Fiche de révision : Catalyse en chimie organométallique

1. 📌 L'essentiel

• La catalyse mathématellique accélère une réaction sans être consommée, en abaissant l'énergie d'activation.
• Types : catalyse homogène (même phase) et hétérogène (différentes phases).
• Cycle catalytique : réaction avec intermédiaires successifs,énération du catalyseur.
• Variables clés : TON (nombre de cycles avant désactivation), TOF (vitesse en cycles/sec).
• Principaux catalyseurs : Wilkinson (Rh), complexes Ir, Rh, Crabtree.
• Mécanismes dominants addition oxydative, migration, élimination réductrice, métathèse.
• Applications industrielles : synthèse d’acide acétique, hydroformylation, hydrocyanation.
• Limitations : poisoning, sensibilité à la stéricité, désactivation.
• La catalyse asymétrique utilise des ligands chiraux pour contrôler la chiralité.
• Catalyseurs spécifiques : complexes Rh, Ir, Ru pour hydrogénation et autres transformations.

2. 🧩 Structures & Composants clés

• Catalyseur homogène — complexes métalliques solubles, souvent avec phosphines ou chélates.
• Catalyseur hétérogène — surfaces métalliques (Pd/C, Raney, PtO₂).
• Intermédiaires réactionnels — complexes à états d’oxydation variables, hydrides.
• Ligands chiral (BINAP, phosphines) — confèrent la stéréospécificité.
• Mécanisme principal — addition oxydative, insertion migratoire, élimination.
• Réactifs clés en industrie — acétylène, nitriles, acide acétique.

3. 🔬 Fonctions, Mécanismes & Relations

• Cycle catalytique : activation → transformation → régénération.
• Flux typique : substrat → complexe intermédiaire → produit → catalyseur régénéré.
• Mécanismes majeurs :
  • Addition oxydative : augmente l’état d’oxydation du métal.
  • Migration (insertion) : déplacement d’un groupe ou d’un hydrogène.
  • Élimination réductrice : libération des produits et régénération du catalyseur.
  • Métathèse : échange de fragments entre doubles liaisons.
• Relations structure-fonction :
  • Ligands : contrôler la stéréospécificité, stabilité.
  • Conditions (température, pression) : influencer la selectivité et l’efficacité.

4. Tableau comparatif : Catalyse homogène vs hétérogène

5. 🗂️ Diagramme Hiérarchique (ASCII)

Catalyse
 ├─ Homogène
 │   ├─ Complexes métalliques solubles
 │   │    ├─ Hydrures (Rh, Ir complexes)
 │   │    └─ Monohydrides (Ru complexes)
 │   └─ Mécanismes : addition oxydative, insertion
 └─ Hétérogène
     ├─ Surface métallique (Pd, Pt, Ni)
     └─ Mécanismes : adsorption, rupture H-H

6. ⚠️ Pièges & Confusions fréquentes

• Confondre catalyse homogène et hétérogène, notamment leurs mécanismes.
• Confusion entre TON (cycles) et TOF (cycles/sec).
• Surinterprétation du rôle des ligands chiral versus non-chiral.
• Surestimer la stabilité des catalyseurs à longue durée.
• Idéaliser la régiospécificité sans tenir compte des conditions.
• Ignorer le poison de catalyseur (CO, soufre).
• Négliger l’impact des conditions expérimentales sur la sélectivité.
• Confondre mécanismes d’addition oxydative et de migratoire.

7. ✅ Checklist Examen Final

• Définir la catalyse et différencier catalyse homogène/hétérogène.
• Expliquer le cycle catalytique et ses intermédiaires.
• Donner la formule de TON et TOF et leur signification.
• Nommer et décrire les principaux mécanismes : oxydation, migration, élimination, métathèse.
• Citer des exemples concrets de catalyseurs : Wilkinson, Crabtree.
• Illustrer le rôle des ligands chiraux dans la catalyse asymétrique.
• Identifier les principales applications industrielles (acétique, hydroformylation, etc.).
• Connaitre les limites des catalyseurs (poisoning, stéricité).
• Différencier catalyseur homogène et hétérogène par leurs caractéristiques.
• Comprendre le mécanisme de la métathèse et sa catalyse.
• Relier la structure du catalyseur avec la selectivité.
• Analyser l’impact des conditions (température, pression) sur la réaction.
• Citer exemples de réactions catalytiques clés en industrie.
• Reconnaître les principaux types de mécanismes en réaction organométallique.
• Maîtriser les principaux ligands et leurs effets.
• Savoir représenter le flux et la hiérarchie d’un cycle catalytique.