Vers la catalyse d'hydroformylation biphasique au rhodium supportée sur des polymères cœur-coquille amphiphiles

Ce travail développe une nouvelle approche de la catalyse biphasique aqueuse qui repose sur la construction de micelles réticulées à partir de polymères de type cœur-coquille. Le catalyseur (Rh) doit être incorporé sur les ligands du polymère dans la couche interne lipophile et la coquille hydrophile externe permettra de le séparer aisément du milieu réactionnel organique (oct-1-ène, nonanal, pour la réaction modèle d'hydroformylation choisie). La première partie du projet a donc consisté à préparer ces polymères à couche périphérique hydrophile assurant leur confinement en phase aqueuse et une partie interne lipophile contenant les sites actifs pour la réaction. Deux stratégies ont été explorées avec succès pour aboutir à ces structures en s'appuyant sur la polymérisation radicalaire par transfert d'atome. La première, dite « convergente », met en jeu la réticulation des copolymères linéaires fonctionnalisés préformés en présence de monomères divinyliques. La préparation des macroamorceurs linéaires fonctionnalisés a permis d'effectuer en parallèle une optimisation des conditions d'introduction d'un monomère fonctionnalisé par une phosphine qui servira par la suite de ligand pour le métal. Cette voie d'assemblage s'est avérée inefficace car un résidu des chaines linéaires non-incorporées accompagnait les produit de réticulation. Sa contrepartie, l'approche dite « divergente », a été abordée à partir de l'extension de chaines provenant d'un cœur réticulé. Les structures cœur-coquille fonctionnalisées ainsi obtenues ont des distributions de taille très homogènes. Dans le but d'évaluer leur potentiel catalytique, les copolymères fonctionnalisés, linéaires et réticulés, ont été utilisés comme ligands pour l'hydroformylation de l'oct-1-ène catalysée par le rhodium en phase homogène. Le confinement du complexe au sein des polymères a entraîné une amélioration de la régiosélectivité ainsi qu'une diminution de l'activité avec les deux types de polymères utilisés par rapport au ligand PPh3. Grace au caractère vivant de la polymérisation qui permet l'association des étapes synthétiques en séquence, il a été possible d'introduire des blocs de type PtB(M)A comme précurseurs pour l'obtention d'un bloc externe hydrophile de type P(M)AA. Les résultats préliminaires d'hydrosolubilisation des nanoréacteurs sont aussi présentés

Vers la catalyse d'hydroformylation biphasique au rhodium supportée sur des polymères cœur-coquille amphiphiles

Ce travail développe une nouvelle approche de la catalyse biphasique aqueuse qui repose sur la construction de micelles réticulées à partir de polymères de type cœur-coquille. Le catalyseur (Rh) doit être incorporé sur les ligands du polymère dans la couche interne lipophile et la coquille hydrophile externe permettra de le séparer aisément du milieu réactionnel organique (oct-1-ène, nonanal, pour la réaction modèle d'hydroformylation choisie). La première partie du projet a donc consisté à préparer ces polymères à couche périphérique hydrophile assurant leur confinement en phase aqueuse et une partie interne lipophile contenant les sites actifs pour la réaction. Deux stratégies ont été explorées avec succès pour aboutir à ces structures en s'appuyant sur la polymérisation radicalaire par transfert d'atome. La première, dite « convergente », met en jeu la réticulation des copolymères linéaires fonctionnalisés préformés en présence de monomères divinyliques. La préparation des macroamorceurs linéaires fonctionnalisés a permis d'effectuer en parallèle une optimisation des conditions d'introduction d'un monomère fonctionnalisé par une phosphine qui servira par la suite de ligand pour le métal. Cette voie d'assemblage s'est avérée inefficace car un résidu des chaines linéaires non-incorporées accompagnait les produit de réticulation. Sa contrepartie, l'approche dite « divergente », a été abordée à partir de l'extension de chaines provenant d'un cœur réticulé. Les structures cœur-coquille fonctionnalisées ainsi obtenues ont des distributions de taille très homogènes. Dans le but d'évaluer leur potentiel catalytique, les copolymères fonctionnalisés, linéaires et réticulés, ont été utilisés comme ligands pour l'hydroformylation de l'oct-1-ène catalysée par le rhodium en phase homogène. Le confinement du complexe au sein des polymères a entraîné une amélioration de la régiosélectivité ainsi qu'une diminution de l'activité avec les deux types de polymères utilisés par rapport au ligand PPh3. Grace au caractère vivant de la polymérisation qui permet l'association des étapes synthétiques en séquence, il a été possible d'introduire des blocs de type PtB(M)A comme précurseurs pour l'obtention d'un bloc externe hydrophile de type P(M)AA. Les résultats préliminaires d'hydrosolubilisation des nanoréacteurs sont aussi présentés. ABSTRACT : The current project is focused on the development of a new tool for the rhodium-catalyzed aqueous biphasic hydroformylation based on the construction of crosslinked micelles from core-shell polymers. The first goal of the project was the preparation of polymers having an hydrophilic shell that insures solubility and total confinement in the aqueous phase and a lipophilic inner shell acting as a support of active catalytic sites. Two strategies were explored to achieve such structures based on atom transfer radical polymerization. The first one, known as “arm-first”, involved the crosslinking of preformed functionalized linear copolymers in the presence of divinyl monomers. The preparation of functionalized linear macroinitiators allowed at the same time the optimization of the conditions for the introduction of a functionalized phosphine monomer that will ultimately serve as a ligand for the metal. This assembly pathway was ineffective because some residual dead chains accompanied the crosslinking product of the reaction. Its counterpart, the approach called "core-first", is based on the extension of chains from a crosslinked core. From this second approach, functionalized core-shell structures with very uniform size distributions were obtained. Both linear and cross-linked copolymers were used as ligands for the rhodium catalyzed hydroformylation of 1-octene under homogeneous conditions in order to test their catalytic performance. Because of the confinement of the ligand inside the polymer coils, a selectivity improvement as well as the slowdown of the reaction rate was observed relative to PPh3 ligand. The living character of the synthesis technique allowed the introduction of external PtB(M)A blocks: precursors to obtain a hydrophilic outer shell P(M)AA. Preliminary hydrosolubilization results of the nanoreactors will be presented in the last part of the manuscript

Amphiphilic core-cross-linked micelles functionalized with bis(4-methoxyphenyl)phenylphosphine as catalytic nanoreactors for biphasic hydroformylation

Core-cross-linked micelles (CCM) functionalized at the core with covalently linked bis(p-methoxyphenyl) phenylphosphine (BMOPPP) ligands have been synthesized by a three-step one-pot radical polymerization in emulsion, using the polymerization-induced self-assembly (PISA) strategy and reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) as the controlling method. The CCM are obtained by chain extending in water poly(methacrylic acid-co-poly(ethylene oxide) methyl ether methacrylate) (P(MAA-co-PEOMA), degree of polymerization of 30, MAA/PEOMA units molar ratio of 50:50) synthesized in a first step by RAFT with a 95:5 M mixture of styrene and 4-[bis(p-methoxyphenyl)phosphino]styrene (BMOPPS) units. The resulting micelles exhibiting a core composed of P(S-co-BMOPPS) segments with a degree of polymerization of 300 are then crosslinked in a third step with a mixture of di(ethylene glycol) dimethacrylate (DEGDMA) and styrene. The resulting BMOPPP@CCM exhibit a narrow size distribution (PDI = 0.16) with an average diameter of 81 nm in water and swell in THF or by addition of toluene to the latex. The addition of [Rh(acac) (CO)2] to the toluene-swollen latex results in metal coordination to the phosphine ligands. 31P{1H} NMR spectroscopy shows that the Rh centers undergo rapid intraparticle phosphine ligand exchange. Application of these nanoreactors to the aqueous biphasic hydroformylation of 1-octene shows excellent activity and moderate catalyst leaching

Core phosphine-functionalized amphiphilic nanogels as catalytic nanoreactors for aqueous biphasic hydroformylation

Amphiphilic phosphine-functionalized nanogel particles were synthesized by aqueous polymerization induced self-assembly insuring a well-defined architecture as well as a narrow size distribution (average diameter of ca. 90 nm in water). They were successfully applied as ligands for the biphasic hydroformylation of 1-octene catalyzed by rhodium, yielding TOFs in the 350–650 h-1 range and a linear to branched aldehyde ratio of 3.5. Embedding the phosphine ligands within a cross-linked structure did not strongly impede mass transfer toward the active centers, as proved by fast metal coordination and a catalytic activity tantamount to that of higher chain mobility micelles or core-cross-linked micelles that have phosphine moieties located on flexible linear arms. However, this extended cross-linking reduced particle swelling and transfer to the organic phase, affording a significantly lowered Rh loss. For all the architectures, a low functionalization degree was preferable to achieve high activity, the selectivity remaining essentially unchanged

Core-shell nanoreactors for efficient aqueous biphasic catalysis

Water-borne phosphine-functionalized core-cross-linked micelles (CCM) consisting of a hydrophobic core and a hydrophilic shell were obtained as stable latexes by reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) in water in a one-pot, three-step process. Initial homogeneous aqueous-phase copolymerization of methacrylic acid (MAA) and poly(ethylene oxide) methyl ether methacrylate (PEOMA) is followed by copolymerization of styrene (S) and 4-diphenylphosphinostyrene (DPPS), yielding P(MAA-co-PEOMA)-b-P(S-co-DPPS) amphiphilic block copolymer micelles (M) by polymerization-induced self-assembly (PISA), and final micellar cross-linking with a mixture of S and diethylene glycol dimethacrylate. The CCM were characterized by dynamic light scattering and NMR spectroscopy to evaluate size, dispersity, stability, and the swelling ability of various organic substrates. Coordination of [Rh(acac)(CO)2 ] (acac=acetylacetonate) to the core-confined phosphine groups was rapid and quantitative. The CCM and M latexes were then used, in combination with [Rh(acac)(CO)2 ], to catalyze the aqueous biphasic hydroformylation of 1-octene, in which they showed high activity, recyclability, protection of the activated Rh center by the polymer scaffold, and low Rh leaching. The CCM latex gave slightly lower catalytic activity but significantly less Rh leaching than the M latex. A control experiment conducted in the presence of the sulfoxantphos ligand pointed to the action of the CCM as catalytic nanoreactors with substrate and product transport into and out of the polymer core, rather than as a surfactant in interfacial catalysis

New rhodium catalysts supported on core-shell amphiphilic polymers : towards biphasic hydroformylation

Ce travail développe une nouvelle approche de la catalyse biphasique aqueuse qui repose sur la construction de micelles réticulées à partir de polymères de type cœur-coquille. Le catalyseur (Rh) doit être incorporé sur les ligands du polymère dans la couche interne lipophile et la coquille hydrophile externe permettra de le séparer aisément du milieu réactionnel organique (oct-1-ène, nonanal, pour la réaction modèle d'hydroformylation choisie). La première partie du projet a donc consisté à préparer ces polymères à couche périphérique hydrophile assurant leur confinement en phase aqueuse et une partie interne lipophile contenant les sites actifs pour la réaction. Deux stratégies ont été explorées avec succès pour aboutir à ces structures en s'appuyant sur la polymérisation radicalaire par transfert d'atome. La première, dite « convergente », met en jeu la réticulation des copolymères linéaires fonctionnalisés préformés en présence de monomères divinyliques. La préparation des macroamorceurs linéaires fonctionnalisés a permis d'effectuer en parallèle une optimisation des conditions d'introduction d'un monomère fonctionnalisé par une phosphine qui servira par la suite de ligand pour le métal. Cette voie d'assemblage s'est avérée inefficace car un résidu des chaines linéaires non-incorporées accompagnait les produit de réticulation. Sa contrepartie, l'approche dite « divergente », a été abordée à partir de l'extension de chaines provenant d'un cœur réticulé. Les structures cœur-coquille fonctionnalisées ainsi obtenues ont des distributions de taille très homogènes. Dans le but d'évaluer leur potentiel catalytique, les copolymères fonctionnalisés, linéaires et réticulés, ont été utilisés comme ligands pour l'hydroformylation de l'oct-1-ène catalysée par le rhodium en phase homogène. Le confinement du complexe au sein des polymères a entraîné une amélioration de la régiosélectivité ainsi qu'une diminution de l'activité avec les deux types de polymères utilisés par rapport au ligand PPh3. Grace au caractère vivant de la polymérisation qui permet l'association des étapes synthétiques en séquence, il a été possible d'introduire des blocs de type PtB(M)A comme précurseurs pour l'obtention d'un bloc externe hydrophile de type P(M)AA. Les résultats préliminaires d'hydrosolubilisation des nanoréacteurs sont aussi présentés.The current project is focused on the development of a new tool for the rhodium-catalyzed aqueous biphasic hydroformylation based on the construction of crosslinked micelles from core-shell polymers. The first goal of the project was the preparation of polymers having an hydrophilic shell that insures solubility and total confinement in the aqueous phase and a lipophilic inner shell acting as a support of active catalytic sites. Two strategies were explored to achieve such structures based on atom transfer radical polymerization. The first one, known as “arm-first”, involved the crosslinking of preformed functionalized linear copolymers in the presence of divinyl monomers. The preparation of functionalized linear macroinitiators allowed at the same time the optimization of the conditions for the introduction of a functionalized phosphine monomer that will ultimately serve as a ligand for the metal. This assembly pathway was ineffective because some residual dead chains accompanied the crosslinking product of the reaction. Its counterpart, the approach called "core-first", is based on the extension of chains from a crosslinked core. From this second approach, functionalized core-shell structures with very uniform size distributions were obtained. Both linear and cross-linked copolymers were used as ligands for the rhodium catalyzed hydroformylation of 1-octene under homogeneous conditions in order to test their catalytic performance. Because of the confinement of the ligand inside the polymer coils, a selectivity improvement as well as the slowdown of the reaction rate was observed relative to PPh3 ligand. The living character of the synthesis technique allowed the introduction of external PtB(M)A blocks: precursors to obtain a hydrophilic outer shell P(M)AA. Preliminary hydrosolubilization results of the nanoreactors will be presented in the last part of the manuscript

Core Cross-Linked Amphiphilic Star-Block Copolymers with (Meth)acrylic Acid Shells Prepared by Atom Transfer Radical Polymerization

International audienceCore cross‐linked amphiphilic star‐block copolymers were prepared by hydrolysis of the outer shell of star‐block copolymers prepared using copper mediated atom transfer radical polymerization (ATRP). In an arm‐first approach, linear poly(tert‐butyl methacrylate) macroinitiators (Pt BMA‐Cl) were extended with styrene to yield Pt BMA‐b‐PS‐Cl and then cross‐linked with divinylbenzene (DVB) in order to yield (Pt BMA‐b‐ PS)arms‐PDVBcore star‐block copolymers. Then, PMAA‐b‐ PS block and (PMAA‐PS)arms‐PDVBcore star‐block copolymers were obtained by hydrolysis of the Pt BMA blocks in both linear and cross‐linked copolymers, as confirmed by 1H NMR analyses. The amphiphilic character of these copolymers was confirmed by solubilisation in water. Several factors affecting the polymer aggregation and solubility such as the length, the composition of the arms and the catalyst used were studied. An acrylate analogue, that is, (PAA‐b‐ PS)arms‐PDVBcore, was also prepared for comparison purposes. Atomic force microscopy (AFM) and differential scanning calorimetry (DSC) were used to elucidate the morphology and the thermal behaviour of the star‐block copolymers

New topotactic synthetic route to mesoporous silicon carbide

International audienc

Preparation of phosphine-functionalized polystyrene stars by metal catalyzed controlled radical copolymerization and their application to hydroformylation catalysis

Well defined star copolymers have been prepared by copper-catalyzed atom transfer radical copolymerization of styrene and styryldiphenylphosphine starting from a modified Boltorn™ H30 multifunctional initiator. These polymers and an analogue obtained by debromination of the arm ends with nBu3SnH have been used in combination with [Rh(acac)(CO)2] for the homogeneous phase hydroformylation of 1-octene

One-Pot RAFT Synthesis of Triphenylphosphine-Functionalized Amphiphilic Core-Shell Polymers and Application as Catalytic Nanoreactors in Aqueous Biphasic Hydroformylation

Controlled radical polymerization has recently been used to develop polymers engineered for applications as catalytic nanoreactors. In this contribution, we present the joint development, in our laboratories, of core-cross-linked micelles (CCM) for application under aqueous biphasic conditions through the micellar approach, using triphenylphosphine (TPP) as polymer-anchored ligand and rhodium as catalytic metal for the hydroformylation of 1-octene as a model α-olefin. The polymers were synthesized by a one-pot convergent approach using RAFT as controlling method in water, making use of the polymerization-induced self-assembly (PISA) principle. The article will also show the polymer properties in terms of size, polydispersity, swelling, metal coordination and exchange, and interpenetration. It will also illustrate our initial catalytic studies with focus on the effect of the polymer architecture (ligand nature, ligand density, core size, nature of cross-linking) and of the stirring rate on the catalytic performance (turnover frequency) and catalyst leaching