Thèse en cours

Une plateforme modulable à base de MOFs pour relever les défis de la séparation chromatographique chirale
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Auteur / Autrice : Soraya Bouras
Direction : Christian SerreAntoine Tissot
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
Date : Inscription en doctorat le 01/09/2021
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Matériaux Poreux de Paris
établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)

Résumé

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Les phases stationnaires actuellement utilisées en chromatographie liquide haute performance (CLHP) reposent principalement sur l'utilisation de cellulose ou d'amylose fonctionnalisées. Elles permettent de séparer efficacement de nombreux mélanges chiraux, mais leur coût reste excessivement élevé quelles que soient les dimensions de la colonne. De plus, les mécanismes impliqués dans la reconnaissance chirale restent dans une large mesure peu clairs. Ainsi, il existe toujours une forte demande pour la conception de nouvelles phases stationnaires, combinant idéalement haute efficacité, faible coût et haut degré d'accordabilité. Les reseaux hybrides poreux cristallisés ou Metal-Organic Frameworks (MOF) sont des matériaux prometteurs pour de nombreuses applications liées à la séparation/au stockage des gaz, à la catalyse, à l'environnement et à la santé, entre autres, grâce à leur haute porosité combinée à une large gamme de fonctionnalisations possibles. Par conséquent, l'utilisation des MOFs comme phases stationnaires pour la chromatographie a été étudiée au cours de la dernière décennie, mais seules quelques études ont été axées sur la séparation chirale jusqu'à présent. L'objectif de ce projet est de concevoir pour la première fois une plateforme modulable de phases stationnaires chirales pures de MOF pour la HPLC, qui soit évolutive, bon marché et efficace, en préparant des MOFs mésoporeux chimiquement stables portant des groupes chiraux spécifiques abordables, façonnés par séchage par pulvérisation sous forme de billes micrométriques monodispersées mécaniquement stables. Les MIP-206 sont une famille de MOFs à base de Zr(IV) et d'acides isophtaliques substitués (IPA) dont les grands pores 1D (2,5 à 3,5 nm) offrent une plateforme idéale pour une telle application. Ils peuvent être synthétisés dans des conditions respectueuses de l'environnement à grande échelle (>10g dans un pot) et présentent une grande stabilité chimique. Leurs structures offrent la possibilité d'introduire des groupes fonctionnels, soit par modification du ligand, soit par greffage sur les sites Zr(IV) qui pointent au centre des pores, ce qui est particulièrement intéressant pour la PSM et la séparation. Le changement de groupe fonctionnel sur l'IPA permet également de moduler facilement le caractère hydrophobe, ce qui est d'un fort intérêt car les molécules chirales sont d'une hydrophobicité variable. Dans ce projet, ces MOFs seront fonctionnalisés soit par PSM afin d'introduire des groupes chiraux dans les pores (par exemple des dérivés du camphre) et de modifier leur nature chimique (hydrophobicité, acidité, donneur/accepteur d'électrons...) ou, comme alternative, on substituera partiellement le ligand constitutif de l'IPA par un ligand chiral avec une géométrie compatible (par exemple l'acide camphorique) par la stratégie multivariée. La capacité de séparation des solides fonctionnalisés sera évaluée par extraction en phase solide sur des composés chiraux modèles et les solides les plus prometteurs seront ensuite façonnés pour la préparation de colonnes HPLC. Dans ce but, nous préparerons des microsphères de MOF monodispersées par séchage par pulvérisation en utilisant une suspension aqueuse de nanocristaux de MOF préformés avec des liants inorganiques. Après la mise en forme, des colonnes HPLC seront préparées et leur potentiel pour la séparation chirale sera évalué. Dans l'ensemble, ce projet devrait conduire au développement d'une stratégie synthétique verte et polyvalente pour préparer des phases stationnaires pour HPLC. De plus, le caractère modulable du MOF devrait nous permettre de mieux comprendre l'origine physique de la séparation chirale grâce à l'étude d'une famille de composés chiraux, ce qui pourrait guider davantage la conception de solides optimisés pour la séparation chirale.