La réactivité des complexes de palladium dépend de leur valence. Ainsi, le palladium(II) agit plutôt comme un acide de Lewis alors que le palladium(0) a plutôt une nature nucléophile.

Complexes p-allyles du palladium

Lorsque l'on a une molécule qui possède une fonction allylique avec en position 3 un groupe partant, alors à l'aide d'un complexe de palladium on peut former un complexe p-allyle du palladium sur lequel on pourra aisément additionner un nucléophile. Cette réaction est la substitution allylique de Tsuji-Trost. (Trost et al. J. Am. Chem. Soc. 1973, 95, 292; Tsuji et al. Tetrahedron Lett. 1965, 4387).
C'est une réaction qui a lieu principalement avec les complexes de palladium mais on note cependant quelques exemples avec le tungstène, le molybdène, le fer ou encore l'iridium.

Mécanisme :

 

La première étape du mécanisme est une addition oxydante du métal sur le substrat. Le palladium se fixe en anti du groupe partant. Ensuite, l'évolution de la réaction dépend de la nature du nucléophile :

  • Si le nucléophile est dur (voir le chapitre sur les composés carbonylés), ce qui est le cas notamment des zinciques et des formiates, alors il y a attaque du nucléophile directement sur le métal. Puis lors de l'élimination réductrice, le nucléophile se "déplace" du métal vers le substrat, avec globalement inversion de configuration.
  • Si le nucléophile est mou, ce qui est notamment le cas des malonates, alcools, amines et autres b‑cétoesters, alors, dans ce cas, on a globalement une rétention de configuration.

Exemple en synthèse : L'exemple suivant est un peu particulier puisqu'il va permettre de faire une réaction de couplage entre un complexe p-allyle et un nucléophile organométallique non usuel.

Régiosélectivité : La régiosélectivité de l'attaque du nucléophile sur le complexe p-allyle dépend de la nature du métal utilisé. Ainsi lorsque l'on utilise du palladium, l'attaque du nucléophile se produit majoritairement sur le carbone le moins substitué. En revanche, avec un p-allyle du molybdène, c'est le carbone le plus substitué qui est attaqué majoritairement.

 

 

Couplages Palladocatalysés

  • Couplage de Heck

  • (Heck, R. F. Palladium Reagents in Organic Synthesis; Academic London, 1985).
    • Principe général : La réaction de Heck permet de réaliser un couplage entre un halogène et un alcène. C'est certainement le plus répandu des couplages palladocatalysés, les autres étant basés sur ce modèle.

Il est préférable qu'il n'y ait pas de H en b de R1 pour éviter toute réaction de b-élimination.
A quelques exceptions près dues notamment aux composés de départ, on forme l'alcène le plus stable c'est-à-dire celui de stéréochimie E.
A cause des différentes restrictions liées à la nature de R1, X, R2, cette réaction de couplage reste quand même très limitée à certain type de substrats.

  • Cycle catalytique

Le palladium est donc introduit en quantité catalytique puisqu'il est régénéré au cours du processus catalytique. L'étape de rotation est fondamentale puisqu'elle va permettre de placer un hydrogène en b du palladium. Ce qui va donc conduire à une b-élimination ou syn-élimination. Ceci explique aussi pourquoi il ne faut pas d'hydrogène en b sur R1, car sinon avant la syn-addition de l'alcène on aura une b-élimination.

    • Exemple en synthèse : Synthesis 1993, 876.

La triphénylphosphine est additionnée au milieu de façon à stabiliser l'espèce catalytique en solution. Cependant, d'autres phosphines peuvent aussi être utilisées.

  • Couplage de Sonogashira

    • Principe général : Sonogashira et al. Tetrahedron Lett. 1975, 4467.

    • Cycle catalytique

L'espèce cuivrée est obtenue à partir de CuX et à l'aide de la base. CuX est placé en quantité catalytique et est régénéré au cours de la réaction.

Exemple en synthèse Hoffmann et al. Org. Lett. 2002, 4, 3239-3242.

  • Couplage de Suzuki

  • (Pour une revue sur le sujet voir : Suzuki Pure Appli. Chem. 1991, 63, 419-422.
    • Principe général

    • Cycle catalytique

    • Exemple en synthèse : Can. J. Chem. 2001, 79, 1827.

  • Couplage de Stille

    • Principe général : Stille J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 3636.

    • Cycle catalytique

    • Exemple en synthèse J. Org. Chem. 1998, 63, 2068.

La conclusion de tous ces couplages, c'est qu'ils sont tous calqués sur le même modèle. Concernant le cycle catalytique, celui-ci démarre toujours par une addition oxydante du dérivé halogéné, et se termine toujours par une élimination réductrice pour libérer le produit attendu et régénérer le catalyseur.
Un autre point important, c'est que ces couplages restent limités à l'utilisation de certains groupements R, de certaines espèces palladiées, ainsi que certains dérivés halogènes. D'ailleurs, pour tout ces couplages, de façon générale, il est à noter que le couplage marche mieux lorsque X = I > OTf > Br >> Cl 

 

Réactions Palladocalysées

  • Insertion de CO : L'insertion de monoxyde de carbone, permet des réactions de carbonylation d'halogénures catalysés par le palladium.

Le produit obtenu dépend de la nature du nucléophile. En effet, lorsque l'on utilise un alcool comme nucléophile, on forme un ester. Si on utilise une amine, alors il se forme un amide. Enfin, par utilisation d'hydrogène on forme un aldéhyde.
A noter qu'il existe aussi des exemples de réaction dans lesquels le nucléophile est un organométallique, cependant, dans ce cas on n'utilise pas de triéthylamine, il se forme une cétone.

Mécanisme :

    • Oxydation de Wacker

Pour la formation des cétones méthylées l'addition de DMF dans le milieu facilite la réaction. Par ailleurs, dans certaines conditions, l'addition de tBuOOH à la place du dioxygène peut s'avérer plus efficace.

Cycle catalytique :

Résumé du cycle catalytique :

Quelques variations :

  • Si l'on fait la réaction d'oxydation de l'éthylène, non plus avec de l'eau mais en présence d'acide acétique, alors on change d'espèce nucléophile et le produit de la réaction est différent :

  • De même, si la réaction est conduite en présence de monoxyde de carbone, il y a insertion de CO dans la liaison Pd-C, ce qui conduit à la formation du ligand acyle, la réaction s'écrit donc :

 

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