VERS DES PROCEDES CHIMIQUES POUR UN DEVELOPPEMENT DURABLE:IMMOBILISATION DE CATALYSEURS MOLECULAIRES ORGANIQUE ET METALLIQUE ET LEURS APPLICATIONS EN CHIMIE FINE – GLOBUCAT
Vers des procédés chimiques durables : immobilisation d'organoactalyseurs ou de de catalysuers à base de métaux and leur application pour la synthèse de produits de chimie fine
Mise au point et applications de catalyseurs nanométriques efficaces et recyclables
Conception et mise en oeuvre de procédés éco-compatibles pour la synthèse de molécules organiques.
Le sujet se situe dans le cadre général de la recherche de procédés chimiques éco-compatibles pour la synthèse de composés organiques, intermédiaires ou cibles dans les domaines de la santé ou des matériaux. Cette quête est aujourd’hui devenue incontournable dans la mesure où, même si de nombreux catalyseurs efficaces sont actuellement disponibles pour promouvoir les réactions chimiques donnant accès à ces molécules, leur application à plus grande échelle n’est optimale que si le catalyseur peut être d’une part séparé du milieu réactionnel, et d’autre part réutilisé. Ainsi, de nombreux supports (polymères, dendrimères, silices, nanoparticules…), souvent de taille nanométrique et sur lesquels peuvent être greffés ces catalyseurs, ont vu le jour. Ils offrent en effet la possibilité de récupération de ces derniers via diverses techniques comme la nanofiltration, la précipitation suivie d’une filtration, ou la décantation magnétique. Dans ce projet, les procédés que nous avons développés mettent en jeu l’immobilisation de catalyseurs sur deux types de supports : les dendrimères (polymères arborescents obtenus par un processus itératif et présentant une structure parfaitement définie) et les nanoparticules (NPs).
Les supports plus particulièrement étudiés consistent en des dendrimères phosphorés d’une part (savoirfaire
Toulouse), et des nanoparticules magnétiques de cobalt (ou fer) recouvertes d’une coquille de carbone
d’autre part (savoir-faire Regensburg). L’association des deux supports a également été étudiée dans un
cas.
Les catalyseurs greffés mettent en jeu des métaux de transition, des terres rares (Sc, Y et lanthanides) ou des
molécules organiques (organocatalyseurs) qui permettent tous de promouvoir de nombreuses réactions
chimiques donnant accès à des composés clés dans le domaine des sciences de la vie et pour la préparation
de matériaux. Dans certains cas, des modes de greffage faisant appel à la «click chemistry« et donc en phase
avec le développement durable ont été utilisés. Le greffage non covalent de catalyseurs par p-stacking
constitue une autre originalité du projet.
Les activités, sélectivités et recyclabilités des catalyseurs nanométriques obtenus ont été évaluées dans
plusieurs réactions (couplage de Suzuki, acylation, hydroxycarbonylation, polymérisation…). Nous nous
sommes également intéressés à l’influence de la nature du support sur les performances catalytiques et
avons montré que les dendrimères permettaient d’améliorer significativement l’activité dans plusieurs cas
(«effet dendritique«).
Enfin, les catalyseurs dendritiques ont été récupérés par précipitation/filtration tandis que les NPs
magnétiques ont été séparées du milieu réactionnel au moyen d’un aimant.
Les catalyseurs dendritiques ou à base de NPs développés sont aptes à promouvoir efficacement des
réactions clés de la chimie organique et recyclables jusqu’à seize fois sans perte d’activité. Un autre résultat
marquant et inattendu est la démonstration que l’utilisation d’un support dendritique permet d’éviter les
traces de métaux résiduels dans le produit formé. Cette propriété est d’une importance cruciale dans le
cadre de la préparation de médicaments. L’association des deux types de supports au travers du greffage
par p-stacking d’un dendron à coeur pyrène sur une NP magnétique à coquille de carbone (graphène) a
également permis de développer un catalyseur très actif, original et facilement recyclable douze fois au
moyen d’un simple aimant.
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De nombreuses publications ont été acceptées (voir la partie E), souvent dans des journaux à très haut
facteur d’impact (tel que par exemple, Angewandte Chemie International Edition), témoignant ainsi du
succès de nos recherches mais aussi de l’intérêt très large du sujet.
Coordination du projet
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
Aide de l'ANR 249 598 euros
Début et durée du projet scientifique :
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