Tesi sul tema "Catalyseurs au molybdène – Synthèse (chimie)"

Les enzymes à molybdène ou à tungstène sont présentes dans toutes les formes de vie. La plupart d’entre elles sont des oxotransférases ou des hydroxylases. Elles contiennent un ou deux cofacteurs à molybdoptérine Moco coordiné au centre métallique par une fonction dithiolène. Ce cofacteur est très instable et la synthèse de complexes biomimétiques est difficile. Dans cette thèse, une nouvelle stratégie de synthèse d’un ligand dithiolène (qpdt) analogue du cofacteur à molybdoptérine a été développée. Le complexe de molybdène (Bu4N)2[MoO(qpdt)2] correspondant a été synthétisé et caractérisé. Ce complexe unique a montré un fort potentiel pour la réduction des protons. La photoréduction des protons en milieu acide (pH = 4), en présence du complexe de molybdène, du photosensibilisateur Ru(bpy)32+ et d’un excès d’acide ascorbique, donne d’excellentes activités allant jusqu’à 500 TONs en 15 heures. Ce complexe a aussi montré une très grande stabilité en milieu organique-acqueux. De même, l’électroréduction des protons par ce complexe dans l’acétonitrile a mis en évidence une constante de vitesse remarquable de 1030 s-1 à un potentiel de 1.3 V (vs Ag/AgCl). Afin de valoriser ce ligand original, les complexes bisdithiolène de nickel (Et4N)[Ni(qpdt)2] et de cobalt (Et4N)2[Co(qpdt)2]2 ont été synthétisés et caractérisés. Des études préliminaires de ces complexes ont montré un potentiel pour la photoréduction et l’électroréduction des protons. L’ensemble de ces résultats ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de catalyseurs pour la réduction des protons. De plus, la synthèse de ce premier complexe biomimétique devrait permettre de mieux comprendre la chimie de ces enzymes encore peu connues
Enzymes containing molybdenum or tungsten within their active sites appear to be present in all form of life. Most of them are oxotransferase or hydroxylase. They contain one or two pyranopterin-dithiolene cofactor, also called Moco, in which the metal is coordinated by the dithiolene moiety. The molybdenum cofactor is highly unstable and mimicking the active site of these enzymes is challenging. A new strategy for the synthesis of a pyranopyrazine dithiolene ligand (qpdt) has been developed in our laboratory. The corresponding molybdenum complex (Bu4N)2[MoO(qpdt)2] was synthesized and characterized extensively. This unique Mo-enzyme biomimetic complex demonstrated its potential for H2 production. This complex was shown to be active for the photoreduction of protons in acidic conditions (pH = 4), in the presence of the catalyst, the photosensitizer Ru(bpy)32+, ascorbic acid in exces and gave excellent activities of 500 TON with a high stability in aqueous organic media. Moreover, the electroreduction of protons by this complex in acetonitrile showed a remarkable rate constant value of 1030 s-1 at 1.3 V. (vs Ag/AgCl). To valorize this very original ligand qpdt, (Et4N)[Ni(qpdt)2] and (Et4N)2[Co(qpdt)2]2 bisdithiolene complexes were synthesized and characterized. Preliminary studies of theses complexes have shown a potential for the photoreduction and the electroreduction of protons. These results open new directions for the search of proton reduction catalysts. This first biomimetic complex should also be exploited to understand the chemistry of this class of oxidoreductase that is still not well understood

Ce travail concerne la modelisation d'hemoproteines du type cytochrome p-450 par des metalloporphyrines synthetiques, et l'utilisation de ces metalloporphyrines associees a des donneurs d'oxygene comme catalyseurs biomimetiques de reactions d'epoxydation. Une premiere partie presente la synthese de nouvelles metalloporphyrines chirales ainsi que les essais d'induction asymetrique dans l'epoxydation d'olefines non activees par ces catalyseurs. Dans une deuxieme partie est decrite l'halogenation selective des positions beta-pyrroliques de la meso-tetramesitylporphyrine qui permet d'acceder a de nouveaux catalyseurs particulierement robustes en milieu oxydant et tres efficaces dans les reactions d'epoxydation d'olefines et d'hydroxylation d'alcanes. Dans cette partie sont presentes les resultats obtenus en catalyse lorsque les derives de manganese et de fer de ces ligands halogenes sont associes a deux donneurs d'oxygene: le monopersulfate de potassium (khso#5) et le monoperphtalate de magnesium (mmpp). Une troisieme partie souligne la capacite des porphyrines de ruthenium a epoxyder des derives du cholesterol par l'oxygene moleculaire en tant que donneur d'oxygene. Une derniere partie concerne l'epoxydation d'olefines par l'eau oxygenee a 30% en solution aqueuse catalysee par des porphyrines de molybdene: l'utilisation de ces complexes du molybdene permet en effet d'eviter la dismutation de l'eau oxygenee (effet catalase qui se produit lorsque l'on utilise les derives correspondant de manganese ou de fer

La biomasse est une matière première renouvelable pour un large éventail de produits chimiques à haute valeur ajoutée, comme les carburants. Les acétals, tels que le diméthoxyméthane (DMM) et le diethoxyéthane (DEE), peuvent être ainsi produits à partir respectivement du méthanol et de l'éthanol. Cette étude concerne la synthèse des acétals via une conversion directe de l'alcool. La synthèse en DMM est étudiée sur un catalyseur oxyde mixte FeMo faisant intervenir les fonctions d'oxydo-réduction et acide. 50% de rendement en DMM est obtenu à 255 °C sur le catalyseur comportant un rapport Mo/Fe de 3,2. La sélectivité en DMM est améliorée lors de l'utilisation d'une phase riche en méthanol (40 mol.%) et une sélectivité élevée est maintenue jusqu'à 60% de conversion du méthanol. Un effet de synergie entre les espèces Mo et Fe est clairement observé sur la conversion. Un site actif constitué de cations Fe et Mo est proposé, impliquant l’espèce O2- du solide et des lacunes anioniques générées par la déshydroxylation de la surface. L’analyse LEIS confirme la présence d'espèces Fe et Mo dans la couche atomique la plus externe. L’XPS et les études par EPR in situ montrent que les cations Fe fournissent la propriété d'oxydo-réduction. L'acidité est apportée par des lacunes anioniques agissant comme acide de Lewis. Les résultats XPS confirment le rôle de la phase gazeuse O2 pour la réoxydation de la surface et la régénération des sites actifs. Les catalyseurs FeMo ont également été étudiés pour la synthèse en DEE. Le catalyseur n'est pas sélectif pour la formation en acétal DEE, probablement en raison de l'encombrement stérique ou de la force acide inadéquate du système FeMo
The severe environmental issues caused by the fossil-based sources consumption have driven numerous studies to find alternative sustainable resources. Biomass is a renewable feedstock for a large spectrum of valuable chemicals especially for fuels applications. Acetals, dimethoxymethane (DMM) and diethoxythane (DEE), can be produced from biomass-derived methanol and ethanol, respectively. Herein, a concept of synthesizing acetals via a one-step alcohol conversion is applied instead of the currently used two-steps reactions of alcohol partial oxidation/acetalization. The DMM synthesis is studied on FeMo mixed oxide having needed redox/acidic functions. 50 % of DMM yield is achieved at 255 °C on the catalyst with a Mo/Fe ratio of 3.2. DMM selectivity is boosted when using a methanol-rich (40 mol.%) feed and a high selectivity is kept up to 60 % of methanol conversion. A synergistic effect between Mo and Fe species on the conversion is evident. The active sites incorporating Mo and Fe cations is suggested, involving lattice O2- and anionic vacancies generated by surface dehydroxylation. LEIS analysis confirms the presence of Mo and Fe species in the outermost atomic layer. XPS and in situ EPR studies show that Fe centers provide the redox property. The acidity is brought by anionic vacancies acting as Lewis acid. XPS results confirm the role of gas-phase O2 to reoxidize the surface and regenerate the active sites. FeMo-based catalysts were applied in the DEE synthesis due to analogous pathways of methanol/ethanol reactions. The catalyst is not selectively to acetal DEE as expected, probably due to the steric hindrance or to the inadequate acidic strength of the FeMo system

Les synthèses par sol-gel non-hydrolytique (SGNH) d'oxydes mixtes Re-Si-Al et Mo-Si-Al sont présentées comme une voie innovante pour la préparation en une étape de catalyseurs hétérogènes de métathèse. Les catalyseurs supportés à base d'oxyde de molybdène sont intéressants du fait de leur faible coût d'achat, de leur résistance mécanique et de leur bonne activité à température modérée. Les catalyseurs supportés à base d'oxyde de rhénium sont connus pour être très actifs et sélectifs même à température ambiante. Cependant ils sont chers et la sublimation de l'oxyde de rhénium pose problème lors de leur synthèse. La synthèse utilisée est basée sur la réaction en une étape des précurseurs chlorés (ReCl5 ou MoCl3, SiCl4, AlCl3) avec du diisopropyléther (iPr2O) à 110 °C dans le dichloromethane. Le faible coût des précurseurs, l'absence de modificateurs de réactivité et de templates ainsi que la simplicité de synthèse rendent le procédé SGNH particulièrement attractif. Les catalyseurs oxydes mixtes obtenus présentent des compositions bien contrôlées, des textures mésoporeuses et avec des densités en sites acides élevées. La caractérisation par DRX, XPS et ToF-SIMS montre que les catalyseurs peuvent être décrits comme une matrice silice-alumine amorphe avec des espèces de surface Mo et Re bien dispersées. Pour les catalyseurs à base de Re, dans les compositions riches en silice, des pertes de rhénium ont été observées durant la calcination. Cette perte de rhenium peut être évitée en augmentant le taux d'alumine dans la composition. De plus, nous avons montré que la sublimation de Re, au cours de la calcination dans les compositions riches en silice, n'a pas lieu quand toutes les étapes du procédé (synthèse, lavage, séchage et calcination) sont réalisées en l'absence d'humidité. Nous avons étudié l'influence de la composition sur la texture, la structure, l'acidité et les propriétés de surface, qui sont corrélées aux performances catalytiques. Les performances des catalyseurs Re-Si-Al et Mo-Si-Al ont été évaluées en métathèse du propène et en métathèse croisée de l'éthène et du trans-2-butène. Les catalyseurs SGNH sont comparés à des catalyseurs avec des compositions similaires préparés par d'autres méthodes (imprégnation, thermal spreading, flame spray pyrolysis). Les catalyseurs préparés par SGNH présentent une très bonne activité spécifique en métathèse
The non-hydrolytic sol-gel synthesis (NHSG) of Re-Si-Al and Mo-Si-Al mixed oxides was proposed as an innovative one step route to heterogeneous olefin metathesis catalysts. Supported molybdenum oxide catalysts are receiving much attention as a result of their relatively low price, robustness and good activity at low temperature. Supported rhenium oxide catalysts are known to be highly active and selective even at room temperature. However, they are expensive and moderately stable because of the sublimation of the rhenium oxide. The NHSG synthesis used in this work is based on the one pot reaction of chloride precursors (ReCl5 or MoCl3, SiCl4, AlCl3) with diisopropylether (iPr2O) at 110 °C in dichloromethane. The simplicity of NHSG makes it attractive: multi-step procedures, expensive precursors, or reactivity modifiers are not needed. The mixed oxide catalysts exhibited well-controlled compositions and mesoporous textures, with high acid site densities. XRD, XPS and ToF-SIMS showed that the catalysts could be described as an amorphous silica-alumina matrix with well-dispersed Re or Mo surface species. In the case of Re-based catalysts, rhenium losses by sublimation during calcination were observed for the silica-rich formulations. The loss of rhenium could however be avoided by increasing the Al content. More importantly we demonstrate that Re sublimation during calcination of silica-rich formulations is suppressed when the whole preparation procedure (synthesis, washing, drying and calcination) is carried out in the absence of water. Particular attention was devoted to the study of the influence of the composition on texture, structure, acidity and surface properties, which were correlated with the catalytic performances. The performance of selected Re-Si-Al and Mo-Si-Al catalysts was evaluated in the metathesis of propene and in the cross-metathesis of ethene and trans-2-butene. The NHSG catalysts were compared to catalysts of similar compositions prepared by other more methods (impregnation, thermal spreading, flame spray pyrolysis). The catalysts prepared by NHSG have a high specific activity in the metathesis reaction

L’hydrodésulfuration (HDS) est un procédé catalytique utilisé pour éliminer le soufre des carburants. La demande mondiale de carburants propres a stimulé les recherches sur autour de ce procédé afin de mieux comprendre les mécanismes réactionnels et de produire des catalyseurs plus efficaces. Deux axes de recherches peuvent être dégagés : d’une part la formulation de nouvelles voies de synthèse permettant la production des catalyseurs plus efficaces et d’autre part la compréhension du processus catalytique au niveau moléculaire. La compréhension des transformations structurales du catalyseur au niveau moléculaire pendant la réaction ainsi que pendant la genèse de la phase active est une nécessité pour améliorer les propriétés des catalyseurs. Dans ce contexte, ce travail propose deux objectifs. En premier lieu, il présente nouvelle méthode de synthèse de catalyseurs d’HDS à base de CoMo supporté dans TiO2 par voie sol-gel. Dans un deuxième temps, le travail présente la mise-en-œuvre de la chimiometrie pour traiter des données in situ de spectroscopie d’absorption de rayons-X (XAS) qui permet d’obtenir des informations sur la structure moléculaire du catalyseur pendant son activation. Les installations synchrotron de dernière génération permettent en effet d’enregistrer des données expérimentales avec résolution temporelle de l’ordre de la seconde (Quick-EXAFS) et la chimiometrie fournit des outils d’analyse et d’interprétation pour extraire des informations sur les cinétiques de réaction et sur les transformations structurales menant à la formation de la phase active du catalyseur
Hydrodesulfurization (HDS) is catalytic process used to remove sulfur from petroleum feedstock. The world claim for clean fuel boosted scientists to get new insights on the catalytic reaction in order to understand the mechanisms of the process and, thus, produce catalysts that are more efficient. Such researches are based mainly in to lines: by one hand, in the formulation of new routes that lead to tailored catalysts and, by the other hand, in a better understanding of the catalytic process at the molecular and atomic level. Particularly, the later leads to an optimization of the formulation and better catalytic performance, for which is required further understanding of the molecular structure, its transformations during the reaction, the nature of active species and its genesis. In this picture, the goal of this work is twofold. First, to present a new route for produce HDS CoMo-based catalysts via one-pot sol-gel method, which revealed to have suitable macro- and microscopic properties making promising solids for further applications. Second, to adapt and use chemometrics method to treat in situ measurements, particularly, X-ray absorption spectra (XAS), to get new insights on the genesis of the catalytic active phase at the molecular level. XAS techniques is suitable to probe local atomic structure, and last generation synchrotron facilities provide conditions to perform such in situ experiments with very fast acquisition (Quick-EXAFS). Chemometrics provide a brand new scope on data analysis and interpretation for extract information on the kinetics of reaction and structure transformation that leads to the active phase of the catalysts

Le couplage de techniques d’analyse de surface (XPS, LEIS et ToF-SIMS) a permis de caractériser la nature de la phase active sur des catalyseurs à base de Mo en fonction de différents modes de synthèse. Afin d’imiter le mode par voie chimique par imprégnation, des catalyseurs modèles ont été préparés par spin coating. En outre, une nouvelle voie physique, par pulvérisation magnétron, a été explorée pour la synthèse de catalyseurs. Des corrélations entre les données spectroscopiques XPS et LEIS sur les systèmes modèles permettent de déterminer le taux de recouvrement et l’épaisseur des espèces MoOx déposées. L’étude ToF-SIMS permet de confirmer la structure de la phase active : des entités monomériques à faible teneur et polymériques à plus haute teneur en Mo. Enfin, les performances catalytiques des différents systèmes pour l’oxydation ménagée du méthanol sont discutées au regard des caractérisations spectroscopiques. Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet CATARR INTERREG IV (Materia Nova, Université de Mons et Université Lille1)
The coupling of surface analysis techniques (XPS, LEIS et ToF-SIMS) allowed to characterize the nature of the active phase on Mo-based catalysts according to different modes of synthesis. To imitate chemical means by impregnation mode, model catalysts we prepared by spin-coating. In addition, a new physical path, by magnetron sputtering, has been explored for the synthesis of catalysts. Correlations between spectroscopic data XPS and LEIS on model systems determine the recovery rate and the structure of the active phase : Mo low content monomeric and high content polymeric entities. Finally, the catalytic performances of the different catalytic systems for the controlled oxidation of methanol are discussed under spectroscopic characterizations. This work has been performed within INTERREG IV CATARR network (Materia Nova, Mons University and Lille1 University)

Dans le contexte du réchauffement climatique, la recherche de sources d’énergie propres et durables est l’un des défis les plus importants de notre époque. La réduction du CO2 permettrait un stockage des énergies renouvelables et une diminution de la concentration de ce gaz dans l’atmosphère. Le développement de catalyseurs moléculaires permet d’étudier avec précision les relations entre structures et réactivités. Malheureusement, la librairie de catalyseurs homogènes existant dans la littérature est réduite. Afin de chercher de nouveaux catalyseurs potentiels, nous avons décidé de nous inspirer du site actif des formiate déshydrogénases (FDH). La synthèse de molécules mimes de ce site actif constitue un challenge intéressant. Dans cette thèse, nous décrivons l’obtention de deux ligands, inspirés de la molybdoptérine (chapitre I). L’obtention des complexes CoCp(dithiolène) a permis de mieux caractériser ces ligands (chapitre II). De plus, l’observation de la réactivité des ligands dans les conditions électrochimiques nous a permis d’anticiper leurs comportements lors des études catalytiques. L’obtention des complexes [MoO(dithiolène)2]2- à partir des ligands bio-inspirés constitue les synthèses de mimes des sites actifs des FDH les plus abouties de la littérature (chapitre III). Ce chapitre a également été l’occasion de travailler sur la généralisation de méthodologies de synthèses. Les complexes [Ni(dithiolène)2]- obtenus à partir des ligands bio-mimétiques constituent les premiers catalyseurs dithiolène pour la réduction du CO2 (chapitre IV). Ils font partie des rares complexes homogènes à base de métaux non-nobles catalysant la réduction du CO2 en formiate
In the context of global warming, the development of new sources of energy, clean and sustainable, is a key challenge of our society. The reduction of CO2 could allow the storage of renewable energies and offer an answer to the dramatic increase of CO2 in the atmosphere. Development of molecular catalysts offers the possibility of studying the structure-reactivity relationships. However, the library of existing homogeneous catalysts in the literature is quite limited. In order to find new potential catalysts, we decided to take inspiration from the active site of formate dehydrogenases (FDH). The synthesis of molecules mimicking this active site is an interesting challenge. In this thesis, we described the synthesis of two ligands inspired from the molybdopterin (chapter I). The synthesis of CoCp(dithiolène) complexes allows us to better characterize these ligands (chapter II). Moreover, the observation of the reactivity of these ligands allows us to understand their behaviour during electrocatalysis. The [MoO(dithiolene)2]2- complexes obtained from the bio-inspired ligands are,so far, the best mimics of the active site of FDH in the literature (chapter III). In this chapter, the generalization of synthetic procedure was also explored. Finally, [Ni(dithiolene)2]- synthesize from the bio-inspired ligands are the first dithiolene complexes able to reduce CO2 (chapter IV). They are among the few non-nobles metal complexes catalyzing the reduction of CO2 into formate

L'hydrogène (H2) a été considéré comme le vecteur d'énergie le plus prometteur et renouvelable. Avec les avantages d'un faible coût et d'une grande efficacité, le fractionnement électrochimique de l'eau est une approche prometteuse pour produire du H2 d'une grande pureté. Cependant, l'application pratique du fractionnement électrochimique de l'eau pour la production à grande échelle de H2 est fortement entravée par une tension de polarisation élevée et par une faible stabilité d'électrode. L’électrolyse comprend deux demi-réactions, à savoir la réaction de dégagement cathodique de l'hydrogène (HER) et la réaction anodique de dégagement d'oxygène (OER). Actuellement, les métaux du groupe Pt sont les catalyseurs les plus efficaces pour HER alors que les catalyseurs à base d'Ir/Ru sont utilisés pour la réaction de dégagement d’oxygène. Cependant, le coût élevé et la rareté de ces métaux limitent leur usage répandu. Des efforts considérables ont alors été consacrés au développement de catalyseurs nanostructurés en alliage ou en métaux non nobles pour le fractionnement de l'eau. Par conséquent, dans cette thèse, nous avons synthétisé des catalyseurs très efficaces et stables en utilisant un processus simple et respectueux de l'environnement. Premièrement, nous avons préparé des nanoparticules de PtRu2 supportées sur un matériau à base de graphène co-dopé au soufre et à l'azote renfermant des traces de fer (PtRu2/PF) par une réaction hydrothermale. Le catalyseur PtRu2/PF peut produire une densité de courant de 10 mA cm-2 à une faible valeur de surtension de 101 mV pour HER à pH = 1, et une densité de courant de 10 mA cm-2 à une surtension de 238 mV pour l'OER en milieu alcalin. De plus, ce catalyseur est également très efficace pour l'oxydation du méthanol (MOR) en milieu acide et pour la réduction d'oxygène (ORR) dans une solution 0.1 M KOH. Dans la deuxième partie de mon travail de thèse, nous décrivons la préparation d'un matériau hybride constitué d'oxyde de cobalt décoré sur MoS2 dopé à l'azote supporté sur des fibres de carbone (CoO/N-MoS2/CF) en combinant la technique hydrothermale et le dépôt électrochimique. Le CoO/N-MoS2/CF a fourni une densité de courant de 10 mA cm-2 à une surtension de 78 mV pour la réaction de dégagement d’hydrogène (HER) et une densité de courant de 50 mA cm-2 à 458 mV pour la réaction de dégagement d’oxygène (OER) dans 1.0 M KOH. De plus, le CoO/N-MoS2/CF a permis de générer une densité de courant maximale de 53 mA cm-2 à une tension de cellule appliquée de 1.5 V pour l’électrolyse d'eau dans un système à deux électrodes. Dans la troisième partie de mon travail de thèse, nous avons montré pour la première fois l’effet de plasmons de surface localisés pour accélérer la réaction électrochimique de dégagement d’hydrogène en utilisant un film mince d’or perforé, sous un éclairage avec de la lumière dans le proche infrarouge. La génération d’un champ électromagnétique intense, sous l'éclairage de l'électrode perforée de nano-trous d'or (Au NH), facilite la dissociation de l'eau en H2. La surtension nécessaire pour le dégagement d’hydrogène sur de telles électrodes plasmoniques est de 205 mV pour produire une densité de courant de 100 mA cm-2, largement améliorée par rapport au matériau de référence, le Pt. Le comportement électrocatalytique est aussi caractérisé par une faible pente de Tafel de 33 mV dec-1. Ces matériaux ont été caractérisés par une variété de techniques différentes, telles que la microscopie électronique à balayage (MEB), en transmission (MET), la diffractométrie de rayons X (DRX), spectrométrie photoélectronique X (XPS), la spectroscopie Raman et des mesures électrochimiques
Hydrogen (H2) has been considered as the most promising and renewable energy carrier. With the advantages of low cost and high efficiency, electrochemical water splitting is a promising approach to produce H2 with high purity. However, the practical application of water splitting for mass production of H2 is greatly hindered by a higher applied bias voltage and a lower electrode stability required in an electrolyzer arising from two half reactions in water splitting, namely, cathodic hydrogen evolution reaction (HER) and anodic oxygen evolution reaction (OER). Currently, Pt-group metals are the most effective catalysts for HER while the benchmark catalysts for OER are Ir/Ru-based compounds. However, high cost and scarcity of these metals limit their widespread use. Therefore, enormous efforts have been dedicated to the development of nano-scale non-noble metal catalysts with high dispersibility, large specific surface area, and electrocatalytic activity for water splitting. In this thesis, we have explored high-efficiency, high-stability, low-price electrocatalysts using a simple and environmentally friendly process. Firstly, we prepared new PtRu2 nanoparticles supported on sulphur- and nitrogen-co-doped crumbled graphene with trace amounts of iron (PtRu2/PF) electrocatalyst by one-step hydrothermal process. The PtRu2/PF catalyst achieved a current density of 10 mA·cm-2 at a low overpotential value of only 101 mV for HER at pH=1 and a current density of 10 mA cm-2 at an overpotential of only 238 mV for the OER in alkaline solution. Interestingly, this catalyst was also efficient for methanol oxidation reaction (MOR) in acidic solution and oxygen reduction reaction (ORR) in 0.1 M KOH solution. Secondly, we described the preparation of a hybrid material consisting of cobalt oxide decorated on nitrogen-doped MoS2 supported on carbon fibers (CoO/N-MoS2/CF) through a two-step process combining hydrothermal technique and electrochemical deposition. The CoO/N-MoS2/CF achieved a current density of 10 mA cm-2 at an overpotential of only 78 mV for the HER and a current density of 50 mA cm-2 at 458 mV for the OER in 1.0 M KOH. Additionally, the CoO/N-MoS2/CF delivered a maximum current density of 53 mA cm-2 at an applied cell voltage of 1.5 V for a two-electrode water splitting. Thirdly, we showed for the first time the extraordinarily capacity of perforated gold nanoholes (Au NHs) electrodes for electrochemical water splitting under illumination with light. The strong plasmonic electromagnetic enhancement, which occurs under illumination of the perforated Au NHs electrode, facilities the dissociation of water into H2. The overpotential for the HER occurs on such plasmonic electrodes at a current density of 100 mA cm-2 was 205 mV, largely improved compared to the reference material, Pt. The fast electrocatalytic behavior of the interface was attested by a low Tafel slope of 33 mV dec-1. All of these materials were characterized by a variety of different techniques, such as SEM, TEM, XRD, XPS, Raman and electrochemical measurements

La préparation de précurseurs oxydes de catalyseurs d'hydrotraitement à base de molybdène déposé sur alumine et sur alumine modifiée par le silicium a été étudiée. Le premier chapitre présente les éléments bibliographiques relatifs à la préparation, aux supports, aux solutions de sels de molybdène, puis aux différentes phases supportées. Nous présentons dans un second chapitre une étude de l'étape d'imprégnation du Mo en utilisant de manière originale la résonance magnétique nucléaire (RMN) du molybdène-95 sur des échantillons imprégnés et non séchés. Les alumines modifiées par le silicium sont caractérisées dans le chapitre 3 par spectroscopie infra-rouge (IR) et par spectroscopie de photoélectrons induits par rayons X (SPX). L'interaction du silicium avec des sites particuliers basiques de l'alumine est mise en évidence par une méthode de dosage des sites basiques et par IR. Dans le chapitre 4, les précurseurs oxydes préparés sur ces alumines modifiées sont étudiés, lors de l'étape d'imprégnation par RMN du 95Mo, et à l'état calciné par IR et SPX. L'occupation des sites basiques de l'alumine par le silicium provoque une diminution de la capacité du support à disperser les espèces polyanioniques du Mo. Une description du site d'interaction et de la localisation de celui-ci sur une plaquette modèle d'alumine est proposée dans un dernier chapitre, ainsi qu'une description globale de la structure des précurseurs oxydes

Les exigences environnementales de plus en plus sévères conduisent à privilégier les réactifs "verts" et les procédés "propres". L'eau oxygénée constitue, à ce titre, un réactif attrayant, dont la décomposition en oxygène singulet (1O2), forme excitée très réactive de l'oxygène moléculaire, peut être catalysée par divers ions minéraux tels que MoO42-. La réaction ne procède efficacement que dans l'eau pure, ce qui constitue un inconvénient majeur lorsqu'on souhaite oxyder des substrats organiques. Une solution à ce problème consiste à utiliser des microémulsions ([micro]ém), dispersions submicroniques de 2 liquides non miscibles, qui permettent la génération de 1O2 à l'intérieur des microdomaines aqueux et sa diffusion, avant désactivation, dans les microdomaines organiques où se trouve le substrat organique. Une série d'alcools allyliques chiraux ont ainsi été oxydés avec des chimio-, régio, et diastéréosélectivités élevées, comparables à celles obtenues par la méthode classique de photooxydation. Cependant, l'instabilité des [micro]éms vis-à-vis des ajouts de H2O2 et les difficultés de traitement de ces milieux constituent des limitations sévères à leur emploi. Ces problèmes ont été partiellement résolus par 2 méthodes: le couplage à une membrane de pervaporation et le recours à un système biphasique huile/[micro]ém. Une troisième méthode, basée sur le concept de "catalyseur amphiphile optimal" a permis de s'affranchir simultanément des 2 problèmes en formant des systèmes triphasiques huile/[micro]ém/eau par simple mélange d'eau et d'un solvant à un molybdate d'ammonium amphiphile approprié. L'oxydation se déroule dans la phase médiane, l'eau formée se réunit dans la phase aqueuse et le produit formé se concentre dans la phase organique.

Dans ce travail nous avons etudie l'hydrogenation selective du dioxyde de carbone en methanol et en hydrocarbures en presence de catalyseurs a base de molybdene. Ce type de catalyseur a ete choisi pour diverses raisons ; complexation du co#2 par le molybdene, possibilite d'avoir simultanement differents etats d'oxydation, reactivite de carbenes la reaction (h#2,co), a ete egalement etudiee en presence des memes catalyseurs. L'etude comparative des systemes molybdene / support a montre que l'oxyde de zinc augmentait sensiblement la selectivite en methanol. Cependant la vitesse et la selectivite de la reaction (co#2, h#2) ne sont pas tres dependantes d'additifs, des conditions de preparation et d'activation ; au contraire de la reaction (co, h#2). Ceci montre bien que les etapes determinantes des deux reactions ne sont pas identiques. En presence des systemes massiques ni-mo, le gaz carbonique est transforme en methane. Cependant si ce catalyseur est supporte par l'oxyde de zinc, la stabilite et la selectivite en methanol sont augmentees. Mais c'est avec les systemes ternaires cu-mo-zn que la formation de methanol est la plus importante. Contrairement a ce qui est observe pour la reaction (co, h#2), l'association de l'un des catalyseurs precedents a une zeolite ne permet pas d'obtenir facilement une importante production d'hydrocarbures. La composition du reactif, les conditions reactionnelles et la composition du catalyseur ont ici un effet beaucoup plus determinant. Une premiere optimisation de ces parametres a effectivement conduit a une formation significative d'hydrocarbures dont la repartition n'obeit pas a la loi de schulz-flory. Cependant le produit majoritaire est le monoxyde de carbone resultant de la reaction inverse du gaz a l'eau. Les premieres caracterisations massiques et superficielles (drx, esca, rtp h2) effectuees ont montre qu'il y avait formation d'entites mixtes entre cu (ou ni) et mo, la nature et la stoechiometrie exactes de ces entites etant influencees par le support en particulier l'oxyde de zinc et la zeolite. L'etat moyen d'oxydation du molybdene et la reductibilite des especes molybdene varient egalement en fonction de la composition du catalyseur et peuvent etre a l'origine des variations observees en cours de reaction. La reduction trop importante du molybdene pourrait etre a l'origine de la formation non selective d'hydrocarbures par rapport a la formation de methanol

Des silices mésoporeuses (MCM-41 et SBA-15) et des silices industrielles insérant Mo(VI) ont été préparées par une voie innovante mettant en jeu les espèces oxoperoxo du Mo(VI) (voie oxoperoxo). Les caractérisations physicochimiques permettent de confirmer la très bonne dispersion du Mo(VI) dans les matrices siliciques, contrairement à ce qui est observé avec la voie polyoxo mettant en jeu (NH4)6[Mo7O24]. 4 H2O. Les matériaux synthétisés selon la voie oxoperoxo sont de bons catalyseurs d’époxydation des oléfines (cyclooctène, R-(+)-limonène) en phase liquide et les activités catalytiques des deux types de matériaux sont comparables. Une voie de synthèse innovante impliquant des complexes chloro-alcoolates de rhénium a également été mise au point dans le but d’aboutir à une meilleure fixation du Re(V/VII) à la surface de supports mésoporeux ou industriels. Comparés aux systèmes classiques Re2O7/γ-Al2O3 (préparés à partir de NH4+, ReO4-), les catalyseurs obtenus s’avèrent plus performants pour la métathèse des oléfines terminales ; pour cette réaction, l’utilisation des supports mésoporeux n’est pas beaucoup plus avantageuse.

Le premier chapitre s’inscrit dans le développement de ligands originaux couplés à des métaux pour l’application en polymérisation homogène d’éthylène. Les synthèses et le criblage homogène en parallèle d’une banque de 2-iminobenzimidazoles a permis d’étudier l’influence de différents paramètres au niveau des ligands et des facteurs externes à ces catalyseurs. Dans un deuxième temps, la modification d’une famille post-métallocène a été étudiée. Un noyau pyridine a été introduit sur des bis-imines de type Brookhart. Ce noyau pyridine est une source potentielle de N-alkylation au sein du catalyseur, i. E. Une source de changement des propriétés de coordination du catalyseur. L’influence de cette modification sur les ligands a été traitée par des études RMN, IRTF et de polymérisation. Dans un troisième temps, une méthode de synthèse et de criblage hétérogène a été mise au point et testée sur une banque de métallocènes non pontés
The first chapter deals with the design of a new ligands library for the ethylene polymerization. A high throughput synthesis and screening approach is developed during this chapter to test a library of 2-iminobenzimidazole complexed on various late transition metals. This makes possible to draw conclusion on this type of ligands as well as for general polymerization important factors (temperature, pressure…) The second and the third chapters deal with the modification of bis-imine ligands by introducing a pyridyle group. This pyridyle group makes the ligands potentially N-alkylable, which changes the ligands and catalysts behaviours. The influence of the N-alkylation on those catalysts has been studied through NMR, FTIR and polymerization experiments. The last chapter is to make a method for the synthesis and the heterogeneous screening of unbridged métallocènes. The method has been applied on 36 catalysts

En dépit de nombreuses tentatives, l'utilisation de complexes métalliques organophosphores est quasiment inexistante en catalyse d'oxydation. Ce vide est principalement dû à la dégradation du catalyseur par oxydation du ligand phosphore. Le large intérêt porte à ce type de réactions nous a encouragé à développer deux concepts originaux, limitant l'oxydation du coordinat. La première voie est de renforcer la liaison phosphore-métal en rendant la phosphine moins labile. Elle s'est traduite par les essais de synthèse de macrocycles par effet template, autour du ruthenium, en utilisant des phosphines vinyliques secondaires comme synthons. A l'heure actuelle, la formation de macrocycles tétraphosphores a 12 chainons n'a pas abouti par cette méthode (première partie). La faible oxydabilité du ligand représente le second concep t: les phosphacymantrenes (#5-phospholyle manganèse tricarbonyles) remplissent cette condition. Nous avons étudié, dans un premier temps, la chimie de coordination de cette famille de ligands vis-a-vis du ruthénium et du palladium. Huit nouveaux complexes de ruthénium ii ont pu être caractérisés. Dans le cas du palladium, utilise aux degées d'oxydation o et ii, des structures originales (en particulier des chaines polymétalliques) et le rôle du manganèse dans le mode de coordination des phosphacymantrènes ont pu être mis en évidence. La réactivité de ces composes a été étudiée (deuxième partie)

L'objectif de ce travail était d'améliorer les catalyseurs d'hydrotraitement par la mise en oeuvre de supports à base d'oxyde de titane stabilisé et d'expliquer les classements contradictoires rapportés dans la littérature ainsi que de comprendre les effets de solvants. Des supports TiO2-ZrO2 10% et TiO2-Al2O3 5%, possédant des propriétés texturales adaptées à l'hydrotraitement de gazoles, ont été préparés. L'étude de la genèse de la phase active sur le support le support TiO2-Al2O3 5% montre que la présence d'alumine provoque la formation d'une phase NiMoO4 lors de la calcination, résultant en une perte d'activité. Une sulfuration directe sans calcination préalable favorise par contre la formation de la phase active " NiMoS ". Cette observation n'est pas retrouvée sur le support TiO2-ZrO2 10%. La mesure d'activité dans l'hydrogénation de la tétraline a permis d'étudier systématiquement : le protocole de sulfuration, le partage des réactifs entre la phase gazeuse et la phase liquide, l'influence d'un solvant (heptane, dodécane, hexadécane) et de la concentration d'H2S sur l'activité d'un catalyseur NiMo/Al2O3. L'application du modèle de Hougen-Watson montre que l'effet de solvant résulte d'une compétition d'adsorption entre le réactif et le solvant. Cet effet est d'autant plus marqué que l'alcane est lourd. La même étude a été réalisée sur des catalyseurs NiMo/TiO2-Al2O3 5% et NiMo/TiO2-ZrO2 10% ; ces catalyseurs sont plus actifs en phase gazeuse que ceux supportés sur Al2O3. Par contre, en présence de solvants leur activité est moindre mais les constantes relatives d'adsorption du réactif et des solvants ne sont pas modifiées par la nature du support. Ceci indique que la compétition d'adsorption n'est pas en cause dans cette modification d'activité. Toutefois, l'évaluation des constantes de vitesse montre que les solides supportés sur oxyde de titane se désactivent plus rapidement et présentent de ce fait une activité réduite après leur mise en régime. Ce travail illustre l'importance fondamentale du choix des conditions de mesure de l'activité catalytique lors de l'évaluation de nouveaux catalyseurs. Il explique pourquoi des conclusions contradictoires peuvent être tirées de tests d'activité reposant sur une seule mesure effectuée dans des conditions arbitraires.

La recherche dans le domaine de la chimie industrielle s’engage pour la mise en place de nouvelles stratégies de synthèse plus respectueuses de l’environnement. Le méthylmercaptan (CH3SH) est un précurseur de la méthionine, un acide aminé essentiel, dont la demande mondiale ne cesse de croitre. La synthèse du CH3SH est réalisée industriellement par réaction catalytique entre l’H2S et le méthanol, lui-même synthétisé à partir d’un mélange CO/H2, ce qui rend attractives les voies de synthèse directes à partir de CO/H2 et H2S ou encore CO2/H2 et H2S, permettant la valorisation et le recyclage du CO2 un coproduit de la réaction. Dans ce travail de thèse de nouveaux catalyseurs ont été développés en menant parallèlement une étude sur la nature et la quantification de la phase active des différents systèmes catalytiques mis au point. Une étude de la teneur en Mo, de l’effet de la calcination, de l’ajout de dopants cuivre et/ou zinc a été réalisée sur des catalyseurs de type K-Mo supportés sur alumine. L’utilisation d’autres supports oxydes permet d’améliorer sensiblement les performances catalytiques évaluées dans un micro-pilote travaillant dans des conditions préindustrielles. La mise en regard et confrontation des caractérisations par XPS, TEM, DRX et Raman des catalyseurs activés mettent en évidence, dans tous les systèmes catalytiques, la présence majoritaire d’une phase de type 1T-MoS2 lamellaire, intercalée par des ions potassium. La quantification de cette phase intercalée a permis de la corréler à la productivité en méthylmercaptan, démontrant ainsi que cette phase est la phase active des catalyseurs de synthèse directe du méthylmercaptan
In the field of chemistry, industrial research is committed to the development of environmentally friendly synthesis strategies. Methyl mercaptan (CH3SH) is a precursor to methionine whose worldwide demand is steadily growing. It is currently produced by a catalytic reaction between H2S and methanol. Due to the production of methanol involving multiple reaction steps, the direct synthesis of methyl mercaptan from syngas (CO/H2) and H2S or from (CO2/H2) and H2S (assuming a CO2 recycling) appears as a financially attractive industrial process. This work focused on the development of new catalysts for this reaction, specifically on identifying and quantifying the active phase of different catalytic systems. Studies on the effects of molybdenum loading, calcination procedures and copper and/or zinc doping were carried out on an alumina-supported potassium-molybdenum catalyst. Others metal oxide carriers were also employed, remarkably improving catalytic performances. Catalytic tests were performed with a micro-pilot reactor operated in near-industrial conditions. Catalysts were characterized using X-ray photoelectron spectroscopy, transmission emission microscopy, X-ray diffraction and Raman spectroscopy, evidencing the presence of a significant lamellar 1T-MoS2 type phase, intercalated by potassium ions. Quantification of this intercalated phase was correlated with methyl mercaptan productivity, demonstrating its role as the catalytically active phase which drives methyl mercaptan direct synthesis

L'objectif de ce travail a été la synthèse d'un catalyseur hétérogène capable de réaliser l'époxydation asymétrique des oléfines non-fonctionnelles. Actuellement, cette réaction est réalisée en utilisant le catalyseur homogène développé par Jacobsen. La stratégie avancée dans cette étude a donc été la transposition de ce catalyseur sur la surface de la silice en utilisant les techniques de la chimie organométallique de surface. Cette méthode via la coordination de manière covalente d'une espèce moléculaire sur le surface permet la synthèse de complexe unique supporté. Tout d'abord, de nouveau complexe moléculaires bis-alkyls bis-imino de Mn puissanceII ont été synthétisés et caractérisés. De cette étude résulte la compréhension de la réactivité des ligands di-imine sur le tétramère [Mn(CH2tBu)2]4. Puis ces nouveaux complexes ont été greffés sur la surface d'une silice préalablement deshydroxylée. Des tests catalytiques d'époxydation du cis-β-methylstyrène ont été réalisés en présence de différents oxydants comme le PhIO, la mCPBA et des complexes supportés comme catalyseurs. Les résultats obtenus sont encourageants et montrent la stratégie à adopter pour la prochaine génération de catalyseurs.

Dans cette thèse, la réaction entre les complexes de formule [Cp*2M2O5] et Na2M'O4 (M, M' = Mo, W) dans différentes proportions stoechiométriques a été étudiée en milieu acide aqueux. Il s'agit d'une voie douce et sélective pour l'obtention de polyoxométallates organométalliques de type Lindqvist. Une proportion 1:4 a permis d'obtenir les oxydes organométalliques mixtes de formule générale [Cp*2MoxW6-xO17] (x = 6, 4, 2, 0), parmi lesquels les deux systèmes mixtes [Cp*2Mo2W4O17] et [Cp*2Mo4W2O17] n'avaient pas été décrits auparavant. Chaque complexe a été identifié par analyse élémentaire, analyse thermogravimétrique et spectroscopie infrarouge. La composition et la géométrie moléculaire de [Cp*2Mo4W2O17] a été confirmée par une excellente correspondance entre le spectre de diffraction RX de poudre expérimental et un spectre de poudre théorique simulé obtenu à partir des données RX monocristallines des composés [Cp*2M6O17] (M = Mo, W) avec lesquel le composé identifié est isomorphe. Les composés peuvent s'écrire comme [(Cp*M)2(M'O)4(µ2-O)12(µ6-O)]. La position relative de M et M' est définie par la nature des réactifs de départ. L'élément M provient du réactif organométallique et reste de façon sélective en position (Cp*M). L'élément M' du réactif inorganique occupe sélectivement les positions (M'O). La dégradation thermique des complexes (>500°C) a conduit à des oxydes mixtes de formule Mo2/3W1/3O3 et Mo1/3W2/3O3. Quand le protocole synthétique est opéré entre [Cp*2M2O5] et Na2M'O4 (M, M' = Mo, W) dans une proportion molaire 1/10 dans un milieu méthanol/eau acidifié, la formation de polyoxométallates mixtes organométalliques polyanioniques de formule générale [Cp*MM'5O18]- (M, M' = Mo, W) est observée. Seul [Cp*Mo6O18]- était connu auparavant, obtenu selon deux stratégies de synthèse différentes. Ces composés ont été isolés sous forme de sels avec nBu4N+, nBu4P+, et Ph4P+ comme cations. Les composés ont été caractérisés par analyse élémentaire, analyse thermogravimétrique, spectrométrie de masse en mode électrospray et spectroscopie infrarouge. Les structures moléculaires des composés Ph4P[Cp*Mo6O18] et Ph4P[Cp*WMo5O18] ont été confirmées par diffraction RX sur monocristal. Les composés montrent des vibrations en spectroscopie infrarouge caractéristiques des vibrations M=O et M-O-M. Comme dans tous les composés de type POMs, les vibrations des liaisons terminales M'=Ot et M''=Ot apparaissent à plus haute fréquence (950-1000 cm-1) que les vibrations M-Ob-M (750-890 cm-1). Pour les POMs anioniques, les spectres RMN 1H dans le DMSO indiquent un signal pour le Cp* à 2,2 ppm (lié au Mo) ou 2,4 ppm (lié à W), ainsi que les résonances des cations avec une intensité correspondant à la stoechiométrie Cp*/cation de 1/1. La RMN du 31P des sels de phosphonium montrent les résonances correspondantes à 23,4 ppm pour Ph4P+ et 35,1 ppm pour Bu4P+. Le comportement thermique des composés anioniques à l'air a été étudié. L'étude thermique à plus de 500°C des sels de tétrabutylkammonium conduit à la perte totale de la partie organique, et la formation d'oxydes mixtes Mx/6M'1-x/6O3 (x = 0, 1, 5, 6) avec une bonne correponsdance entre pertes de masses théoriques et expérimentales. L'analyse thermogravimétrique des sels de phosphonium (Bu4P+ and Ph4P+) a donné des indications sur la perte partielle (ou totale) de phosphore en fonction de l'anion, sans toutefois pouvoir établir une règle absolue. Les anions ont été étudiés par spectrométrie de masse en mode électrospray. Le spectre en mode négatif a montré pour chaque anion l'ion moléculaire attendu avec un profil isotopique en accord avec les spectres simulés. Le schéma de fragmentation est différent pour chaque anion, mais un fait commun est la perte du fragment neutre Cp* pour conduire à l'espèce [MM'5O18]-, suivi de pertes successives de MO3 et/ou M'O3
In this thesis, the reaction of [Cp*2M2O5] complexes with Na2M'O4 (M, M' = Mo, W) in different stoichiometric ratios has been investigated in an acidic aqueous medium. It is a mild and selective entry into well-defined Lindqvist-type organometallic mixed-metal Polyoxometalates. Using a 1:4 ratio leads to the neutral compounds [Cp*2MoxW6-xO17] (for x = 6, 4, 2, 0), of which the two mixed-metal systems [Cp*2Mo2W4O17] and [Cp*2Mo4W2O17] were not previously reported. The identity of the complexes is demonstrated by elemental analysis, thermogravimetric analysis and infrared spectroscopy. The molecular identity and geometry of compound [Cp*2Mo4W2O17] is further confirmed by a fit of the powder X-ray diffraction pattern with a model obtained from previously reported single-crystal X-Ray structures of [Cp*2Mo6O17] and [Cp*2W6O17], with which [Cp*2Mo4W2O17] is isomorphous. The formula of these compounds may also be written as [(Cp*M)2(M'O)4(µ2-O)12(µ6-O)]. The relative position of the M and M' atoms is perfectly defined by the nature of the starting materials, the M element from the organometallic reagent ending up selectively in the (Cp*M) positions and the M' element from the inorganic reagent occupying selectively the (M'O) positions. Thermal decomposition of these compounds yields the mixed-metal oxides Mo2/3W1/3O3 and Mo1/3W2/3O3 with an expected homogeneous distribution of the two metals. When the same synthetic procedure is carried out with [Cp*2M2O5] and Na2M'O4 (M, M' = Mo, W) in a 1:10 ratio, the anionic organometallic mixed-metal polyoxometalates [Cp*MM'5O18]- (M, M' = Mo, W) are obtained. This family was previously represented only by the homometallic Mo member, obtained by two different and less efficient synthetic strategies. All these compounds have been isolated as salts of nBu4N+, nBu4P+ and Ph4P+ cations. The compounds have been characterized by elemental analysis, thermogravimetric analysis, electrospray mass spectrometry, and infrared spectroscopy. The molecular identity and geometry of compounds Ph4P[Cp*Mo6O18] and Ph4P[Cp*WMo5O18] have been confirmed by single crystal X-ray diffraction. The compounds show characteristic M=O and M-O-M vibrations in the IR spectrum. As found for all POM derivatives, the terminal M'=Ot and M''=Ot vibrations (950-1000 cm-1) have higher frequency, than the M-Ob-M vibrations (750-890 cm-1). The 1H NMR spectra of the isolated products for the new anionic POM's show the Cp* signal at d 2. 2 (when linked to Mo) or 2. 4 (when linked to W), plus the resonances of the cation with suitable intensity for the 1:1 Cp*/cation stoichiometry. The 31P NMR spectrum of the phosphonium salts shows the expected cation resonance at d 23. 4 for Ph4P+ and d 35. 1 for Bu4P+. All anionic compounds were also investigated in terms of their thermal behavior by thermogravimetric analysis (TGA) in air. The salts with N-based cation (Bu4N+) lead to complete loss of the organic part, with formation of the mixed-metal trioxides Mx/6M'1-x/6O3 (x = 0, 1, 5, 6), with a relatively good match between experimentally observed and theoretical mass losses upon warming up to 500 °C. TGA of the salts with phosphonium cations (Bu4P+ and Ph4P+) gave indication of phosphorus loss or not depending on the anion, without a clear rationalization. All anions were also investigated by mass spectrometry using an electrospray injection method. The spectrum in negative mode showed the expected molecular ion with an isotopic pattern in good agreement with the simulation. The fragmentation pattern is not identical for each type of anion, but as a general feature, we can observe a loss of the Cp* fragment to yield [MM'5O18]-, followed by the subsequent loss of both MO3 and M'O3

Dans la chimie des carbohydrates, les glycals pyranoides ou furanoides peracetyles constituent une classe de synthons chiraux utilises comme intermediaires dans la synthese de produits naturels dont les activites biologiques sont variees (antibacteriennes, antiparasitaires, antiaggregatrices de plaquettes sanguines, inhibitrices d'action enzymatique). La bibliographie sur la reaction de c-glycosylation a partir de glycals presente trois methodes d'obtention de c-glycoside, celles promue par un acide de lewis, par rearrangement de type claisen et catalysee par le palladium(0). Dans le cadre de la synthese de synthons chiraux elabores a partir de carbohydrates en utilisant une methodologie basee sur l'emploi d'un metal de transition (pd, cr, mo), notre etude a porte sur la synthese de c-glycosides catalysee par le palladium(0) a partir de glycals. Les glycals, actives sous forme de carbonate cyclique ou mixte, reagissent avec des derives de type malonique en presence de palladium(0) pour donner de maniere regio- et stereoselective des c-glycosides dont les fonctions alcool sont differencies. Les c-glycosides obtenus suivant cette approche presentent un potentiel synthetique tres eleve. En effet, dans les conditions de mitsunobu, ces derives conduisent aux pyranofuranes et nitronates bicycliques correspondants et d'autre part, subissent une regression de cycle en milieu basique pour donner des 2,5-dialkyl-2,5-dihydrofuranes ou des furanofuranes suivant les cas.

La catalyse enantioselective a connu ces dernieres annees un developpement considerable. Le but de nos etudes s'inscrit dans la recherche de nouveaux catalyseurs enantioselectifs et de leurs applications en catalyse enantioselective. De nombreuses oxazaphospholidines portant la chiralite au niveau de l'atome de phosphore et de la chaine ont ete synthetisees a partir du (s)-(+)-propinal. L'etude du mecanisme de formation de ces composes a ete realisee. Les syntheses ont ete etendues a la preparation de composes diazaphospholidine ainsi qu'a de nouveaux ligands bidentes. Les differents composes organophosphores chiraux synthetises ont ete appliques dans des reactions de catalyse enantioselective: l'hydroboration asymetrique d'olefines par le catecholborane en presence d'une quantite catalytique d'un catalyseur au rhodium utilisant des ligands monodentes et bidentes. La reduction enantioselective des cetones par le borane en presence d'une quantite catalytique de (s)-(-)-proline (10 mol%). La 1ere reaction de reduction enantioselective des cetones par le borane bh#3:thf, a reflux du toluene, en presente d'une quantite catalytique d'un complexe oxazaphospholidine-borane. La reaction de reduction enantioselective des imines par le borane bh#3:thf, a reflux du toluene, en presence d'une quantite catalytique d'un complexe oxazaphospholidine-borane. Ces travaux ouvrent de nombreuses perspectives concernant l'application de composes phosphores chiraux en tant que catalyseurs enantioselectifs

Quatre phases oxyfluorees inedites ont ete preparees liw#3o#9f, na#2wo#2f#4, cuwo#3f#2 et namoo#3f. Une analyse structurale par diffraction des rayons x a alors ete effectuee, elle a ete completee par la determination de la distribution oxygene-fluor qui fait appel a des techniques spectroscopiques (raman et rmn) et a des calculs d'energies electrostatiques et de valences de liaison. L'intercalation des ions li#+ au sein de liw#3o#9f et les interactions magnetiques dans cuwo#3f#2 ont ete etudiees

Le travail de recherche de ce memoire traite de la synthese de ligands chiraux cyclopentadienyles et indenyles optiquement actifs a partir de composes enantiopurs. Nous avons decrit la synthese de ligands cyclopentadienyles diversement substitues a partir d'esters enantiopurs d'origine naturelle selon la methode de bercaw. L'utilisation des ultrasons et des effets de sels ont permis d'acceder selectivement a l'obtention d'alcools tertiaires dieniques. Dans certains cas, nous avons mis en evidence des problemes au niveau de la deshydratation cyclisante qui interdisent la formation des cyclopentadienes chiraux peralkyles attendus. De plus, nous avons prepare des ligands cyclopentadienyles et indenyles enantiopurs selon la substitution nucleophile de type s#n#2 a partir de substances d'origine naturelle. A partir du (s)-(-)-lactate d'ethyle, nous avons synthetise des cyclopentadienes- et indenes-lactates enantiopurs ainsi que les derives alcools enantiopurs issus de leur reduction. Nous avons mis en evidence la formation de cyclopentadienes et indenes disubstitues. Ces derniers sont obtenus avec diastereoselectivite totale, ainsi qu'un indene spiro-cyclopropane lui-meme obtenu avec diastereoselectivite totale a partir d'un indene-lactate enantiopur. Sa formation depend etroitement des conditions operatoires. Nous avons associe ces ligands a des metaux de transition tels que le molybdene, le titane et le zirconium. A partir des ligands cyclopentadienyles- et indenyle-lactates d'ethyle et de zr(nme#2)#4, nous avons mis en evidence la formation de complexes bis(cyclopentadienes- ou indene-#1-carboxylato) du zirconium(iv) avec elimination de dimethylethylamine etnme#2. Il s'agit d'une reactivite inattendue qui n'a jamais ete signalee a notre connaissance. Nous avons isole certains complexes cyclopentadienyles chiraux du molybdene(ii) que nous avons teste dans l'alkylation allylique asymetrique.

Ce travail a consiste a developper de nouveaux systemes catalytiques a base de metallocenes pour la polymerisation de l'ethylene. Afin de valider notre protocole operatoire de polymerisation, nous avons utilise des systemes associant un metallocene du zirconium a un cocatalyseur a base d'aluminium (methylaluminoxane, trimethylaluminium, triisobutylaluminium) ou de bore (tris(pentafluorophenyl)borane, tetrakis(pentafluorophenylborate) de n,n-dimethylanilinium). Dans nos conditions, le cocatalyseur le plus efficace est le methylaluminoxane, ajoute cependant en fort exces par rapport au complexe du zirconium. Dans un deuxieme temps, en vue de s'affranchir du methylaluminoxane commercial, nous avons etudie la reaction entre le trimethylaluminium et un donneur d'oxygene organique (alcool) ou organometallique (stannoxane, hydroxystannane, alcoolate d'aluminium). Dans tous les cas, un atome d'oxygene est transfere sur l'aluminium pour donner un methylaluminoxane. Engages en polymerisation, ces nouveaux melanges cocatalytiques sont aussi efficaces que le methylaluminoxane commercial. Les problemes de securite ou de vieillissement lies a ce dernier sont cependant evites. Enfin, afin de supporter les metallocenes, nous avons transpose le concept redox moleculaire pour la formation de l'espece active a celui avec un solide redox tel que le trioxyde de molybdene. Avec le dibenzylzirconocene, la reaction a lieu avec greffage total du metallocene par elimination d'un radical benzylique. En suspension ou en phase gazeuse, les solides ainsi obtenus ne sont actifs qu'en presence de methylaluminoxane. De plus, lorsque la polymerisation est conduite en suspension, nous avons mis en evidence une solubilisation du complexe greffe, ce dernier contribuant majoritairement a l'activite observee

Afin de développer des systèmes catalytiques homogènes, économiquement et écologiquement avantageux, deux approches ont été étudiées. Tout d'abord, des catalyseurs au palladium immobilisés sur polystyrène soluble ont été préparés et utilisés en réaction de Heck. Des problèmes de dégradation thermique nous ont cependant contraint à abandonner leur utilisation en tant qu'espèces recyclables par ultrafiltration. Notre seconde approche a concerné l'immobilisation dans les liquides ioniques de complexes de ruthénium. Cette méthode, plus performante, nous a permis de mettre au point le premier système catalytique recyclable pour des réactions de fermeture de cycles par métathèse dans ces milieux. En parallèle, plusieurs synthèses de sels d'imidazolium chiraux dérivés d'acides aminés ont été réalisées et ont conduit à la préparation de complexes de carbènes N-hétérocycliques pour la catalyse asymétrique ainsi que de liquides ioniques chiraux utilisés en tant qu'agents de dédoublement en RMN.

Le but de cette étude est la recherche de nouveaux matériaux à base d'ions uranyle et de groupements molybdates ou vanadates, dont la structure en couches pourrait favoriser la conductivité cationique bidimensionnelle. Dans un 1er temps, une famille de molybdates d'uranyle et de cations monovalents a été obtenue par synthèse en conditions hydrothermales. La structure des phases a été déterminée à partir des données de diffraction X sur monocristal. Des monocristaux de "trimétavanadates" d'uranyle et de césium ont été préparés. La détermination de la structure cristalline montre que ce vanadate est construit à partir de pyramides à base carrée VO5 et de bipyramides à base hexagonale UO8 pour former des feuillets parallèles au plan de la maille monoclinique. Les feuillets sont associés par paires, les atomes de césium occupent l'espace entre deux doubles couches. Des phases analogues ont été synthétisées. Pour les gros cations, les mailles sont monocliniques alors que pour les petits, elles sont hexagonales. Cependant il existe un lien entre la maille monoclinique et hexagonale indiquant que toutes les phases sont construites à partir de feuillets semblables. Enfin un nouvel oxychlorovanadate d'uranyle et de césium a été obtenu. Sa structure est bidimensionnelle, constituée de feuillets parallèles au plan, l'espace intercouche est occupé par les ions Cs+. La coordination de l'uranium est assurée par 7 atomes d'oxygène ou 6 atomes d'oxygène et un atome de chlore, formant des bipyramides à base pentagonale UO7 ou UO6Cl.

Le procédé de synthèse du formaldéhyde comporte trois étapes: le méthane est reformé en gaz de synthèse (CO/H2) puis le syngas est converti en méthanol qui est ensuite partiellement oxydé en formaldéhyde. L’oxydation catalytique directe du méthane en formaldéhyde permettrait d’éviter l’étape de vaporeformage du méthane, très coûteuse en énergie, qui représente environ 60% du coût total du procédé actuel. Les catalyseurs utilisés pour la conversion du méthane en formaldéhyde sont à base d’oxydes de métaux de haut degré d’oxydation tels que l’oxyde de molybdène, de tungstène ou de vanadium, supportés sur silice, alumine ou zircone. Les sélectivités obtenues sur ces systèmes sont faibles lorsque les conversions en méthane dépassent 10%. Ce travail s’est axé sur l’utilisation de catalyseurs à base d’oxyde de fer et molybdène déposé sur un support très divisé pour jouer le rôle d’oxydant doux. Les tests catalytiques ont été menés à pression atmosphérique, température 400–800°C, les conditions de flux: CH4/O2/N2/He= 7,5/1/4/14 à un flux total de 65,5 mL. Mn-1. Les produits sont analysés en ligne par chromatographie gazeuse. Une étude préliminaire a permis de définir la vitesse volumétrique horaire optimale à 60 000 h-1. Les résultats mettent clairement en évidence l’effet positif de l’intégration des métaux dans la matrice de silice sur la sélectivité en formaldéhyde. L’ajout de molybdène est bénéfique à la production de formaldéhyde. Le meilleur catalyseur est le système à 0,5 % en masse de fer, au-delà de cette teneur la sélectivité en formaldéhyde décroît. Le rendement en formaldéhyde obtenu est de 0,45 % (soit 150,0 gHCHO. Kg-1cata h-1). Pour cette même teneur en fer, l’ajout de molybdène à la teneur de 0,5 % en masse permet d’augmenter le rendement à 0,54 % (soit 218,0 gHCHO. Kg-1cata. H-1)
The formaldehyde synthesis has three stages: the methane is reformed into synthesis gas (CO/H2) then the syngas is converted into methanol which is then partially oxidized until formaldehyde. The methane direct catalytic oxidation into formaldehyde would avoid the methane reforming stage, very expensive in energy, approximately 60% of the current process total cost. The catalysts for the methane conversion to formaldehyde can be vanadium, tungsten and molybdenum oxides, supported on silica, alumina or zirconia. The selectivities are low when the conversions exceed 10%. This work was centered on the use of molybdenum and iron oxides catalysts supported on silica and titania. The catalytic tests were carried out to atmospheric pressure, temperature 400-800°C, flow ratio: CH4/O2/N2/He= 7,5/1/4/14 with a 65,5 mL. Mn-1 as total flow. The products are analyzed by gas chromatography. The optimal time volumetric speed was 60. 000 h-1. The metals integration in the silica matrix displays a positive effect on the formaldehyde selectivity. The molybdenum addition is synergistic with the formaldehyde production. The best catalyst for the formaldehyde production is the 0,5%wt Fe, beyond this content the formaldehyde selectivity decrease. The formaldehyde yield obtained is 0,45% (150,0 gHCHO. Kg-1cata h-1). For this same content of iron, the molybdenum addition with the content of 0,5% wt makes it possible to increase the yield until 0,54% (218,0 gHCHO. Kg-1cata. H-1)

Cette thèse porte sur l’étude de catalyseurs promus à base de sulfure de molybdène supporté sur alumine ou nanotubes de carbone pour la synthèse d’oléfines à partir du gaz de synthèse issu de la biomasse. Les catalyseurs ont été étudiés à chaque étape de leur préparation par différentes techniques physico-chimiques et spectroscopiques et testés dans un réacteur à lit fixe. Les résultats ont montré que deux types de sites sont présents sur les catalyseurs K-MoS2 : MoS2, qui conduit à la production de méthane et une phase mixte K-Mo-S qui conduit à la synthèse d’oléfines. La baisse d’activité observée avec les catalyseurs supportés sur nanotubes de carbone a été attribuée au plus faible taux de sulfuration. La basicité des promoteurs et la taille des cristallites sont des paramètres importants qui influencent la synthèse d’oléfines. Une basicité modérée ainsi qu’une taille plus grande des cristallites de molybdène sont favorables à la synthèse d’oléfines légères
This thesis focuses on the study of promoted molybdenum catalysts supported on alumina or carbon nanotubes for the synthesis of olefins from synthesis gas obtained from biomass. The catalysts were studied at every stage of their preparation by different characterization techniques and tested in fixed bed reactor. The results showed that both types of sites are present on the K-MoS2 catalysts: MoS2, which leads to the production of methane and a mixed K-Mo-S phase which leads to the synthesis of olefins. The decrease in activity observed with catalysts supported on carbon nanotubes was attributed to the low rate of sulphidation. The basicity of the promoters and the size of the molybdenum sulphide crystallites are important parameters influencing the olefins synthesis. A moderate basicity as well as large size of molybdenum crystallites are favorable to the synthesis of light olefins

Ce travail est une contribution a la synthese de ligands cyclopentadienyles et indenyles chiraux, selon une reaction de substitution nucleophile entre, les anions cyclopentadienure ou indenure, et des monoesters sulfoniques derives des sucres, d'un disaccharide, et d'un nucleoside. Dans le cas de triflates du galactose, du glucose, de l'allose et du trehalose, les cyclopentadienes-sucres et les indenes-sucres ont ete obtenus avec d'excellents rendements. L'utilisation de la sonochimie dans le cas du galactose et de l'uridine a permis d'obtenir les cyclopentadienes et les indenes a partir de tosylates primaires. Il a ete observe dans le cas de l'alloseotf, mis en reaction avec les anions cyclopentadienure ou indenure, un phenomene tout a fait inattendu qui est la formation d'un produit de disubstitution in situ, le (glucose)#2cph ou le (glucose)#2indh. Dans le cas du (glucose)#2indh, celui-ci est obtenu avec une diastereoselectivite pratiquement totale. Nous avons montre que la diastereoselectivite observee a pour origine une complexation stereoselective du lithium par les oxygenes du bras isopropylidene du sucre. A partir des cyclopentadienes-sucres ont ete prepares des complexes tricarbonyle methyle et bromotricarbonyle du molybdene (ii) optiquement actifs. Plusieurs essais de synthese de complexes du titane et du zirconium ont ete tentes en utilisant differentes methodes telles que l'elimination de sels et d'amines ou encore le transfert de ligands silyles. Seuls les complexes galactosecpticpcl#2 et (galactosecp)#2zrcl#2 ont pu etre prepares a partir du galactosecptl. Les complexes sucrecpmo(co)#3me ont ete utilises comme catalyseurs dans une reaction d'alkylation allylique. Il faut noter, toutefois, que l'enantioselectivite, au cours de cette reaction est negligeable. En revanche, au niveau de la reactivite chimique, avec le (glucose)#2cpmo(co)#3me, le glucosecpmo(co)#3me et le galactosecpmo(co)#3me, nous observons une conversion totale en produits de substitution attendus, et les vitesses de reaction sont fonction de la structure des sucres associes au ligand cyclopentadienyle. Enfin, tous les complexes synthetises ont ete testes sur des cellules leucemiques du type l1210 comme agents antitumoraux. Ils ont tous, presente une activite antitumorale plus ou moins importante.

Les catalyseurs à base de palladium/platine (Pd/Pt) étudiés font partie d'une nouvelle gamme de catalyseurs hétérogènes développée chez SiliCycle pour la chimie fine et la chimie pharmaceutique. Ces catalyseurs sont des nanoparticules (NPs) de Pd/Pt séquestrées dans les cages mésoporeuses d’un support organosilicique MeSiO₁, ₅. Le caractère hydrophobe des catalyseurs est généré par la présence des groupes méthyle du silane méthyltriétoxysilane (MTES) utilisé comme monomère dans la synthèse du support. Ces catalyseurs hétérogènes, stables à l’air et à l’humidité, se sont révélés hautement réactifs dans de nombreuses réactions chimiques, notamment dans des conditions douces de température et de pression, comme par exemple dans des réactions de couplages carbone-carbone, d’hydrogénation ou d’hydrosilylation. La problématique est que ces catalyseurs se sont révélés réactifs seulement pour des faibles teneurs en métal (0,5 % massique de Pd et 2,0 % massique de Pt) et que leur activité catalytique diminue considérablement lors des essais de réutilisation à température et pression éllevées. Dans ces conditions, les catalyseurs ne sont plus réutilisables. L’objectif principal de cette thèse est d’apporter des améliorations à cette classe de catalyseurs hydrophobes afin d’augmenter d’avantage leur activité catalytique et leur sélectivité. Ainsi, des nouveaux matériaux catalytiques hétérogènes, caractérisés par une meilleure résistance mécanique et une meilleure stabilité de NPs métalliques de Pd/Pt au frittage avec une capacité de réutilisation élevée dans des conditions douces, mais également à des températures et des pressions élevées, ont été développés. Leur activité catalytique a été évaluée dans des applications vertes à fort impact industriel. L’activité catalytique des catalyseurs au Pd a été évaluée dans l’hydrogénation du squalène en squalane, un hydrocarbure entièrement saturé, facilement adopté par les formulateurs en cosmétique pour ses excellentes propriétés, comme par exemple sa grande stabilité à l’oxydation, au rancissement et à la chaleur. L’activité catalytique des catalyseurs au Pt a été évaluée dans la réaction d’hydrosilylation, l’une des méthodes les plus importantes pour la synthèse des composés organosiliciés et en particulier, pour la production des organosilanes par l’addition des liaisons Si-H aux doubles liaisons à l’échelle industrielle.
Tout d’abord, le support organosilicique a été dopé avec des unités Al₂O₃. Les nouveaux catalyseurs à base de NPs de Pd/Pt sur un support organosilicique dopé avec des unités Al₂O₃, Pd⁰/MeSiO₁, ₅- Al₂O₃ et Pt⁰/MeSiO₁, ₅- Al₂O₃, se sont démarqués par une stabilité élevée à l'air et à l'humidité. L’ajout de 2 % massique d’Al₂O₃ a permis d’augmenter la teneur en Pd de 0,5 à 2,0 % massique et la teneur en Pt de 2,0 à 5,0 % massique tout en maintenant une très grande dispersion du métal (NPs de Pd/Pt d’environ 2-4 nm). L’ajout d’Al₂O₃ a également augmenté leur activité catalytique autant dans des conditions douces qu’à température et pression élevées, en raison de la présence des sites acides. Cependant, les deux catalyseurs de morphologie irrégulière, synthétisés par une méthode sol-gel in-situ, ont échoué dans les essais de réutilisation. Cela est expliqué par la faible résistance mécanique du support en favorisant le frittage des NPs métalliques Afin d’augmenter la résistance mécanique du support et d’améliorer l’activité catalytique des catalyseurs hétérogènes au Pd/Pt, le procédé de synthèse sol-gel in-situ générant des matériaux de morphologie incontrôlable a été remplacé par un procédé de précipitation dans lequel des NPs métalliques ont été séquestrées dans les cages mésoporeuses d’une matrice 100 % organosilicique de morphologie sphérique. La synthèse des particules sphériques a été réalisée par un procédé d’émulsion huile-dans-eau en utilisant seulement du MTES comme précurseur de silice. Ce type de synthèse a permis de faire une condensation à une température de 90 °C pendant 24 h, ce qui a fortement augmenté la robustesse du support. L’activité catalytique du catalyseur de morphologie sphérique Pd⁰/MeSiO₁, ₅ avec une teneur en Pd de 2,5 % massique (NPs de Pd de 2-3 nm), a été évaluée dans l’hydrogénation catalytique du squalène végétal en l’absence de solvant, dans des conditions douces mais également dans des conditions plus sévères de température et de pression. Le catalyseur s’est avéré actif à des températures supérieures à 70 °C et à des pressions d’H₂ de 3 à 20 atm, pour des pourcentages molaires de Pd par rapport au squalène de 0,50 à 0,05 mol %. Le catalyseur a été facilement récupéré et réutilisé dans huit réactions consécutives avec de très petites quantités de Pd lessivé dans le produit brut de réaction (inférieure à 1 mg kg⁻¹), ouvrant ainsi la voie à une hydrogénation écologique et moins coûteuse du squalène végétale. L’activité catalytique du catalyseur de morphologie sphérique Pt⁰/MeSiO₁, ₅ avec une teneur en Pt de 5 % massique (NPs de Pt de 4-7 nm) a été évaluée dans l’hydrosilylation des oléfines en l’absence de solvant et à l’air.
Le catalyseur s’est avéré actif pour des pourcentages molaires de Pt par rapport à l’oléfine de 0,100 à 0,005 mol %. Le catalyseur a été facilement récupéré et réutilisé dans trois réactions consécutives avec de très faibles quantités de Pt lessivé dans le produit brut de réaction (inférieures à 5 mg kg⁻¹). Ce type de synthèse a permis de développer des catalyseurs plus actifs (conversion et sélectivité supérieures à 90 %), stables et réutilisables, ouvrant la voie à des applications vertes et moins coûteuses, d’une importance primordiale pour la chimie fine et pour l’industrie pharmaceutique. Ce projet se démarque par son originalité dans le type unique des supports développés pour séquestrer les NPs de Pd/Pt. Le caractère hydrophobe des supports synthétisés exclusivement à partir du silane hybride protège les NPs métalliques de l'oxydation. Nous avons montré que le xérogel de silice modifiée organiquement (100 % MTES) de morphologie sphérique et fonctionnalisée avec des NPs de Pd ou de Pt, Pd⁰/MeSiO₁, ₅ et Pt⁰/MeSiO₁, ₅ , conduit à des catalyseurs robustes, stables à l’air et à l’humidité, hautement actifs et sélectifs. Des essais catalytiques réalisés sur une période de deux ans avec les deux catalyseurs, conservés dans des conditions innertes ou à l’air, à 4 °C et à 22 °C, ont montré une activité catalytique inchangée. Les analyses d’adsorption d’N₂ et les analyses de difusion de la lumière ont montré des caractéristiques physiques similaires, même après deux ans. Comparés à d’autres catalyseurs commerciaux utilisés dans l’industrie, les catalyseurs hydrophobes de morphologie sphérique Pd⁰/MeSiO₁, ₅ et Pt⁰/MeSiO₁, ₅, commercialisés par SiliCycle Inc comme SiliaCat Pd⁰ et SiliaCat Pt⁰, ont montré les meilleures performances catalytiques. Ils peuvent facilement être manipulés à l'air, ne montrant aucune tendance à s'enflammer. Les catalyseurs développés sont disponibles pour effectuer des réactions en présence ou en l’absence de solvant, dans des conditions douces, mais également à des températures et à des pressions élevées. Ceci permert d’offrir des méthodes économiques appropriées pour fabriquer des produits à moindre coût, en utilisant des procédés totalement écologiques.
The addition to 2 wt% of Al₂O₃ made it possible to increase the Pd content from 0.5 to 2.0 wt% and the Pt content from 2.0 to 5.0 wt% while keeping a very high metal dispersion (Pd/Pt NPs of size 2-4 nm). The addition of Al₂O₃ also made it possible to increase their catalytic activity under mild conditions as well as at high temperature and pressure, due to the presence of acidic sites. However, both catalysts, synthesized by an in-situ sol-gel method, failed in the reuse tests. This is explained by the low mechanical resistance of the support favoring the sintering of metal NPs. To increase the mechanical resistance of the support and to improve the catalytic activity of Pd/Pt heterogeneous catalysts, the in-situ sol-gel synthesis process was replaced by a precipitation process where the metal NPs were sequestered in the mesoporous cages of a 100% hydrophobic organosilica support of spherical morphology. The synthesis of the spherical particles was carried out by an oil-in-water emulsion process using only MTES as a source of silica. This type of synthesis allowed extensive condensation at 90 °C for 24 h, which greatly increased the robustness of the support. The catalytic activity of the Pd⁰/MeSiO₁, ₅ spherical morphology catalyst, with a Pd content of 2.5 wt% (Pd NPs of size 2-3 nm) was evaluated in the catalytic hydrogenation of vegetable squalene in the absence of solvent, in mild conditions but also under more severe conditions of temperature and pressure. The catalyst was found to be active at temperatures above 70 °C and at H₂ pressures of 3 to 20 atm, for molar percentage of Pd relative to squalene of 0.50 to 0.05 mol %. The catalyst was easily recovered and reused in eight consecutive reactions with very small amounts of leached Pd in the reaction crude product (less than 1 mg kg⁻¹) paving the way for environmentally friendly and less expensive vegetable squalene hydrogenation. The catalytic activity of the Pt⁰/MeSiO₁, ₅ spherical morphology catalyst with a Pt content of 5 wt% (Pt NPs of size 4-7 nm) was evaluated in the hydrosilylation of olefins in the absence of solvent and in the air. The catalyst was found to be active at molar percentage of Pt relative to the olefin of 0.100 to 0.005 mol%. The catalyst was easily recovered and reused in three consecutive reactions with very small amounts of leached Pt in the silylated reaction crude product (less than 5 mg kg⁻¹). This type of synthesis has made it possible to develop catalysts that are more active (conversion and selectivity greater than 90%), stable and reusable, paving the way for green and less expensive applications, of paramount importance for fine chemistry and for pharmaceutical industry.
The originality of this project consists of the unique type of supports developed to encapsulate Pd/Pt NPs. The hydrophobicity of the supports synthesized exclusively from the organosilanes protects the metal NPs against oxidation. We have shown that the organically modified (100% MTES) spherical silica xerogel functionalized with NPs of Pd or Pt, Pd⁰/MeSiO₁, ₅ and Pt⁰/MeSiO₁, ₅, leads to highly active and selective, stables to air and moisture, robust catalysts. The catalytic test, carried out during a periode of two years with the two Pd/Pt catalysts stored under inert conditions or in air at 4 °C and 22 °C, showed unchanged catalytic activity. N₂- adsorption and light scattering analyzes showed similar physical characteristics even after two years. Compared with other commercial catalysts used in industry, the spherical hydrophobic catalysts Pd⁰/MeSiO₁, ₅ and Pt⁰/MeSiO₁, ₅, marketed by Silicycle Inc. as SiliaCat Pd⁰ and SiliaCat Pt⁰, showed the best catalytic performance. They can be easily handled in the air showing no tendency to ignite. The catalysts developed are available for carrying out reactions in the presence or absence of solvent, under mild conditions, but also at high temperature and pressure, thus offering economical methods suitable for making low-cost products, using a completely ecological process.
The heterogeneous palladium/platinum (Pd/Pt) catalysts studied are part of a new range of heterogeneous catalysts developed at SiliCycle Inc for fine chemicals and pharmaceutical chemistry. These catalysts are synthesized from Pd/Pt nanoparticles (NPs) sequestered in the mesoporous cages of hydrophobic organosilicon support MeSiO₁, ₅. The hydrophobic nature of the catalysts is generated by the presence of the methyl groups of the methyltriethoxysilane silane (MTES) used as a monomer in the synthesis of the support. These heterogeneous catalysts, stable in air and moisture, have been found to be very reactive in many chemical reactions, especially under mild conditions of temperature and pressure, for example in carboncarbon coupling reactions, in hydrogenation reactions or in hydrosilylation reactions. The problem is that these catalysts proved to be reactive only for low metal contents (0.5 wt% Pd and 2.0 wt% Pt) and that their catalytic activity decreases considerably in the reusability test at high temperature and high pressure. Under these conditions the catalysts are no longer reusable. The main objective of this thesis is to make improvements to this class of hydrophobic catalysts in order to further increase their catalytic activity and their selectivity. Thus, novel heterogeneous catalytic materials stable to air and moisture have been developed. These catalysts are characterized by better mechanical resistence and stability of Pd/Pt NPs to sintering with high reuse capability under mild conditions, but also at high temperatures and pressures. Their catalytic activity has been evaluated in green applications with high industrial impact. The catalytic activity of Pd catalysts was evaluated in the hydrogenation of squalene to squalane, a fully saturated hydrocarbon, easily adopted by cosmetic formulators for its remarkable properties such as its high stability to oxidation, rancidity and heat. The catalytic activity of the Pt catalysts was evaluated in the hydrosilylation reaction, one of the most important methods for the synthesis of organosilicon compounds and particularly for the industrial scale production of organosilanes by addition of Si-H bonds to double bonds. First, the organosilicon support was doped with Al₂O₃ units. The new catalyst with Pd/Pt NPs encapsulated in the mesoporous cages of an organosilicic support doped with Al₂O₃ units, Pd⁰/MeSiO₁, ₅-Al₂O₃ and Pt⁰/MeSiO₁, ₅-Al₂O₃, have shown a high stability in air and humidity.

Les catalyseurs d’hydrodésulfuration (HDS) sont de type CoMo/Al2O3. L’amélioration de leurs performances catalytiques peut être envisagée par l’amélioration des propriétés du support industriellement utilisé, Al2O3-γ. La synthèse d’alumines mésoporeuses en présence de structurants utilisées comme supports de catalyseurs d’HDS a été étudiée. Deux voies de synthèses des alumines sont présentées : sol-gel (SG) et modification post synthèse (PSM). Ces voies de synthèses ont permis d’obtenir des alumines avec des propriétés texturales améliorées par rapport aux alumines conventionnelles. Ces supports ont été imprégnés par une solution de (Co2Mo10O38H4)Co3. L’étape d’imprégnation des alumines SG et PSM entraîne une modification plus ou moins importante des propriétés texturales. Une voie de synthèse directe (VD) de catalyseurs HDS, basée sur la synthèse des alumines PSM mais avec l’ajout des précurseurs de la phase active pendant la préparation de l’alumine, a également été développée. La synthèse VD permet de contourner le problème d’effondrement de la texture du support lors de l’imprégnation et permet aussi d’augmenter considérablement la teneur en phase active. Les résultats catalytiques en HDS du thiophène des catalyseurs de chaque famille ont mis en évidence des performances très intéressantes en comparaison avec des catalyseurs classiques. Une série de catalyseurs de chaque famille ont été testés en HDS du gazole. Les performances catalytiques obtenues sont dans la plupart des cas supérieures à celle obtenue pour un catalyseur référence et pour les catalyseurs les plus performants se sont avérées inédites pour des catalyseurs HDS préparés sans ajout ni modifiant
Hydrodesulfurization (HDS) catalysts are alumina supported (Ni) CoMo catalysts. HDS catalytic performance can be enhanced by the improvement of the properties of the industrial alumina carrier, Al2O3-γ. The synthesis of mesoporous alumina with templating agents used as carriers of HDS catalysts are studied. Two ways of alumina synthesis are presented: sol-gel (SG) and post synthesis modification (PSM). These alumina carriers exhibit improved textural properties compared to conventional alumina. These supports were impregnated with a solution of (Co2Mo10O38H4) Co3. The wetness impregnation step of these aluminas modifies their textural properties. A direct synthesis way (VD) of HDS catalysts, based on the synthesis of PSM aluminas but with the addition of the precursors of the active phase during the preparation of the support, is also developed. VD synthesis avoids textural modification properties of the alumina during the wetness impregnation step and also allows significant increase of the active phase content. The catalytic results in HDS of thiophene for solids of each family showed very interesting performance in comparison with that of conventional catalysts. The high performance SG and PSM catalysts as well as four VD catalysts (three with different pore diameters and one highly loaded) were shaped for straight run gas oil HDS (SRGO) test. The catalytic performances obtained are in most cases higher than those obtained for a reference catalyst and for the most efficient catalysts, were found unprecedented for HDS catalysts prepared without additives

La présence des hétéroatomes tel que le soufre constitue une source de pollution atmosphérique en raison de ses produits de combustion. L'année 2005 est importante par l'application de la norme Euro4, au sein de l'Union européenne, fixant le taux de soufre autorisé, dans les gazoles et les essences, à 50 ppm de soufre et en 2009 cette teneur sera fixée à 10 ppm. Ceci nécessite l'optimisation des procédés d’hydrodésulfuration et notamment la mise en œuvre de catalyseurs plus performants. Une des voies de recherche étudiée pour l'amélioration des catalyseurs d'HDS est l'emploi d'agents organiques lors de leur préparation. Ce travail a pour but de comprendre le rôle de ces molécules modifiantes sur un précurseur oxyde de type CoMo/Al2O3 industriel, l'étape d'activation et la morphologie de la phase active. Pour cela une étude de l'activation en phase gaz et en phase liquide, complétée par des caractérisations physico-chimiques, a mis en évidence le rôle principal des molécules modifiantes. L'évolution particulière des métaux lors de la sulfuration induit une optimisation de la morphologie de la phase active à l'origine de l'amélioration des performances catalytiques
The presence of heteroatoms such as sulphur is an atmospheric pollutant because of its combustion products. 2005 is important year with the application of Euro4 regulations, in the European Union, which allowed 50 ppm of sulphur in gasoline and diesel and in 2009 this will decrease to 10 ppm. This implies an optimization of HDS process as well as the improvement of HDS catalysts. One of way of study to improve HDS catalysts is to add organic compounds in the preparation of catalysts. The purpose of this work is to understand the role of these molecules on the oxidic precursors, on the activation step and on the active phase morphology. An activation study has thus been done, in both gas and liquid phases which completed by physico-chemical characterizations, and showed the main role of organic compounds. The characteristic evolution of metals during sulfidation induces an optimization of the active phase morphology which is in correlation with the improvement of the catalytics performances

Dans le contexte énergétique actuel, de nouvelles filières de production d’énergies renouvelables sont encouragées. En Europe, la méthanisation est une alternative très utilisée car elle produit du biogaz composé de CH4 et de CO2. Le reformage de ce biogaz pourrait conduire à la consommation des deux plus importants gaz à effet de serre, pour la production de syngaz (H2, CO) utilisé en synthèse Fischer-Tropsch, et édifiant une technologie waste-to-liquids. Un des principaux verrous de cette réaction est la présence de soufre comme impureté dans le biogaz, qui empoisonnent les catalyseurs utilisés.Ainsi, une série de catalyseurs à base de molybdène a été synthétisée et testée en reformage à sec du méthane. L’influence de plusieurs paramètres a été testée, tels que (i) la charge en molybdène (ii) l’influence de promoteurs (Ni, Co, CeO2, MgO) ou (iii) l’utilisation de différents supports (Al2O3, ZrO2, Carbone, SiO2, MgO). Les catalyseurs ont été analysés au moyen de différentes caractérisations physico-chimiques afin de mettre en évidence des relations structure/activité, d’identifier les causes de désactivation possibles et de conclure sur la formulation la plus stable en présence d’H2S lors des tests catalytiques
In the worldwide current energy situation, new pathways for renewable energy production are developed. In Europe, methanisation is an alternate way widely implemented since it produces biogas that contains CH4 and CO2. The reforming of this biogas could lead to the consumption of the two main greenhouse gases for the production of syngas (H2, CO), which could be industrially attractive for the Fischer-Tropsch process, eventually setting up a promising waste-to-liquids technology. Yet, the main hurdle regarding this reaction is the presence of sulfur in the biogas which poisons the catalysts.Thus, a set of molybdenum-based catalysts has been synthesized and tested for the dry reforming of methane. The influence of several parameters has been evaluated, such as (i) molybdenum loading, (ii) the addition of promoters (Ni, Co, CeO2 and MgO) or (iii) the use of different supports (Al2O3, ZrO2, Carbone, SiO2, MgO). The catalysts have been analyzed via several characterization techniques to establish structure/activity relationships, identify the main deactivation phenomena and conclude on the most stable and active composition in presence of H2S during the catalytic runs

Dans un premier chapitre, nous nous intéressons à l'utilisation des Carbènes N-Hétérocycliques comme catalyseurs organiques nucléophiles pour la polymérisation par ouverture de cycle de l'octamethylcyclosiloxane et pour des réactions de polycondensation. Dans un deuxième chapitre, nous effectuons une revue bibliographique sur des composés phosphorés présentant deux fonctions ylures cumulées : les carbodiphosphoranes. Dans un troisième chapitre, nous présentons la synthèse et la coordination de nouveaux carbodiphosphoranes cycliques. Nous montrons que ces ligands ont un caractère fortement s-donneur. Dans un quatrième chapitre, nous étudions la thermolyse d'un de ces composés qui conduit par réarrangement à la formation d'un 1,2l5-azaphosphète. Une étude théorique met en évidence une inter-conversion entre les carbodiphosphoranes et les disphosphinocarbènes
In a first chapter, we are interested in the use of N-Heterocyclic Carbenes like nucleophilic organic catalysts for ring opening polymerization of octamethylcyclosiloxane and for reactions of polycondensation. In a second chapter, we carry out a bibliographical review on compounds presenting two cumulated ylides functions : carbodiphosphoranes. In a third chapter, we present the synthesis and the coordination of new cyclic carbodiphosphoranes. They are recognized to be strong s-donor ligands for transition metals. In a fourth chapter, we study the thermolysis of one of these compounds which leads by rearrangement to the formation of a 1,2l5-azaphosphète. A theoretical study highlights an inter-conversion between carbodiphosphoranes and disphosphinocarbenes

L'industrie doit s'orienter vers une économie durable, elle doit réduire l’utilisation de ressources, la production de déchets et consommer moins d'énergie. La catalyse, notamment par l'utilisation de catalyseurs, joue un rôle clé dans cette transition car elle améliore considérablement l'efficacité énergétique de certaines réactions chimiques tout en ciblant sélectivement les produits de la réaction. Ainsi, la demande de catalyseurs a considérablement augmenté en raison de préoccupations environnementales et énergétiques. Pour rester compétitive, l'optimisation des performances des catalyseurs, des processus catalytiques et des propriétés des matériaux est essentielle, tout en réduisant les coûts énergétiques et financiers de leur fabrication. La thèse vise à développer des approches éco-responsables pour la fabrication de catalyseurs hétérogènes à grande échelle en utilisant la chimie sol-gel sans solvants couplée à des procédés de mélanges mécaniques tels que l'extrusion réactive. Cette stratégie permet d'obtenir des matériaux catalytiques performants tout en réduisant leur impact environnemental. Nous présenterons une étude fondamentale qui a abouti à la description des mécanismes de la synthèse d’extrudés de boehmite via la chimie sol-gel sans solvant couplé au procédé d’extrusion réactive. L’influence des paramètres de vieillissement des matériaux sur les propriétés mécaniques des extrudés (nécessaires pour une application industrielle réelle) a également été exploré. Des expériences ont été menées avec succès pour créer des catalyseurs à base de ruthénium et de nickel supportés sur des oxy-hydoxyde d’aluminium et sur des alumines. L’étude montre que cette approche dite « frugale » est compétitive sur l’efficacité catalytique et bien plus respectueuse de l'environnement que les méthodes traditionnelles
Industry needs to move towards a sustainable economy, by reducing resources and energy consumptions and reducing waste production. Catalysis, especially through the use of catalysts, plays a key role in this transition. It significantly improves the energy efficiency of specific chemical reactions and selectively targeting their products. As a result, demand for catalysts has increased considerably due to environmental and energy concerns. To remain competitive, it is essential to optimise catalyst performance, catalytic processes and material properties, while reducing the energy and financial costs of their manufacture. This thesis aims to develop eco-responsible approaches for the large-scale manufacture of heterogeneous catalysts using solvent-free sol-gel chemistry coupled with mechanical mixing processes such as reactive extrusion. This strategy makes it possible to obtain high-performance catalytic materials while reducing their environmental impact. We will present a fundamental study that led to the description of the mechanisms involved in the synthesis of boehmite extrudates using solvent-free sol-gel chemistry coupled with the reactive extrusion process. The influence of material ageing parameters on the mechanical properties of the extrudates (necessary for a real industrial application) was also explored. Experiments were successfully carried out to create catalysts based on ruthenium and nickel supported on aluminium oxyhydoxide and alumina. The study shows that this "frugal" approach is competitive in terms of catalytic efficiency and much more sustainable than traditional methods

Des catalyseurs à base de carbure de molybdène ont été étudiés pour la réaction de reformage du méthane par le CO2 (RMC) et pour la réaction de synthèse Fischer-Tropch (SFT). Pour la réaction de RMC, différentes teneurs de Ni en tant que promoteur ont été ajoutées aux catalyseurs Mo2C/Al2O3. Les résultats indiquent que le nickel augmente l'activité et la stabilité des catalyseurs Mo2C/Al2O3. L'addition de nickel provoque la re-carburation des espèces Mo oxycarbonées à des espèces carbonées et conduit à l'augmentation rapide de l'activité lors de la réaction. Les différentes méthodes de préparation ont également une influence notable.Pour la réaction de SFT, différents supports, mais aussi différents promoteurs, ont été étudiés. Les résultats suggèrent que l’alumine procure une très haute sélectivité vis-à-vis des oléfines légères. L'augmentation de la teneur en potassium diminue les activités d’hydrogénation de CO et inhibe également les réactions de gaz à l'eau. Cependant, il est évident qu'elle augmente la selectivité des chaînes oléfines et les propriétés de croissance des chaines carbonée. Enfin, la réaction RMC sous pression et la réaction de SFT en présence de CH4 ou de CO2 ont été étudiées. Les résultats montrent que l’augmentation de la pression conduit à un fort dépôt de carbone sur les catalyseurs à base de carbure de NiMo et l'addition de CH4 ou du CO2 dans le gaz de synthèse lors de la SFT, contribue à diminuer l'activité d'hydrogénation du CO et influe sur la distribution des produits
Molybdenum carbide catalysts have been studied in dry methane reforming (DMR) and in Fischer-Tropsch synthesis (FTS). For the DMR reaction, For the DMR, different contents of Ni promoted Mo2C/Al2O3 catalysts were investigated. The results indicated nickel increased the activity and stability of Mo2C/Al2O3 catalysts. The addition of nickel promoted the re-carburization of Mo species from oxycarbide to carbides species and led to the rapid increase of activity during reaction. The different preparation methods also had a significant influence on the nickel promoted Mo2C/Al2O3 catalysts. For FTS, different supports and different promoters have been investigated for the Mo2C based catalysts. The results suggested that alumina supported catalyst exhibited higher light olefins selectivity. Increasing the potassium contents lead to a decreased in t CO hydrogenation activities and also inhibited the water gas shift reaction. However, it obviously increased the olefins selectivity and carbon chain growth properties. At last, DMR under pressure and FTS in the presence of CH4 or CO2 were investigated. The results showed that an increase in pressure led to high carbon deposition over the catalyst surface and the addition of CH4 and CO2 in the syngas decreased the CO hydrogenation activity and affect the products distribution

Les zéolithes, aluminosilicates cristallins poreux, sont des catalyseurs acides hétérogènes très largement utilisés dans l’industrie chimique. Ces catalyseurs permettent de répondre très précisément à de nombreuses exigences économiques et environnementales contemporaines. Pour cela, les zéolithes s’appuient sur des propriétés uniques, comme la sélectivité de forme, ou encore la présence d’une double acidité de Lewis et de Brønsted, pour offrir de nouveaux outils à la synthèse organique. Ce sont plus de 230 structures qui ont été décrites à ce jour mais ce sont bien des centaines de milliers d’assemblages possibles, ce qui laisse un vaste choix quant à l’expansion de cette recherche. Dans ce travail, nous avons cherché à (i) mieux comprendre la cristallisation des zéolithes en présence d’un déchet issu de l’industrie sucrière, la bagasse de canne à sucre ; (ii) pour cela, différentes techniques ont été employées et développées afin de permettre une caractérisation précise de chaque zéolithe, notamment leur acidité, paramètre clé de leur réactivité ; (iii) une fois bien identifiés, ces catalyseurs ont été engagés dans des réactions modèles, une réaction de Diels-Alder ainsi qu’une acylation de Friedel-Crafts. Ainsi, un catalyseur le plus « idéal » possible regroupant toutes les propriétés requises aura pu être conçu sur mesure. Cette thèse s’essaie à une meilleure compréhension de la croissance cristalline des aluminosilicates poreux, et cela, via la synthèse de différentes zéolithes dont les propriétés intrinsèques sont optimisées puis utilisées de façon à obtenir les meilleurs résultats dans des réactions de catalyse acide ; en accord avec la chimie verte et ses préceptes
Zeolites are crystalline porous aluminosilicates and useful heterogeneous catalysts in chemical industries. They represent one of the significant solutions to main environmental concerns. Thanks to their particular properties like shape selectivity and intrinsic acidities of Lewis and Brønsted, zeolites offer unbeatable abilities in organic synthesis. More than 230 structures have already been discovered, which afford thousands discovery and offer a lot of possibilities.This work was focused on (i) a better understanding of zeolite crystallisation in the presence of an additional component from sugar industry, sugarcane bagasse; (ii) several characterization techniques have been used for a precise structure – properties understanding, mainly for their acidity; (iii) tailored-made catalysts have been tested in model reactions like Diels-Alder and Friedel-Crafts acylation. Hence, optimal catalysts exhibiting required properties could be prepared. This Thesis also aimed to explain zeolite crystallization thanks to sacrificial additional template.BEA, MFI, FAU and LTA zeolites have been prepared then optimized for catalytic testing in different reactions, while keeping in mind the Green Chemistry concept

La catalyse par les métaux de transition est un élément clef pour le développement de la chimie verte, et en particulier pour la diminution des déchets, de la consommation d’énergie, pour son efficacité en économie d’atomes et son intérêt d’un point de vue économique. L'efficacité d'un processus peut être définie en termes de complexité, de sélectivité et d'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 réaliser des réactions efficaces et sélectives et la création de processus catalytiques originaux. Lors de ce travail, nous sommes intéressés aux réactions de cycloaddition catalysées par divers complexes organométalliques et mettant en jeu notamment des motifs ynes-ynamides. Tout d’abord, après une présentation de l’intérêt de ce motif en synthèse organique, nous avons développé une approche rapide aux - et -carbolines, alcaloïdes tricycliques possédant un noyau indolique, via une réaction de cycloaddition [2+2+2], catalysée soit par un complexe de ruthénium ou de rhodium, entre un yne-ynamide et un nitrile. Par la suite nous avons étendu cette réaction de cycloaddition à la synthèse de pyridine catalysée par des complexes de fer. Enfin, dans le dernier chapitre, nous avons initié un travail sur la réaction de cycloaddition [2+2+2+2] catalysée par des complexes de nickel et appliquée cette méthodologie au squelette de base de la Caulerpine
Catalysis by transition metals is a key element for the development of Green Chemistry, in particular for the decrease of waste, energy consumption, for its efficiency in atoms economy and its interest of an economic point of view. The efficiency of a process can be defined in terms of complexity, selectivity and economy of atom. Catalytic reactions can respect all these criteria simultaneously. So, the association of catalysis and organic chemistry allows to envisage new more economic and more ecological organic syntheses. An important aspect of this approach is the development of new ligands and/or catalysts, which allow to realize effective and selective reactions and the creation of original catalytic processes. During this work, we were interested in the cycloaddition reactions catalyzed by several organometallic complexes and involving in particular ynes-ynamides motives First of all, after a short presentation of this motive in organic synthesis, we developed a straightforward approach to - and -carbolines, tricyclic alkaloids possessing an indol framework, via a ruthenium- or rhodium-catalyzed [2+2+2] cycloaddition between an yne-ynamide and a nitrile derivative. Afterward we reported the synthesis of pyridine compounds via an iron-catalyzed [2+2+2] cycloaddition. Finally, in the last chapter, we started a program dedicated to nickel-catalyzed [2+2+2+2] cycloaddition and applied this methodology to the skeleton of Caulerpin

De nouvelles voies de synthese de derives dihydrofuraniques incorpores dans des systemes polycycliques ont ete mises au point en 3 etapes a partir de cyclodienes. Une etude de l'alkylation stereospecifique des epoxydes , -insatures, derives de dienes cycliques, catalysee par le palladium zerovalent a ete realisee dans le but de preparer des cis-4-alkyl cycloalcen-2-ols, precurseurs necessaires pour etudier les reactions de cyclisation. A partir de ces precurseurs, des derives bicycliques de type oxo-tetrahydrobenzofuranes ont ete obtenus par une oxydation cyclisante catalysee par le palladium zerovalent. Les cycloalcenes difonctionnalises ont permis egalement de synthetiser des tetrahydrobenzofuranes et homologues via une o-alkylation intramoleculaire deshydratante en utilisant les conditions de la reaction de mitsunobu, ou en presence de pdcl#2(ch#3cn)#2 en quantite catalytique. En associant l'activite catalytique de pdcl#2(ch#3cn)#2 pour la deprotection des ethers tetrahydropyraniliques avec celle pour la cyclisation deshydratante des cis-4-alkyl cycloalcen-2-ols, nous avons developpe une voie d'acces originale a des spirocetals tricycliques contenant le noyau dihydrofurane. Cette nouvelle approche permet, en 3 etapes a partir d'un cyclodiene et d'un -ceto ester convenablement fonctionnalise, de controler 4 nouveaux centres stereogenes. Elle met en jeu une sequence de 3 reactions en cascade catalysee par le palladium. A partir d'un spirocetal presentant les caracteristiques les mieux appropriees, une serie de transformations selectives a conduit a l'analogue d'un intermediaire avance (intermediaire de burke) d'une synthese de la phyllanthocine, aglycone du phyllanthoside, produit naturel dote de proprietes antitumorales. En adaptant la sequence reactionnelle mise au point pour ce modele, nous avons realise une synthese formelle de la ()-phyllanthocine, basee sur une nouvelle approche de synthese de l'intermediaire de burke

Le sujet de cette thèse concerne l'étude de complexes du molybdène de formule [MoO2L]n (L étant un ligand base de Schiff tridente ayant une coordination ONO ou ONS autour du molybdène) en tant que catalyseurs d'époxydation d'oléfines sans solvant organique ajouté. Le travail s'est concentré sur quatre des douze principes de la chimie verte: l'utilisation de la catalyse plutôt que des transformations stœchiométriques, l'utilisation de procédures sans solvant organique ajouté plutôt que des procédures opérant dans des solvants organiques, l'utilisation de substrats renouvelables et le greffage de catalyseurs pour leur récupération. La première partie du manuscrit présente un état de l'art concis de la chimie des complexes du molybdène à ligands similaires de ceux utilisés dans cette thèse. Des aspects spécifiques comme l'effet des substituants sur les ligands et les différentes activités - essentiellement catalytiques - observées en milieu organique ont été recensées. Un partie de ce chapitre est aussi dédiée aux différentes stratégies employées pour le greffage de complexes du molybdène sur des supports solides ainsi que l'utilisation des complexes supportés résultants en catalyse homogène hétérogénéisée. Cette partie bibliographique est suivie d'un chapitre détaillant la synthèse et la caractérisation de tous les complexes moléculaires utilisés comme catalyseurs. Ce chapitre montre les différentes substitutions opérées sur les ligands, c.-à-d. remplaçant la sphère de coordination ONO par ONS et ajoutant différents substituants sur les ligands, telles des fonctions OH libres ou des substituants donneurs (diéthylamino) et/ou attracteurs (nitro) à différentes positions sur le ligand tridente afin de modifier l'activité catalytique. Six des complexes ont pu être caractérisés par diffraction des rayons X. Le troisième chapitre reporte les résultats obtenus pour l'époxydation catalysée sans solvant organique ajouté du cyclooctène (substrat modèle) utilisant tous les complexes du molybdène présentés dans le chapitre précédent. Il est montré que la nature de la sphère de coordination autour le molybdène (ONO vs ONS) est en faveur de la deuxième en terme d'activité catalytique en faveur de l'époxyde désiré. Les réactions catalysées par les complexes contenant des OH libres ont montré des effets plus significatifs dans le cas de la sphère de coordination ONO que dans le cas des ONS correspondants. L'époxydation en présence de substituants diéthylamino et/ou nitro sur le ligand ONO ont révélé que l'activité catalytique était améliorée par le groupement attracteur d'électrons. Les recherches catalytiques ont été poursuivies par l'époxydation du cyclohexène et d'un substrat naturel, le limonène. Cette étude a montré que des oxydes de limonène et/ou des limonènes diols étaient générés, en fonction de la nature du catalyseur. Les complexes ONS sont très réactifs et conduisent rapidement aux limonènes diols. L'effet de différents paramètres a été étudié avec une attention particulière à la température de réaction. Enfin, un complexe stable ONO du molybdène a été greffé sur une résine de Merrifield commerciale. De différentes stratégies de greffage sont présentées. Les objets isolés ont été testés comme catalyseurs en condition sans solvant organique ajouté pour l'époxydation du cyclooctène. Les résultats catalytiques sont prometteurs en termes d'activité et des tests de récupération/recyclage ont montré que les catalyseurs pouvaient être utilisés trois fois sans perte significative de conversion et de sélectivité. Toutefois, un peu de relargage du métal a été observé
The work of this PhD thesis deals with the study of molybdenum complexes of general formula [MoO2L]n (L being a tridentate Schiff base ligand with an ONO or ONS coordination sphere around the molybdenum) as catalysts for the organic solvent-free epoxidation of olefins. Within the spirit of Green Chemistry, the work has focused on four of the twelve Green Chemistry principles: the use of catalysis rather than stoichiometric transformations, the use of organic solvent-free procedures rather than operating in solution of organic solvents, the use of renewable substrates and the grafting of catalysts for their recovery. The first part of the manuscript presents a concise state of the art on the chemistry of molybdenum complexes with ligands similar to those used within the thesis. Specific aspects such as the effect of ligand substituents and the different activities - mainly catalytic - observed in organic media are reviewed. A section of this chapter is dedicated to the different strategies employed for the grafting of molybdenum complexes to solid supports as well as to the use of the resulting supported complexes in heterogenized homogeneous catalysis. The next chapter details the synthesis and characterization of all the molecular complexes used as catalysts. This chapter shows the different substitutions operated on the ligands, i.e. changing the ONO coordination sphere to ONS and adding different substituents on the ligands, i.e. OH free functions or additional donor (diethylamino) and/or withdrawing (nitro) substituents at different positions on the tridentate ligand in order to modify the catalytic activity. Six of the synthesized complexes could be characterized by X-ray crystallography. The third chapter reports the results obtained for the catalyzed organic solvent-free epoxidation of cyclooctene as a model substrate using all the molybdenum complexes presented in the previous chapter. It is shown that the nature of the coordination sphere around the molybdenum (ONO vs ONS) is in favour of the latter in terms of catalytic activity towards the formation of the desired epoxide. The catalyzed reactions with complexes containing an OH substituent at different positions on the aromatic ring have shown more significant effects in the case of the ONO coordination sphere than in the corresponding ONS case. The epoxidation performed in the presence of a dimethylamino and/or a nitro substituent on the ONO ligand revealed that the catalytic activity is enhanced by the electron withdrawing group. The catalytic investigations were pursued by the epoxidation of cyclohexene and of one natural substrate, limonene. This study has shown that limonene oxides and/or limonene diols are generated, depending on the nature of the catalyst. The ONS complexes are very reactive and quickly lead to the limonene diols. The effect of different parameters has been studied with particular attention to the reaction temperature. Finally, one stable molybdenum complex with an ONO coordination sphere has been grafted onto a commercial Merrifield resin. Different grafting strategies are presented. The isolated objects have been tested as catalysts under organic solvent-free conditions for the epoxidation of cyclooctene. The catalytic results are promising in terms of activity and the recovery/recycling tests have shown that the catalysts could be used three times without significant decrease of conversion and selectivity, but some metal leaching was observed

Les travaux présentés dans ce manuscrit concernent l’application des zéolithes en chimie organique. Utilisées sous forme non modifiées pour leurs propriétés acides ou dopées au cuivre(I) pour exhiber des propriétés de couplage en chimie organique, elles montrent une grande efficacité et souplesse d’utilisation. Ces acides, de part leur nature solide et sans danger de manipulation, sont tout indiqués dans le cadre d’une chimie plus verte. L’élaboration d’un nouveau système de chloration, utilisant de la zéolithe et l’acide trichloroisocyanurique (TCCA), a été mis en place et étudié. Divers aromatiques, activés ou désactivés, ont pu être chlorés grâce aux méthodes mises au point. La première méthode, en phase liquide/solide, permet la chloration d’aromatiques activés ou faiblement activés. La seconde méthode, en phase solide/gaz, dans un réacteur à écoulement piston en continu, permet de s’affranchir des limites de température imposées par l’utilisation de solvant et ainsi de pouvoir chlorer des aromatiques fortement désactivés comme le nitrobenzène. Le dopage des zéolithes au cuivre(I) permet le développement d’un catalyseur hétérogène exhibant une bifonctionnalité efficace en couplage de Glaser (homocouplage d’alcynes). La préparation suivie des nombreuses caractérisations physicochimiques nous ont permis de cerner les propriétés nécessaires de ces zéolithes dopées au cuivre(I). Les conditions de synthèse mise au point au sein du laboratoire allient facilité de manipulation, d’extraction des produits obtenus ainsi que rendements excellents
The work presented in this manuscript relates the application of zeolites in organic chemistry. Used in their acidic form or doped with copper(I) cations, to exhibit coupling properties, they exhibit a high efficiency and flexibility. Those acids, are easy to handle and well indicated in green chemistry. The development of a new chlorination system, using zeolites and trichloroisocyanuric acid (TCCA), has been studied. A variety of aromatics, activated or not, has been chlorinated with this system. The first method, in liquid/solid phase, allows chlorination of activated or weakly activated aromatics. The second, in solid/gas and in continuous flow, in a plug-flow reactor, allows to avoid temperature limitation due to the use of solvents. This method is able to chlorinate strong deactivated aromatics such as nitrobenzene. Doping zeolites with copper(I) creates a heterogeneous catalyst which exhibits functionality provided by zeolites themselves and copper(I) cations. Those functionalities are useful in Glaser coupling reaction (alkyne homocoupling). Preparation followed by multiple characterizations allow us to target more efficiently properties of copper(I) doped zeolites. The elaborated synthesis provides extraction and manipulation facilities and also good to excellent yields in homocoupling products

L'oxyde de Gallium et l'oxyde d'étain supportés ont des performances intéressantes dans la réduction sélective des NOx par des hydrocarbures (HC-SCR) en excès d'oxygène. L'adsorption des réactifs dans le cas des oxydes métalliques est reliée à leurs propriétés acido-basiques. Notre travail consiste dans l'étude des propriétés acido-basiques et oxydo-réductrices de ces deux oxydes supportés sur alumine-γ et oxyde de titane (anatase). Notre but a été de montrer l'influence de la nature du support et de la teneur en oxyde métallique ajouté sur l'adsorption de diverses molécules (NH3, SO2, NO2, H2O, NO, O2, C2H4). Les propriétés superficielles de nos catalyseurs ont été caractérisées par plusieurs techniques. La microcalorimétrie couplée à la volumétrie a permis de mesurer la concentration, la force et la distribution des sites d'adsorption. La spectroscopie photoélectronique à rayonnement X (XPS) et la spectroscopie infrarouge en transformée Fourier (IRTF) ont permis l'identification de la nature des sites d'adsorption. Les propriétés rédox de nos matériaux ont été caractérisées par thermogravimétrie couplée à la microcalorimétrie à balayage (TG-DSC) et par réduction et oxydation en température programmée (TPR-TPO). Enfin nous discutons la performance de certains de nos catalyseurs dans la réduction sélective des NOx par le propène en absence et en présence d'eau en fonction de leurs propriétés acido-basiques.

Au cours des dernières années, la synthèse ciblée du butadiène en utilisant le bioéthanol a suscité une attention sans précédent en raison de l'intérêt croissant aux matières premières biosourcées ainsi que de la demande croissante en butadiène.Un processus pertinent dans ce contexte est le processus d'Ostromyslensky, qui s’effectue en deux étapes, comprenant la déshydrogénation de l'éthanol en acétaldéhyde en une étape séparée , suivie de la production de butadiène dans la deuxième étape par réaction d'acétaldéhyde avec de l'éthanol supplémentaire. Bien que la viabilité économique et la faisabilité de ce procédé d’éthanol en butadiène (ETB) soient bien établies, il reste de la place pour de meilleures performances catalytiques et une meilleure sélectivité. Dans cet effort, notre objectif était de développer une famille de catalyseurs sur silice à base de silice bien définis, basés sur la chimie organométallique de surface (SOMC) et de les tester lors de la conversion d'EtOH / AA en BD. Le premier ensemble de pré-catalyseurs a été synthétisé en traitant le [(=SiO)2TaHx] précédemment connu avec du N2O en tant qu'oxydant doux. La deuxième famille de catalyseurs a été préparée par calcination de l'espèce alkyl de tantale à 500°C. Les pré-catalyseurs ont été caractérisés par FTIR, RMN SS, UV-vis-DRS, DRX, EXAFS et HR-STEM. On a découvert que les pré-catalyseurs SOMC oxydés au N2O avaient principalement isolé des espèces [(SiO)2Ta (OH)x] peuplant la surface, tandis que la famille des pré-catalyseurs synthétisés par calcination mettait en évidence un mélange d’espèces de surface, y compris des agrégations de type cordes. Les tests catalytiques sur ces catalyseurs ont donné des résultats prometteurs, présentant une catalyse supérieure dans la transformation d'EtOH / AA en BD en termes de sélectivité en BD et de rendement par rapport à l'état de la technique. Outre l'excellente sélectivité, une gamme étroite de distribution du produit et une formation négligeable de coke ont été observées. Les espèces de TaOx isolées sur le pré-catalyseur oxydé au N2O ont montré une activité nettement meilleure et se sont révélées être les sites actifs de cette conversion par rapport à l'agrégation en chaîne de centres de tantale sur le matériau calciné. Sur la base de ces études DRIFT et in situ sur les catalyseurs, un mécanisme préliminaire pour cette conversion a été proposé
In the recent years on-purpose synthesis of butadiene using bioethanol has gained unprecedented attention owing to rise in interest for bio-based feedstock along with the steeply increasing demand for butadiene (BD). In this regard a relevant process is the Ostromyslensky’s two-step process, involving dehydrogenation of ethanol to acetaldehyde in a separate step, followed by butadiene production in the second stage by co-feeding ethanol and acetaldehyde. Although the economic viability and feasibility of this ethanol to butadiene (ETB) process is well established, there is a room for better catalytic performances and selectivity. In this endeavour our aim was to develop a family of well-defined Ta-based silica-supported catalysts through Surface Organometallic Chemistry (SOMC) and test them in the conversion of EtOH/AA to BD. The first set of pre-catalysts was synthesized by treating the previously known [(=SiO)2TaHx] with N2O as mild oxidant. The second family of catalysts was prepared by calcination of the tantalum alkyl species at 500°C. The pre-catalysts were characterized by FTIR, SS NMR, UV-vis-DRS, XRD, EXAFS and HR-STEM. The N2O oxidized SOMC pre-catalysts were found to have mostly isolated [(=SiO)2Ta(OH)x] species populating the surface whereas the family of pre-catalysts synthesized via calcination evidenced a mixture of surface species, including string-like aggregations.Catalytic tests over these catalysts generated promising results exhibiting superior catalysis in the transformation of EtOH/AA to BD in terms of both BD selectivity and yield compared to the state of the art. In addition to the excellent selectivity a narrow range of product distribution and negligible coke formation was observed. Isolated TaOx species on the N2O oxidized pre-catalyst showed markedly better activity and were found to be the active sites in this conversion compared to the string-like aggregation of tantalum centres on the calcined material. Based on this and in-situ DRIFT studies over the catalysts a preliminary mechanism for this conversion was proposed