Ce mémoire est consacré à l’utilisation de l’électrochimie comme outil de synthèse alternatif pour la formation de nouvelles molécules de la famille des azoliums. Une nouvelle méthode de synthèse électrochimique a été mise au point pour la synthèse de carboxylates d’imidazoliums (carbènes masqués) conduisant à une grande variété de molécules. Cette méthode a été comparée aux synthèses chimiques déjà existantes. Dans un contexte actuel de développement durable, des produits bio sourcés ont été synthétisés et à partir de ces derniers l’optimisation du procédé a été réalisée afin de réduire les flux entrants et sortants de matière et d’énergie.Le rôle clé de l’ion hydrogénoxalate a été démontré dans la synthèse de liquides ioniques et/ou sels d’imidazoliums. Certains ont été par la suite employés comme catalyseurs recyclables pour l’estérification de Fischer.La réduction électrochimique directe de différents azoliums a aussi été étudiée. Le couplage des radicaux neutres ainsi électrogénérés conduit aux σ-dimères correspondant. Ce produit redonnant par oxydation l’azolium de départ, la renversabilité de la réaction a été prouvée ouvrant la voie à de nouveaux interrupteurs moléculaires.Une électrosynthèse d’azoliums à fragment aromatique a également été étudiée. Ainsi, l’oxydation électrochimique du pyrène en présence de différents nucléophiles azotés génère les sels d’azoliums pyrène. Ce procédé a été optimisé en termes de réduction de déchets et de simplification de mise en œuvre. Certaines molécules obtenues ont montré des propriétés antimicrobiennes. / This work deals with the use of electrochemistry as a tool for alternative synthesis of new azolium-based molecules.A new electrosynthesis method was developed for the synthesis of imidazolium carboxylates (masked carbenes) leading to a wide library of compounds. This approach was compared to already reported chemical syntheses. In the current context of sustainable development, bio based products have been synthesized and optimization of the process was achieved in order to reduce waste and energy consumption.The key role of the hydrogenoxalate anion was demonstrated in the synthesis of ionic liquids and/or imidazolium salts. Some of them were employed as recyclable catalysts for Fischer esterification.The direct electrochemical reduction of various azoliums was also studied. The coupling of two electrogenerated neutral radicals leads to the corresponding σ-dimers. The oxidation of this species gives back the starting azolium proving the “reversibility” of the reaction, paving the way for new molecular switches.Azolium containing pyrene moiety was also electrosynthesized. Thus, electrochemical oxidation of pyrene in presence of different nitrogen nucleophiles leads to azolium pyrenes. This process was optimized in order to reduce waste and simplify the experimental setup. Some products have shown antimicrobial activities.

Les lichens sont des organismes symbiotiques constitués d'un champignon (mycobionte) associé à une algue et/ou une cyanobactérie (photobionte). Leurs métabolites secondaires sont des molécules originales appartenant au groupe des depsides, depsidones, dibenzofuranes et présentent un intérêt pour la cosmétique et/ou la pharmaceutique en raison de leur propriété antibiotique, anti-inflammatoire, antioxydant, filtre UV. Nous avons choisi d'étudier le lichen Pseudevenia furfuracea qui est l'un des lichens utilisés en tant que matière première pour la parfumerie et la cosmétique (1900 tonnes / an), car il est d'une part abondant dans la nature et d'autre part, il possède des métabolites secondaires très variés. Classiquement, les extraits utilisés sont obtenus par extraction au reflux de solvants organiques; cette méthode à l'inconvénient d'induire des durées d'extractions relativement longues et est consommatrice en solvants. L'objectif de notre travail est d'extraire les métabolites secondaires d'une manière sélective et innovante tout en diminuant la durée d'extraction. Pour cela, nos travaux reposent sur l'extraction assistée sous micro-onde (EAM) combinée ou non aux liquides ioniques. Dans ce dessein, deux familles de liquides ioniques (LIs) "hydrophiles" et "hydrophobes" ayant un cation imidazolium et pyridinium ont été synthétisés. Trois différentes préparations de lichen (mixé, broyé au mortier et broyé planétaire) ont été effectuées en faisant varier la granulométrie et chaque préparation a été étudiée par microscopie électronique à balayage. L'optimisation de l'EAM a été effectuée à une température d'extraction optimale de 75 °C et a permis de générer un énorme gain de temps (24 h sous conditions classiques contre 15 min sous irradiation micro-onde). Une étude comparative des taux d'extraction entre l'EAM et l'extraction en condition classique a été éffectuée par analyse au spectrodensitomètre CAMAG®, celle-ci a montré que la première est plus performante dans la plupart des cas. L'utilisation des liquides ioniques a mis en évidence l'existence d'une sélectivité d'extraction en fonction de la structure des LIs qui résulte d'interactions intermoléculaires entre les LIs et les substances extraites. L'effet de chaque liquide ionique sur la dégradation d'un des métabolites, en particulier l'atranorine, a également été étudié. Également, les interactions entre un liquide ionique et la surface du lichen ont été étudiées par mesure d'angle de contact et par les mesures de Brunauer Emett et Teller. Une extraction à plus grande échelle a été réalisée pour étudier la reproductibilité de la méthode et la possibilité de recycler le liquide ionique. / Lichens are symbiotic organisms constituted of fungus (mycobiont) associated to algae and/or cyanobacteria (photobiont). Their secondary metabolites are original molecules belonging to the group of depsides, depsidones, dibenzofurans. Lichens presented special interest for cosmetic and pharmaceutical industry due to their antibiotic, anti-inflammatory, antioxidant and UV filter properties. In this work we focused our study on Pseudevenia furfuracea lichen, which is intensively used as a raw material in perfumery and cosmetics (1900 tons/year), due to its large availability in nature as well as possessing various secondary metabolites. In this work we presented extraction of the secondary metabolites using a selective and innovative solventfree method in shorter extraction time in comparison to the conventional extraction methods requiring under reflux of large quantities of solvents with longer times for extraction. The proposed method is based on the use of microwave irradiation for extraction (MIE) associated to (or not) appropriate ionic liquids. Two kinds of hydrophilic or hydrophobic imidazolium- and pyridinium-based ionic liquids (ILs) were synthesized. Three different methods of grinding for lichen were used, leading to different particle size and the crushed products were observed by scanning electron microscopy (SEM). Heating optimization of MIE was performed during 15 min at optimal temperature (75 °C) (instead of 24 h under conventional heating). A comparative study of extraction rates between MIE and extraction with conventional heating was realized with a CAMAG® spectrodensitometer and results of analysis showed that MIE is efficient in most of the studied cases. The use of ionic liquids showed selectivity for extraction and it depended on the structure of ILs and also intermolecular interactions between ILs and extracted substances.Effect of each ionic liquid on the degradation of one of the secondary metabolites, atranorin, was also been studied. In addition, interactions between IL and the surface of the lichen surface were studied by measurements of the angle of contact and by Brunauer Emett and Teller measurements. Scale-up for extraction was carried out to investigate the reproducibility of the method and the possibility of reuse of the ionic liquid.

Elastomere werden während ihrer Lebensdauer meist mechanisch und thermisch besonders stark beansprucht. Dadurch sind sie einem hohen Verschleiß und einer Abnutzung ausgesetzt, die zum Versagen des Materials führen. Dabei können schwerwiegende Folgen für Maschine und Mensch entstehen. Eine elegante Möglichkeit diesen Erscheinungen entgegenzuwirken bietet die Entwicklung von selbstheilenden Materialien. Durch reversible Vernetzungen können Mikro- und Makrorisse verschlossen und die Lebensdauer von elastomeren Werkstoffen erheblich gesteigert werden. Eine mögliche reversible Vernetzung ist die Bildung ionischer Cluster. Die in den letzten Jahren mehr und mehr in den Fokus gerückten polyionischen Flüssigkeiten (PIF) bieten, aufgrund ihres hohen Anteils an ionischen Gruppen (meist in jeder Wiederholeinheit), eine gute Voraussetzung für eine ionische Modifizierung von Elastomeren. Ziel dieser Arbeit war es in kommerziell erhältlichem Brombutylkautschuk (BIIR) durch Modifizierung mit polyionischen Flüssigkeiten (PIF) selbstheilende Eigenschaften hervorzurufen. Dabei sollte die Reversibilität der ionischen Clusterbildung ausgenutzt werden. Aufgrund des zu erwartenden großen Einflusses der Beweglichkeit der ionischen Komponente wurden drei unterschiedliche Konzepte verfolgt, bei denen die Mobilität der PIF-Phase durch Reaktionen mit der BIIR-Matrix im unterschiedlichen Maße eingeschränkt wurde. Zum einen wurde der BIIR reaktiv mit PIF geblendet, sodass sowohl kovalente als auch nichtkovalente Vernetzungen erfolgten (Konzept 1). Nach diesem Konzept ist die Mobilität der ionischen Gruppen stark begrenzt. In einem weiteren Konzept erfolgte eine einseitige Pfropfung von PIF an den BIIR (Konzept 2). Dadurch wurde eine kovalente Vernetzung vermieden und die Beweglichkeit der PIF nur leicht eingeschränkt. Weiterhin erfolgte nach Konzept 3 ein nichtreaktives Blenden mit PIF, wodurch die freie Beweglichkeit der PIF-Phase gewährleistet war. Dafür war vorgesehen den BIIR zunächst mit niedermolekularen Alkylimidazolen ionisch zu modifiziert. Dadurch sollten alle reaktiven Stellen im BIIR blockiert und die Kompatibilität mit der PIF erhöht werden. Als Blendkomonenten wurden drei unterschiedliche PIF synthetisiert. Neue PIF (A Serie) konnten über polymeranaloge Umsetzungen von Poly(butadien-co-maleinsäureanhydrid) hergestellt werden. Hierzu wurden zunächst die Anhydridgruppen des Polymers mit 1,(3 Aminopropyl)imidazol und dann in einem zweiten Schritt mit Alkylbromid umgesetzt. In einer weiteren Serie (B-Serie) wurde Polyvinylimidazol mit Alkylbromid umgesetzt. Beide Synthesemethoden haben den Vorteil, dass durch variable Umsetzung mit verschiedenen Alkylbromiden bzw. durch Co-Umsetzung mit Alkylamiden (A-Serie) sowie durch Ionenaustausch das Eigenschaftsniveau in weitem Maße variiert und dem entsprechenden Anwendungsfall angepasst werden kann. Insbesondere konnten durch Teilumsetzung Proben erhalten werden, welche reaktive Gruppen besitzen, die für die kovalente Bindung mit BIIR geeignet waren. Bei einer weiteren Serie (C-Serie) erfolgte die Synthese über eine Stufenwachstumsreaktion eines AB Monomers. Hierbei stand im Mittelpunkt inwieweit ein gerichteter Kettenaufbau erfolgt. Das war insofern wichtig, da diese Monomere für die einseitige Pfropfung mit BIIR vorgesehen waren, bei der eine kovalente Vernetzung vermieden wird. Durch MALDI-TOF-Untersuchungen konnte dieser gerichtete Kettenaufbau nachgewiesen werden. Die mechanischen Eigenschaften der nach den drei Konzepten hergestellten Blends wurden mit DMA-Untersuchungen und Zug-Dehnungsexperimenten ermittelt. Vergleichend wurde ein konventionell mit Schwefel vernetzter BIIR herangezogen. Besonders gute mechanische Eigenschaften wurden mit den Blends nach Konzept 2 und 3 erreicht, welche vergleichbar und teils deutlich besser waren als der schwefelvernetzte BIIR. Nach diesen beiden Konzepten erfolgte die Vernetzung ausschließlich über die Bildung ionischer Cluster. Diese reversiblen Bindungen sorgen für eine starke Vernetzung des BIIR die vergleichbar bzw. stärker ist als die kovalenten Bindungen mit Schwefel. Eher schlechte mechanische Eigenschaften konnten für die Blends nach Konzept 1 beobachtet werden. Die kovalenten Verknüpfungen über die PIF sorgen für eine relativ lose und weitmaschige Vernetzung des BIIR. Die ermittelten Vernetzungsdichten sind deutlich niedriger im Vergleich zum schwefelvernetzten BIIR. Die zusätzlichen reversiblen Vernetzungspunkte durch die ionische Clusterbildung wirken sich aufgrund der eingeschränkten Mobilität schwächer aus als in den anderen Konzepten. Neben den hergestellten Blends wurden auch die ionisch modifizierten BIIR-Proben separat untersucht. Diese zeigten besonders bei der Verwendung von kurzkettigen Alkylimidazolen herausragende mechanische Eigenschaften. Die Ursache dafür liegt vermutlich in der Bildung von stärkeren und kompakteren ionischen Clustern. Für die Testung der Selbstheilungseigenschaften wurden an zerschnittenen und geheilten Probekörper Zugversuche durchgeführt und mit den Werten der unbehandelten Probekörper verglichen. Um eine reproduzierbare Probenvorbereitung zu gewährleisten, wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Schneidevorrichtung entwickelt, in der die Heilungsversuche unter gleichen Bedingungen durchgeführt werden konnten. Gute Selbstheilungseigenschaften konnten für die Blends nach Konzept 3 beobachtet werden. Die vorherige Modifizierung des BIIR mit längeren Alkylimidazolen wirkte sich dabei besonders vorteilhaft auf die Heilung der Proben aus. Ebenfalls sehr gute Heilungsraten konnten für die Blends nach Konzept 1 ermittelt werden. Jedoch zeigt diese Art der Modifizierung aufgrund der geringen mechanischen Stabilität das geringste Potential für mögliche industrielle Anwendungen. Für die Blends nach Konzept 2 wurden eher schlechte Heilungsraten ermittelt. Die ausschließlich ionisch modifizierten Proben zeigten die mit Abstand beste Selbstheilung, wobei die Verwendung von langkettigen Alkylimidazolen für die Heilung vorteilhaft ist. Im Vergleich mit aus der Literatur bekannten elastomeren Materialien konnten deutlich bessere Bruchspannungen für geheilte und unbehandelte Probekörper erreicht werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass über die ionische Modifizierung von BIIR nach den drei vorgestellten Konzepten Materialien mit sehr guten mechanischen Eigenschaften und herausragender Selbstheilung hergestellt werden konnten. Es zeigte sich, dass diese Eigenschaften eng mit der Mobilität der für die reversible Vernetzung verantwortlichen ionischen Gruppen verknüpft sind. Der Vergleich mit einem konventionell schwefelvernetzten BIIR zeigte, dass die physikalische Vernetzung über die Bildung von ionischen Clustern (Konzept 2 und 3) vergleichbar bzw. stärker ist. Weiterhin sind diese Materialien rezyklierbar, da bei höheren Temperaturen ein Schmelzen durch Auflösen der ionischen Cluster zu erwarten ist. Diese Verbesserungen gegenüber dem schwefelvernetzten BIIR zeigen deutlich das Potential dieser Materialen für mögliche Anwendungen in der Industrie.

This diploma thesis is focused on the study of electric and dielectric properties of transistors based on ionic liquids. The measurements were performed on organic electrochemical transistors with a semiconducting channel made of PEDOT:PSS, which were firstly prepared on ITO substrates, later they were printed using 3D print. Ionic liquid NO4 (1-butyl-3-methylimidazolium hydrogensulfate) was used for measuring of the properties. Electrical properties were determined by measuring volt-ampere characteristics, dielectric properties were measured by impedance spectroscopy.

This graduate thesis is focused on measuring the electrical conductivity of the gel polymeric electrolytes, their preparation and deals with the changes of the performance ratio of the individual substances in gel electrolyte The theoretical part deals with electrochemistry, gel electrolytes, the conductivity of electrolytes, gel electrolytes preparation, methods used to evaluate the measured results and on the properties of the ionic liquids. In the practical part is summarized the process of preparing gel electrolytes, the chemicals to prepare the gels with ionic liquids. The results are evaluated by using impedance technique and linear voltammetry, there are calculated the values of the electrical conductivity of the electrolyte and potential windows.

To meet the continuously rising demand for natural resources and high-value compounds, the development of new and more efficient separation technologies is important from both an economic and environmental point of view. Moreover, the detailed knowledge of adsorption phenomena can be beneficial for the development of task-specific adsorbents for gas separation processes. However, new or supplementary measurement techniques are needed to broaden the understanding of the underlying molecular mechanisms and to characterize promising materials with a fast and reliable method. Raman spectroscopy holds the potential to advance the state-of-the-art in thermophysical property research for CCS technologies in multiple ways. It can not only be utilized for fundamental research on adsorption on quasi non-porous materials due to the possibility to monitor the composition of fluid mixtures but also for the characterization of newly developed porous adsorbents. In this context, Raman spectroscopy was explored in this work to characterize the sorption capacity of translucent porous materials and to investigate the underlying mechanisms that govern sorption processes.:1 Introduction 2 Motivation 3 Experimental Background 4 Adsorption on Quasi Non-Porous Materials 5 Adsorption on Translucent Porous Materials 6 Gas Solubility in Liquids 7 Conclusion and Outlook 8 References Appendix: A Determined Peak Intensities for Adsorption Measurements B Determined Peak Intensities for Solubility Measurements C Results for Absorption Measurements D Results for Solubility Measurements E Propagation of Error / Um den ständig steigenden Bedarf an natürlichen Ressourcen und hochwertigen Verbindungen zu decken, ist die Entwicklung neuer und effizienterer Trenntechnologien sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus ökologischer Sicht wichtig. Darüber hinaus kann die detaillierte Kenntnis von Adsorptionsphänomenen für die Entwicklung aufgabenspezifischer Adsorbentien für Gastrennverfahren von Nutzen sein. Es werden jedoch neue oder ergänzende Messverfahren benötigt, um das Verständnis der zugrunde liegenden molekularen Mechanismen zu erweitern und vielversprechende Materialien mit einer schnellen und zuverlässigen Methode zu charakterisieren. Die Raman Spektroskopie hat das Potenzial, den aktuellen Stand der Technik bei der Erforschung thermophysikalischer Eigenschaften für CCS-Technologien in mehrfacher Hinsicht zu verbessern. Sie kann nicht nur für die Grundlagenforschung zur Adsorption an quasi nicht-porösen Materialien genutzt werden, da mit ihr Zusammensetzung von Fluidgemischen bestimmt werden kann, sondern auch für die Charakterisierung neu entwickelter poröser Adsorptionsmittel. In diesem Kontext wurde die Raman-Spektroskopie in dieser Arbeit eingesetzt, um die Sorptionskapazität von transluzenten porösen Materialien zu charakterisieren und die zugrundeliegenden Mechanismen zu untersuchen, welche die Sorptionsprozesse steuern.:1 Introduction 2 Motivation 3 Experimental Background 4 Adsorption on Quasi Non-Porous Materials 5 Adsorption on Translucent Porous Materials 6 Gas Solubility in Liquids 7 Conclusion and Outlook 8 References Appendix: A Determined Peak Intensities for Adsorption Measurements B Determined Peak Intensities for Solubility Measurements C Results for Absorption Measurements D Results for Solubility Measurements E Propagation of Error

The thesis is focused on the electrodeposition of tantalum from ionic solution 1-butyl-1- methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide, ([BMP]Tf2N) at 200°C and description of related transfer and kinetic phenomena on the interface between the ionic solution and working electrode. Furthermore, the electrodeposition of tantalum layers in different ionic solutions containing tantalum salts and especially in ([BMP]Tf2N) is introduced. In the last part of the thesis, results of cyclic voltammetry, surface analysis SEM and elemental analysis EDX are discussed. MIS (metal-insulator-semiconductor) structure was determined comprising porous anodic alumina as the insulator and semiconductive TaxOy on the top of the insulator. The electric conductivity of the MIS structures was studied by using amper-volt IV and CV characteristics. The results of the cyclic voltametry, impedance spectroscopy and chronoamperometry are discussed.

Au cours des dernières décennies, les technologies membranaires ont largement contribué à l’amélioration des procédés de séparation à l’échelle industrielle grâce à de nombreux avantages, tels que la sélectivité de la séparation élevée, la possibilité de travailler avec des composés thermolabiles et la faible demande en énergie, ainsi que la possibilité de combiner les technologies membranaires avec d'autres procédés de séparation. Le procédé de pervaporation est une technique de séparation membranaire importante utilisée pour séparer les mélanges liquides binaires ou multicomposants, y compris les solvants à point d’ébullition proche, les mélanges azéotropes et les isomères. Il s’agit du transfert sélectif de matière à travers une membrane dense. Au cours de cette opération, le perméat sous forme vapeur est condensé sur une paroi froide, mais, contrairement à la distillation, seule une faible partie de la charge subit ce changement d’état. Les membranes utilisées dans la pervaporation doivent posséder une forte sélectivité, une stabilité chimique et une résistance mécanique à haute température élevées. La sélectivité et les propriétés de transport de la membrane déterminent l'efficacité globale du processus de séparation. La caractérisation approfondie des membranes est cruciale pour bien comprendre l’influence de la structure de la membrane et des conditions de préparation de la membrane sur les caractéristiques d’équilibre, de séparation et de transport des membranes étudiées, en vue de développer de nouveaux matériaux polymères efficaces. Les nombreuses recherches ont également été menées sur le développement des membranes avec de liquides ioniques (LIs) afin de personnaliser les propriétés de séparation des membranes utilisées dans la séparation des liquides par pervaporation, la séparation des gaz et la séparation des ions métalliques ainsi que les membranes conductrices dans les piles à combustible. Les LIs sont caractérisés par une bonne stabilité thermique, une conductivité ionique élevée, une pression de vapeur négligeable et un point de fusion assez bas. En raison de leurs nombreuses propriétés uniques, les membranes polymères contenant des LIs possèdent une large gamme d'avantages, comme de meilleures propriétés de séparation que les membranes polymères classiques. Ce fait est lié à une diffusion moléculaire beaucoup plus élevée dans un liquide ionique que dans des polymères. Par conséquent, l'utilisation de membranes à base de polymères et LIs dans les processus de séparation permettrait une sélectivité de séparation élevée et des flux plus importants. La structure et les propriétés physicochimiques des LIs peuvent être ciblées en fonction de l’application afin d'obtenir un matériau polymère approprié. En revanche, même si l’application de membranes hybrides à base de polymères et LIs suscite un intérêt croissant, leur utilisation dans les procédés de séparation reste limitée en raison des pertes de LI non lié. Cette thèse de doctorat en co-tutelle est réalisée entre la Faculté de Chimie de l'Université Nicolaus Copernicus (NCU) à Toruń (Pologne) et le Laboratoire Polymères, Biopolymères, Surfaces UMR 6270 CNRS de l’Université de Rouen Normandie (France). L’objectif principal de la thèse est d’élaborer de nouvelles membranes denses à base de poly (alcool vinylique) (PVA) et d’acétate-propionate de cellulose (CAP) et de divers LIs réactifs et polymérisables ceci afin d’obtenir un système polymère-liquide ionique dans lequel le LI est stabilisé par liaison covalente avec les chaînes macromoléculaires du polymère. L'étude des propriétés physicochimiques et d'équilibre des membranes a été effectuée ainsi que l’analyse de leurs propriétés de transport. De plus, les membranes sélectionnées ont été testées dans un processus de pervaporation en contact avec le mélange eau-propane-2-ol. / In the last decades, membrane separation has played an important role in many industrial processes thanks to its versatility, low energy consumption, high performances of membranes, as well as a possibility of combining membrane technologies with other separation processes. Membrane technologies gave a great contribution to the improvement of separation processes in the industrial scale thanks to a number of advantages, such as the high selectivity of the separation, the opportunity to work with thermolabile compounds, and low energy demand. Pervaporation process is an important membrane separation technique used to separate binary or multicomponent liquid mixtures including close boiling solvents, azeotrope mixtures, and isomers. During pervaporation, feed components are in the direct contact with one side of the lyophilic membrane, while the selected components are preferentially transported across the membrane to the permeate side. Membranes used in pervaporation must be characterized by high selectivity, chemical stability, and mechanical strength at high temperatures. Selectivity and transport properties of the membrane determine the overall efficiency of the separation process. The comprehensive characterization of membranes is the crucial approach and can lead to broaden the knowledge about the influence of the membrane structure and membrane preparation conditions on the equilibrium, separation, and transport characteristics of the studied membranes, in order to develop new polymer materials with the expected efficiency of the separation process. Research has been also focused on the development of the membranes filled with ILs in order to tailor the separation properties of the developed membranes used in liquid separation by pervaporation, gas separation, and separation of metal ions as well as the conducting barriers in fuel cells. ILs are characterized by good thermal stability, high ionic conductivity, negligible vapor pressure, and low melting point. Due to their numerous unique properties, polymer membranes containing ILs (polymer-ILs) possess wide range of advantages, like better separation properties than the classical polymer membranes. This fact is related with much higher molecular diffusion in ionic liquid than in polymers. Therefore, the use of polymer-ILs in separation processes would result in superior separation behavior and higher fluxes. Morphology and physicochemical properties of ILs can be “tailored” depending on the separated system in order to obtain a suitable polymer material for a given separation process without preparation of a chemically new membrane. Even though there is a growing interest in the application of polymer membranes filled with ILs, the polymer-ILs based separation processes are limited due to the losses of the unbound ionic liquid in the course of the exploitation. The PhD is realized in the frame of "co-tutelle" system between the Faculty of Chemistry at the Nicolaus Copernicus University (NCU) in Toruń, Poland (Membranes and Membrane Separation Processes Research Group) and the University of Rouen Normandy, France (Barrier Polymer Materials and Membranes (MPBM) Research Group of the Laboratory of Polymers, Biopolymers, Surfaces (PBS)). The main aim of the present PhD thesis is to elaborate novel dense membranes based on poly(vinyl alcohol) (PVA) and cellulose acetate propionate (CAP) filled with various reactive and polymerizable ILs in order to obtain the polymer-ionic liquid system in which ionic liquids are linked inside the polymer structure. The investigation of physicochemical characteristics and study of the equilibrium, barrier, and transport properties of the obtained membranes was carried out. Furthermore, the selected membranes were tested in pervaporation process in contact with water-propan-2-ol mixture, water and gas permeation measurements.

Ce travail de thèse porte, dans un premier temps, sur le développement d'une nouvelle synthèse de liquides ioniques chiraux réversibles, en système mono-composant, à partir d'aminoacides naturels. La réversibilité a été démontrée par RMN, par analyse thermogravimétrique et par calorimétrie différentielle à balayage. Ces composés ont été testés comme catalyseurs organiques dans la réaction d’addition de Michael asymétrique. Des rendements modérés ont été obtenus. Les silylamines chirales, précurseurs des liquides ioniques chiraux réversibles, ont été évaluées dans la synthèse de Warfarine via une addition de Michael asymétrique. De bons rendements ont été obtenus. Toutefois, ces catalyseurs n'ont permis de conduire qu'à de faibles énantiosélectivités. L'utilisation de liquides ioniques réversibles comme groupements protecteurs temporaires en glycochimie, pour la synthèse de disaccharides, a été mise en œuvre. Dans un second temps, de nouveaux sels d'imidazolinium chiraux précurseurs de NHCs ont été synthétisés, à partir de l'acide (S)-pyroglutamique en vue de leur application dans la réaction d'addition conjuguée de cétones α, β-insaturées catalysée au cuivre avec des réactifs de Grignard. Les excès énantiomériques sont modestes mais de bons résultats en termes d’activité catalytique et de régiosélectivité ont été obtenus. / At first, this work deals with the synthesis of a novel class of single-component reversible chiral ionic liquids derived from natural aminoacids. Reversibility was demonstrated by NMR, thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. These compounds were tested as organocatalysts in an asymmetric Michael addition leading to the formation of expected product in moderate yields. Chiral silylamines, precursors to reversible ionic liquids were also evaluated in the synthesis of Warfarin through an asymmetric Michael addition. Good yields were obtained. However, these catalysts have resulted in only low enantioselectivity. Moreover, the use of reversible ionic liquid as a temporary protecting group in glycochemistry, for the synthesis of disaccharides was also implemented. Secondly, some new chiral imidazolinium salts, precursors to NHCs, were synthesized from (S)-pyroglutamic acid, for copper-catalyzed conjugate addition of Grignard reagents to α,β-unsaturated ketones applications. The results have shown moderate enantioselectivity with very good catalytic activity and excellent regioselectivity.

Elastomere werden während ihrer Lebensdauer meist mechanisch und thermisch besonders stark beansprucht. Dadurch sind sie einem hohen Verschleiß und einer Abnutzung ausgesetzt, die zum Versagen des Materials führen. Dabei können schwerwiegende Folgen für Maschine und Mensch entstehen. Eine elegante Möglichkeit diesen Erscheinungen entgegenzuwirken bietet die Entwicklung von selbstheilenden Materialien. Durch reversible Vernetzungen können Mikro- und Makrorisse verschlossen und die Lebensdauer von elastomeren Werkstoffen erheblich gesteigert werden. Eine mögliche reversible Vernetzung ist die Bildung ionischer Cluster. Die in den letzten Jahren mehr und mehr in den Fokus gerückten polyionischen Flüssigkeiten (PIF) bieten, aufgrund ihres hohen Anteils an ionischen Gruppen (meist in jeder Wiederholeinheit), eine gute Voraussetzung für eine ionische Modifizierung von Elastomeren. Ziel dieser Arbeit war es in kommerziell erhältlichem Brombutylkautschuk (BIIR) durch Modifizierung mit polyionischen Flüssigkeiten (PIF) selbstheilende Eigenschaften hervorzurufen. Dabei sollte die Reversibilität der ionischen Clusterbildung ausgenutzt werden. Aufgrund des zu erwartenden großen Einflusses der Beweglichkeit der ionischen Komponente wurden drei unterschiedliche Konzepte verfolgt, bei denen die Mobilität der PIF-Phase durch Reaktionen mit der BIIR-Matrix im unterschiedlichen Maße eingeschränkt wurde. Zum einen wurde der BIIR reaktiv mit PIF geblendet, sodass sowohl kovalente als auch nichtkovalente Vernetzungen erfolgten (Konzept 1). Nach diesem Konzept ist die Mobilität der ionischen Gruppen stark begrenzt. In einem weiteren Konzept erfolgte eine einseitige Pfropfung von PIF an den BIIR (Konzept 2). Dadurch wurde eine kovalente Vernetzung vermieden und die Beweglichkeit der PIF nur leicht eingeschränkt. Weiterhin erfolgte nach Konzept 3 ein nichtreaktives Blenden mit PIF, wodurch die freie Beweglichkeit der PIF-Phase gewährleistet war. Dafür war vorgesehen den BIIR zunächst mit niedermolekularen Alkylimidazolen ionisch zu modifiziert. Dadurch sollten alle reaktiven Stellen im BIIR blockiert und die Kompatibilität mit der PIF erhöht werden. Als Blendkomonenten wurden drei unterschiedliche PIF synthetisiert. Neue PIF (A Serie) konnten über polymeranaloge Umsetzungen von Poly(butadien-co-maleinsäureanhydrid) hergestellt werden. Hierzu wurden zunächst die Anhydridgruppen des Polymers mit 1,(3 Aminopropyl)imidazol und dann in einem zweiten Schritt mit Alkylbromid umgesetzt. In einer weiteren Serie (B-Serie) wurde Polyvinylimidazol mit Alkylbromid umgesetzt. Beide Synthesemethoden haben den Vorteil, dass durch variable Umsetzung mit verschiedenen Alkylbromiden bzw. durch Co-Umsetzung mit Alkylamiden (A-Serie) sowie durch Ionenaustausch das Eigenschaftsniveau in weitem Maße variiert und dem entsprechenden Anwendungsfall angepasst werden kann. Insbesondere konnten durch Teilumsetzung Proben erhalten werden, welche reaktive Gruppen besitzen, die für die kovalente Bindung mit BIIR geeignet waren. Bei einer weiteren Serie (C-Serie) erfolgte die Synthese über eine Stufenwachstumsreaktion eines AB Monomers. Hierbei stand im Mittelpunkt inwieweit ein gerichteter Kettenaufbau erfolgt. Das war insofern wichtig, da diese Monomere für die einseitige Pfropfung mit BIIR vorgesehen waren, bei der eine kovalente Vernetzung vermieden wird. Durch MALDI-TOF-Untersuchungen konnte dieser gerichtete Kettenaufbau nachgewiesen werden. Die mechanischen Eigenschaften der nach den drei Konzepten hergestellten Blends wurden mit DMA-Untersuchungen und Zug-Dehnungsexperimenten ermittelt. Vergleichend wurde ein konventionell mit Schwefel vernetzter BIIR herangezogen. Besonders gute mechanische Eigenschaften wurden mit den Blends nach Konzept 2 und 3 erreicht, welche vergleichbar und teils deutlich besser waren als der schwefelvernetzte BIIR. Nach diesen beiden Konzepten erfolgte die Vernetzung ausschließlich über die Bildung ionischer Cluster. Diese reversiblen Bindungen sorgen für eine starke Vernetzung des BIIR die vergleichbar bzw. stärker ist als die kovalenten Bindungen mit Schwefel. Eher schlechte mechanische Eigenschaften konnten für die Blends nach Konzept 1 beobachtet werden. Die kovalenten Verknüpfungen über die PIF sorgen für eine relativ lose und weitmaschige Vernetzung des BIIR. Die ermittelten Vernetzungsdichten sind deutlich niedriger im Vergleich zum schwefelvernetzten BIIR. Die zusätzlichen reversiblen Vernetzungspunkte durch die ionische Clusterbildung wirken sich aufgrund der eingeschränkten Mobilität schwächer aus als in den anderen Konzepten. Neben den hergestellten Blends wurden auch die ionisch modifizierten BIIR-Proben separat untersucht. Diese zeigten besonders bei der Verwendung von kurzkettigen Alkylimidazolen herausragende mechanische Eigenschaften. Die Ursache dafür liegt vermutlich in der Bildung von stärkeren und kompakteren ionischen Clustern. Für die Testung der Selbstheilungseigenschaften wurden an zerschnittenen und geheilten Probekörper Zugversuche durchgeführt und mit den Werten der unbehandelten Probekörper verglichen. Um eine reproduzierbare Probenvorbereitung zu gewährleisten, wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Schneidevorrichtung entwickelt, in der die Heilungsversuche unter gleichen Bedingungen durchgeführt werden konnten. Gute Selbstheilungseigenschaften konnten für die Blends nach Konzept 3 beobachtet werden. Die vorherige Modifizierung des BIIR mit längeren Alkylimidazolen wirkte sich dabei besonders vorteilhaft auf die Heilung der Proben aus. Ebenfalls sehr gute Heilungsraten konnten für die Blends nach Konzept 1 ermittelt werden. Jedoch zeigt diese Art der Modifizierung aufgrund der geringen mechanischen Stabilität das geringste Potential für mögliche industrielle Anwendungen. Für die Blends nach Konzept 2 wurden eher schlechte Heilungsraten ermittelt. Die ausschließlich ionisch modifizierten Proben zeigten die mit Abstand beste Selbstheilung, wobei die Verwendung von langkettigen Alkylimidazolen für die Heilung vorteilhaft ist. Im Vergleich mit aus der Literatur bekannten elastomeren Materialien konnten deutlich bessere Bruchspannungen für geheilte und unbehandelte Probekörper erreicht werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass über die ionische Modifizierung von BIIR nach den drei vorgestellten Konzepten Materialien mit sehr guten mechanischen Eigenschaften und herausragender Selbstheilung hergestellt werden konnten. Es zeigte sich, dass diese Eigenschaften eng mit der Mobilität der für die reversible Vernetzung verantwortlichen ionischen Gruppen verknüpft sind. Der Vergleich mit einem konventionell schwefelvernetzten BIIR zeigte, dass die physikalische Vernetzung über die Bildung von ionischen Clustern (Konzept 2 und 3) vergleichbar bzw. stärker ist. Weiterhin sind diese Materialien rezyklierbar, da bei höheren Temperaturen ein Schmelzen durch Auflösen der ionischen Cluster zu erwarten ist. Diese Verbesserungen gegenüber dem schwefelvernetzten BIIR zeigen deutlich das Potential dieser Materialen für mögliche Anwendungen in der Industrie.