Benzyloxycalix[8]arene is reported as a suitable macrocyclic support for Pd–NHC complexes, which catalyses C–C cross-coupling reactions with high efficiency. Resulting PEPPSI-derived complexes, issued from a scalable synthetic procedure avoiding any tedious purification, are indeed used as heterogeneous catalysts in ethanol to promote the Suzuki–Miyaura coupling between various aryl halides and arylboronic acids (or esters). Optimisation of the reaction conditions allowed the use of only a slight excess of base (K₃PO₄, 1.2 equivalents) and boronic acid (1.1 equivalents), and these conditions were also successfully applied to a large scale benchmark reaction (1 mole of substrate) using a low palladium loading (0.001 mol%). Furthermore, target products were easily isolated after simple filtration procedures with low residual Pd traces (down to 3 ppm) thanks to the insoluble nature of the macrocyclic catalyst in ethanol, thus proving the usefulness of this support to promote coupling reactions relevant to the fine chemical industry.

We report here the synthesis and characterization of a new calix[8]arene-supported PEPPSI-IPr Pd polymetallic complex. This complex, showing greater steric hindrance around the Pd centers compared with previous calix[8]arene-based catalysts, demonstrated high reactivity and selectivity for the Suzuki–Miyaura coupling of aryl chlorides under mild conditions. Along with this good performance, the new catalyst showed low Pd leaching into the final Suzuki–Miyaura coupling products, indicative of a heterogeneous-type reactivity. This rare combination of good reactivity towards challenging substrates and low metal leaching offers great promise at both academic and industrial levels.

Pd-catalysed reactions are amongst the most important in current chemistry. Consequently, very reactive catalysts were developed during the last decades, allowing very high conversions at low catalytic rates. However, decreasing Pd leaching in final products without decreasing catalyst efficiency remains an unsolved issue, especially in the pharma industry. We recently showed that using calixarenes as platforms for Pd-based catalysts constitutes an efficient answer to this concern. In the present work, we show that using these calixarenic platforms in combination with suitably engineered ligands allows for an even more strongly decreased Pd leaching. It thus opens up interesting perspectives for the synthesis of new families of catalysts combining a very high reactivity and a very low Pd leaching in final products.

La catalyse organométallique constitue une avancée majeure dans le domaine de la chimie. Elle a révolutionné le domaine de la synthèse organique en rendant possible des transformations complexes de substrats organiques dans des conditions douces. Parmi ces transformations, les créations de liaisons (carbone-carbone ou carbone-hétéroatome) catalysées par des complexes du palladium occupent une place centrale. La catalyse au palladium est ainsi devenue un outil essentiel pour les chimistes, que ce soit en milieu académique ou industriel. Bien que très performante et largement optimisée, elle présente encore toutefois un certain nombre de difficultés, liées en particulier à la présence de palladium résiduel dans les produits obtenus en fin de réaction. Ceci pose en effet des problèmes de toxicité, essentiels dans le domaine pharmacologique. Des techniques d’immobilisation de ces catalyseurs sur des supports solides ont été développées pour résoudre ces problèmes, mais le plus souvent au prix d’une perte d’efficacité entraînant des coûts supplémentaires pour les industriels utilisateurs. Au cours de cette thèse, nous avons montré que les calixarènes, une importante classe de macrocycles organiques, permettent d’apporter des solutions pertinentes à ces problématiques. En effet, utilisés comme supports de catalyseurs au palladium, ils permettent d’associer en un seul système les performances de la catalyse homogène, avec la faible contamination en palladium permise par la catalyse hétérogène. Plusieurs familles différentes de ces catalyseurs au palladium supportés par des calixarènes ont été synthétisées, et leurs performances en catalyse ont été systématiquement testées. Les résultats très intéressants qui ont été obtenus ouvrent des perspectives nouvelles dans le domaine de la catalyse organométallique.