CE07 - Chimie moléculaire et procédés associés pour une chimie durable

Propriétés Catalytiques de Systèmes Moléculaires Combinant Porphyrines et Complexes Métalliques de Carbènes N-hétérocycliques – COmPaCt

Résumé de soumission

Dans le contexte actuel des demandes énergétiques croissantes et des problèmes environnementaux, l’utilisation de la photocatalyse et de l’électrocatalyse pour obtenir des produits de haute valeur ajoutée ou des carburants deviendra un défi majeur dans le futur. Les porphyrines et les ligands carbènes N-hétérocycliques (NHC) sont deux classes importantes de ligands dans le domaine de la catalyse, car ils sont capables de former des liaisons fortes avec la plupart des métaux de transition à bas et hauts degrés d’oxydation. Le projet “COmPaCt” vise à combiner ces deux types de ligands au sein de systèmes unimoléculaires et à étudier leurs propriétés catalytiques, photocatalytiques et électrocatalytiques. Différents complexes métalliques de NHC seront synthétisés afin de couvrir un large spectre de réactions chimiques possibles. La possibilité d’observer des effets coopératifs entre les porphyrines et les complexes métalliques de NHC en fonction de leurs modes de liaisons sera notamment étudié. Dans un premier temps, nous étudierons la modulation des propriétés électroniques et catalytiques des complexes métalliques de NHC par modulation de propriétés électroniques des porphyrines voisines de différentes manières: coordination de cations métalliques dans les porphyrines, protonation des porphyrines bases libres, oxydation/réduction des (métallo)porphyrines, interactions de type pi-stacking avec d’autres molécules pi-conjuguées. Cette étude permettra d’identifier les systèmes moléculaires offrant des interactions nulles, faibles ou fortes entre les porphyrines et les complexes métalliques de NHC périphériques. Dans un second temps, ces composés seront utilisés pour des applications en photocatalyse. Plusieurs systèmes combinant photocatalyse et catalyse par des métaux de transition ont été décrits dans la littérature, mais aucun d’eux n’utilise simultanément des porphyrines et des complexes métalliques de NHC. Ici, les porphyrines seront utilisées comme antennes collectrices capables d’absorber la lumière visible et d’effectuer des réactions de transferts d’énergie et/ou d’électrons photoinduits vers les complexes métalliques de NHC périphériques. Différentes réactions activées photochimiquement seront étudiées telles que des réactions de couplages C-C et C-N, ou encore l’activation de petites molécules (réduction de CO2, réduction de proton, activation de H2O), dans le but de voir si des effets synergiques peuvent être observés en combinant porphyrines et complexes métalliques de NHC au sein de systèmes unimoléculaires tout-en-un. Ces effets synergiques pourraient permettre d’obtenir des systèmes photocatalytiques plus efficaces ou possédant une réactivité différente ou inattendue par rapport aux systèmes bimoléculaires correspondant. Des études photophysiques avancées en utilisant différentes techniques spectroscopiques à l’état stationnaire et résolues dans le temps seront réalisées afin de comprendre les mécanismes mis en jeu. Enfin, la versatilité de la chimie des porphyrines et des ligands NHC nous a également permis de développer la synthèse de dimères de porphyrines cofaciales assemblées par des liaisons NHC-métal. Dans le cadre de ce projet, nous souhaitons donc explorer la possibilité d’utiliser ces nouveaux objets moléculaires pour des applications en électrocatalyse. Des dimères de porphyrines de cobalt et de fer seront synthétisés et leurs propriétés électrocatalytiques dans des réactions de réduction de O2 et de CO2 seront étudiées. La nature des ligands NHC et des ions métalliques assembleurs moduleront directement la distance porphyrine-porphyrine, un paramètre très important pour que les deux métalloporphyrines en vis-à-vis puissent agir de manière coopérative.

Coordination du projet

Sébastien RICHETER (Institut de chimie moléculaire et des matériaux - Institut Charles Gerhardt Montpellier)

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.

Partenaire

ICGM Institut de chimie moléculaire et des matériaux - Institut Charles Gerhardt Montpellier
JOLIOT Institut des sciences du vivant FRÉDÉRIC-JOLIOT
ICMUB INSTITUT DE CHIMIE MOLECULAIRE DE L'UNIVERSITE DE BOURGOGNE - UMR 6302

Aide de l'ANR 449 314 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2020 - 48 Mois

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