Étude thermodynamique des systèmes hétérogènes organiques : amélioration de l'analyse thermique isopéribolique discontinue et utilisation des diagrammes de phases dans la conception de résolutions énantiomériques par cristallisation

Thermodynamic study of organic heterogeneous systems : improvement of discontinuous isoperibolic thermal analysis, and use of phase diagrams to design enantiomeric resolutions by crystallization

• Auteur / Autrice : Florian Querniard
• Direction : Gérard Coquerel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Thermodynamique des équilibres hétérogènes
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Rouen en cotutelle avec University of Rouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermodynamique

Diagrammes de phases

Solubilité

Cristallisation

Énantiomères

Chiralité

Résolution (chimie)

Hydrates

Mots clés libres

Sels diastéréomériques

Hydantoïnes

Phencyphos

Résumé

Ce travail de thèse traite de l'étude thermodynamique des systèmes hétérogènes organiques. L'analyse thermique isopéribolique discontinues (DITA), une technique expérimentale permettant l'étude des diagrammes de phases a été améliorée dans trois de ses aspects. Tout d'abord, il a été montré que le signe des ruptures de pente, qui sont caractéristiques du franchissement des limites de domaines, indique le comportement direct ou rétrograde de ces limites. Ensuite, l'incertitude des résultats fournis par la DITA a été estimée grâce à un inventaire des sources d'erreur et à des tests de répétabilité. Enfin, un nouveau logiciel d'automatisation et d'exploitation des résultats a été mis au point pour rendre la technique plus accessible. L'influence de la quantité d'agent dédoublant sur la résolution d'énantiomères par sels diastéréomériques a été étudiée sur la base des diagrammes de phase. Il a été montré que, dans les cas favorables, la quantité d'agent dédoublant peut-être diminuée en dessous d'un demi équivalent sans perte d'efficacité. Cela s'accompagne d'une économie en solvant et d'une réduction de la taille du réacteur pour un résultat équivalent. La résolution de la CF361H par l'αMBA dans l'éthanol est donnée en exemple expérimental. Un nouveau procédé de résolution du phencyphos a été mis au point. La cristallisation préférentielle de son monohydrate a été développée et optimisée à l'aide de diagrammes de phase. Ce procédé a été porté avec succès à l'échelle de 35 litres et 30kg de chaque énantiomère ont été produits.

The work presented consists of thermodynamic study of organic heterogeneous systems. Discontinuous Isoperibolic Thermal Analysis (DITA), an experimental technique dedicated to phase diagram investigation has been improved in three aspects. First, it has been demonstrated that the sign of slope breaks, which are characteristic of phase domain boundary crossing, indicates the direct or retrograde behaviour of these boundaries. Then, the uncertainty of DITA results has been estimated through an inventory of error sources and repeatability tests. Finally, a new automation and processing software has been developed to make the technique more accessible. The influence of resolving agent amount on enantiomer resolution by diastereomeric salts has been studied based on phase diagrams. It has been demonstrated that on favourable cases, the amount of resolving agent can be reduced to less than a half equivalent without efficiency loss. This reduction comes with an economy of solvent and reactor size. The resolution of (±)-CF361H by various amount of αMBA in ethanol is given as experimental example. A new resolution route for phencyphos has been found through preferential crystallization of its monohydrate. This new process has been designed and optimized with the help of phase diagram knowledge. It has been upscaled successfully to 35 litres. 30kg of each enantiomer have been produced.