Top 5 des réactions où la catalyse à l'iridium brille

Le catalyseur en iridium est à l'origine de nombreux médicaments, matériaux et systèmes énergétiques de pointe. Connu pour sa précision et sa durabilité, l'iridium aide les chimistes à réaliser des réactions qui seraient autrement lentes ou inefficaces. Voici cinq exemples illustrant l'importance de la catalyse à l'iridium.

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Hydrogénation asymétrique - Précision au niveau moléculaire

L'hydrogénation as ymétrique est sans doute l'application la plus célèbre de la catalyse à l'iridium. L'hydrogénation de composés insaturés, tels que les alcènes ou les imines, permet d'obtenir des produits chiraux avec une très grande énantiosélectivité dans cette réaction. Les complexes d'iridium, en particulier ceux qui portent des ligands chiraux de type phosphine ou carbène N-hétérocyclique, sont efficaces pour les substrats faiblement activés ou stériquement encombrés.

L'iridium se distingue par sa capacité à hydrogéner des alcènes non fonctionnalisés ou même peu substitués, ce qui pose généralement des problèmes aux systèmes à base de rhodium ou de ruthénium. Ces catalyseurs à base d'iridium ont démontré un contrôle précis de la stéréochimie tout en fonctionnant à des pressions et des températures considérablement modérées. Cela les rend indispensables dans les synthèses pharmaceutiques, car la configuration absolue d'une molécule peut influer sur l'activité biologique ou la sécurité.

Dans l'industrie, l'hydrogénation asymétrique catalysée par l'iridium trouve de nombreuses applications dans la fabrication d'API, de produits agrochimiques et de produits chimiques fins, pour lesquels la reproductibilité de la pureté optique n'est pas négociable.

Borylation C-H - La fonctionnalisation directe en toute simplicité

La borylation C-H est une méthode de transformation dans la synthèse organique, et l'agent catalytique pour cette réaction implique des catalyseurs à base d'iridium. Cela signifie que, traditionnellement, les liaisons carbone-hydrogène n'étaient pas directement fonctionnalisables, à moins que certaines étapes de préactivation, comme l'halogénation, n'aient été effectuées. La borylation C-H catalysée par l'iridium permet la transformation directe de ces liaisons C-H inertes en liaisons C-B polyvalentes.

Les complexes d'iridium avec des ligands bipyridine et phénanthroline présentent une sélectivité et une efficacité exceptionnellement élevées, en particulier dans les systèmes aromatiques et hétéroaromatiques. Les esters boroniques obtenus sont des intermédiaires très appréciés car ils se transforment facilement en alcools, en amines ou en liaisons carbone-carbone par des réactions de couplage croisé.

Ceci est particulièrement important en chimie médicinale, où la possibilité d'effectuer une fonctionnalisation tardive permet aux chimistes de diversifier rapidement les composés principaux. La catalyse à l'iridium permet donc une régiosélectivité prévisible, ce qui réduit les essais et les erreurs et permet de gagner un temps précieux sur les délais de développement.

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Hydrogénation par transfert - de l'hydrogène sans gaz hydrogène

Un autre domaine d'excellence de la catalyse à l'iridium est l'hydrogénation de transfert. Dans ces réactions, l'utilisation d'hydrogène moléculaire est évitée et des donneurs d'hydrogène tels que les alcools, l'acide formique ou les amines sont envisagés. Les catalyseurs à l'iridium médient efficacement le transfert d'hydrogène d'une manière plus sûre et parfois plus pratique que les méthodes traditionnelles d'hydrogénation.

C'est pour cette raison que les systèmes à base d'iridium sont beaucoup plus robustes et tolérants à divers groupes fonctionnels. C'est pourquoi ils sont très utiles pour l'hydrogénation des cétones, des aldéhydes et des imines dans les molécules complexes. Les réactions se déroulent souvent dans des conditions douces, minimisant les réactions secondaires et protégeant les fonctionnalités sensibles.

L'hydrogénation par transfert s'inscrit également dans le cadre de la chimie verte du point de vue de la durabilité. Ainsi, la catalyse à l'iridium favorise des pratiques de laboratoire plus sûres et des processus industriels évolutifs en évitant le gaz hydrogène à haute pression et en utilisant des sources d'hydrogène plus inoffensives.

Isomérisation des oléfines - Réarrangement contrôlé des doubles liaisons

L'isomérisation des oléfines comprend les changements de position ou de géométrie des doubles liaisons carbone-carbone. Cependant, bien que cela semble facile, il est difficile d'obtenir une sélectivité élevée sans sur-réduction et polymérisation. Les réactions sont fortement contrôlées par les catalyseurs à base d'iridium.

Les complexes d'hydrure d'iridium peuvent sélectivement isomériser les alcènes terminaux en alcènes internes ou contrôler leur géométrie E/Z avec une stéréosélectivité élevée. Ceci est d'une importance capitale dans la chimie des parfums, la synthèse des précurseurs de polymères et les préparations de produits chimiques fins, où la position d'une double liaison a une influence immédiate sur les propriétés physiques et chimiques.

Par rapport à d'autres métaux de transition, l'iridium peut souvent contrôler les voies de réaction d'une manière supérieure qui permet au chimiste d'ajuster les structures moléculaires plutôt que de se fier à un mélange à l'équilibre.

Oxydation de l'eau et réactions d'oxydoréduction liées à l'énergie

Outre les synthèses organiques, la catalyse à l'iridium est également indispensable dans la chimie liée à l'énergie, comme l'oxydation de l'eau. L'oxyde d'iridium et les complexes moléculaires d'iridium font partie des catalyseurs les plus actifs de la réaction d'évolution de l'oxygène, une étape cruciale dans la production d'hydrogène par séparation de l'eau.

La résistance élevée de l'iridium à la corrosion et à l'oxydation lui permet de fonctionner dans les conditions électrochimiques difficiles associées à une réaction de dégagement d'oxygène efficace. Bien que la rareté et le coût de l'iridium soient trop élevés pour permettre une utilisation généralisée, il reste néanmoins le catalyseur de référence par rapport auquel les nouveaux matériaux sont mesurés.

En particulier, la catalyse à l'iridium est directement liée aux technologies des énergies renouvelables telles que les électrolyseurs PEM et la recherche sur la photosynthèse artificielle.

Tableau 1 : Réactions importantes pour lesquelles la catalyse à l'iridium présente des avantages clés

Pour plus de comparaisons, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Conclusion

Lacatalyse à l'iridium occupe une position singulièrement puissante dans la palette de la chimie moderne, offrant une sélectivité, une tolérance aux groupes fonctionnels et une stabilité inégalées dans les conditions les plus exigeantes. Elle permet une synthèse asymétrique de précision, des curiosités académiques aux processus industriels, et fait progresser les technologies des énergies renouvelables. L'iridium continuera à façonner l'avenir de la catalyse.

Référence :

[1] Yanhui Yu, Gai Li, Yutong Xiao, Chi Chen, Yuhang Bai, Tianjiao Wang, Jing Li, Yingjie Hua, Daoxiong Wu, Peng Rao, Peilin Deng, Xinlong Tian, Yuliang Yuan, Iridium-based electrocatalysts for acidic oxygen evolution reaction, Journal of Energy Chemistry, Volume 103, 2025, Pages 200-224, ISSN 2095-4956.

[2] ACS green chemistry institute (n.d.). Metal-Catalyzed Borylation via C-H Activation. Consulté le 19 décembre 2025.