Approche combinée théorie-expérience pour la catalyse d’hydrogénation asymétrique

Combined approaches theory experiment for the asymmetrical catalysis of hydrogenation

• Auteur / Autrice : Asma Aloui
• Direction : Françoise Delbecq, Claude de Bellefon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 02/12/2010
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Génie des Procédés Catalytiques (CPE)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Andrioletti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hans-Ulrich Blaser, Jean-François Halet, Philippe Sautet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eric Clot, Sylvain Jugé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gauss, Formules de quadrature de

Modèles mathématiques

Cinétique chimique

Pression -- Mesure

Hydrogène

Catalyseurs

Hydrogénation

Mots clés libres

Hydrogénation

DFT

Pression d’hydrogène

Cinétique

Modélisation

Énantiosélectivité

(R,R)-Me-BPE

Hydrogenation

DFT

Hydrogen pressure

Kinetic

Modelisation

Enantioselectivity

(R,R)-Me-BPE

Résumé

Plusieurs études ont rapporté l’influence de la pression d’hydrogène, plus précisément la concentration réelle en hydrogène dissous dans le milieu réactionnel, sur l’énantiosélectivité des réactions d’hydrogénations catalytiques intervenant des catalyseurs à base de rhodium. Cependant, l’identification de l’étape ou les étapes enantiodéterminantes ou limitantes ainsi que l’explication de l’effet de la pression d’hydrogène sur cet étape, exigent la détermination des constantes cinétiques de chaque étape élémentaire. Ce projet de recherche vise une telle détermination en combinant deux études expérimentale et théorique. Dans un premier temps, un système catalytique présentant deux effets opposés de la pression de l’hydrogène en fonction de la nature du substrat, a été identifié : un effet néfaste avec le M-acrylate (MAA) et un effet bénéfique avec l’E-emap. Ensuite, deux études ont été menées sur les réactions d’hydrogénation de ces deux substrats par le Rh(I) /(R,R)-Me-BPE. L’étude cinétique expérimentale est basée sur le modèle cinétique proposé par Halpern dans le but d’estimer les paramètres cinétiques des différentes étapes élémentaires, alors que celle théorique consiste à étudier les différents chemins réactionnels possibles par calcul DFT en utilisant le logiciel de modélisation Gaussian 03. L’exploitation des résultats obtenus a permis de revisiter les concepts clés de la catalyse d’hydrogénation asymétrique et de mener une discussion par rapport à la fiabilité des méthodes théoriques à prévoir l’expérience.

Several studies brought back the influence of the hydrogen pressure, more precisely the real hydrogen concentration dissolved in solution, on the enantioselectivity of the catalytic asymmetric hydrogenation for rhodium based catalysts. However to identify the enantiodetermining step(s), and to gain some further understanding on the hydrogen pressure-enantioselectivity relationship, the determination of the kinetic constants is required. We have thus embarked a project aiming such determination by coupling experimental work and theoretical chemistry. Two studies were undertaken on the asymmetric hydrogenation of both substrates by the Rh (I)/ (R,R)-Me-bpe catalyst. The experimental kinetic work study is based on the kinetic model suggested by Halpern in order to estimate the parameters kinetic of each elementary step, whereas that theoretical, consists in studying the various possible pathways by DFT calculation using the software of modelling Gaussian 03. The analysis of the obtained results made it possible to revisit the concepts’ key of the catalytic asymmetric hydrogenation and to hold a discussion about the reliability of the theoretical methods to envisage the experiment.