CE07 - Chimie moléculaire, Chimie durable et procédés associés

Activation de catalyseurs au Nickel contrôlée par la lumière – LightNing

Complexes de nickel et lumière: Un duo de choix pour la catalyse

Le projet LightNing a pour objectif de développer la première génération de précatalyseurs de Ni(II) qui peuvent être sélectivement et efficacement photoréduits en des espèces Ni(I) ou Ni(0) de structures définies et actives en catalyse.

Activation de catalyseurs au nickel contrôlée par la lumière

Nous ciblons le dévelopement de précatalyseurs de Ni(II) photoréductibles et de structures «simples«, avec pour but que ces précatalyseurs soient des outils d'intérêt pratique pour des applications dans des réactions clés catalysées par des espèces basses-valence du nickel. <br />Les principaux objectifs sont : <br />1- La conception / synthèse de complexes de Ni(II) photoréductibles <br />2- L'élucidation des mécanismes de photoréduction <br />3- L'application des précatalyseurs de Ni(II) photoactivables à des réactions importantes/nouvelles catalysées au nickel.

Les objectifs fixés seront atteints grâce à un projet collaboratif impliquant deux partenaires constitués de chimistes de synthèse et de spectroscopistes.

De nombreux complexes de Ni(II) potentiellement photoréductibles ont été synthétisés et caractérisés. La plupart sont efficacement réduits sous irradiation lumineuse en des espèces Ni(I)/Ni(0).

L'étude du mécanisme de photoréduction des complexes et leur application en catalyse sont en cours.

Manuscrit en préparation

La mise au point de catalyseurs métalliques innovants est un domaine de recherche très actif dans l’industrie et milieu académique. Bien que la catalyse soit un des piliers de la chimie verte (9ème principe), un des enjeux majeurs concerne le développement de procédés n’utilisant pas de métaux précieux. Dans ce contexte, et du fait de son aptitude à catalyser des transformations importantes telles que les réactions d’homocouplage et couplages croisés, la catalyse au nickel connaît un essor considérable. La capacité des espèces basses-valences Ni(0) ou Ni(I) à réaliser la première étape de ces réactions, c’est-à-dire l’addition oxydante dans les liaisons C-X, est une caractéristique importante associée à ce métal. En catalyse il faut considérer le dilemme réactivité vs stabilité, la difficulté à manipuler/stocker les catalyseurs les plus réactifs limitant leur utilité pratique. Ceci est particulièrement vrai pour le nickel dont les espèces basses valences sont extrêmement sensibles au dioxygène, nécessitant donc le plus souvent de les stocker et manipuler dans une boite à gants. Le projet LightNing a pour but de développer la première génération de précatalyseurs de Ni(II) qui puissent être photoréduits dans des conditions douces pour générer sélectivement les espèces catalytiques à basses valences Ni(I) ou Ni(0). Cela contraste avec les processus d'activation actuels qui emploient typiquement un excès d'espèces réductrices hautement réactives conduisant à un mauvais contrôle du processus de réduction. La stratégie générale consistera à exploiter la capacité des états triplets de cétones aromatiques, tels que le benzophénone, à promouvoir la réduction des métaux de transition. Les principaux avantages attendus de cette stratégie originale sont: 1) manipulation de précatalyseurs stables à l'air, faciles à préparer, bon marché et qui intègrent le photosensibilisateur organique dans leur structure, 2) grande efficacité et contrôle précis de la réduction, 3) réduction sélective en espèces catalytiques Ni(I) ou Ni(0), 4) catalyseurs plus verts et plus sûrs. Les principaux objectifs du projet sont: 1) développer des précatalyseurs de Ni(II) photoréductibles bons marchés, 2) optimiser les processus de photoréduction et comprendre les mécanismes, 3) fournir des catalyseurs hautement réactifs pour des réactions importantes de couplages croisés. Ce projet collaboratif (42 mois) coordonné par Jean-Marc Vincent (DR, CNRS) implique 2 partenaires des Universités de Bordeaux et Grenoble-Alpes ayant une expertise complémentaire en catalyse, chimie de coordination, photochimie, électrochimie et spectroscopies. Un doctorant et un chercheur post-doctoral (18 mois) seront recrutés pour compléter le consortium. LightNing est un projet de recherche fondamentale (TRL 1-2) qui cible des défis sociétaux importants tel que le développement de processus catalytiques plus durables qui bénéficieront aux expérimentateurs en leur proposant des catalyseurs sûrs, hautement réactifs mais faciles à préparer et manipuler. Globalement, le projet correspond à l'OPR «Systèmes catalytiques» du Défi 3 «Stimuler le Renouveau Industriel», Axe 3 «Chimie moléculaire, chimie durable et procédés associés». Les résultats du projet LightNing devraient avoir un fort impact dans le domaine de la catalyse homogène, domaine dans lequel la catalyse du Ni et les processus promus par la lumière connaissent un développement impressionnant. Les résultats de Lightning seront valorisés par des publications dans des revues internationales à fort impact et par des présentations dans des congrès nationaux et internationaux. La plupart des précatalyseurs ciblés, obtenus par des synthèses directes à partir de matières premières peu coûteuses, seront compatibles avec une préparation à grande échelle pour une possible commercialisation. A moyen terme cela pourrait conduire à une collaboration avec un partenaire industriel.

Coordinateur du projet

Monsieur Jean-Marc VINCENT (INSTITUT DES SCIENCES MOLECULAIRES)

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

DCM DEPARTEMENT DE CHIMIE MOLECULAIRE
ISM INSTITUT DES SCIENCES MOLECULAIRES

Aide de l'ANR 279 123 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2018 - 42 Mois

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