Conception, synthèse et caractérisations de MOFs à base de porphyrines

par Brian Abeykoon

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Christelle Goutaudier et de Alexandra Fateeva.

Soutenue le 30-11-2017

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (1995-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Alexander Sorokin.

Le jury était composé de Thomas Devic.

Les rapporteurs étaient Anne Dolbecq, Alla Lemeune.


  • Résumé

    Les porphyrines sont des composés macrocycliques naturels étudiés de manière approfondie en tant que mimétiques enzymatiques ou catalyseurs d'oxydation en milieu homogène. L'incorporation de porphyrines dans des réseaux de polymères de coordination métal-organique (MOFs), qui constituent une famille de composés cristallins poreux connus pour leur diversité structurelle, pourrait conduire à des matériaux constitués de réseaux étendus présentant les mêmes propriétés que les systèmes homogènes. Toutefois de nombreux travaux ont montré que la limitation majeure pour des applications à grande échelle des MOFs est leur stabilité.La stabilité de ces matériaux peut être accrue en employant des cations métalliques de valence élevée dans l'unité de construction inorganique (tels que Fe3+, Al3+, Zr4+) et / ou en modifiant la fonction coordinante du ligand organique.Ce travail est relatif à l'étude de la réactivité de ligands porphyriniques portant diverses fonctions coordinantes, avec des ions métalliques de valence élevée. L'influence des paramètres de synthèse et la caractérisation approfondie de ces MOFs ont été réalisées par une combinaison de techniques expérimentales (diffraction des rayons X, analyse thermogravimétrique, spectroscopie UV-vis, spectroscopie infrarouge, études de sorption, etc.). Dans un premier temps, l'étude s'est focalisée sur des MOFs porphyriniques à base de groupements carboxylates stables connus, ce qui a conduit à de nouvelles variantes de ces matériaux. Dans un second temps il est démontré que les topologies des réseaux observées sur un ligand porphyrinique à base carboxylate peuvent être étendues à d'autres fonctionnalités avec la synthèse d'un nouveau MOF à base de tétrazolate. L'amélioration de la stabilité a également été explorée avec des ligands portant des fonctions phénol qui ont abouti à l'élaboration de nouveaux réseaux de coordination. La synthèse et l'étude de stabilité d'un MOF porphyrinique à base de gallate est rapportée. L'évaluation préliminaire de l'activité catalytique de certains des MOFs élaborés est également décrite

  • Titre traduit

    Design, synthesis and characterisation of porphyrin-based Metal Organic Frameworks


  • Résumé

    Porphyrins are important macrocyclic compounds which are prevalent in nature and have been extensively studied by chemists in homogeneous catalysis as enzyme mimics. Incorporating porphyrins in metal-organic frameworks (MOFs) offer an ideal opportunity to obtain material with extended frameworks possessing the same properties as the homogenous systems. Much work has been done on porphyrinic MOFs but their stability remains a problem and a major limitation for possible wide scale applications. In literature, more stable MOFs have been realised using high valent metal ions in the inorganic building unit (such as Fe3+, Al3+, Zr4+) and/or by using more basic functionalities in the organic linker. However, regarding porphyrinic MOFs, little work is reported with ligands based on functionalities other than carboxylic acid groups. Therefore, our work focused on investigating the reactivity of porphyrinic ligands carrying various functionalities with high valent metal ions. More precisely, we focused on the design, synthesis optimisation and characterisation of such materials. This included studying existing stable carboxylate porphyrinic frameworks with a goal of incorporating new functionalities, which led to new variations of these materials. Our work also demonstrated that the framework topologies observed with carboxylate based porphyrinic ligand can be expanded to other functionalities with the synthesis of a new tetrazolate based porphyrinic MOF. MOF synthesis was also investigated with phenolate functionalised ligands and resulted in the first gallate based porphyrinic MOF reported. The stability of this new material was assessed. This manuscript discusses the synthesis and the characterisation of these MOFs via a combination of experimental techniques (X-ray diffraction, TGA analysis, UV-vis spectroscopy, IR-spectroscopy, sorption studies etc.). The preliminary evaluation of the catalytic activity of some of the MOFs is also described


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