Synthèse de nouveaux matériaux de type MOFs à propriétés acido-basiques et évaluation en catalyse

Synthesis and catalytic activity of acid/basic Metal Organic frameworks

• Auteur / Autrice : Marie Savonnet
• Direction : David Farrusseng
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Catalyse et chimie-physique des matériaux
• Date : Soutenance le 06/10/2011
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Bernadette Charleux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Chaudret, Nicolas Bats, Catherine Pinel, Delphine Bazer-Bachi, Vincent Lecocq
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Serre, Johan Martens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Adsorption

Matériaux poreux

Catalyse

Chimie click

Mots clés libres

Metal organic frameworks

Post-synthèse

Click chemistry

Catalyse

Metal organic frameworks

Post-synthesis

Click chemistry

Catalysis

Résumé

Les MOFs résultent de l’organisation de polyèdres métalliques reliés par des molécules organiques chélatantes pour former un réseau poreux. La construction de solides hybrides organiques/inorganiques permet d’imaginer un très grand nombre de matériaux aux propriétés structurales et physico-chimiques variées. Le confinement du substrat dans une structure rigide, associé à des propriétés particulières des clusters métalliques ainsi qu’à des parois pouvant être fonctionnalisées, fournissent un environnement catalytique unique, plaçant les MOF à la frontière entre les espèces types zéolites et les enzymes. Cependant, il existe aujourd’hui très peu de MOFs possédant plus d’une fonction catalytique. Néanmoins, les propriétés catalytiques des MOFs peuvent être améliorées de façons non négligeables grâce aux méthodes de post-fonctionalisation. Dans ce travail, nous reportons le développement d’une méthode de post-fonctionnalisation originale des amino-MOFs. La première étape consiste à convertir la fonction amine en fonction azoture. Puis, sans isolation ni purification, le MOF fonctionnalisé est obtenu par « Click Chemistry » en ajoutant l’alcyne correspondant. Cette méthode peut être appliquée à tous les types d’amino-MOFs et à quasi toutes les fonctions chimiques que l’on souhaite greffer. Une large librairie de nouveaux matériaux a ainsi été obtenue et complètement caractérisée. Cette méthode a aussi été utilisée pour créer des MOFs catalytiques à façon pour une réaction de transesterification, ainsi que pour l’investigation de nouvelles applications plus fines (niches industrielle)

MOFs result from the association of metallic clusters connected by organic linkers to form a net. It is acknowledged that ultimately MOFs could mimic “enzymes” using “molecular recognition” concept to allow high chemio-, regio-, enantio-selectivity. We could indeed anticipate MOFs as potential “artificial enzymes” that can combine several properties at the nanometer scale in a concerted fashion. However to date, the number of MOFs with more than one reactive “catalytic” function is rather scarce. A key to address advanced MOF materials suitable for more sophisticated applications is to add functionalities of greater complexity in a controlled manner. The ability to modify the chemical environment of the cavities within MOFs would allow tuning of the interactions with guest species, and serve as a route to tailor the chemical reactivity of the framework. However, the introduction of reactive chemical functions by self-assembly methods is not a trivial task. In this work, we report an original PSM method starting from amino derived MOFs. The first step consists in converting the amino group into azide (N3). Without isolation nor purification, the desired functionalized material is obtained by grafting the corresponding alkyne using “Clik Chemistry”. This method can be applied to all kind of amino-MOFs and to all kind of grafted chemical functions. A diverse library of original MOFs was synthesized and characterized. Finally, this method was used to engineer catalytic MOFs for the transesterification of ethyldecanoate with methanol or to investigate applications in specialized industrial niches