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RÉSUMÉ
La catalyse de coordination désigne les réactions catalytiques avec des complexes des métaux de transition solubles, susceptibles d’activer par coordination réactifs et substrats. Cet article rappelle des notions sur les complexes de coordination des métaux de transition et les réactions spécifiques associées. Puis il présente le principe et les différentes étapes de la catalyse par les complexes de coordination. Et enfin il détaille les réactions, comme l'isomérisation ou l'hydrogénation, qui n'introduisent pas de fonction nouvelle dans le substrat.
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Dominique COMMEREUC : Docteur-Ingénieur de l’École nationale supérieure du pétrole et des moteurs (ENSPM) - Ingénieur principal à l’Institut français du pétrole (IFP)
INTRODUCTION
La catalyse de coordination comprend les réactions catalytiques mettant en œuvre les complexes des métaux de transition solubles, susceptibles d’activer par coordination réactifs et substrats.
Le terme catalyse de coordination est préféré au terme catalyse homogène, qui est également utilisé à propos de la catalyse par les acides et par les bases.
Dans la première partie de cet article, avant d’aborder les réactions catalytiques, nous ferons quelques rappels concernant les complexes de coordination des métaux de transition et les réactions spécifiques auxquelles ils donnent lieu.
De nombreux ouvrages traitent de la chimie des complexes de coordination. On pourra consulter, par exemple, les traités de Cotton et Wilkinson, et récemment d’Astruc [1] [2] .
Après ces rappels de chimie de coordination, nous présenterons les réactions catalytiques dans lesquelles la fonctionnalité du substrat n’est pas modifiée, comprenant l’isomérisation de position de la double liaison des alcènes, l’hydrogénation, la dimérisation, l’oligomérisation, la polymérisation, la métathèse et les réactions de couplage carbone-carbone.
Dans une deuxième partie , nous traiterons des réactions catalytiques au cours desquelles la fonctionnalité du substrat est modifiée.
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- Version archivée 1 de juin 1990 par Dominique COMMEREUC
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2. Catalyse par les complexes de coordination
2.1 Étapes élémentaires et cycle catalytique
Un catalyseur est une substance chimique qui facilite une réaction en prenant part à celle-ci, mais que l’on retrouve inchangée à la fin de la réaction.
Outre l’observation de la réaction catalytique, qui, en elle-même par la nature des produits formés, donne déjà des informations sur le mode d’action du catalyseur, la synthèse de modèles réactionnels supposés et l’étude de leur réactivité permettent, par recoupements avec la réaction réelle, de décrire celle-ci étape par étape.
Une réaction catalytique peut ainsi être décomposée en un certain nombre d’étapes élémentaires, par exemple :
-
activation par coordination du substrat et du réactif, simultanée ou successive ;
-
réaction entre espèces activées (substrat et réactif étant devenus des ligands) dans la sphère de coordination ;
-
décoordination du ou des produit(s).
Dans la mesure où le complexe métallique se trouve, à la fin de la troisième étape, dans un état identique à celui qu’il avait au début de la première, le processus peut, en principe, se renouveler indéfiniment, le complexe décrivant une suite de transformations qui constitue le cycle catalytique, chaque cycle correspondant à une rotation du catalyseur.
Si le complexe métallique est, à la fin de la dernière étape, dans un état différent de celui du début, on peut encore faire appel à des réactions auxiliaires de régénération afin de le ramener dans son état initial.
Le catalyseur mis en œuvre n’est souvent qu’un précurseur qui subira des transformations irréversibles, soit sous l’influence des conditions opératoires, soit par l’addition d’un cocatalyseur, conduisant à l’espèce active. Celle-ci est en général très difficilement isolable, en raison de sa grande réactivité. C’est pourquoi le nombre de réactions catalytiques pour lesquelles toutes les étapes élémentaires sont identifiées, et les complexes intermédiaires caractérisés, est à l’heure actuelle encore faible. On est souvent conduit à raisonner par analogie avec des réactions catalytiques ou stœchiométriques...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - COTTON (F.A.), WILKINSON (G.) - Advanced inorganic chemistry - . 4e éd., John Wiley (1980).
-
(2) - ASTRUC (D.) - Chimie organométallique - . EDP Sciences, Col. Grenoble - Sciences (2000).
-
(3) - GREEN (M.L.H.) - * - J. Organometal. Chem. 500, p. 127 (1995).
-
(4) - STRAUSS (S.H.) - * - Chem. Rev. 93, p. 927 (1993).
-
(5) - PIERS (W.E.), CHIVERS (T.) - * - Chem. Soc. Rev. 26, p. 345 (1997).
-
(6) - REED (C.A.) - * - Accounts Chem. Res. 31, p. 133 (1998).
-
(7) - BOURISSOU (D.), GUERRET (O.), GABBAÏ (F.P.), BERTRAND (G.) - * - Chem....
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