. 5
Cependant, le matériau M26 est beaucoup moins bien structuré, comme le démontre la
largeur des pics du diffractogramme.
700
600
500
400
300
200
100
0
0 5 10 15 20 25
140
120
100
80
60
40
q (nm -1 )
10 15 20 25
q (nm -1 )
13,2 15,2
Figure IV.6 : Diffractogramme de rayons X des matériaux M24 (gauche) et M26 (droite).
182
200
180
160
140
120
100
80
60
40
3,3
5,0
14,8
0 5 10 15 20 25
q (nm -1 )

3. Conclusion et perspectives
183
Matériaux nanostructurés à base de thiourées
Les conditions employées pour la préparation des matériaux M24 et M26 par le
procédé sol-gel sont similaires à celles décrites dans la littérature pour des précurseurs
contenant des fonctions urée. 5,6 Un matériau nanostructuré a pu être obtenu avec un degré de
structuration moins important que dans le cas des urées. Un précurseur contenant deux
noyaux aromatiques a également été utilisé pour renforcer les interactions intermoléculaires
mais sans succès : les matériaux obtenus à partir du précurseur 77 sont complètement
amorphes. Les liaisons hydrogène développées entre des groupements thiourée sont moins
fortes par rapport aux groupements urée 16 En conséquence, il semblerait que les précurseurs
contenant les fonctions thiourée ne s’auto-assemblent pas aussi facilement à l’échelle
moléculaire que dans le cas des urées ; il en résulte la structuration plus faible observée.
A partir de ces essais préliminaires, deux approches pourraient être envisagées pour
essayer de structurer les matériaux obtenus à partir du précurseur 76 :
A. Nous pourrions faire varier les conditions réactionnelles (rapport THF/H2O,
température…).
B. Dans tous les cas de figure décrits ici les précurseurs n’étaient pas complètement
solubles dans le milieu réactionnel. Un solvant organique où le précurseur est
initialement soluble, le DMSO par exemple, pourrait remplacer le THF.
La première voie de synthèse que nous avions envisagée (réaction de l’isothiocyanate de
3-propyltriéthoxysilane avec les di(amines) aromatiques correspondantes) a conduit
principalement à la formation des dérivés mono(thiourée). En optimisant les conditions
réactionnelles le dérivé mono(thiourée) 80 pourrait être isolé. Nous pourrions alors faire
réagir la fonction amine restante avec l’isocyanate de 3-propyltriéthoxysilane pour obtenir le
composé 81 contenant une fonction urée et une fonction thiourée. Ses propriétés d’auto-
assemblage et la formation de matériaux structurés à partir de ce composé seraient
intéressantes à explorer.
NH 2
NH 2
NCS
Si(OEt) 3
HN
S
NH 2
N
H
80
Si(OEt) 3
NCO
Si(OEt) 3
HN
HN
S
O
N
H
Si(OEt) 3
H
N Si(OEt) 3
Schéma IV.3 : Synthèse d’un composé contenant une fonction urée et une fonction thiourée.
81

Chapitre IV
En essayant d’immobiliser le catalyseur de Takemoto (Chapitre III) nous avons
constaté que les liaisons thiourées sont fragiles et peuvent être coupées en conditions
basiques. Nous pourrions exploiter cette réactivité pour couper les liaisons thiourées dans les
matériaux après structuration. Si la structure du matériau ne s’effondre pas, cela nous
permettrait d’obtenir un matériau poreux contenant des fonctions amines distribuées de façon
homogène et contrôlée dans tout le réseau poreux du matériau.
184

B. Partie expérimentale
185
Matériaux nanostructurés à base de thiourées
Réaction de la p-phénylènediamine avec le 3-isothiocyanatopropyltriéthoxysilane
NH 2
NH 2
+ 2
NCS
Si(OEt) 3
THF
50 °C
S S
(EtO) 3Si N N
N N
H H
H H
76
Si(OEt) 3
Dans un tube de Schlenk séché sont introduits 0,32 g de p-phenylènediamine
(3,0 mmol), 20 mL de THF anhydre et 1,6 g de 3-isothiocyanatopropyltriéthoxysilane
(6,1 mmol). La solution est chauffée à 50 °C pendant 24 heures.
Par RMN nous avons constaté que la réaction n’est pas complète : il y a
principalement formation de la mono(thiourée). Cette voie de synthèse est donc abandonnée.
Composé 78
H 2N NH 2
+ 2
Cl
S
Cl
NaHCO 3
H 2 O/CHCl 3
t.a.
SCN NCS
78, 38%
1,1 g de p-phenylènediamine (10 mmol) sont dissous dans 100 mL de chloroforme.
Une solution de 1,9 g de bicarbonate de sodium (23 mmol) dans 30 mL d’eau permutée est
ajoutée. Le mélange est agité vigoureusement pendant 5 minutes puis 2,0 mL de CSCl2 (26
mmol) sont ajoutés. Le mélange réactionnel est agité pendant 14 heures à température
ambiante.
Le mélange est ensuite versé dans une ampoule à décanter. La phase organique est
séparée, séchée sur MgSO4, filtrée et concentrée sous pression réduite. Le résidu est trituré
avec de l’éthanol, essoré puis séché.
0,74 g de produit (3,9 mmol) sont obtenus.
Rendement : 38%

Chapitre IV
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
7,20 (s, 4 H)
RMN 13 C (100 MHz, CDCl3), δ ppm
126,9 CH
130,1 C
136,3 C(S)
Composé 79
H 2N
NH 2
+ 2
Cl
S
Cl
186
NaHCO 3
H 2 O/CHCl 3
t.a.
SCN
79, 94%
0,38 g de 4,4′-diamino biphényle (2,1 mmol) sont dissous dans 30 mL de chloroforme.
Une solution de 0,41 g de bicarbonate de sodium (4,9 mmol) dans 10 mL d’eau permutée est
ajoutée. Le mélange est agité vigoureusement pendant pendant 10 minutes puis 0,42 mL de
CSCl2 (5,5 mmol) sont ajoutés. Le mélange réactionnel est agité à température ambiante
pendant 2 heures.
Le mélange est ensuite versé dans une ampoule à décanter. La phase organique est
séparée, séchée sur MgSO4, filtrée et concentrée sous pression réduite. Le résidu est trituré
avec de l’éthanol, essoré pui séché.
0,52 g de produit (1,9 mmol) sont obtenus.
Rendement : 94%
RMN 1 H (400 MHz, CDCl3), δ ppm
7,30 (d, J = 8,5 Hz, 4 H)
7,54 (d, J = 8,5 Hz, 4 H)
NCS

Composé 76 17
NCS
NCS
78
+ 2
NH 2
Si(OEt) 3
THF
50 °C
187
Matériaux nanostructurés à base de thiourées
S S
(EtO) 3Si N N
N N
H H
H H
76, 76%
Si(OEt) 3
Dans un tube de Schlenk séché sont introduits 0,38 g du composé 78 (2,0 mmol),
15 mL de THF anhydre et 1,1 mL de 3-aminopropyltriéthoxysilane distillé (4,7 mmol). La
solution est chauffée à 50 °C pendant 14 heures.
Le mélange réactionnel est ensuite concentré sous pression réduite et le produit est
purifié par lavages au pentane anhydre (3 × 10 mL) puis séché.
0,96 g de produit (1,5 mmol) sont obtenus.
Rendement : 76%
RMN 1 H (400 MHz, DMSO-d6), δ ppm
0,57 (m, 4 H)
1,16 (t, J = 7,0 Hz, 18 H)
1,59 (m, 4 H)
3,44 (l, 4 H)
RMN 13 C (100 MHz, DMSO-d6), δ ppm
7,3 CH2
18,2 CH3
22,0 CH2
46,3 CH2
RMN 29 Si (20 MHz, DMSO-d6), δ ppm
- 45,3
3,76 (q, J = 7,0 Hz, 12 H)
7,33 (s, 4 H)
7,69 (l, 2 H)
9,40 (l, 2 H)
57,7 CH2
123,3 CH
135,3 C
180,2 C(S)

Chapitre IV
Composé 77
NCS
NCS
79
+ 2
NH 2
Si(OEt) 3
THF
50 °C
(EtO) 3Si
N
H
188
S
N H
77, 84%
N
H
S
N
H
Si(OEt) 3
Dans un tube de Schlenk séché sont successivement introduits 0,42 g du composé 79
(1,6 mmol), 15 mL de THF anhydre et 0,85 mL de 3-aminopropyltriéthoxysilane (1,6 mmol).
La solution est chauffée à 50 °C pendant 14 heures.
Le mélange réactionnel est ensuite concentré sous pression réduite et le résidu est lavé
au pentane anhydre (3 × 10 mL) puis séché.
0,94 g de produit bisilylé (1,3 mmol) sont obtenus.
Rendement : 84%
RMN 1 H (400 MHz, DMSO-d6), δ ppm
0,58 (m, 4 H)
1,15 (t, J = 7,0 Hz, 18 H)
1,60 (m, 4 H)
3,45 (l, 4 H)
3,76 (q, J = 7,0 Hz, 12 H)
RMN 13 C (100 MHz, DMSO-d6), δ ppm
7,4 CH2
18,2 CH3
22,1 CH2
46,5 CH2
57,7 CH2
RMN 29 Si (20 MHz, DMSO-d6), δ ppm
- 45,9
7,48 (d, J = 8,6 Hz, 4 H)
7,60 (d, J = 8,6 Hz, 4 H)
7,85 (l, 2 H)
9,54 (l, 2 H)
123,1 CH
126,4 CH
135,1 C
138,5 C
180,1 C(S)

Préparation des matériaux M24 et M25 en milieu aqueux
HN
HN
S
S
n
N
H
Si(OEt) 3
H
N Si(OEt) 3
76, n = 1
77, n = 2
HCl
H2O 80 °C
189
Matériaux nanostructurés à base de thiourées
HN
HN
S
S
n
N
H
SiO 1,5
H
N SiO 1,5
M24, n = 1
M25, n = 2
Dans un tube scellable sont introduits 0,50 mmol de précurseur 76 ou 77, 5,4 mL
d’eau distillée (0,30 mol) et 0,10 mL d’acide chlorhydrique 1 M (0,10 mmol de HCl). Le tube
est fermé et le mélange est agité à 80 °C pendant 30 minutes. L’agitation est alors arrêtée et le
mélange est chauffé à 80 °C pendant 48 heures.
Le solide est ensuite essoré et lavé successivement à l’eau, à l’éthanol, à l’acétone et à
l’éther et séché sous pression réduite à température ambiante.
Les matériaux M24 et M25 sont obtenus sous la forme de poudres blanches.
Rapports molaires du mélange réactionnel : précurseur/H2O/HCl : 1/600/0,2
Préparation des matériaux M26 et M27 en milieu H2O/THF
HN
HN
S
S
n
N
H
Si(OEt) 3
H
N Si(OEt) 3
76, n = 1
77, n = 2
HCl
H 2 O/THF
80 °C
HN
HN
S
S
n
N
H
SiO 1,5
H
N SiO 1,5
M26, n = 1
M27, n = 2
Dans un tube scellable sont introduits 0,55 mmol de précurseur 76 ou 77 et 3,6 mL de
THF anhydre. 0,20 mol d’eau distillée (3,6 mL) et 0,10 mL d’acide chlorhydrique 1 M

Chapitre IV
(0,10 mmol de HCl) sont ajoutés. Le tube est fermé et le mélange est agité à 80 °C pendant
une heure. L’agitation est alors arrêtée et le mélange est chauffé à 80 °C pendant 48 heures.
Le solide est ensuite essoré et lavé successivement à l’eau, à l’éthanol, à l’acétone et à
l’éther et séché sous pression réduite à température ambiante.
Les matériaux M26 et M27 sont obtenus sous la forme de poudres blanche et jaune
respectivement.
190

C. Références bibliographiques
191
Matériaux nanostructurés à base de thiourées
(1) Hoffmann, F.; Cornelius, M.; Morell, J.; Fröba, M. Angewandte Chemie International
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Science 2008, 64, 491.

Chapitre IV
(17) Cauzzi, D.; Costa, M.; Gonsalvi, L.; Pellinghelli, M. A.; Predieri, G.; Tiripicchio, A.;
Zanoni, R. Journal of Organometallic Chemistry 1997, 541, 377.
192

Conclusion générale

195
Conclusion générale
Ces travaux de thèse ont porté sur la préparation par voie sol-gel de silices hybrides
contenant un organocatalyseur asymétrique. A l’amorce du projet dans lequel s’inscrit cette
thèse, le procédé sol-gel, contrairement au greffage, n’avait jamais encore été utilisé pour
immobiliser des catalyseurs organiques.
Les deux catalyseurs avec lequels nous avons travaillé activent les réactifs et les
positionnent dans l’espace par l’intermédiaire de liaisons hydrogène. Dans un premier temps,
avec la L-proline pour modèle nous avons démontré la faisabilité de notre approche et ses
limites et, dans un deuxième temps, nous avons tenté d’immobiliser le catalyseur de
Takemoto qui est un catalyseur de structure un peu plus élaborée. Cette deuxième partie nous
a parallèlement permis de nous familiariser avec la chimie des thiourées.
L’immobilisation par voie sol-gel de catalyseurs qui font intervenir des liaisons
hydrogène dans leur cycle catalytique s’est avérée être une opération assez délicate. Comme
nous l’avons montré dans le deuxième chapitre, les silanols libres du matériau peuvent entrer
en compétition avec le groupement donneur de liaisons hydrogène du catalyseur et conduire à
une diminution de son énantiosélectivité. Contrairement aux matériaux obtenus par greffage
où généralement la concentration des silanols libres à la surface des matériaux est
relativement faible, les matériaux préparés par voie sol-gel, en présence de TEOS,
contiennent plus de silanols qui peuvent perturber la formation de liaisons hydrogène par le
catalyseur.
Cependant, l’immobilisation de catalyseurs par le procédé sol-gel devrait présenter des
avantages importants par rapport au greffage : les fragments organiques sont répartis dans tout
le matériau hybride de manière plus homogène et les sites actifs sont ainsi plus isolés les uns
des autres. Dès lors l’immobilisation de catalyseurs à liaisons hydrogène par voie sol-gel est
un défi qu’il est intéressant de relever.
Pour s’affranchir des silanols générés pendant l’hydrolyse des groupements
trialkoxysilane, un traitement chimique de surface est envisageable. D’autres supports
méritent également d’être étudiés. Les PMO par exemple ; ces matériaux hybrides apporteront
une porosité importante et régulière au matériau, mais surtout une concentration plus faible en
silanols de surface. La variation de la balance hydrophile/hydrophobe peut avoir des
conséquences intéressantes à explorer sur les performances catalytiques des matériaux. Par
ailleurs, les phosphonates de zirconium, où des groupements organiques bloquent la surface
de l’oxyde et rendent les groupements hydroxyle inaccessibles, pourraient être une autre
alternative prometteuse à considérer pour l’immobilisation de ce type d’organocatalyseurs.

Conclusion générale
Le procédé sol-gel devrait être plus adapté à l’immobilisation de catalyseurs où
l’induction asymétrique est engendrée par des répulsions stériques, comme par exemple les
éthers de diarylprolinol ou les imidazolidinones de MacMillan. Ces familles de catalyseurs
n’ont pour l’instant été supportées que par greffage. La présence des silanols de surface ne
devrait pas intervenir dans le cycle catalytique de ces organocatalyseurs ; en conséquence, les
possibilités d’immobilisation par voie sol-gel sont prometteuses.
Il serait particulièrement intéressant de réussir à créer des poches catalytiques en
immobilisant un catalyseur organique dans un environnement chiral puis d’explorer
l’influence de cet environnement sur l’induction asymétrique obtenue. La préparation de
matériaux de ce type nous permettra à long terme de développer des catalyseurs qui
approcheront l’idéal des poches enzymatiques.
196

Annexes

δ (ppm)
150
125
100
75
50
25
0
18,1
*
Annexe A : Spectres RMN du composé 61
51,1
*
*
*
120,6
66,7
*
Figure A.1 : Spectre RMN 13 C du composé 61 avant purification par chromatographie.
199
49,4
147,7
29,1
23,4
7,3
52,1
24,1
Annexes
58,3

Annexes
δ (ppm)
8
6
4
2
0
Figure A.2 : Spectre 1 H RMN du composé 61 avant purification par chromatographie.
200

Annexe B : Diffractogrammes de rayons X des matériaux M25 et M27
2000
1500
1000
500
0
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
140
120
100
80
60
40
0 5 10 15 20 25
q (nm -1 )
Figure B.1 : Diffractogramme du matériau M25.
Figure B.2 : Diffractogramme du matériau M27.
201
10 15 20 25
q (nm -1 )
120
110
100
90
80
70
60
50
40
15,4
10 15 20 25
q (nn -1 )
0
0 5 10 15 20 25
q (nm -1 )
16,0
Annexes

Résumé
L’organocatalyse asymétrique est un domaine en plein développement.
L’immobilisation de ce type de catalyseurs pourrait présenter de multiples avantages. Ces
travaux de thèse s’intéressent à la préparation de silices hybrides organiques/inorganiques par
voie sol-gel et aux applications de ces matériaux en organocatalyse asymétrique. La première
partie du manuscrit est consacrée à une présentation bibliographique du sujet. Dans la
deuxième partie, l’utilisation de la L-proline comme modèle est décrite. Des matériaux
contenant un fragment L-proline ont été préparés et leurs performances catalytiques évaluées
pour une réaction d’aldolisation asymétrique. Les processus à l’origine des propriétés
catalytiques modérées de ces catalyseurs supportés sont discutés. La troisième partie porte sur
le catalyseur de Takemoto, organocatalyseur bifonctionnel contenant un groupement donneur
de liaisons hydrogène et une fonction amine tertiaire. Les différentes stratégies envisagées
pour préparer des dérivés silylés de ce catalyseur sont exposées. Enfin, la nanostructuration de
silsesquioxanes par le biais de liaisons hydrogène entre fonctions thiourée est présentée.
Mot-clés : organocatalyse asymétrique, catalyse supportée, silices hybrides, L-proline,
thiourée, liaisons hydrogène,
Abstract
Asymmetric organocatalysis is a blossoming area of research. Immobilisation of this
kind of catalysts could present numerous advantages. This thesis deals with the sol-gel
synthesis of organic/inorganic hybrid silicas and their applications in asymmetric
organocatalysis. The first part of this work is dedicated to a bibliographic presentation of this
area of research. In the second part, the use of L-proline as a model is described. Hybrid
materials containing a L-proline component were prepared and their catalytic performances
were evaluated in an asymmetric aldolisation reaction. The processes accounting for the
moderate performances of these materials are discussed. The third part relates the synthetic
strategies used to prepare silylated derivatives of the Takemoto catalyst, a bifunctional
catalyst containig a H-bond donnor and a tertiary amine. Finally the nanostructuring of
bridged silsesquioxanes through H-bonding interactions between thiourea cross-linkers is
presented.
Keywords : asymmetric organocatalysis, supported catalysis, hybrid silicas, L-proline,
thiourea, hydrogen bonding
204