De nouveaux biocatalyseurs hétérogènes pour des réactions d'oxydation PDF Download
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Author: Sarah Lopez
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Depuis la révolution industrielle, la chimie ne cesse de prospérer en développant des procédés de plus en plus performants souvent aux dépens de l'environnement. Dans le cadre du développement d'une chimie durable, des procédés catalytiques dans le domaine de la chimie d'oxydation sont mis en place en utilisant des métaux physiologiques et des oxydants doux. En combinant les avantages de la catalyse homogène et de la biocatalyse, de nouveaux catalyseurs bio-inspirés ont émergé, les métalloenzymes artificielles. Elles sont constituées d'un complexe inorganique, choisi en fonction de la réaction visée, qui est ancré au sein d'une protéine, qui apporte la sélectivité de la réaction. Au cours des travaux de cette thèse, de nouvelles métalloenzymes artificielles ont été créées par ancrage de divers complexes de Fe ou de Ru au sein de la protéine NikA. Dans un premier temps, l'hybride NikA/Ru-bpza a été synthétisé pour réaliser l'hydroxychloration d'alcènes en présence d'un iode hypervalent. Bien que d'excellentes propriétés catalytiques aient été obtenues, l'amélioration de la stabilité de ce type de catalyseurs, en particulier pour des réactions d'oxydation, reste un challenge important à relever pour leur utilisation au niveau industriel. Une des solutions originale est basée sur le développement de la catalyse hétérogène, en utilisant de cristaux de métalloenzymes artificielles grâce à la technologie CLEC (Cross-Linked Enzyme Crystals). Cette technologie permet, d'une part, d'améliorer la stabilité et la recyclabilité des catalyseurs, et d'autre part, d'élargir les conditions réactionnelles utilisées (solvants, pH, températures). Trois réactivités ont été développées à base de CLEC NikA/FeL : (i) la sulfoxydation de thioéthers, (ii) l'hydroxychloration d'alcènes en présence d'Oxone® et de chlore et (iii) la coupure oxydante d'alcènes par activation d'O2. Ces résultats ont permis d'explorer de nouvelles réactivités en chimie cascade soit en combinant les CLEC mis au point, soit en combinant différents catalyseurs homogènes.
Author: Sarah Lopez
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Depuis la révolution industrielle, la chimie ne cesse de prospérer en développant des procédés de plus en plus performants souvent aux dépens de l'environnement. Dans le cadre du développement d'une chimie durable, des procédés catalytiques dans le domaine de la chimie d'oxydation sont mis en place en utilisant des métaux physiologiques et des oxydants doux. En combinant les avantages de la catalyse homogène et de la biocatalyse, de nouveaux catalyseurs bio-inspirés ont émergé, les métalloenzymes artificielles. Elles sont constituées d'un complexe inorganique, choisi en fonction de la réaction visée, qui est ancré au sein d'une protéine, qui apporte la sélectivité de la réaction. Au cours des travaux de cette thèse, de nouvelles métalloenzymes artificielles ont été créées par ancrage de divers complexes de Fe ou de Ru au sein de la protéine NikA. Dans un premier temps, l'hybride NikA/Ru-bpza a été synthétisé pour réaliser l'hydroxychloration d'alcènes en présence d'un iode hypervalent. Bien que d'excellentes propriétés catalytiques aient été obtenues, l'amélioration de la stabilité de ce type de catalyseurs, en particulier pour des réactions d'oxydation, reste un challenge important à relever pour leur utilisation au niveau industriel. Une des solutions originale est basée sur le développement de la catalyse hétérogène, en utilisant de cristaux de métalloenzymes artificielles grâce à la technologie CLEC (Cross-Linked Enzyme Crystals). Cette technologie permet, d'une part, d'améliorer la stabilité et la recyclabilité des catalyseurs, et d'autre part, d'élargir les conditions réactionnelles utilisées (solvants, pH, températures). Trois réactivités ont été développées à base de CLEC NikA/FeL : (i) la sulfoxydation de thioéthers, (ii) l'hydroxychloration d'alcènes en présence d'Oxone® et de chlore et (iii) la coupure oxydante d'alcènes par activation d'O2. Ces résultats ont permis d'explorer de nouvelles réactivités en chimie cascade soit en combinant les CLEC mis au point, soit en combinant différents catalyseurs homogènes.
Author: Charbel Roukoss
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Languages : en
Pages : 201
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L'objectif de ce travail a été la synthèse de catalyseurs hétérogènes d'époxydation des oléfines. Actuellement cette réaction a été réalisée par des catalyseurs homogènes bio-inspirés et hétérogènes, conduisant ainsi à des procédés d'époxydation qui souffrent tous de problème de sélectivité et produisent une quantité énorme de sous produits. Au cours de ce travail, la préparation de nouveaux catalyseurs bien définis, à base de fer supportés sur oxydes, pour l'époxydation des oléfines a été abordée par la voie Chimie Organométallique de Surface. Plusieurs supports ont été sélectionnés (silice, SBA-15, alumine et silice-alumine). Trois types de précurseurs moléculaires (complexes organométalliques à base de Fer) sont utilisés : monomère stabilisé ou pas par un ligand et dimère. Leur greffage sur les différents supports ont permis d'obtenir trois classes différentes de catalyseurs: catalyseur monométallique avec ou sans ligand à base de Fer(II), catalyseur bimétallique à base de Fer(II) et catalyseur monométallique à base de Fer(III) dispersé sur support oxyde. Enfin l'activité de tous ces catalyseurs dans les réactions d'époxydation du cyclohéxène par H2O2 et du propène par N2O a été étudiée et un mécanisme d'oxydation a été proposé. Des activités intéressantes ont été obtenues, montrant ainsi la stratégie à adopter pour la prochaine génération de catalyseurs
Author: Kahina Ouchaou
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Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit portent essentiellement sur la préparation, le criblage et l'utilisation des catalyseurs hétérogènes à base de polysaccharides. L'objectif principal du projet de thèse a plus particulièrement consisté à évaluer deux polysaccharides : les alginates et le chitosane en tant que supports renouvelables pour la catalyse hétérogène. Ces deux types de polysaccharides ont des structures et des propriétés physico-chimiques très différentes : les alginates sont connus pour être de bons complexants de métaux di ou trivalents de par la présence des fonctions carboxylates dans leur matrice, le chitosane résulte quant à lui de l'assemblage d'unités N-glucosamine pouvant être facilement modifiées chimiquement.Dans un premier temps, nos travaux ont essentiellement portés sur des catalyseurs bimétalliques Mn+ Pd supportés sur alginate dont nous avons évalué l'activité catalytique dans les réactions de couplage C--C de Mizoroki-Heck, Sonogashira et Suzuki-Miyaura. D'une manière générale, seuls les catalyseurs à base de nanoparticules de palladium ont montré une réactivité intéressante pour la catalyse de la réaction de Suzuki-Miyaura. Par la suite, nous avons également étudié les réactions d'oxydations d'alcools catalysées par du palladium (II) complexé à l'alginate. Cette étude nous a permis d'identifier deux catalyseurs actifs vis-à-vis de l'oxydation d'alcools allyliques et benzyliques.Dans un deuxième temps, nous avons développé de nouveaux ligands de type NHC en vue de les greffer sur la matrice chitosane : un ligand NHC pour les réactions de métathèse d'oléfines, et plusieurs ligands NHC de type pincer CNC pour les réactions de couplage C--C dans l'eau. Bien que les performances catalytiques des systèmes hétérogènes correspondant soient limitées, ces travaux ont conduit à l'élaboration de nouveaux ligands amphiphiles construits autour d'un noyau pyrazine porteurs de quatre ligands carbéniques. Après complexation de métaux tels que le palladium ou l'or, ces systèmes conduisent à des nanocatalyseurs ayant des performances catalytiques intéressantes. Enfin, dans un troisième temps, nous avons développé une nouvelle réaction de cyanation décarboxylante pallado-catalysée permettant de transformer en une étape des acides carboxyliques aromatiques en benzonitriles correspondants. Outre son intérêt synthétique, cette réaction présente un grand intérêt pour le marquage isotopique.
Author: Pascal Guillo
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Languages : fr
Pages : 246
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Ce travail de thèse repose sur le développement de nouveaux catalyseurs d'oxydation utilisant les principes de la chimie verte. Dans un premier temps, afm d'exploiter les propriétés d'induction des complexes tris-diimine de ruthénium en catalyse asymétrique, des complexes hétérodinucléaires Ru-Mn et Ru-Zn ont été synthétisés et caractérisés. Ces complexes sont constitués de l'association d'une entité chirale de ruthénium et d'un fragment de type Mn- ou Zn-salen. Une espèce Ru(II)-Mn(IV) a notamment été caractérisée et un transfert très efficace d'électrons du centre ruthénium excité vers le centre manganèse a également été mis en évidence. Par contre, leur activité catalytique lors d'oxydation d'alcènes s'est avérée être relativement modeste. Dans la seconde partie, nous nous sommes attachés à exploiter simultanément les propriétés photosensibles et catalytiques des complexes de ruthénium. Ainsi, des systèmes homodinucléaires ont été synthétisés et également complètement caractérisés. Ces systèmes se sont montrés particulièrement efficaces lors de l'oxydation de sulfures sous irradiation lumineuse, en utilisant l'eau comme seule source d'atome d'oxygène et un sel ce Co(III) comme accepteur d'électron. Dans le contexte du développement d'une chimie plus respectueuse de l'environnement, nous avons montré que la combinaison d'un photosensiblisateur et de l'énergie lumineuse permettait d'utiliser des conditions douces pour réaliser des réactions d'oxydation.
Author: Lauriane Plault
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Pages : 149
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Les métallodendrimères constituent une catégorie de catalyseurs relativement nouveaux, dont la propriété essentielle est la recyclabilité. Ils sont synthétisés de façon à bénéficier de la sélectivité et des performances des catlyseurs homogènes, tout en profitant de la recyclabilité des catalyseurs hétérogènes. L'association des polyoxométallates et des dendrimères permet d'accèder à un nouveau type de métallodendrimères efficaces et recyclables pour la catalyse d'oxydation. Plusieurs séries de dendrimères fonctionnaliés à la périphérie, au coeur et à l'intersection des branches par les polyoxométallates ont été synthétisés. Cette variation de la position de l'espèce active permet d'étudier l'influence de son environnement sur ses propriétés (solubilité, efficacité en catalyse, recyclage).
Author: Amir Enferadi-Kerenkan
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Pages : 235
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Les huiles et corps gras d'origines végétales ou animales ont récemment attisé un grand intérêt comme matériel de base dans les industries oléochimiques. Cette attention ne provient pas uniquement des raisons environnementales mais aussi de l'avantage économique de ces nouveaux produits. Les acides gras insaturés, composants principaux des lipides, peuvent être oxydés pour la production de mono- ou de di-acides carboxyliques ; ces derniers sont à la base d'une grande variété de matériaux dans de nombreuses industries. Ce procédé d'oxydation est nommé « clivage oxydatif », en effet, durant la réaction, une double liaison carbone-carbone est brisée. L'exemple le plus représentatif est l'acide azélaique, C9 contenant une double fonction acide carboxylique - un produit à haute valeur ajoutée qui est obtenu à partir de l'acide oléique. Actuellement, cette réaction, en industrie, est effectuée par ozonolyse, or, ces réactions ont récemment été classées comme risqué dû aux problèmes associés à l'utilisation d'ozone. Cependant, l'utilisation d'un oxydant plus doux requiert l'utilisation d'un catalyseur. Dans les travaux présentés, nous avons développé un catalyseur hétérogène innovant à partir d'oxydes de tungstène et de molybdène pour la coupure oxydante de l'acide oléique utilisant le peroxyde d'hydrogène comme oxydant. Afin de trouver un catalyseur performant, différents catalyseurs ont été préparés et testés, tels que des oxydes de tungstène mésoporeux, possédant une très grande surface spécifique supportés par de l'alumine gamma, des nanoparticules (NPs) de trioxyde de tungstène de structures différentes (hydraté ou anhydre), de peroxyde de tungstène, d'oxyde de molybdène, mais aussi d'amas de polyoxotungstates (POTs) sous forme de structure de Keggin. Alors que l'utilisation de catalyseur homogène a été largement reportée pour cette réaction, les travaux effectués sur des catalyseurs hétérogènes sont moins rapportés. En effet, l'efficacité des catalyseurs solides est moindre compte tenu du plus faible nombre de sites actifs en contact avec la phase liquide et donc le substrat ; or pour les catalyseurs homogènes cette surface de contact est optimum. Pour s'affranchir de cet obstacle dans ces travaux, nous avons choisi d'utiliser des catalyseurs présentant des tensioactifs à partir de molécules organiques. Ces catalyseurs permettent d'augmenter les propriétés hydrophobes/hydrophiles de la surface de la nanoparticule, et aussi d'améliorer la compatibilité entre la surface du catalyseur solide, le substrat de la réaction - l'acide oléique - et l'oxydant en phase aqueuse. Pour remplir cet objectif, plusieurs cations d'amines quaternaire ont été utilisés dans la synthèse, tel que le l'hexadécyltriméthylammonium (CTA+), le étraméthylammonium (TMA+), le tétrapropylammonium (TPA+) et le tétrabutylammonium (TBA+). Nous avons développé une approche simple et écoresponsable pour la synthèse et le greffage de tensioactifs de nanoparticules d'oxyde de tungstène et de molybdène à partir de la dissolution oxydante de poudre micrométrique de tungstène et de molybdène métallique. Par la suite, avec quelques modifications dans l'approche ainsi que l'utilisation de sels d'amine quaternaire possédant une chaine alcane plus importante lors de la synthèse, nous avons réussi à mettre au point une nouvelle méthode de synthèse pour la préparation de POTs hybride, organique-inorganique. En termes de réaction catalytique, c'est la première fois que l'utilisation de POT comme catalyseurs hétérogènes pour des réactions d'oxydation d'acides gras insaturés est rapportée. Le catalyseur synthétisé présente généralement une excellente activité, comparé aux autres catalyseurs hétérogènes rapportés. Une conversion complète de l'acide oléique initial avec un rendement maximum pour le diacide espéré (acide azélaique) de 80% a pu être atteint en optimisant la quantité d'amine quaternaire cationique à la surface du catalyseur. Grâce à la présence de molécules organiques comme tensioactifs, ce catalyseur efficace en solution aqueuse ne présente pas de lixiviation significative. De plus, il est facilement récupérable et peut être réutilisé sans perte d'activité significative jusqu'à quatre cycles.
Author: Anastassiya Ozherelyeva
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Languages : fr
Pages : 230
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La catalyse homogène est une technologie clé dans la synthèse et un du cœur pour l'industrie chimique et pharmaceutique. L'efficacité d'un processus peut être définie en termes de complexité, la sélectivité et l'économie d'atome. Des réactions catalytiques peuvent respecter tous ces critères simultanément. Ainsi, l’association de la catalyse et la chimie organique permet d’envisager de nouvelles synthèses organiques plus économiques et écologiques. Un aspect important de cette approche est le développement de nouveaux ligands et/ou de catalyseurs, qui permettent de réalisér des réactions efficaces et sélectives et la création de processus catalytiques originaux. De plus pour augmenter le nombre d'applications catalytiques dans l'industrie, des processus verts à faibles coûts doivent être développés. Les sels de fer sont généralement non toxiques et très abondants sur la terre et, par conséquent, parmi les moins couteux, les plus faciles à manipuler et à priori les plus respectueux de l’environnement. Dans cette nouvelle course économique et environnementale, l'utilisation et le développement de complexes de fer en catalyse est un domaine en pleine expansion ces dernières années. Notre contribution dans ce domaine a été dédié au développement de complexes de fer pour des applications en oxidation et reduction. Tout d’abord, nous avons décrit une synthèse rapide et efficace de complexes de fer à géométrie “tabouret de piano” par activation micro-ondes et les avons engagés dans une étape de déshydrogénation pour obtenir des lactones.L’amination réductrice sous pression d’hydrogène est un procédé intéressant en chimie organique pour préparer des amines à partir d’aldéhydes ou de cétones. Lors de cette thèse, nous avons montré que les complexes de Knölker étaient efficaces dans cette réaction. Afin de déterminer l’influence des substituants sur le ligand cyclopentadiénone, une série de complexes analogues a été préparé et caractérisé. Ces derniers ont été ensuite modifiés en complexes de fer acétonitrile dicarbonylé. Tous ces complexes ont ensuite été évalués dans une réaction modèle et l’étendue et limitation de cette amination réductrice ont été définie.
Author: MAGALIE.. ROY
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Languages : fr
Pages : 203
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L'ACIDE ACETIQUE EST UN INTERMEDIAIRE IMPORTANT DE L'INDUSTRIE CHIMIQUE, OBTENU PRINCIPALEMENT PAR CARBONYLATION DU METHANOL. L'OXYDATION DIRECTE DE L'ETHANE EN ACIDE ACETIQUE PRESENTE UN GRAND INTERET ECONOMIQUE MAIS CONSTITUE UN DEFI SCIENTIFIQUE IMPORTANT. NOTRE TRAVAIL A PERMIS LA MISE AU POINT D'UN NOUVEAU CATALYSEUR QUI EST UNE COMBINAISON DE PHOSPHATES DE MOLYBDENE ET DE VANADIUM DEPOSES SUR TIO#2, AVEC UN TAUX DE RECOUVREMENT INFERIEUR A L'EQUIVALENT D'UNE MONOCOUCHE. CE SOLIDE PERMET LA PRODUCTION SELECTIVE DE L'ACIDE ACETIQUE DANS DES CONDITIONS REDUCTRICES, EN PRESENCE D'EAU ET A BASSE TEMPERATURE, (C#2/O#2/N#2/H#2O = 62/17/11/10, VVH = 480 H#-#1, P = 7 BARS ABSOLUS, T = 275C). AVEC UNE CONVERSION DE 2% EN ETHANE, ON OBTIENT UNE SELECTIVITE EN ACIDE ACETIQUE PROCHE DE 35%. L'ETUDE DE CETTE FAMILLE DE CATALYSEURS A MONTRE QUE L'ELEMENT ACTIF ETAIT LE VANADIUM MAIS DIFFERENTES METHODES DE CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUES (SPECTROSCOPIE RAMAN, RPE, RMN 51V, UV-VISIBLE) ONT MIS EN EVIDENCE UNE INTERACTION A COURTE DISTANCE ENTRE LE MOLYBDENE ET LE VANADIUM QUI PERMETTRAIT D'EXPLIQUER LA BONNE SELECTIVITE EN ACIDE ACETIQUE OBSERVEE. UNE RELATION ENTRE L'ACIDITE DE SURFACE ET LE RENDEMENT EN ACIDE ACETIQUE A ETE DEMONTREE : L'EAU ET/OU L'IMPREGNATION DE SULFATES SUR TIO#2 AUGMENTE L'ACIDITE ET DONC LES PERFORMANCES CATALYTIQUES. CETTE ACIDITE EST AUSSI RENFORCEE PAR LA PRESENCE DE MOLYBDENE. L'ETUDE CINETIQUE CLASSIQUE ET LA MISE EN UVRE D'EXPERIENCES CINETIQUES TRANSITOIRES ONT PERMIS DE MIEUX COMPRENDRE LE MECANISME DE CETTE REACTION ET D'IDENTIFIER LES SITES ACTIFS A LA SURFACE DU CATALYSEUR. DES SITES V-O-MO PRESENTERAIENT UNE SPECIFICITE INTERESSANTE POUR LA FORMATION SELECTIVE DE L'ACIDE ACETIQUE.
Author: Mathieu Allard
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Languages : fr
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Devant la nécessité de préservation de l'environnement, la chimie devra de plus en plus devenir « verte ». Le développement de catalyseurs bio-hybrides est une voie prometteuse vers une chimie verte. En effet, ces catalyseurs combinent à la fois les avantages de la catalyse homogène (large gamme de réactivité) et ceux de la catalyse enzymatique (réaction en milieux aqueux, optimisation possible par génie biotechnologique). Ces nouveaux types de catalyseurs éco-compatibles semblent être à ce jour une alternative intéressante à la catalyse chimique classique.Cette thèse s'inscrit dans le cadre du développement de nouveaux catalyseurs bio-hybrides appelés Hémozymes, basés sur l'insertion non covalente de complexes métalliques hydrosolubles (responsables de l'activité catalytique), au sein d'une protéine hôte : la Xylanase A (pouvant induire une régio/stéréo/chimio-sélectivité).Pour cette étude, nous avons synthétisé différents complexes métalliques de taille variable (porphyrines, salens et salophens) métallés soit par du fer soit par du manganèse. L'étude de leur association avec la Xln A ainsi que les essais de leur activité catalytique nous ont permis d'aboutir à des résultats intéressants, d'une part pour la réaction d'oxydation du thionanisole par le peroxyde d'hydrogène, d'autre part pour l'oxydation d'alcènes aromatiques par l'oxone (KHSO5). Nous avons ainsi obtenu deux métalloenzymes artificielles remarquables, l'une capable de catalyser l'oxydation énantiosélective du thioanisole par le peroxyde d'hydrogène (84% de rendement, 40% d'excès énantiomérique en faveur de l'isomère S), l'autre capable de catalyser l'époxydation asymétrique du paraméthoxy-styrène par KHSO5 (17% de rendement, 80% d'excès énantiomérique en faveur de l'isomère R). Enfin, de nouvelles stratégies pour concevoir des catalyseurs bio-hybrides ont également été envisagée comme le greffage covalent de complexes métalliques au sein d'une protéine hôte, ou encore l'utilisation d'une forte affinité ligand-protéine (comme les interactions de type inhibiteur) pour enfouir un cofacteur métallique au sein d'une protéine.
Author: Ryan R. Richard
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ISBN: 9780438164604
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