Développement de systèmes catalytiques pour l'oxydation au protoxyde d'azote

Development of catalytic systems for oxidation with nitrous oxide

• Auteur / Autrice : Laurenzo Frot
• Direction : Grégory Danoun
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCM Laboratoire de Chimie Moléculaire

Mots clés

Mots clés libres

Destruction des NOx

Catalyse

Oxydation

Activation de petites molécules

Oxidation

Catalysis

Small molecules activation

NOx destruction

Résumé

Malgré son aspect prometteur, l'utilisation du protoxyde d'azote (N2O) comme oxydant en chimie organique a été assez peu étudiée. Le protoxyde d'azote est pourtant un oxydant relativement fort : le potentiel standard du couple N2O/N2 est de 1,77 V, similaire à celui du couple H2O2/H2O qui a assez souvent été utilisé dans les réactions d'oxydation. Le N2O peut ainsi être utilisé comme donneur d'oxygène dans des réactions d'oxydation ; il a ainsi été notamment étudié pour la réaction d'oxydation des phosphines en oxydes de phosphines. D'autres réactions plus difficiles d'accès mettant en œuvre le protoxyde d'azote et différents catalyseurs métalliques ont néanmoins également été rapportées : époxydation de doubles liaisons, oxydation d'alcools secondaires en cétones, d'isocyanures en isocyanates, etc , . Aucune réaction d'oxydation de thioéther à l'aide de protoxyde d'azote ne semble exister dans la littérature alors que son potentiel rédox similaire à celui du peroxyde d'hydrogène pourrait laisser envisager un développement similaire à celui observé avec les peroxydes. Le N2O fait partie de la famille des NOx qui sont des molécules polluantes qui se retrouvent souvent parmi les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. Le N2O est ainsi principalement connu pour être un gaz à effet de serre. Le processus catalytique proposé vise à valoriser ce gaz en utilisant sa capacité à être un oxydant tout en le transformant en N2, gaz complétement inoffensif puisqu'il compose 80% de notre atmosphère. Le projet doctoral propose de développer des systèmes catalytiques permettant d'utiliser le N2O pour oxyder des polluants persistants. Ce système vise à des applications duales que ce soit pour le domaine militaire (destruction de toxiques persistants) ou pour le domaine civil (dégradation de certains pesticides).

The use of nitrous oxide (N2O) as an oxidant in organic chemistry has been scarcely studied. However, nitrous oxide is a relatively strong oxidant: the standard potential of the N2O/N2 couple is 1.77 V, similar to that of the H2O2/H2O couple, which has been used quite often in oxidation reactions. N2O can therefore be used as an oxygen donor in oxidation reactions, and has been studied in particular for the oxidation of phosphines to phosphine oxides. Other reactions that are more difficult to access using nitrous oxide and various metal catalysts have also been reported: epoxidation of double bonds, oxidation of secondary alcohols to ketones, isocyanides to isocyanates, and so on. No thioether oxidation reaction using nitrous oxide seems to exist in the literature, although its redox potential, similar to that of hydrogen peroxide, could suggest a development similar to that observed with peroxides. N2O is a member of the NOx family of polluting molecules often found in the exhaust gases of internal combustion engines. N2O is mainly known as a greenhouse gas. The proposed catalytic process aims to make the most of this gas by exploiting its capacity as an oxidant while transforming it into N2, a completely harmless gas since it makes up 80% of our atmosphere. The doctoral project proposes to develop catalytic systems for using N2O in persistent pollutants oxidations. This system will be used for dual applications that is both military (destruction of persistent toxic substances) and civil applications (degradation of pesticides).