Nouvelles voies de synthèse catalytique d'hydrosilanes à partir de réducteurs renouvelables

New catalytic pathways for the synthesis of hydrosilanes from renewable reductants

• Auteur / Autrice : Gabriel Durin
• Direction : Jean-Claude Berthet, Thibault Cantat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 12/10/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Hannedouche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Baptiste Sortais, Gilles Alcaraz, Carole Duboc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Baptiste Sortais, Gilles Alcaraz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogène

Électrocatalyse

Boranes

Chimie organométallique

Silane -- Dérivés

Cycle du silicium

Mots clés libres

Hydrosilanes

H2

Catalyse homogène

Électrocatalyse

Mécanismes réactionnels

Calculs DFT

Hydrosilanes

H2

Homogeneous catalysis

Electrocatalysis

Reaction mechanisms

DFT calculations

Résumé

L’utilisation massive de ressources fossiles telles que le charbon ou le pétrole provoque, outre l’appauvrissement de ces ressources, de fortes émissions de CO₂ anthropogéniques. Pour évoluer vers une société durable et plus respectueuse de l’environnement, une stratégie d’économie circulaire est indispensable. Dans ce cadre, la valorisation de ressources carbonées alternatives telles que le CO₂, la biomasse ou les déchets plastiques oxygénés vers des produits à haute valeur ajoutée est particulièrement attrayante. Elle nécessite néanmoins le développement de méthodes efficaces pour la réduction de liaisons C–O (σ ou π) en liaisons C–H. Les hydrosilanes et les hydroboranes sont des réducteurs adéquats pour réaliser ces transformations, mais ils ne sont pas renouvelables et leur production est très énergivore. Dans ces travaux de thèse, nous avons développé de nouvelles voies de synthèse des hydrosilanes à partir de H₂, un réducteur renouvelable. Des systèmes catalytiques à base d’iridium ou de bore ont été découverts, qui facilitent ces nouvelles voies de synthèse plus efficaces d’un point de vue énergétique. Les travaux de cette thèse ont, de plus, ouvert la voie à la synthèse d’hydroboranes à partir de H₂. Enfin, une approche électrocatalytique pour la synthèse d’hydrosilanes a également été explorée.

The wide-scale use of fossil resources such as coal or oil causes, not only the depletion of these resources, but also high anthropogenic CO₂ emissions. A circular economy strategy is essential to progress towards a sustainable society, more respectful of the environment. In this context, the conversion of alternative carbon resources such as CO₂, biomass or oxygenated plastic wastes into useful chemicals is particularly attractive. It requires the development of efficient methods for the reduction of C–O bonds (σ or π) into C–H bonds. While hydrosilanes and hydroboranes are suitable reductants to perform these transformations, they are not renewable and their production is energy- intensive. In this thesis, we have developed new pathways for the synthesis of hydrosilanes from H₂, a renewable reductant. Catalytic systems based on iridium or boron have been discovered which facilitate these new, more energy-efficient synthetic routes. Moreover, this work has paved the way to the synthesis of hydroboranes from H₂. Finally, an electrocatalytic approach for the synthesis of hydrosilanes has also been explored.