La synthèse de l'hydrogène est une alternative viable à l'utilisation du pétrole. Les méthodes telles que l’électrocatalyse font appel à une source d’énergie primaire, ce qui favorise les déchets générés par ces méthodes, de même que le gaspillage d’énergie. Bien qu’ayant de très faibles rendements, les systèmes photocatalytiques permettent la synthèse d’un hydrogène propre et quasi sans déchets. Une perspective permettant d’améliorer encore leur potentiel serait d’éliminer les solvants organiques tels que le DMF, qui sont nocif pour l’environnement et la santé des êtres vivants. Étant donné que le solvant doit être changé, il faut prendre garde à modifier le donneur d’électron sacrificiel et le photosensibilisateur en conséquence. La production de tels solvants est également source de pollution, ce qui atténue le potentiel environnemental de ces méthodes. L’objectif de ce travail est de développer et de tester de nouveaux catalyseurs hydro-solubles variés permettant une amélioration des performances photo-catalytiques actuelles ainsi qu’une performance acceptable dans l’eau. L’étude des propriétés catalytiques est réalisée par l’étude de systèmes homogènes conjugués principalement avec le [Ru(bpy)3]2+ en tant que photosensibilisateur et avec le triethanolamine (dans le DMF) et l’acide ascorbique (dans l’eau) en tant que donneur d’électron sacrificiel. Les catalyseurs présentés lors de ce travail sont des catalyseurs à base de polypyridyl, de cobaloximes et de N-imidoylamidine. Les catalyseurs à base de poly-pyridyl ont d’abord été étudiés puisqu’ils sont réputés pour leur performance en milieux aqueux. La seconde approche consistait à produire des catalyseurs à base de cobaloxime qui aient une performance relativement constante tout d’abord dans les solvants organiques, puis d’adapter ces performances en milieu aqueux. La troisième approche a été de tester des catalyseurs à base de N-imidoylamidine, ce type de catalyseurs n’ayant jamais été testé pour la production d’hydrogène, puis d’en étudier les performances dans l’objectif de paver la voie pour de futures recherches sur le sujet. / The synthesis of hydrogen is a viable alternative to the use of petroleum. Methods such as electrocatalysis use a primary energy source, which reduces the waste generated by these methods, as well as the waste of energy. Although having very low yields, photocatalytic systems allow the synthesis of clean hydrogen with virtually no waste. One prospect to further improve their potential would be to eliminate organic solvents such as DMF, which are harmful to the environment and the health of living beings. Giving the fact that we change the solvent, we need to change the electron sacrificial donor and the photosensitizer as well. The production of such solvents is also a source of pollution, which reduces the environmental potential of these methods. The objective of this work is to develop and test various new water-soluble catalysts allowing an improvement of the current photo-catalytic performances as well as an acceptable performance in water. The study of the catalytic properties is carried out by the study of homogeneous conjugated systems mainly with [Ru(bpy)3]2+ as photosensitizer and with triethanolamine (in DMF) and ascorbic acid (in water) as a sacrificial electron donor. The catalysts presented during this work are catalysts based on polypyridyl, cobaloximes, and N-imidoylamidine. Poly-pyridyl-based catalysts were first studied because they are known for their performance in aqueous media. The second approach was to produce cobaloxime-based catalysts that had relatively constant performance first in organic solvents and then to match this performance in aqueous media. The third approach was to test catalysts based on N-imidoylamidine, as this type of catalyst have never been tested to produce hydrogen, then to study their performance to pave the way for future research on the subject.

Les ARN 5'-triphosphates (TP) et 5'-coiffés sont des molécules très convoitées des biologistes pour des études structurales par cristallographie ou comme outils thérapeutiques. Actuellement, ces oligonucléotides sont produits dans de faibles quantités via des procédés enzymatiques dépendants de la nature du nucléoside situé à l'extrémité 5'. Ces travaux se sont donc inscrits dans l'enjeu majeur de mettre au point une méthode chimique sur support solide qui permette l'accès à ces ARN 5'-fonctionnalisés en quantités importantes et sans restriction de séquences.Ce manuscrit rapporte une nouvelle méthode efficace de synthèse sur support solide d'ARN 5'-TP à grande échelle indépendante du nucléotide situé à l'extrémité 5' ou de la longueur de la séquence ARN. De plus, cette stratégie a été étendue avec quelques modifications à la synthèse d'analogues enzymatiquement plus stables de type: ARN 5'-β,γ-méthylène-TP, -(α-P-thio)-TP et -(α-P-thio)-(β,γ-méthylène)-TP.Une deuxième partie présente la synthèse supportée et l'évaluation antivirale de courts adénylates 2-5A 5'-TP portant des groupements enzymolabiles de type acétalesters en position 3' du ribose. Une dernière partie est consacrée à l'élaboration de nouvelles stratégies pour la synthèse d'ARN 5-coiffés. La première approche est un procédé en deux étapes où la structure coiffe (Gppp) est ajoutée sur support solide suivie d'une N7- méthylation enzymatique en solution, alors que la seconde est une méthode plus directe entièrement chimique. Par ailleurs, le couplage chimique de la coiffe sur les ARN supportés nécessite l'emploi d'un acide de Lewis. Ainsi l'utilisation de chlorures métalliques « verts » produits à partir de métaux de transition extraits de la biomasse a été évaluée dans la réaction du couplage de la coiffe sur les ARN. / 5'-triphosphates RNAand 5'-capped RNA are high valuable molecules which serve as important substrates for structural and mechanistic studies or drugs. To date, these oligonucléotides are produced by enzymatic process in low yields with a weak variability of the 5'-end. To overcome this bottleneck we aimed to develop a chemical access on solid-support of these 5'-functionalized RNA in great amount without any limitations in the RNA sequence.Here, a robust, reproducible, and scalable method for the solid-phase synthesis of 5′-triphosphate RNA is presented. Furthermore, this strategy was extended to produce enzymatic resistant analogs of the triphosphate counterpart like: 5'-β,γ-methylene-TP, -(α-P-thio)-TP et -(α-P-thio)-(β,γ-methylene)-TP RNA.In a second part, the solid-phase synthesis of short adenylates 2-5A 5'-TP bearing biolabile acetalester groups on nucleosides 3'-hydroxyls and their antiviral activities are described.Finally, we focused on developing two approaches for the production of 5'-capped RNA. One is a two-steps process which consists in the coupling of the cap structure on solid-support followed by an enzymatic N7-methylation in solution while the other one is a straightforward chemical strategy. Beside, the chemical coupling of the cap moiety on solid-supported RNA requires the use of Lewis acids. Then, the ability of « green » metal chlorides prepared from phytoextracted heavy metals to promote this reaction was studied.

L’industrie produit de grandes quantités d’effluents aqueux qu’il convient de traiter. Des traitements alternatifs aux procédés biologiques doivent être développés pour certains effluents toxiques et/ou non biodégradables. L’oxydation en voie humide catalytique repose sur l’action de l’oxygène sur les polluants en phase aqueuse à haute température et haute pression. Préalablement à cette étude, des catalyseurs au Ru ou Pt supportés sur ZrO2 ou TiO2très actifs et très stables pour l’OVHC de polluants modèles et de quelques effluents réels ont été développés. Ce travail a examiné ces catalyseurs sur d’autres effluents réels : un effluent provenant d’une unité de production de membranes contenant du glycérol et du DMF, uneffluent de sauce de couchage provenant de l’industrie papetière et un concentrât de lixiviatde décharge. Les catalyseurs se sont révélés très actifs et stables pour la minéralisation du glycérol, mais une forte lixiviation a été observée lors de l’OVHC du DMF du fait de la présence d’amines. L’oxydation de l’effluent de sauce de couchage permet de minéraliser la charge organique, facilitant le recyclage de la charge minérale, avec une amélioration accrue de la biodégradabilité du surnageant en présence des catalyseurs. Enfin, l’ajout de catalyseurs lors de l’OVH du concentrât de lixiviat de décharge permet d’améliorer sa minéralisation et d’éliminer totalement les ions ammonium / Industries produce huge volumes of effluents which need to be treated before disposal.Alternative treatments to the more classical biological techniques are required in the case oftoxic and/or non biodegradable effluents. The wet air oxidation (WAO) and catalytic wet airoxidation (CWAO) are based on the reaction of an oxidant (oxygen) with the pollutants in aqueous phase at high temperature and pressure. Ru or Pt catalysts supported on zirconium and titanium oxides were previously shown to be highly active and stable in the CWAO of awide range of model compounds and real complex effluents. These catalysts were evaluated in the CWAO of problematic effluents: one containing glycerol and DMF, one paper coatingslip effluent and one concentrated landfill leachate. The catalysts showed high activity and stability in the CWAO of glycerol, while the metal leached upon DMF CWAO due to the presence of amines. WAO leads to the partial mineralization of the organic load in paper coating slip, allowing an easy separation recycling of mineral pigments, with an improved biodegradability of the supernatant with the use of a catalyst. The use of a catalyst upon landfill leachate WAO leads higher COT conversion and complete ammonia elimination

Le présent travail de thèse décrit le développement de systèmes actifs de polymérisation d’oléfines basés sur des métaux de fin de transition (nickel et fer) supportés sur des nanomatériaux. Le chapitre I décrit l’état de l’art des systèmes catalytiques supportés ou non pour la polymérisation d’oléfines. Dans le chapitre II, nous décrivons la polymérisation de l’éthylène en utilisant des catalyseurs de nickel contenant un groupement –NH2 pour leur immobilisation covalente sur nanotubes de carbone ; montrant l’influence positive de l’immobilisation : les catalyseurs ainsi supportés sont en effet à la fois plus actifs et conduisant à des polymères de plus haut poids moléculaire. Dans le chapitre III, des complexes de fer contenant un groupement pyrène sont décrits et immobilisés sur nanotubes de carbone par interaction non covalente π-π. Dans ce cas, à la fois les systèmes homogènes et leurs analogues supportés catalysent la réaction de polymérisation de l’éthylène avec des activités particulièrement élevées. Il a également pu être mis en évidence l’importante influence du support carboné sur les performances du système catalytique ainsi que sur la structure des polymères obtenus. Différents types de complexes de nickel contenant un ligand imino-pyridine et différents groupes polyaromatiques ont été synthétisés et leur utilisation en polymérisation de l’éthylène est décrite dans le chapitre IV. L’influence de l’addition de faibles quantités de matériaux nanocarbonés (nanotubes de carbone ou graphène) au milieu réactionnel a ainsi été étudiée. Le graphène s’est dans ce cas révélé particulièrement bénéfique sur les performances du catalyseur. Enfin, le chapitre V décrit la polymérisation de l’isoprène à l’aide de catalyseurs de fer contenant des groupements polyaromatiques permettant leur immobilisation à la surface de nanoparticules de fer. Ces systèmes ont ensuite pu être confinés dans des nanotubes de carbone. Les systèmes catalytiques décrits sont particulièrement actifs produisant des polyisoprènes à température de transition vitreuse élevée et avec une haute sélectivité trans-1,4-polyisoprène. / This present thesis deals with the development of active olefin polymerization catalysts based on late transition metal (nickel and iron) imino-pyridine complexes supported on nanomaterial. Chapter I gives a comprehensive literature review of unsupported and supported ethylene polymerization catalyst. In Chapter II we report the ethylene polymerization studies using nickel complexes containing an –NH2 group for covalent immobilization on multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) of the corresponding precatalysts. Comparison of the homogeneous catalysts with their supported counterparts evidenced higher catalytic activity and higher molecular weights for the polymers produced. In Chapter III, iron complexes containing a pyrene group have been synthesized and immobilized on MWCNTs through non-covalent π-π interactions between pyrene group and surface of MWCNTs. Activated by MMAO, both the iron complexes and immobilized catalysts show high activities for ethylene polymerization. It was possible to evidence that MWCNTs have a great influence on the catalytic activity and on the structure of the resulting polyethylenes. Imino-pyridine nickel complexes containing various kinds of aromatic groups have been synthesized in Chapter IV and polymerization conditions in the presence and in the absence of nanocarbon materials, such as MWCNTs or few layer graphene (FLG), are discussed. For those nickel catalysts bearing 1-aryliminoethylpyridine ligands, the presence of MWCNTs in the catalytic mixture allows the formation of waxes of lower molecular weight and polydispersity, whereas the presence of FLG proved to be beneficial for the catalytic activity. In Chapter V, isoprene polymerization catalyzed by iron complexes containing polyaromatic groups and non-covalently supported on nanoparticles and confined into the inner cavity of MWCNTs (Cat@NPs and Cat@NPs@MWCNTs) are investigated. Iron complexes show excellent activity for the isoprene polymerization and produced high glass temperature polyisoprene with a high trans-1,4-polyisoprene selectivity. Polymer nanocomposites are produced by supported catalysts and, transmission electron microscopy (TEM) evidenced efficient coating of the resulting polyisoprene around the oxygen sensitive iron nanoparticles.

Ce travail se concentre sur le développement de systèmes catalytiques capable d’oxyder complètement le méthane à basse température. Le sujet principal concerne la conception d'une nouvelle génération de catalyseurs à base de palladium qui sont résistants aux composés soufrés et à l'eau.<p>Notre objectif a été atteint grâce à l'utilisation d'un support oxyde mixte produit par sol-gel. En effet, nos catalyseurs de palladium supporté sur un oxyde de silicium dopé au titane se sont révélés être résistants à l’empoisonnement au soufre et présentent des performances élevées pour la conversion du méthane.<p>En variant les quantités de TiO2, il a été montré que les performances atteignent un maximum pour une composition en masse de 10% TiO2. Les analyses structurelles et de surface ont montré que nos supports mixtes contiennent des liens Ti-O-Si. Nous pensons que ces liens sont responsables de l’activité accrue du catalyseur.<p>Par ailleurs, les catalyseurs contenant du titane présentent une tolérance supérieure vis-à-vis du SO2 lorsque celui-ci est ajouté aux réactifs ou que le catalyseur est exposé à une atmosphère de SO2 pur à 350°C pendant 15 heures. Nous avons mis en évidence par XPS que les sites Ti-O-Si sont également responsables de cette tolérance aux composés soufrés. Ceci est accompli par l'insertion du SO2 dans le support qui forme des liens soit Ti-O-SOx•••Si soit Si-O-SOx•••Ti. L’analyse XPS a également montré que sur le long terme, l’exposition au SO2 conduit à la formation d’une couche de PdSO4 de 18 à 20 Å. Étonnamment, les catalyseurs sont capables de récupérer entièrement leur activité initiale après ce traitement. Cette régénération se produit grâce à un mécanisme concerté avec le méthane permettant la décomposition totale du PdSO4. Par ailleurs, des études en présence d'eau ont montré que ces propriétés restent inchangées.<p>L'état du palladium a également été étudié et nous a permis de prouver qu’une activation/stabilisation du catalyseur est nécessaire. Celle-ci est réalisée en présence des réactifs par de légères modifications chimiques du support et de la phase de palladium. En effet, l'augmentation de l'activité du catalyseur a été corrélée avec une augmentation des quantités de Ti3+ et Pd0. La présence de palladium métallique dans le catalyseur semble être l'élément clé dans l'activation des liaisons C-H.<p>Enfin, nous avons étudié l'influence de la taille/la dispersion des particules de palladium sur la vitesse de réaction. L'utilisation de synthèses en phase liquide nous a permis de produire des solutions colloïdales de particules de palladium avec des tailles contrôlées. Cette étude a révélé que la combustion du méthane est une réaction sensible à la structure. Néanmoins, un meilleur contrôle de la forme des nanoparticules devrait être réalisé pour déterminer les facteurs structurels influençant la réaction./ The present work focuses on the development of highly efficient catalytic systems able to completely oxidize methane at low temperature in order to comply with modern environmental legislation. The main subject concerns the design of a new generation of palladium-based catalysts that are sulfur and water resistant. <p>Our goal was achieved through the use of a mixed oxide support produced by sol-gel. In fact, palladium-supported on titanium-doped silica catalysts have proven to be sulfur tolerant and exhibit high performances for the methane conversion. <p>Varying the amounts of TiO2 showed that the performance reached an optimum for a 10 wt.% TiO2 loading. According to the structural and surface analyses, the mixed oxides contained Ti-O-Si linkages, believed to be responsible for the better activity as compared to PdO supported on pure oxides. <p>Moreover, the titania-containing catalysts exhibited a superior tolerance towards SO2 when either adding it to the reactants or feeding it as a pure pretreatment atmosphere at 350°C (15 hour on stream). We evidenced using XPS that the Ti-O-Si sites are also responsible for the higher sulfur tolerance of the catalysts by the insertion of SO2 in the support forming either Ti-O-SOx•••Si or Si-O-SOx•••Ti. XPS analyses also evidenced that the long-term SO2-treatment leads to the formation of PdSO4 with a thickness of 18 to 20 Å. However, the catalysts can entirely recover their initial activity after this treatment. This regeneration was proven to be occurring through a concerted mechanism with methane leading to the total decomposition of PdSO4. Moreover, studies in presence of water showed that these properties remained unchanged.<p>The state of the palladium was also investigated and allowed us to evidence that an activation/stabilization of the catalyst is necessary. This is achieved in presence of the reactants by slight and subtle changes in both the support and the palladium phase. The increase of the catalyst activity was correlated with an increase of Ti3+ and Pd0 fractions. The presence of metallic palladium in the catalyst seems to be the key element in the activation of the C-H bonds. <p>Finally, we have studied the influence of the size/dispersion of the palladium particles on the reaction rate. The use of wet-chemistry synthesis allowed us to produce colloidal solutions of palladium with controlled particles sizes. This study revealed that the methane combustion is a structure sensitive or demanding reaction. Nevertheless, a better control of the shape of the nanoparticles should be achieved to determine the structural factor influencing the reaction.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La catalyse organométallique est l’un des outils les plus puissants de la synthèse chimique, car elle permet de réaliser des transformations sélectives et spécifiques selon le catalyseur employé. Dans ce contexte, les sels et complexes d’or ont émergé il y a une quinzaine d’années et se sont révélés très utiles et attractifs pour la synthèse organique, faisant preuve de propriétés particulières de type acide de Lewis à la fois π (alcyno- alcènophilie) et σ (oxo- azaphile). L’objectif initial de cette thèse a été d'approfondir l’étude de la réactivité de l’or au travers la mise au point de nouvelles réactions catalysées par l’or(I/III). Si la majorité des réactions développées en catalyse à l’or concerne des processus de type π, nous avons dans un premier temps, souhaité évaluer son potentiel dans une réaction qui repose sur une activation purement σ, la cyclisation de Nazarov. Cette réaction a ensuite été étendue à un processus de type cascade, combinant activations π et σ. De plus, la formation d’un sous-produit inattendu au cours de cette étude a orienté nos recherches vers un nouveau processus catalytique, le réarrangement de γ–acyloxy alcynylcétones en furanes. Par la suite, nous nous sommes aussi intéressés au potentiel de l’or dans les réactions asymétriques, ce qui a conduit au développement d’un nouveau type de complexes d’or chiraux basés sur des ligands de type NHC-oxazoline. Enfin, nous nous sommes proposés d’utiliser la spectroscopie RMN J-résolue hétéronucléaire (une méthode simple mais peu exploitée), pour répondre à des problèmes d’attribution structurale. / Organometallic catalysis is one of the most powerful tools in chemical synthesis, because, depending on the catalyst, it allows for selective and specific transformations. Thus, the reactivity of gold salts and complexes was revamped around fifteen years ago. Nowadays, they are considered as powerful and very attractive for organic synthesis, showing both π (alcyno- alcènophilie) and σ (oxo- azaphile) Lewis acid properties.The first objective of this thesis was to study the reactivity of gold catalysts by the development of new reactions catalyzed by gold(I/III). If most of the developed reactions in gold catalysis is related to π activation, we proved its potential in a reaction dealing with σ activation, the Nazarov cyclization. This reaction was then extended to a cascade process, combining both π and σ Lewis acidities. Moreover, the obtainment of an unexpected by-product during the study directed our research towards a new gold catalytic reaction, the formation of furans from γ-acyloxyalkynyl ketones. Subsequently, we were also interested in the potential of gold in asymmetric reactions, which led to the development of new chiral gold complexs, based on NHC-oxazoline type ligands. Finally, we proposed to use the heteronuclear J-resolved NMR spectroscopy (a simple but scarce method), to answer some structural assignment problems.

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