Mesoporous silicates are excellent materials for supported catalysis due to their ease of functionalization, tunable pore size and high surface areas. Mesoporous silicates have been utilized in a variety of applications such as drug delivery scaffolds and catalyst supports. Functionalization of the surface can be achieved by either grafting of alkoxy silanes or co-condensation of the organosilane with the inorganic silica source. My research in this area can be divided into two components. In the first, we address the significant issue of metal contamination after reactions that are catalyzed by transition metals. In the second, we examine the design of new catalysts based on organic/inorganic composites. Ruthenium catalyzed processes such as olefin metathesis or asymmetric hydrogenation, are often underutilized due to the difficulty of removing the ruthenium by-products. Attempts to remove ruthenium involve treating the solution with a scavenging reagent followed by silica chromatography. Often these scavenging agents are expensive phosphines or toxic agents like lead tetra-acetate. SBA-15 functionalized with aminopropyl triethoxysilane displays a high affinity for ruthenium. Furthermore, it can be utilized to remove ruthenium by-products from olefin metathesis or hydrogenation reactions without the need for silica chromatography. We have also prepared sulfur-functionalized mesoporous silicates that have a high affinity for palladium. The materials after loading prove to be active catalysts for a variety of palladium catalyzed processes such as Suzuki-Miyaura and Sonogashira couplings. The catalysts are recyclable with moderate loss of activity and structure, depending on the method of incorporation of the thiol. We have characterized the as-synthesized and used catalysts by nitrogen sorption, TEM, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and a variety of homogeneity tests were performed on the catalysts. Periodic mesoporous organosilicates (PMOs) are a well known class of inorganic-organic hybrid materials. The majority of PMOs prepared utilize simple organic bridges such as ethyl, phenyl or biphenyl. The use of a chiral organic bridging group, such as BINAP, allows the synthesis of chiral PMOs with possible applications in catalysis and separation science. The synthesis of a triethoxysilyl functionalized BINAP as well as its incorporation into PMO materials with 4,4’-bistriethoxysilyl biphenyl or tetraethylorthosilicate as co-silica sources are described. / Thesis (Ph.D, Chemistry) -- Queen's University, 2009-04-20 10:49:13.443

Les matériaux poreux basés sur les polymères font l’objet de recherches nombreuses et variées depuis leur découvertes et jusqu’à aujourd’hui encore. Leurs propriétés uniques et remarquables, comme par exemple une fonctionnalisation aisée ou une large gamme de porosité accessibles, couplées à leur faible coût de production les rendent attrayant pour de nombreuses applications. Parmi elles, la catalyse supportée est en plein essor, spécialement depuis l’avènement des nanoparticules. Durant ce travail de thèse, nous avons développé différents matériaux polymères pouvant servir de support, se focalisant majoritairement sur trois types de matériaux : des matériaux polymères massiques, des matrices polymères poreuses en capillaire ainsi que des polystyrènes poreux provenant de la dégradation sélective de copolymères diblocs.Dans un premier temps, différentes stratégies ont été employées pour l’immobilisation et la génération de nanoparticules sur les matériaux massiques. L’un a consisté en la synthèse d’un monomère contenant un pont disulfure qui, après réduction, a permis la libération de groupement thiol permettant l’accrochage de nanoparticules d’or. La seconde a consisté à réduire de manière originale les nanoparticules en utilisant un gaz, l’hydrogène. Dans un seconde partie, la synthèse de différentes matrices polymères dans des capillaires a été réalisée. Tout d’abord, une matrice déjà connue de la littérature à base de N-acryloxysuccinimide a été utilisée, après modification via thiol-ène et substitution nucléophile par différentes amines, pour immobiliser des nanoparticules de cuivre ainsi que d’or, respectivement. D’autre part, une nouvelle matrice à partir de carbonate cyclique aura, elle, été utilisée après modification, pour l’immobilisation de nanoparticules de platine. Enfin à partir de copolymères diblocs possédant différentes jonctions entre chaque bloc (un pont disulfure ainsi qu’un acétal), différents polystyrènes poreux ont été obtenus. Les copolymères possédant une jonction acétal à lui été utilisé pour l’immobilisation de nanoparticules d’or, permettant la mise en place des réactions de réduction de nitro, d’homocouplage boronique ainsi que de la mise en cascade de ces deux réactions / Porous materials based on polymers have been the subject of intense and various researches since their discovery until now. Their unique and remarkable properties, like their easy functionalization or their large porosity range reachable for instance, coupled with their low production cost makes them attractive for numerous applications. Among them, supported catalysis is booming, especially since the rising of nanoparticles. During this Ph.D. contribution, we have developed different polymeric materials, which could be used as support, focusing mainly onto three types: bulky materials, porous polymeric matrixes into capillaries and porous polystyrene arising from the selective degradation of diblocks copolymers.Firstly, different strategies have been employed for the immobilization and the generation of nanoparticles onto bulk materials. On the one hand, the synthesis of a monomer, bearing a disulphide bridge which can, after a reduction step, free a thiol moiety allowing us to anchor gold nanoparticles. On the other hand, a new route to reduce nanoparticle has been employed using gaseous hydrogen. In another part, the syntheses of different polymeric matrixes into capillaries have been made. First, we used an already known matrix, based on N-acryloxysuccinimide -after modification step via thiol-ene reaction and nucleophilic substitution by amines- to anchor copper or gold nanoparticles, respectively. Also, a new matrix based on cyclic carbonates has been used, after modification, to immobilized platinum nanoparticles. Finally, starting from diblocks copolymers possessing different junctions between both blocks (disulphide bridge or acetal), porous polystyrenes have been obtained. The copolymers bearing an acetal have been implemented to immobilized gold nanoparticles, catalysing several reactions like nitro reduction, boronic homocoupling as well as the cascade reaction of both

La récupération et le recyclage des catalyseurs représentent un véritable challenge économique, sanitaire et environnemental. Depuis quelques années, l’utilisation des nanoparticules magnétiques comme support de catalyseurs a émergé comme une voie alternative pour leur recyclage. En effet, les catalyseurs supportés sur des nanoparticules magnétiques peuvent être facilement isolés et recyclés par décantation magnétique avec un simple aimant. Dans ce travail, nous décrivons la synthèse de métallodendrons porteurs de site catalytiques diphosphinopalladium et leur greffage sur des nanoparticules magnétiques cœur-écorce. L’intérêt majeur de ce travail a été de montrer la grande efficacité du recyclage des catalyseurs notamment en milieu aqueux. L’utilisation judicieuse des structures dendritiques a permis d’augmenter la fonctionnalisation de la surface des MNPs. Ceci nous a permis de préparer des catalyseurs supportés très performants dans des réactions de couplage de Suzuki et de Sonogashira / The recovery and recycling of catalysts represent a real challenge for economic, health and environmental reasons. Since few years, the use of magnetic nanoparticles as catalysts supports has emerged as an alternative for their recovery. Indeed, magnetic nanoparticles-supported catalysts could be easily isolated and recycled from the reaction medium by magnetization with a simple magnet. In this work, we report the synthesis of metallodendrons bearing pallado phosphine catalysts and their grafting onto core-shell magnetic nanoparticles. The main interest of this work was to demonstrate the efficiency of the recycling especially in aqueous media. Judicious use of dendritic structures has increased the surface functionalization of nanoparticles. Therefore, it was possible to prepare highly performant catalysts for Suzuki and Sonogashira cross-coupling reactions.

Ce travail décrit la synthèse d'une série de matériaux à base de biomasse d'alginate et d'algues; ces matériaux ont été conçus sous différentes formes: billes et mousses. Des procédés spécifiques ont été mis au point pour l’utilisation directe de la biomasse algale (AB, sans ajout d’autres polymères) avec le souci de développer un processus de synthèse simple et respectueux de l’environnement (production réduite de sous-produits et sans additif supplémentaire). Ces matériaux ont été testés pour la décontamination d’effluents contenant des métaux lourds (Pb(II) et Cu(II)), mais également pour la valorisation des métaux (métaux du groupe platine, PGM: Pd(II) et Pt(IV)). Différents paramètres opératoires ont été testés afin d'évaluer les capacités de sorption et les étapes limitantes, mais également d'identifier des stratégies d’amélioration des performances d’adsorption. L’incorporation de poly(éthylèneimine) (PEI) est une méthode prometteuse pour augmenter la densité de groupes réactifs (fonctions amines). Différents procédés ont été testés: (a) l'incorporation de particules de PEI réticulées avec du glutaraldéhyde (billes hétérogènes: ABA/PEI), et (b) le greffage homogène de PEI sur de l'alginate (suivi de la réticulation par le glutaraldéhyde) (billes homogènes HABA/PEI). La spectroscopie FTIR et l'analyse MEB& MEB-EDX ont été utilisées pour interpréter les mécanismes de fixation ainsi que pour caractériser la structure des matériaux. Dans une deuxième étape, les matériaux sélectionnés ont été testés pour la catalyse supportée en utilisant la réaction d'hydrogénation du 3–nitrophénol (3-NP). Les résultats sont structurés en 3 parties développées successivement: (a) synthèse des billes d’alginate, AB et AB/PEI et étude de l’adsorption de métaux lourds et de PGMs, (b) comparaison des propriétés d’adsorption du Pd(II) par les billes composites AB/PEI préparées par les voies homogène et hétérogène (et leur application aux tests en catalyse supportée), et (c) la synthèse de mousses poreuses (préparées par réaction entre l’alginate et la PEI) appliquées à l’adsorption du Pd(II) et à la catalyse supportée en réacteur à lit fixe.Si la PEI a un effet limité sur la fixation des métaux lourds (interaction avec les groupes carboxyliques de la biomasse d'alginate ou d'algues), sa présence améliore l’adsorption des métaux dans le cas des PGMs (les groupes amine protonés ont une forte affinité pour les espèces chloro-anioniques du Pd(II)) en particulier pour les billes d'alginate et AB. Tous les adsorbants ont une préférence pour le Pb(II) par rapport au Cu(II) et pour le Pd(II) par rapport au Pt(IV); la présence de PEI limite la sélectivité du matériau pour le Pb(II) et le Pd(II). La capacité de fixation et la stabilité des billes composites d'alginate/PEI ont été améliorées en utilisant le mode de synthèse homogène (la PEI étant dispersée de manière homogène dans la bille avant la réticulation par le glutaraldéhyde). Les deux supports (billes hétérogènes ou homogènes) chargés en Pd(II) (ensuite réduit) ont permis des performances catalytiques comparables bien qu’inférieures à celles des catalyseurs classiques, mais le mode homogène améliore la stabilité à long terme du matériau. Le conditionnement du support catalytique sous forme de mousse a permis de tester la réaction catalytique dans un système à lit fixe : le conditionnement sous forme de mousse améliore les propriétés de transfert de masse par rapport aux billes et la constante de vitesse apparente n'est que légèrement réduite après 30 cycles de fonctionnement. / This work describes the synthesis of a series of materials based on alginate and algal biomass (AB); these materials have been designed under different shapes: beads and foams. Special processes have been developed for directly using the algal biomass (without adding other polymers) with the double objective of simple processing and environmentally-friendly manufacturing (reduced production of sub-products and without additional resources). These materials have been tested first for metal recovery for heavy metal decontamination (Pb(II) and Cu(II)) but also for the valorization of metals (platinum groups metals, PGMs: Pd(II) and Pt(IV)). These studies were performed investigating various operating conditions in order to evaluate sorption capacities and limiting steps but also to identify the processes to be used for improving sorption performance. The incorporation of poly(ethyleneimine), PEI, is a promising method for increasing the density of highly reactive groups (amine functions). Different processes have been tested: (a) the incorporation of particles of PEI crosslinked with glutaraldehyde (heterogeneous beads: ABA/PEI), and (b) the homogeneous grafting of PEI on alginate (followed by glutaraldehyde crosslinking) (HABA/PEI beads). Several techniques have been used for characterizing the sorption process and the structure of developed sorbents, including FTIR spectroscopy, SEM & SEM-EDX analysis. In a second step selected materials have been tested for supported catalysis using the simple reaction of hydrogenation of 3–nitrophenol (3-NP) as a test reaction. The results are structured in 3 parts successively developed: (a) synthesis of alginate, AB and AB/PEI beads and testing for sorption heavy metals and PGMs, (b) comparison of Pd(II) sorption properties of AB/PEI composite beads prepared by the homogeneous and the heterogeneous routes (and their application to supported catalytic tests), and (c) synthesis of highly porous foams (prepared by reaction of alginate with PEI) and the testing of Pd(II) sorption and Pd-supported catalysis (in fixed-bed reactor). While PEI hardly affects the sorption of heavy metals (due to direct interaction with carboxylic groups of alginate or algal biomass), the presence of PEI strongly improves metal binding in the case of PGMs (the protonated amine groups strongly bind chloro-anionic PGM species). All the sorbents have a preference for Pb(II) over Cu(II) and for Pd(II) over Pt(IV), especially for alginate and AB beads because the presence of PEI limits the selectivity of the material for Pb(II) and Pd(II). Both the sorption capacity and the stability of composite alginate/PEI beads were improved while using the homogeneous synthesis mode (the PEI polymer being homogeneously dispersed in the bead before glutaraldehyde crosslinking). The two supports (heterogeneous vs. homogeneous beads) loaded with Pd(II) and subsequently reduced gave comparable catalytic performance (lower than conventional catalysts) but the homogeneous mode improves the long-term stability. The conditioning of the catalytic support as a foam allows testing the catalytic reaction in fixed-bed system: the conditioning improves mass transfer properties compared to beads and the apparent rate constant is only slightly reduced after operating 30 cycles.

Cette thèse s'intéresse à la préparation de silices hybrides organique/inorganiques à base de fragments alcaloïdes cinchona, et à une nouvelle méthode de synthèse de précurseurs silylés hydrolysables via une réaction ‘click' de CuAAC. La première partie de ce travail est dédiée à une présentation bibliographique du domaine de la catalyse supportée sur matériaux hybrides, et est principalement focalisée sur l'organocatalyse supportée, un champ de recherche en plein développement. Dans la seconde partie, différentes méthodes d'immobilisation d'alcaloïdes dans une matrice de silice sont décrites, dans le but de les utiliser comme organocatalyseurs pour une réaction de décarboxylation asymétrique. La troisième partie est dédiée à une nouvelle méthode de préparation de précurseurs silylés via une réaction de CuAAC. Cette méthodologie montre un potentiel important pour la formation de nouveaux composés fonctionnels. Finalement, la synthèse de nanoparticules de silice mésoporeuse contenant des groupes azoture ou alcyne et leur post-fonctionalisation sont présentées. / This thesis deals with the preparation of organic-inorganic hybrid silica based on cinchona alkaloids fragments and with a new method of synthesis for hydrolysable silylated precursors via CuAAC “click” reactions. The first part of this work is dedicated to a bibliographic presentation of the area of supported catalysis on hybrid materials and is mainly focused on supported organocatalysis, an emerging area of research. In the second part, different methods for immobilization of alkaloids within a silica matrix are described aiming at using them as organocatalysts for an asymmetric decarboxylation reaction. The third part is devoted to a new method of preparation of silylated precursors by CuAAC “click” reactions. This methodology shows a high potential in the formation of new functional compounds. Finally the synthesis of mesoporous silica nanoparticles bearing azide or alkyne groups and their post-functionalization by CuAAC reactions are presented.

L'organocatalyse asymétrique est un domaine en plein développement. L'immobilisation de ce type de catalyseurs pourrait présenter de multiples avantages. Ces travaux de thèse s'intéressent à la préparation de silices hybrides organiques/inorganiques par voie sol-gel et aux applications de ces matériaux en organocatalyse asymétrique. La première partie du manuscrit est consacrée à une présentation bibliographique du sujet. Dans la deuxième partie, l'utilisation de la L-proline comme modèle est décrite. Des matériaux contenant un fragment L-proline ont été préparés et leurs performances catalytiques évaluées pour une réaction d'aldolisation asymétrique. Les processus à l'origine des propriétés catalytiques modérées de ces catalyseurs supportés sont discutés. La troisième partie porte sur le catalyseur de Takemoto, organocatalyseur bifonctionnel contenant un groupement donneur de liaisons hydrogène et une fonction amine tertiaire. Les différentes stratégies envisagées pour préparer des dérivés silylés de ce catalyseur sont exposées. Enfin, la nanostructuration de silsesquioxanes par le biais de liaisons hydrogène entre fonctions thiourée est présentée. / Asymmetric organocatalysis is a blossoming area of research. Immobilisation of this kind of catalysts could present numerous advantages. This thesis deals with the sol-gel synthesis of organic/inorganic hybrid silicas and their applications in asymmetric organocatalysis. The first part of this work is dedicated to a bibliographic presentation of this area of research. In the second part, the use of L-proline as a model is described. Hybrid materials containing a L-proline component were prepared and their catalytic performances were evaluated in an asymmetric aldolisation reaction. The processes accounting for the moderate performances of these materials are discussed. The third part relates the synthetic strategies used to prepare silylated derivatives of the Takemoto catalyst, a bifunctional catalyst containig a H-bond donnor and a tertiary amine. Finally the nanostructuring of bridged silsesquioxanes through H-bonding interactions between thiourea cross-linkers is presented.

Dans un contexte de raréfaction des ressources pétrolières et de pressions environnementales, l’industrie chimique a besoin d'innover en développant de nouvelles filières destinées à l'élaboration de bioproduits, à partir de matières premières d'origine végétale. Les acides gras insaturés obtenus à partir des huiles végétales, constituent ainsi une ressource renouvelable à fort potentiel permettant de diversifier les approvisionnements d'origine pétrolière. Notre intérêt s'est porté sur la réaction de scission oxydative d’acides gras insaturés pour conduire à des monoacides et diacides à chaînes courtes et impaires, peu ou pas disponibles à l’état naturel. Ce type de chaînes hydrocarbonées est recherché dans l’industrie, car elles possèdent des propriétés spécifiques, mais elles ne sont actuellement produites qu'à partir de ressources fossiles. L'objectif était donc de mettre au point un procédé de clivage oxydatif performant, moins onéreux et moins polluant que l’ozonolyse, le seul procédé industriel opérationnel. Les conditions oxydantes sélectionnées font appel à l’eau oxygénée en tant qu’oxydant, associée à un catalyseur de transfert de phase, sans avoir recours à un solvant organique. Plusieurs catalyseurs de transfert de phase Q3{PO4[WO(O2)2]4} ont été préparés à partir de l’acide tungstophosphorique, d’eau oxygénée et d'un sel d’ammonium quaternaire (Q+,Cl-), afin de comparer leur efficacité à transférer l'oxygène vers le substrat en phase organique. Une optimisation des paramètres réactionnels a été effectuée avec le catalyseur le plus performant. De plus, deux protocoles ont été mis au point, pour la préparation in-situ du catalyseur et pour sa récupération en fin de réaction. Le procédé a été généralisé à des dérivés d’acides gras dans le but d’obtenir d'autres acides à chaînes courtes, répondant à une large gamme d'applications. Le gain environnemental lié à ce nouveau procédé a été évalué par le calcul d’indicateurs verts. Afin d’envisager un recyclage plus aisé du catalyseur, l’anion oxodiperoxotungstate {PO4[WO(O2)2]4}3-, l’espèce active du catalyseur, a été supporté sur des résines échangeuses d’anions. Deux types de résines macroporeuses ont été testées : des résines commerciales (Amberlite IRA 900 et Lewatit K7367) et des résines modifiées (type Merrifield). Nous avons montré que ces dernières conduisent à de meilleurs rendements de scission oxydative de l’acide oléique que les résines commerciales, et ce, malgré la présence de solvants. Cependant, l’immobilisation de l’anion oxodiperoxotungstate sur les résines commerciales a permis la synthèse en une seule étape d’acétals, composés présentant un grand intérêt pour la synthèse de dérivés à haute valeur ajoutée. En utilisant l’acétone, à la fois comme réactif et solvant, nous avons obtenu de bons rendements en cétal. De plus, la réaction d’acétalisation « one-pot » de l’acide oléique a pu être étendue à d’autres solvants (alcools), offrant la possibilité de synthétiser un large panel d’acétals. Le procédé développé est particulièrement intéressant car il conduit directement à la synthèse d’acétals ou de cétals à partir d’un acide gras insaturé biosourcé, en évitant les étapes de réactions intermédiaires. / In a context of scarce oil resources and environmental pressures, the chemical industry needs to innovate by developing new production chains aiming the design of bioproducts from biobased raw materials. Unsaturated fatty acids derived from vegetable oils, thus represents renewable resources with a great potential, allowing to diversify petroleum based supplies. Our interest is focused on the oxidative cleavage reaction of unsaturated fatty acids to yield mono-acids and di-acids with shorter and odd hydrocarbon chains, which are not available at a natural state. Such hydrocarbon chains are attractive for industry because they meet specific properties. But, they are currently only produced from fossil resources. Therefore, the objective was to develop an efficient method for oxidative cleavage, less expensive and less polluting than ozonolysis, the only operational industrial process. The selected oxidizing conditions employs hydrogen peroxide as oxidant, together with a phase transfer catalyst, without using an organic solvent. Several phase transfer catalysts Q3{PO4[WO(O2)2]4} were prepared from tungstophosphoric acid, hydrogen peroxide and a quaternary ammonium salt (Q+,Cl-), in order to compare their effectiveness in transferring oxygen to the substrate in the organic phase. An optimization of reaction parameters was carried out with the most performing catalyst. In addition, two protocols have been developed for the in-situ preparation of the catalyst and its recovery after reaction. The method was extended to fatty acids derivatives, in order to obtain other short chain acids, having a wide range of applications. The environmental benefits associated with this new method were evaluated by calculating green indicators. To consider an easier recycling of the catalyst, the oxodiperoxotungstate anion {PO4[WO(O2)2]4}3-, the active species of the catalyst was supported on anion-exchange resins. Two types of macroporous resins were tested: commercial resins (Amberlite IRA 900 and Lewatit K7367) and modified resins (type Merrifield). We showed that the modified resins, lead to the oxidative cleavage of oleic acid with higher yields than commercial ones, despite the presence of solvent. However, the immobilisation of the oxodiperoxtungstate anion on commercial resins allows the one-step synthesis of acetals, compounds of great interest for the synthesis of derivatives with a high added value. Using acetone as both reagent and solvent, we obtained good yields in ketal. Furthermore, the "one-pot" acetalization reaction of oleic acid was extended to other solvents (alcohols) as an opportunity to synthesize a wide range of acetals. The developed process is particularly interesting as it leads to the direct synthesis of ketal or acetals from an unsaturated fatty acid, avoiding the intermediate reaction steps

Le glycérol est un coproduit de la filière des biocarburants obtenu par transestérification destriglycérides. Avec le développement des biocarburants, la production de glycérol est en pleine croissance.La consommation de glycérol comme additif dans les industries cosmétique, pharmaceutique et agroalimentairen’augmentant pas de manière aussi significative, l’excédent doit être valorisé. L’une des voies devalorisation est la synthèse du carbonate de glycérol qui est un intermédiaire intéressant pour la chimie fine.La méthode de synthèse utilisée au sein de l’industrie Novance est la carbonylation du glycérol par l’urée enprocédé discontinu. Cette réaction produit, en plus du carbonate de glycérol, une grande quantitéd’ammoniac gazeux extrait du milieu réactionnel par dépression. L’ampleur de ce dégagement gazeux ainsique son irrégularité au cours du temps représente la limitation de production du procédé discontinu. Le sujetde cette étude est de développer le procédé continu de cette synthèse afin de pallier ce problème. Pourréaliser le suivi de la réaction, des méthodes analytiques ont été développées dans un premier temps. Avecces outils, les connaissances du système discontinu ont été approfondies pour déterminer les critères dechoix du procédé continu. Une unité de désorption réactive a été ensuite conçue pour créer un systèmebiphasique gaz-liquide à contre-courant. Une série d’essais préliminaires a permis le développement duprocédé qui a été optimisé par un plan de Doehlert. / Glycerol is a by-product of biofuels obtained by transesterification of triglycerides. With developmentof biofuel, glycerol production is growing. The use of glycerol in cosmetic, pharmaceutical and food industriesis not increasing in the same way, so the surplus should be preferable to market. One way of development isthe synthesis of glycerol carbonate which is an interesting intermediate for fine chemistry. The synthesisused by Novance is carbonylation of glycerol by urea with a batch process. This reaction produces, as wellas glycerol carbonate, a high quantity of gaseous ammonia extracted from reactive mixture in a vacuum. Thescale of this gaseous emission and its irregularity during synthesis show the limits of production using abatch process. The aim of this study is to develop the continuous process of the synthesis to solve thisproblem. To carry out the monitoring of the reaction, at first, analytical methods were used. With suchmethods, knowledge of the batch process was improved in order to determine the best criteria for acontinuous process. A unit of reactive desorption was then elaborated to create a liquid-gas biphasic systemin a counter-flow configuration. A series of preliminary experiments were performed to develop the processwhich was optimised by a Doehlert plan.

L'élaboration de méthodes de synthèse, basées sur l’utilisation d’espèces métalliques a été un sujet de tous les instances en chimie organique. Malgré l’efficacité des métaux utilisés en catalyse homogènes, leurs procédures de recyclage restent limitées. Ce pourquoi, une contrainte supplémentaire a été placée dans la conception de catalyseurs, pouvant offrir à la fois l'efficacité de la catalyse homogène et le recyclage de l’hétérogène. Dans ce contexte, les nanoparticules métalliques sont apparues comme objet phare, en raison de leurs propriétés physico-chimiques inégalées. On a découvert que les nanoparticules de métaux nobles présentaient des propriétés catalytiques similaires dans certains cas, aux complexes monoatomiques. De plus, les Au NPs ont montré une activité catalytique remarquable dans l'oxydation d’alcools activés sous O2. Nous avons donc envisagé des procédures multicatalytiques, basées sur les NPs d’Au. Notre choix d'utiliser des catalyseurs solides était pertinent, puisque les nano-catalyseurs, pour lesquels la fraction de sites actifs se trouve en surface, limitent les risques de cross-quenching. Ici, nous présentons trois nouveaux procédés bicatalytiques permettant l’accès, à des chromenes/quinoléines (53-93%) via une oxydation / Michael Addition/ aldolisation, combinant nanocatalyse et catalyse basique, l’accès à des ortho-THC (50-81%) via oxydation / arylation / cyclisation, combinant nanocatalyse et catalyse supportée, ainsi qu’une une oxydation / hydrolyse en cascade, pour accéder à l’HMLA (86%, sel 93%), un grand panel de produits d'activité biologique reconnue, utilisé en parfumerie ou visant une pré-industrialisation via la chimie en flux continu. / Elaboration of synthetic methods based on metal-catalyzed reactions has been a hot topic in organic chemistry. Despite good efficiency, catalysis proceeding homogeneously, are limited in the operation of recovering/recycling of the catalysts. An important stress was placed to design catalysis, offering both the efficiency of homogeneous catalysts and the recyclability of heterogeneous catalysts. In this context, metal nanoparticles merged as a key tool, due to their unique physical and chemical properties. Notably, Au NPs have shown remarkable catalytic activity in the oxidation of activated alcohols under O2 atmosphere. Since now, the access to more complex molecules is the next step forward for this field, we envisioned multicatalytic roads, based on the oxidation of activated alcohols via supported Au NPs. Our choice of using solid catalysts was relevant, since nanostructured catalysts for which the fraction of active sites are located on the surface, limit the risk of cross-quenching. The latter carbonyl formed, could be further converted in situ, via tandem protocol. Herein, we developed novel, atom- and step-economical bicatalytic one-pot processes, to access substituted chromenes/quinolines (53-93%) by tandem oxidation/hetero-Michael addition/aldolisation combining nanocatalysis and base catalysis, ortho-THCs (50-81%) via tandem oxidation/arylation/cyclisation combining nanocatalysis and supported catalysts and a tandem cascade oxidation/hydrolysis to access HMLA (86%, sel 93%). A large panel of products of biological activity relevance, pertaining to the fragrance chemistry or aiming in some cases, pre-industrial scalability via continuous flow applications.

Les polymères sont à l’heure actuelle étudiés dans de nombreux domaines comme la chimie, la biochimie, les nanotechnologies, l'électronique, la médecine ou encore les sciences des matériaux et trouvent des applications dans des domaines comme l’industrie automobile, la chimie fine. L’objectif de cette thèse est de réaliser la fonctionnalisation de polymères et de modifier les propriétés de ces matériaux afin d’envisager des nouvelles applications. Nous nous sommes intéressés à des polymères de la famille des poly(aryle éther) et plus particulièrement au poly(éther éther cétone) (PEEK). Ce polymère est connu pour ses propriétés mécaniques, thermiques, électriques ou encore pour sa résistance aux produits chimiques. Dans le premier chapitre, il est question de la fonctionnalisation des différents polymères de départ par des fonctions chlorures de sulfonyle, acides sulfoniques et sulfonamides. Le second chapitre est consacré à la synthèse et à l’étude électrochimique de nouveaux électrolytes polymériques et à de nouvelles membranes pour d’éventuelles applications dans le domaine des batteries au lithium et au sodium, ainsi que dans le domaine des piles à combustible. Dans un troisième chapitre, la préparation de nouveaux catalyseurs métalliques dérivés d’acides sulfoniques polymériques est discutée. Une étude de l’activité catalytique de ces différents catalyseurs a été réalisée sur la réaction d’acylation de Friedel-Crafts. Le quatrième chapitre est consacré à la préparation de nouveaux matériaux ayant des propriétés optiques intéressantes. Enfin dans un cinquième chapitre, la préparation et l’étude de nouveaux matériaux ayant des propriétés antibactériennes sont exposées. / Polymers are now being studied in many fields such as chemistry, biochemistry, nanotechnology, electronics, medicine or material science and have applications in areas such as automotive industry, food industry, fine chemistry. The objective of this thesis is to achieve the functionalization of polymers and modify the properties of these materials in order to consider new applications. We were interested in polymers with the poly(aryl ether) motif, more particularly poly(ether ether ketone) (PEEK). This polymer is known for its mechanical, thermal, electrical properties and for its resistance to chemicals. In the first chapter, we present the functionalization of different polymers by sulfonyl chloride, sulfonic acid and sulfonamide functions. The second chapter is devoted to the synthesis and electrochemical study of novel polymeric electrolytes and new membranes for potential applications in the field of lithium and sodium batteries, as well as in the field of fuel cells. In the third chapter, the preparation of new metal catalysts derived from polymeric sulfonic acids is discussed. A study of the catalytic activity of these different polymeric catalysts was carried out on the Friedel-Crafts acylation reaction. The fourth chapter is devoted to the preparation of new materials with interesting optical properties. Finally, in the fifth chapter, the preparation and the study of new materials with antibacterial properties are reported.