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Chapitre IV : Réactivité anodique de porphyrines comportant une seule position méso

3. Réactivité anodique du monomère

3.4. Modulation de la réactivité en série Ni

3.4.2. Electrosynthèse et caractérisation

Dans le but de produire le dimère de nickel et à l’image de la réaction de dimérisation

du monomère 1-Zn, l’électrolyse de 20,1 mg de 1-Ni à 0,95 V/ECS en compartiment unique,

est menée en milieu CH

2

Cl

2

/CH

3

CN (4/1 v/v) contenant 0,1 M de TEAPF

6

comme électrolyte

support. Le nickel est réputé comme étant plus difficile à démétaller mais pour prévenir tout

risque de démétallation, 10 éq. de 2,6-lutidine sont ajoutés préalablement à l’électrolyse.

Schéma IV-10

L’avancement de la réaction est suivi par spectroscopie d’absorption UV-visible

réalisée à température ambiante (Figure IV-16). La bande de Soret subit un déplacement

bathochrome et une nouvelle bande Q apparaît à 531 nm au détriment de celle située à 520

nm. Par ailleurs, la présence de deux points isobestiques à 4λ8 et 526 nm témoigne d’une

transformation simple du réactif initial en un autre produit bien défini.

156

300 400 500 600 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 

(nm)

520 531

Ab

so

rb

a

n

ce

(a

.

u

.)

Figure IV-16 Evolution du spectre d’absorption UV-visible de 1-Ni au cours de l’électrolyse (CH2Cl2/CH3CN (4/1 v/v),C = 5.10-4 M, 0,1 M TEAPF6, électrode de travail : platine; électrode de référence : ECS ; contre-électrode : platine; Eapp = 0,95 V ; charge transférée : 15,0 Faradays par mole de 1-Ni ; température ambiante ;

longueur du chemin optique : 2 mm)

Contrairement à nos attentes initiales, ce produit s’est révélé être le dérivé mono

-chloré en position méso, 1-Ni-Cl, à l’exclusion de la molécule pressentie, le dimère 2-Ni.

L’absence totale de ce dernier a été démontrée par une synthèse indépendante qui nous a

permis d’en obtenir les caractéristiques spectroscopiques. Celles-ci ne se retrouvent en rien

dans le produit d’électrolyse. L’identification de 2-Ni est basée sur l’analyse par spectrométrie

de masse Malti-Tof qui fournit un pic moléculaire m/z = 1242,23 en plein accord avec la

formulation proposée.

La preuve ultime de la formation de 1-Ni-Cl a été fournie par l’analyse par diffraction

aux rayons X sur monocristaux (Figure IV-7, partie 2.3.3.).

Pour expliquer la formation du produit chloré, une étude approfondie a été menée sur

l’influence des conditions d’électrolyse sur la sélectivité de la réaction. Lorsque l’électrolyse

s’opère en compartiments séparés, mais dans les mêmes conditions de solvant que

précédemment (CH

2

Cl

2

/CH

3

CN (4/1 v/v)), un mélange de produits difficilement identifiables

est obtenu. La nature du solvant est également un paramètre important. En compartiment

unique, l’utilisation de solvants non chlorés coordinants comme le THŻ ou le DMŻ ne permet

157

pas non plus d’obtenir de produit bien défini. Dès lors, le solvant chloré et le compartiment

unique nous sont apparus comme simultanément nécessaires à l’obtention sélective de

1-Ni-Cl, ce qui nous a conduit à envisager la possibilité d’interférence de la réaction du

dichlorométhane à la cathode.

Selon Savéant et coll.

[188]

, la réduction mono-électronique d’une porphyrine de Ni(II)

réalisée dans le DMF, le benzonitrile et le 1,2-dichloroéthane conduit à la réduction du métal

(Ni(II) en Ni(I)) plutôt que celle du macrocycle porphyrinique (radical anion). La réactivité de

cette espèce a été exploitée dans le cas de la réduction électrocatalytique de CH

3

I

[189-190]

,

produisant des ions iodures et des radicaux méthyle (Schéma IV-11). Le cycle catalytique

débute par la formation du nickel Ni(I) puis, par un mécanisme en sphère externe,

l’iodométhane est réduit en régénérant la porphyrine de Ni(II) et libérant les ions iodures dans

la solution. Ces travaux nous ont conduits à examiner l’existence possible du Ni(I), formés à

la cathode lors des expériences menées en compartiment unique, qui, selon un mécanisme

similaire, réaliserait la réduction catalytique du CH

2

Cl

2

produisant des ions chlorure dans la

solution.

Schéma IV-11 Mécanisme de formation de l’ion iodure

En s’appuyant sur cette hypothèse, nous avons dans un second temps étudié plus en

détails le premier stade de réduction de 1-Ni. Le voltammogramme réalisé dans le mélange

CH

2

Cl

2

/CH

3

CN (4/1 v/v) révèle que le pic de réduction situé à -1,375 V/ECS est de plus forte

intensité que celle attendue pour un transfert mono-électronique. Ce résultat est en accord

avec une réduction catalytique du CH

2

Cl

2

(Figure IV-15).

158

Après électrolyse en compartiment séparé, en imposant un potentiel de -1,4 V/ECS, en

milieu CH

2

Cl

2

/CH

3

CN (4/1 v/v) contenant 0,1 M de TEAPF

6

comme électrolyte support et

transfert d’un équivalent d’électron, l’analyse par chromatographie ionique du catholyte,

après extraction en phase aqueuse confirme la présence d’ions chlorures. Grâce à cette

technique, le rendement faradique est estimé à 93 % environ. Ce résultat confirme la

formation efficace des ions chlorures par réduction de la porphyrine de Ni(II) à son premier

stade de réduction. Cependant, il ne permet pas d’établir la nature de l’intermédiaire

réactionnel entre (1

∙−

)-Ni(II) ou 1-Ni(I)

∙−

. Afin d’identifier cet intermédiaire, la solution du

compartiment cathodique après électrolyse effectuée dans le THF, a été analysée par

spectroscopie RPE. Le spectre RPE (Figure IV-17) présente un singulet à g = 2,001, valeur

caractéristique du radical anion de la porphyrine

[188]

.

3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4

In

te

n

si

Gauss

Figure IV-17 Spectre RPE après réduction à un électron de 1-Ni en milieu THF

Dès lors que la libération des chlorures est établie à la cathode, la formation de

1-Ni-Cl s’interprète par une réaction de substitution nucléophile anodique sur la position méso libre

de la métalloporphyrine tri-substituée initiale :

159

Schéma IV-12

En se basant sur le mécanisme démontré par Ruhlmann et coll.

[53]

(Chapitre I, partie

3.2.2.), cette réaction est réalisée par attaque initiale du chlorure sur le radical cation 1-Ni

+

.

La nécessité de 15 équivalents d’électrons pour une conversion totale de 1-Ni peut s’expliquer

par la faible réactivité de 1-Ni

+

. Ce dernier peut migrer jusqu’à la cathode et s’y réduire,

entrant en compétition avec la réduction catalytique de CH

2

Cl

2

.