Extraction d’Europium (III) par des ligands BTP vers des liquides ioniques : aspects interfaciaux et mécanistiques étudiés par dynamique moléculaire

Europium (III) extraction by BTP ligands toward ionic liquids : interfacial and mechanistic aspects studied by molecular dynamic

• Auteur / Autrice : Thomas Mangin
• Direction : Rachel Schurhammer, Georges Wipff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie informatique et théorique
• Date : Soutenance le 27/11/2021
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière complexe (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Bénichou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandre Varnek
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Guilbaud, Isabelle Billard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interfaces liquide-liquide

Liquides ioniques

Dynamique moléculaire

Mots clés libres

Dynamique moléculaire

Liquides ioniques

Interface liquide-liquide

Extraction cations f

BTP

Molecular dynamic

Ionic liquids

Interface liquid-liquid

Cation f extraction

BTP

Résumé

L’extraction liquide/liquide et la complexation d’ions correspondent à des processus multi-étapes complexes mettant en jeux des phénomènes interfaciaux non élucidés. Nous étudions ici l’extraction de Eu3+ à partir de solution aqueuses de Eu(NO3)3 ou de Eu(Tf2N)3 par des ligands bis-1,2,4-triazinyl pyridine (BTP) vers deux LI ([BMI][Tf2N] et [OMI][Tf2N]), ainsi que vers l’octanol. Pourquoi l’extraction vers des LI est-elle plus efficace que vers les milieux organiques classiques ? Que se passe-t-il à l’interface avant et lors de l’extraction ? Quelle est la séquence de complexation ? Quel est le lieu de rencontre de L et Eu3+ ? Comment fonctionnaliser le ligand pour le rendre plus tensioactif ? Pour répondre à ces questions, nous avons simulé par dynamique moléculaire et calculs de PMF (potentiel de force moyenne) des solutions biphasiques LI/Eau ou Octanol/Eau avec ou sans soluté, et y avons étudié la distribution des différentes espèces en solution, ainsi que leur énergie libre de transfert de la phase aqueuse vers la phase LI ou Octanol. Les résultats obtenus sont comparés à ceux expérimentaux, incluant ceux obtenus dans le cadre du projet ANR PROfILE.

Liquid/Liquid extraction and complexation are complex multi-step processes that involve interfacial phenomena. We have studied the Eu3+ extraction (from aqueous Eu(NO3)3 or Eu(Tf2N)3 containing solutions) by bis-1,2,4-triazinyl pyridine (BTP) ligands toward two ILs ([BMI][Tf2N] or [OMI][Tf2N]), or octanol. Why is extraction to ILs is more efficient than to classical organic solvents? What happens at the interface before and during the extraction? What is the sequence of Eu3+ complexation? Where is the meeting region of L and Eu3+? How to functionalize the ligand to make it surface active? To answer those questions, we simulated by classical MD and PMF calculations IL/Water or Octanol/Water biphasic solutions with or without solutes, and determined the distribution of key species, and their free energy of transfer from the water to the IL or octanol phase. The results have been compared to the available experimental ones, including those obtained in the ANR PROfILE project.