Synthèse « one-pot » : voies catalytiques vers des polymères durables d'origine biologique

One-pot synthesis: catalytic pathways to sustainable biobased polymers

• Auteur / Autrice : Kanokon Upitak
• Direction : Christophe Thomas
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Moléculaire
• Date : Inscription en doctorat le 19/10/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris Centre
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche de Chimie Paris
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Chimie Organométallique et Catalyse de Polymérisation (COCP)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Chimie ParisTech / École Nationale Supérieure de Chimie de Paris (ENSCP)

Mots clés

Mots clés libres

Transformations one-pot

Catalyse

Polymères dégradables

Polymères biosourcés

Polylactide

Polyméthacrylate de méthyl Poly(silyléther)s

One-pot catalysis

Catalysis

Biobased polymers

Degradable polymers

Polylactide

Polymethyl methacrylate

Poly(silylether)s

Résumé

Les matériaux polymères modernes requièrent des propriétés de plus en plus sophistiquées et souvent des fonctions multiples, ce qui entraîne une complexité structurale accrue et des difficultés de synthèse, qui augmentent également les coûts. Les transformations « one-pot » sont une solution efficace à la chimie de synthèse dans laquelle de multiples réactions chimiques se produisent séquentiellement dans un seul réacteur, évitant ainsi les opérations de séparation/purification qui consomment beaucoup d'énergie et sont coûteuses. Le travail de cette thèse vise à révéler l'efficacité de la catalyse « one-pot » pour produire des polymères à base de polylactide (PLA) aux propriétés supérieures. Tout d'abord, des complexes métalate de fer et de magnésium générés in situ ont été développés. Ces complexes se sont révélés être des catalyseurs efficaces pour la polymérisation par ouverture de cycle à température ambiante du lactide (LA), la polymérisation anionique du méthacrylate de méthyle (MMA) et la copolymérisation du LA avec le MMA. Deuxièmement, la catalyse « one-pot » pour la synthèse de poly(silyl éther)s (PSE) à l'aide d'un catalyseur tandem à base de fer a été rapportée, permettant également la formation de copolymères de type (PSE)-co-PLA. Ces nouveaux polymères biosourcés présentent une recyclabilité et une stabilité thermique élevée. Enfin, la synthèse en une seule étape de PLA greffés sur des chaines poly(méth)acrylate a été abordée. Cette approche combine la polymérisation par ouverture de cycle (ROP) du lactide, l'estérification et la polymérisation radicalaire des (méth)acrylates en une seule étape. La combinaison des chaînes latérales rigides du PLA avec le squelette flexible de l'acrylate crée un équilibre unique entre résistance et flexibilité, faisant de ce matériau un élastomère thermoplastique avec des propriétés potentielles de mémoire de forme. Mots clés Transformations « one-pot », catalyse, polymères biosourcés, polymères dégradables, polylactide, polyméthacrylate de méthyle, poly(silyléther)s

Modern polymeric materials require increasingly sophisticated properties and often multiple functions, leading to increased structural complexity and difficulty in synthesis, which also increases costs. One-pot transformations are an efficient solution to multi-step synthesis, where different chemical reactions occur sequentially in a single reaction vessel, thus avoiding energy- and cost-intensive separation/purification operations. The work in this thesis aims to demonstrate the efficiency of one-pot catalysis to produce polylactide (PLA)-based polymers with superior properties of. First, in situ metalate complexes based on iron and magnesium were developed. These complexes were found to be effective catalysts for the ring-opening polymerization of lactide (LA) at room temperature, the anionic polymerization of methyl methacrylate (MMA), and the copolymerization between LA and MMA. Second, the one-pot catalysis for the synthesis of poly(silyl ether) (PSE)-co-PLAs using an iron-based tandem catalyst was reported. These novel bio-based polymers exhibit recyclability and high thermal stability. Finally, the one-pot synthesis of poly(meth)acrylate-graft-PLA was considered. This approach combines ring-opening polymerization of lactide, esterification, and radical polymerization of acrylates in a single step. The combination of the rigid PLA side chains with the flexible acrylate backbone creates a unique balance of strength and flexibility, making this material a thermoplastic elastomer with potential shape memory properties. Keywords Catalysis, one-pot catalysis, biobased polymers, degradable polymers, polylactide, polymethyl methacrylate, poly(silylether)s