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Thèse de doctorat : Génie des procédés et des produits : INPL : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

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L’utilisation des ressources fossiles a permis l’industrialisation de notre société, cependant, après 200 ans de consommation effrénée, notre dépendance nous oblige à faire face à plusieurs défis. 1) Capter et stocker/valoriser le CO2 pour limiter le relargage massif de CO2 dans l’atmosphère 2) Trouver une nouvelle source de carbone pour la synthèse de produits chimiques afin de réduire la pression mise sur les réserves de ressources fossiles 3) Développer des nouveaux moyens de stockage de l’énergie pour pouvoir se reposer sur les énergies renouvelables intermittentes. Le CO2 étant une source de carbone abondante et peu chère il peut être utilisé comme brique moléculaire pour la synthèse de produits chimiques et être ainsi valorisé. De plus il peut également être utilisé notamment via le coupleCO2/MeOH pour le stockage de l’énergie. Cependant peu de procédés utilisant le CO2 sont actuellement déployés à l’échelle industrielle car la barrière cinétique associée à la réduction du CO2 entraîne de faibles rendements faradiques et les produits accessibles directement à partir de celui-ci sont peu nombreux.En s’inspirant de la Nature nous avons voulu, au cours de cette thèse, développer des réactions à partir de molécules facilement et directement accessibles à partir du CO2 afin de s’affranchir des limitations liés à ce dernier. Nous avons donc développé plusieurs réactions catalytiques à partir de l’acide formique et du monoxyde de carbone qui sont les principaux dérivés du CO2. Nous avons notamment étudié la réduction du CO2 en méthanol en utilisant l’acide formique comme réducteur et nous avons appliqué cette réactivité pour la méthylation des amines. Enfin nous avons également utilisé le CO comme relais pour la synthèse de liaison C–C à partir du CO2. Cette stratégie a été prouvée pour la synthèse d’alkylamines avec de longues chaînes alkyl à partir de CO et d’un réducteur. / Fossil resources have been extensively used for the past 200 years allowing a fast paced industrializationin our society. However we are facing today several challenges to preserve our way of life 1) CO2 shouldbe captured and stored/used to avoid large quantity of CO2 to be released in the atmosphere 2) Bypassthe use of fossil resource by using another source of carbon for the synthesis of chemicals 3) Developefficient energy storage technologies to rely more on renewable intermittent energy sources. As CO2 is acheap widely available resource, this waste could be used as well as a source of carbon for the synthesisof value added chemicals but also as a way to store energy in the tandem CO2/MeOH. However as it isan inert gas few processes using CO2 have been industrialized so far.Inspired by Nature’s way to use CO2 we decided to design new reactions from carbon monoxide andformic acid, two derivatives easily available from CO2 that could enable us to overcome the limitationwe faced with CO2. We therefore studied the transformation of CO2 to methanol using formic acid as anintermediate and a reductant and we subsequently used this reaction to perform the methylation ofaromatic amines using formic acid. Finally we developed a new reaction of amines homologation withcarbon monoxide allowing the formation of several C–C bonds.

Ce projet de maîtrise s'inscrit dans le cadre des nouvelles filières énergétiques renouvelables et s'effectue au sein de la Chaire de recherche industrielle sur l'éthanol cellulosique créée par trois partenaires industriels (Enerkem, CRB et Ethanol Greenfield) et le gouvernement du Québec en collaboration avec l'Université de Sherbrooke. La stratégie d'un des partenaires, Enerkem, est de convertir par gazéification des résidus de biomasse non homogène en Syngas, ce gaz est ensuite converti en méthanol puis en éthanol. L'objectif principal de ce projet est la conversion catalytique de l'acétate en alcool. Un catalyseur commercial, composé de cuivre et de chrome, a permis l'obtention des conversions de plus de 95 % et une sélectivité pour l'éthanol de plus de 50 % avec l'acétate de méthyle, de 99 % avec l'acétate d'éthyle et de 50 % avec l'acétate de butyle. Les conditions optimales trouvées impliquent une température de 215 [degrés Celsius]. , une pression de 350 psig, une vitesse spatiale de 1800 h -1 H2 STP et un ratio H2 : Acétate de 7. Un catalyseur alternatif, à base de cuivre et de zinc, a aussi été testé. L'objectif secondaire est la carbonylation du méthanol en acétate. Cette étape a été réalisée en phase gazeuse où des rendements très élevés, soit plus de 2000 kg d'acétate de méthyle par kg de métal précieux à l'heure (kg AM kg métal précieux[indice supérieur h]), ont été obtenus. Les conditions d'opérations testées impliquent une température variant entre 200-240[degrés Celsius], une pression entre 250-600 psig, des ratios MeOH : CO de 1 à 2,5.

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Th. univ.--Sciences pétrolières--Paris VI--Ecole nationale supérieure de pétrole et des moteurs, 1987. / 1988 d'après la déclaration de dépôt légal. Bibliogr. p. 145-151.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Chimie : Toulouse, INPT : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 235 réf.

Actualmente, el interés industrial de los productos carbonilados ha atraído la atención de los científicos hacia el desarrollo de nuevos sistemas catalíticos eficientes. La reacción de alcoxicarbonilación de vinil arenos ha sido considerada una ruta alternativa para la obtención de ácidos 2-aril propiónicos, la clase más importante de antiinflamatorios no esteroides. Por otro lado, los copolímeros de monóxido de carbono y olefinas son materiales de gran interés industrial debido a su aplicación potencial como termoplásticos. El concepto de economía atómica ha influenciado el desarrollo de los procesos catalíticos industriales. El máximo aprovechamiento de los reactivos y la disminución de residuos han hecho de la catálisis un proceso altamente atractivo en el marco de tecnologías de desarrollo sostenible. El conocimiento de los mecanismos operantes en las reacciones de carbonización es de gran importancia para el diseño de nuevos sistemas catalíticos altamente efectivos.Basándose en las consideraciones anteriores, el primer objetivo de esta tesis se ha centrado en el desarrollo de nuevos sistemas catalíticos de paladio y su aplicación en la metoxicarbonilación asimétrica de vinil arenos, con el fin de obtener altas regio- y enantioselectividades, simultáneamente. Un segundo objetivo, ha sido el desarrollo de nuevos catalizadores catiónicos de paladio y el estudio de su actividad catalítica en las reacciones de co- y terpolimerización de CO/etileno/propileno. Para alcanzar el primer objetivo, se ha planteado la exploración de complejos de paladio modificados con fosfinas monodentadas y fosfinas bidentadas. Con el fin de conocer mejor ambos sistemas e identificar algunos intermedios de reacción, se llevó a cabo un estudio de la metoxicarbonilación de estireno bajo condiciones similares a las catalíticas. Para lograr el segundo objetivo, se han sintetizado nuevos catalizadores de paladio catiónicos modificados con difosfinas derivadas de D-(+)-xilofuranosa. Los nuevos complejos se aplicaron en las reacciones de copolimerización de CO/etileno y CO/propileno, así como, en la terpolimerización CO/etileno/propileno. Después de revisar los antecedentes bibliográficos en la introducción y planteados los objetivos, en el Capítulo 2 "Palladium complexes bearing monodentate ligands in asymmetric methoxycarbonylation of vinyl arenes" se presenta la síntesis y caracterización de complejos de paladio modificados con fosfinas cíclicas quirales, tales como, fosfetanos, fosfolanos y fosfepinos. Estos nuevos complejos se aplican en la metoxicarbonilación asimétrica de vinil arenos, mostrando que la actividad decrece a medida que aumenta el número de miembros del ciclo fosforado.En el Capítulo 3 "Palladium complexes bearing bidentate ligands in asymmetric methoxycarbonylation of styrene" se describe la aplicación de complejos de paladio neutros y catiónicos modificados con ligandos bidentados, en la metoxicarbonilación asimétrica de estireno. Los ligandos ultilizados en este capítulo presentan propiedades estéricas y electrónicas diferentes. En términos generales, para los sistemas neutros y catiónicos, la presencia de sustituyentes electroatractores en los grupos fenilos del ligando, tiene una gran influencia sobre la regioselectividad de la reacción hacia el producto ramificado. En el Capítulo 4 "Mechanistic aspects of the methoxycarbonylation of styrene" se discuten algunos aspectos mecanísticos de la metoxicarbonilación de estireno, utilizando complejos de paladio modificados con ligandos monodentados y bidentados. La reactividad de los complejos con los diferentes componentes del sistema catalítico, se llevó a cabo paso a paso y mediante experimentos in situ en condiciones similares a las empleadas en la catálisis.Finalmente en el Capítulo 5 "Cationic palladium complexes bearing xylofuranose-derivative diphosphines in CO/ethene/propene co- and terpolymerisation reactions" se describe la síntesis de una difosfina derivada de la D-(+)-xilofuranosa, así como la síntesis y caracterización de nuevos complejos neutros y catiónicos. Los resultados obtenidos han sido comparados con los complejos análogos modificados con dppp y o-MeO-dppp, con el fin de discutir cómo afectan los efectos electrónicos y la rigidez del ligando en la copolimerización perfectamente alternada. / Nowadays the industrial interest of the carbonylated products has attracted the attention of scientists towards the development of new efficient catalytic systems. The alcoxycarbonylation of vinyl arenes has been considered an alternative route to obtain 2-aryl propionic acids, the most important class of non-steroidal anti-inflammatory drugs. Copolymers formed by carbon monoxide and alkenes are materials of industrial interest due to their potential application as engineering thermoplastics. The concept of atomic economy has influenced the development of industrial catalytic processes. The waste diminishing by the complete conversion of reagents into the desired product in a catalytic process introduce the homogeneous catalysis as an attractive sustainable technology. The knowledge of the carbonylation mechanisms is of great importance for the design of new highly efficient catalytic systems.Based on these considerations, the first objective of this thesis was to develop new catalytic palladium systems and its application in the asymmetric methoxycarbonylation of vinyl arenes, in order to obtain high regio-and enantioselectivities simultaneously. The second objective was to synthesise new cationic palladium complexes and to study the activity in the copolymerisation reaction. To achieve the first objective, palladium complexes modified with monodentate and bidentate phosphine ligands were explored. In order to know more about the influence of the nature of the ligand on the mechanism, a mechanistic study under similar conditions to those used in the catalysis was performed. To achieve the second objective new cationic palladium complexes modified with diphosphine ligands derived from D-(+)-xylofuranose were synthesised. The new complexes were tested in the CO/ethene, CO/propene copolymerisation reaction, as well as in the CO/ethene/propene terpolymerisation process. Chapter 2 "Palladium complexes bearing monodentate ligands in asymmetric methoxycarbonylation of vinyl arenes" shows the use of chiral monodentate cyclic phosphines, such as phosphetane, phospholane and binepine, in the palladium-catalysed asymmetric methoxycarbonylation of vinyl arenes. New neutral palladium complexes are synthesised and characterised by multinuclear NMR spectroscopy. This new complexes were showed a decreased in the catalytic activity when increased the number of the phosphorus membered ring.Chapter 3 "Palladium complexes bearing bidentate ligands in asymmetric methoxycarbonylation of vinyl arenes" describes the synthesis of neutral and cationic complexes bearing bidentate ligands with different electronic and steric properties and its application in the methoxycarbonylation of vinyl arenes. In general terms, it was observed that the presence of electron withdrawing groups in the phenyl moiety of the ligand has an influence on the regioselectivity of the reaction to the branched ester. Chapter 4 "Mechanistic aspects of the methoxycarbonylation of styrene" discusses mechanistic aspects of the methoxycarbonylation reaction. In situ studies are performed under similar conditions to those used in the catalytic studies. The studies are focuses in palladium systems modified with mono- and bidentate ligands, in order to establish comparison between them. The characterisation of some species by NMR spectroscopy is showed.Finally in Chapter 5 "Cationic palladium complexes bearing xylofuranose-derivative diphosphines in CO/ethene/propene co- and terpolymerisation reactions" it was discussed the electronic effects of xylose-derivatives diphosphines ligands in the CO/ethene/propene co- and ter-polymerisation processes. The new diphosphines o-MeO-xylophos is synthesised. A series of new neutral and cationic palladium complexes bearing xylophos and o-MeO-xylophos were synthesised and fully characterised by multinuclear NMR techniques. The catalytic polymerisation reactions were performed in methanol using the cationic complexes and are compared to the reaction catalysed by analogous complexes bearing dppp and o-MeO-dppp to determine the electronic effects and the backbone rigidity on the perfectly alternating copolymerisation.

An array of different cyclopropanes have been synthesised, including the structurally simple 1-phenylcyclopropanol. These were synthesised in yields upwards of 60%, using the well published Kulinkovich reaction. From 1-phenylcyclopropanol, variations of the cyclopropane core structure were synthesised, creating species ideal for palladium cross coupling reactions, such as 1-phenylcyclopropyl methanesulfonate and 1-phenylcyclopropyl 4-methylbenzenesulfonate. These were formed in 50 and 60% yield respectively. Once obtained these cyclopropanes were used to perform Suzuki cross coupling reactions towards the formation of 1,1- diphenyl cyclopropane. Unfortunately, despite various attempts, the palladium cross coupling reactions were unsuccessful. The work did facilitate the discovery of a novel methodology for the synthesis of tetra substituted alkenes. Using similar methodology as that developed for the formation of 1- phenylcyclopropanol, a McMurry reaction was able to be performed on a number of different ketones. This reaction formed a wide array of different tetra-substituted alkenes with yields ranging from 20-99%, depending on the nature of the starting material. The method, involving the use of 9 equivalents of Grignard reagent and stoichiometric amounts of titanium isopropoxide, is a unique way of making low valent titanium in situ, as well as being homogeneous. Methodology for the formation of vinyl cyclopropanes containing an amide moiety has been developed, allowing a variety of different amines to be coupled to two different cyclopropanes. Once these species were synthesised, a palladium catalysed cyclisation, Heck reaction, carbonylation cascade was developed. This allowed the core cyclic structure of the stemona alkaloids to be obtained in a single reaction vessel with good yields of up to 52% depending on the amine used. The cascade was then applied to a fully substituted cyclic natural product core. However, the cascade reaction was unsuccessful. Efforts to alter the structure of the starting material, to remove the potentially hindering bromine, provided no improvement. It was established that the tetrakis(triphenylphosphine) palladium (0) catalyst used was too encumbered for insertion in to the sterically hindered starting material, which is likely to be causing the failure of the reaction.