Développement de nano-catalyseurs pour des réactions de couplage C-C

Dévelopment of nano-catalysts for C-C cross coupling reactions

• Auteur / Autrice : Emilie Nehlig
• Direction : Erwann Guénin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 03/11/2014
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Ludovic Jullien
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Motte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François-Xavier Felpin, Sabine Szunerits

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réaction de Suzuki

Organocatalyse

Oxyde ferreux

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanomatériaux hybrides

Hybrids nanomaterials

Résumé

Ces dernières années, l’intérêt porté à l'obtention de nouveaux systèmes catalytiques a connu un essor fulgurant. Ceci est lié, en particulier, aux applications industrielles variées qui s'étendent de la chimie fine à la chimie pharmaceutique. De nombreux catalyseurs ont ainsi été développés pour un nombre toujours croissant de réactions organiques. Néanmoins, la plupart des catalyseurs homogènes sont difficiles à adapter aux procédés industriels du fait de problèmes de séparation et de régénération. De plus, même efficaces, la plupart des catalyseurs contiennent des métaux nobles, coûteux et difficiles à recycler. C’est pourquoi, de nouveaux protocoles plus économiques et plus respectueux de l’environnement ont besoin d’être recherchés. L’utilisation de nanoparticules magnétiques comme support catalytique en synthèse organique représente une solution innovante pour répondre aux problèmes catalytiques rencontrés. Le but de ce travail consiste à concevoir des nano-catalyseurs magnétiques et à évaluer leur activité catalytique ainsi que leur recyclage pour des réactions de couplage carbone-carbone très utilisées en synthèse organique. Des nanoparticules de Maghémite synthétisées dans en milieux aqueux sont ensuite stabilisées en surface par des agents complexants possédant une fonction terminale qui permettra de les fonctionnaliser avec le catalyseur désiré (L- Proline, peptides, alcaloïde, Palladium). Ces nanomatériaux hybrides, constitués d'un cœur inorganique et d'une couche organique, ont été caractérisés par diverses techniques afin de déterminer leurs propriétés. Leurs activités ont été évaluées sur des réactions de couplage carbone-carbone modèles d'aldolisation, d'addition 1,4 de Michael et la réaction de Suzuki-Miyaura.

In the last decades, the interest for new catalysts and new catalytic reactions dramatically increased due to their miscellaneous industrial applications in fine or pharmaceutical chemistry for example. Lots of catalysts have been developed for an increasing number of organic reactions. Nevertheless, most of homogeneous catalysts are difficult to adapt to industrial process due to separation and regeneration problems. Furthermore, even if they are highly efficient, most of the catalysts contain noble metals often expensive and difficult to recycle. That’s why greener and much more economic protocols need to be developed. The use of nanoparticles as solid support for catalysts in organic chemistry appears as an innovative solution for solving these problems. Among the different inorganic nanomaterials, iron oxide nanoparticles represent an attractive tool due to their magnetic properties and easiness of obtaining. The aim of these work consist in designing magnetic nanocatalysts and evaluating their catalytically activity and recycling in C-C bond formation reactions which are commonly used in organic chemistry. Iron oxide nanoparticles (γ-Fe₂O₃) have been synthesized by soft chemistry in aqueous media. Particles have then been stabilized on surface by bidendate coating agents bearing a terminal function which enables post functionnalization with the desired catalyst (L-Proline, peptides, alkaloid, Palladium). These hybrids nanomaterials, with an inorganic core and an organic shell, have been characterized with various techniques in order to determine their properties. Catalysts activities have been evaluated on model C-C bond formation reactions such as aldolisation, 1, 4-Michael addition and cross coupling Suzuki-Miyaura cross coupling.