The principle aims of this thesis have been to develop well-defined heterogeneous catalysts for potential applications in tandem hydrocarbon upgrading. Catalysts for olefin oligomerisation and metathesis of &alpsha;-olefins and transfer hydrogenation of alkanes based on tungsten mono-imido and PCP pincer iridium complexes have been synthesised and immobilised on solid supports. The reactivity of the immobilised catalysts has been tested and compared with the precursor complexes. Co-immobilisation of the two complexes on the same support has been undertaken. <b>Chapter One</b> provides a background to the olefin metathesis reaction and the development of highly active tungsten mono-imido and ruthenium alkylidene complexes. A summary of the implementation of the olefin oligomerisation reaction by industry and the development of highly active systems based on group 6 metals is discussed, along with a mechanistic discussion. The SOMC grafting procedure is considered and the immobilisation of catalysts for alkane and olefin metathesis and oligomerisation discussed; with focus on support materials: silica, sMAO and AMO-LDHs. Finally, tandem catalysis and its use in hydrocarbon upgrading and copolymerisation are presented. <b>Chapter Two</b> details the synthesis of W(NR)Cl₄(THF) complexes and their conversion to W(NR)Me₃Cl complexes employing TMA. The products are characterised by single crystal X-ray diffraction, NMR and FTIR spectroscopy. W(NR)Me₃Cl complexes are shown to be active for the selective dimerisation of ethylene to 1-butene. Attempted formation of possible intermediates in the reaction is presented, and efforts to form mimics for silica supported species are also discussed. <b>Chapter Three</b> describes the preparation of AMO-LDHs for use as catalyst supports. The effect on the surface hydroxyl content and structural properties of these materials by thermally treating them under vacuum is analysed. Their capability to act as supports for ethylene polymerisation after impregnation with MAO and (ⁿBuCp)₂ZrCl₂ is described. <b>Chapter Four</b> investigates the immobilisation and characterisation of synthesised tungsten mono-imido complexes on sMAO, AMO-LDHs and silica, utilising SSNMR, FTIR and X-ray absorption spectroscopy. The reactivity of the grafted complexes towards ethylene oligomerisation is discussed. For the immobilised species effects of varying the imido ligand, temperature and solvent medium are reported. Attempts to immobilise ruthenium carbene complexes on AMO-LDHs and sMAO is detailed. <b>Chapter Five</b> gives an account of the immobilisation of Ir(^tBuPCP)HCl on sMAO which is characterised by SSNMR and FTIR spectroscopy. Molecular analogues of the supported species are synthesised and reactivity for the hydrogenation of ethylene compared. Transfer hydrogenation reaction with sMAO-Ir(^tBuPCP)HCl and COA or ethane with TBE as a sacrificial H₂ acceptor are discussed. Finally, co-immobilisation of W{N(2,6-F-C₆H₃)}Cl₄(THF) and Ir(^tBuPCP)HCl on sMAO was carried out and the solid characterised by SSNMR spectroscopy. <b>Chapter Six</b> provides experimental details and characterising data for the preceding chapters. An <b>Appendices</b> with crystallographic data, and characterising spectra for each chapter is provided, while the <b>Electronic Appendix</b> contains a combined CIF and checkcif for all the molecular structures presented.

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

Well-defined silica supported bimetallic catalysts Pt100-x Pdx (where x is the molar ratio of Pd) are prepared by Surface Organometallic Chemistry (SOMC) via controlled decomposition of Pd2(allyl)2Cl2 on Pt/SiO2. For comparison purposes, Pt100-x Pdx bimetallic catalysts is also prepared by ion-exchange (IE). According to the results of STEM, XAS and H2 chemisorption, all bimetallic nanoparticles, prepared using neither SOMC nor IE, produce discrete formation of monometallic species (either Pt or Pd). Most catalysts exhibit a narrow particle size distribution with an average diameter ranging from 1 to 3 nm for samples prepared by IE and from 2 to 5 nm for the ones synthesized by SOMC. For all catalysts investigated in the present work, iso-butane reaction with hydrogen under differential conditions (conversions below 5%) leads to the formation of methane and propane (hydrogenolysis), n-butane (isomerization), and traces of iso-butylene (dehydrogenation). The total rate of reaction decreases with increasing the Pd loading for both catalysts series as a result of decreasing turnover rate (expressed as moles converted per total surface metal per second) of both isomerization and hydrogenolysis. In the case of Pt100-x Pdx(SOMC) catalysts, the results suggest a selective coverage of Pt (100) surface by a Pd layer, followed by a buildup of Pd overcoat onto a Pd layer assuming that each metal keeps its intrinsic catalytic properties. There is no mutual electronic charge transfer between the two metals (DFT). For the PtPd catalysts prepared by IE, the catalytic behavior cannot simply be explained by a surface coverage of highly active Pt metal by less active Pd (not observed), suggesting there is formation of a surface alloy between Pt and Pd collaborated by EXAFS and DFT. The catalytic results are explained by a simple structure activity relationship based on the previously proposed mechanism of C-H bond and C-C Bond activation and cleavage for iso-butane hydrogenolysis, isomerization, cracking and dehydrogenation.

Catalysis, which is primarily a molecular phenomenon, is an important field of chemistry because it requires the chemical conversion of molecules into other molecules. It also has an effect on many fields, including, but not limited to, industry, environment and life Science[1]. Surface Organometallic Chemistry is an effective methodology for Catalysis as it imports the concept and mechanism of organometallic chemistry, to surface science and heterogeneous catalysis. So, it bridges the gap between homogenous and heterogeneous catalysis[1]. The aim of the present research work is to study the effect of Nitrogen surface ligands on the activity of Alkane, Propane in particular, metathesis. Our approach is based on the preparation of selectively well-defined group (VI) transition metal complexes supported onto mesoporous materials, SBA15 and bearing amido and/or imido ligands. We choose nitrogen ligands because, according to the literature, they showed in some cases better catalytic properties in homogenous catalysis in comparison with their oxygen counterparts[2]. The first section covers the modification of a highly dehydroxylated SBA15 surface using a controlled ammonia treatment. These will result in the preparation of two kind of Nitrogen surface ligands: - One with vicinal silylamine/silanol, (≡SiNH2)(≡SiOH), noted [N,O]SBA15 and, - Another one with vicinal bis-silylamine moieties (≡SiNH2)2, noted [N,N]SBA15[3]. The second section covers the reaction of Schrock type Tungsten Carbyne [W(≡C- tBu)(CH2-tBu)3] with those N-surface ligands and their characterizations by FT-IR, multiple quantum solid state NMR (1H, 13C), elemental analysis and gas phase analysis. The third section covers the generation of the active site, tungsten hydride species. Their performance toward propane metathesis reaction using the dynamic reactor technique PID compared toward previous well-known catalysts supported on silica oxide or mesoporous materials[4]. A fairly good turn over number (TON = 43) has been obtained following hydrogen treatment of tungsten alkylidyne supported on [N,O] SBA151100, in comparison with TON of zero in the obtained with [N,N] SBA15 and classical SiO2 silica support. Therefore, the cooperation between silylamine and silanol in close vicinity are required to improve the efficiency of the catalyst in the metathesis of propane.

Surface Organometallic Chemistry (SOMC) is an excellent approach to erase the gap between homogeneous and heterogeneous catalysis by grafting the molecular organometallic complex on various oxide surfaces, forming well-defined and single-site catalysts. This strategy allows for better characterization as well as the improvement and development of existing and new catalysts. These surface species could promote a wide range of catalytic applications (i.e., metathesis of hydrocarbons, hydrogenolysis of alkanes, and olefin polymerization reactions) depending on the metal center and its coordination sphere. In particular, the grafting of alkylated organometallic complexes of groups 4, 5, and 6 metals on the surface oxide is a thermodynamically favored reaction generally leading to strongly bonded well-defined surface species, which are highly reactive catalysts. This thesis has focused on the preparation, characterization, and catalytic investigation of different supported complexes that contain methyl, alkyl, and alkylidyne ligands. The first part compares the catalytic activity of [(≡Si−O−)W(-CH3)5] and [(≡Si-O-)Mo(≡CtBu)(-CH2tBu)2] surface species experimentally and by DFT calculations in the metathesis reactions of linear classical and functionalized olefins. Both pre-catalysts perform almost equally in the α-olefin metathesis reaction. However, in the functionalized olefin metathesis reaction, W pre-catalyst provides selective metathesis products and performs much better than Mo that gives a range of isomerization products. The second part deals with the synthesis and characterization of [(THF)2Zr(-CH3)4] and its grafting on silica support for the first time. The generated surface species [(≡Si−O−)Zr(CH3)3(THF)2] and [(≡Si−O−)2Zr(CH3)2(THF)2] are used for the conversion of CO2 and propylene oxide to cyclic propylene carbonates achieving a TON of 4227. The third part describes the first synthesis and characterization of the highly unstable homoleptic [Ti(-CH3)4] without any coordinating solvent. This complex was stabilized by grafting on SiO2-700, yielding two fully characterized surface species [(≡Si-O-)TiMe3] and [(≡Si-O-Si≡)(≡Si-O-)TiMe3], which were used in the hydrogenolysis reaction of propane and n-butane, with TONs of 419 and 578, respectively. Finally, the fourth part reports the immobilization and characterization of [TiMe2Cl2], an intermediate in the synthesis of [Ti(-CH3)4], on SiO2-700 resulting in [(≡Si-O-)TiMeCl2] and [(≡Si-O-)TiMe2Cl] surface species. These complexes reacted with a demethylating Lewis acid agent (BARF), forming the corresponding cationic Ti species [(≡Si-O-)TiMeCl]+ and [(≡Si-O-)TiCl2]+. Both neutral and cationic complexes were tested in the ethylene polymerization reaction affording linear HDPE with high molecular weights of 500,367 and 486,612 g/mol.

La préparation par voie Chimie Organométallique de Surface de nouveaux catalyseurs à base de hafnium supportés sur l’γ-alumine déshydroxylée à 500°C, γ-Al2O3-(500°C), a été réalisée dans ce travail de thèse. La combinaison de résultats chimiques (bilan matière, analyses élémentaires, marquage isotopique, thermolyse, réactions d’hydrogénolyse, d’oxydation, et réactions en réacteur continu), spectroscopiques (IR, RMN 1D, 2D), et des modélisation DFT ont abouti à la caractérisation et à la quantification des cinq produits majoritaires lors de la réaction de [Hf(CH2tBu)4] avec γ-Al2O3-(500°C) : un complexe monopodale (2), [(≡AlIVO) Hf(CH2tBu)3] (40%), un complexe bipodale dans deux environnements différents (4a and 4b), [(AlsO)(≡AlIVO)Hf(CH2tBu)2], (26%) et deux complexes cationiques (5 and 6) [(≡AlIVO)(AlsO)(Al-O-Al)]Hf(CH2tBu)] + [tBuCH2Als]- (Als correspond à un aluminium de surface Al III ou un AlV ) ( 34%). L’hydrogénolyse de ces complexes conduit à la formation majoritaire à 150°C de complexes monohydrures de hafnium du type :[(AlsO)3Hf-H], (70-80%) et [(≡AlIVO)(AlsO)Hf-H]+[(CH2tBu)Als]- (20-30%) caractérisés et quantifiés par la même approche expérience-théorie. Tous ces complexes sont actifs en polymérisation des α-oléfines (éthylène, propylène, isobutylène) et en copolymérisation éthylène-isobutylène. L’étude de ces réactions catalytiques a nécessité l’adaptation et la mise au point d’un réacteur en phase gaz spécifique appelé « Gas stopped flow polymérization » / New well-defined hafnium alkyl and hydrid complexes supported on γ-alumina dehydroxylatedt at 500°C, γ-Al2O3-(500°C), have been prepared. The structure of the surface complexes obtained by grafting Hf(CH2tBu)4, 1, on γ-alumina has been resolved by a combined experimental (mass balance analysis, labeling, in situ IR, NMR) and theoretical (DFT calculations) study. Thermolysis, oxidation and hydrogenolysis reactions have unambiguously proved the presence of two kinds of neopentyl-metal bonds: Hf-CH2tBu and Al-CH2tBu. Three coexisting surface complexes have been fully characterized and quantified: a monoaluminoxy- [(≡AlIVO)Hf(CH2tBu)3], a neutral bisaluminoxy [(≡AlIVO)(AlsO)Hf(CH2tBu)2], and a zwitterionic bisaluminoxy complex [(≡AlIVO) (AlsO)Hf(CH2tBu)2]+[(CH2tBu)Als]- in 40 %, 26 %, and 34 %, respectively. Hydrogenolysis reaction of these complexes leads to the formation at 150°C of [(AlsO)3HfH], (70-80%) and [(≡AlIVO)(AlsO)Hf(H)]+[(CH2tBu)Als]- (20-30%). All these hafnium alkyl and hydrides are active in α-olefin polymerization in absence of a co-catalyst

Cette thèse a pour but la mise au point de méthode de synthèse de nanoparticules de métaux nobles pour la catalyse. Le projet s’est concentré sur la synthèse de nanoparticules composées de platine et de palladium. Trois voies de synthèses ont été explorées, i) par chimie organométallique de surface (COMS)), ii) par dépôt chimique en phase vapeur de composés organométalliques (MOCVD, Metal Organic Chemical Vapor Deposition et enfin iii) par voie colloïdale. La voie chimie organométallique de surface a permis la synthèse de nanoparticules supportées sur silice avec des tailles d’environ 2 nm. Le transfert de cette méthodologie vers l’oxyde de cérium a été effectué et permet d’obtenir des nanoparticules de moins de 1.5 nm de diamètre. Ces dernières recherches ont pour finalité l’obtention de catalyseurs d’oxydation supportés sur oxyde de cérium utilisé pour la dépollution automobile et ouvre la voie à la chimie organométallique de surface sur oxyde de cérium. Par MOCVD des nanoparticules de 4 à 6 nm ont été synthétisées sur couche de diffusion de gaz (GDL) pour des applications en pile à combustible. Des essais en électrocatalyse ont démontré la viabilité de la méthode de synthèse et l’activité catalytique des particules ainsi formées pour la réaction de réduction de l’oxygène (ORR), réaction clé des piles à combustible H2/O2.Enfin, pour cette même application, des nanoparticules de Pt, Pd et Pt/Pd dans différentes proportions ont été synthétisé par voie colloïdale. Ces nanoparticules, stabilisées par l’octylsilane ont une taille allant de 1.5 à 1.8 nm. Pour la platine, l’influence du précurseur organométallique et de la température ont été étudié, la synthèse sans apport de réducteur extérieur (H2) et à partir de précurseur PtII a permis l’obtention de nanoparticles stables de 1.2 nm. Leur utilisation pour l’ORR a démontré l’intérêt de former des alliages Pt/Pd, la composition 3:1 démontrant une amélioration d’un facteur 1.4 par rapport au Pt / The goal of this thesis is to develop synthesis methods for platinum and palladium based nanoparticles. We mainly focused on three synthesis pathways, i) Surface Organometallic Chemistry (SOMC), ii) metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) and iii) a colloidal approach. Surface organometallic chemistry allowed the synthesis of silica supported nanoparticles with sizes of about 2 nm. The transfer of this methodology to cerium oxide has been carried out and allowed obtaining nanoparticles of less than 1.5 nm in diameter. Those researches had for purpose the synthesis of oxidation catalysts supported on ceria used for automotive pollution and paves the way for the surface organometallic chemistry on this oxide. By MOCVD, Pt nanoparticles from 4 to 6 nm were synthesized onto gas diffusion layers (GDL) for applications in fuel cell catalysis. Electrocatalysis results demonstrated the viability of this synthesis method and the efficiency of these catalysts for the Oxygen Reduction Reaction (ORR). For the same application, nanoparticles of Pt, Pd and Pt/Pd in various proportions were synthesized by the colloidal approach. These nanoparticles stabilized by octylsilane had a size ranging from 1.5 to 1.8 nm. For platinum, the influence of the organometallic precursor and temperature have been studied and synthesis without adding external reducing (H2) and from PtII precursor allowed obtaining stable nanoparticles of 1.2 nm. Their use for the ORR has shown interest to form alloys, the Pt/Pd 3:1 composition demonstrating an improvement by a factor of 1.4 compared to pure Pt

Les structures organométalliques poreuses (Metal Organic Framework, MOF) sont une nouvelle classe de matériaux, composées d'ions métalliques ou de clusters liés à des ligands organiques ou des complexes organométalliques dans des réseaux cristallins 1D, 2D ou 3D. Au cours de cette thèse la possibilité de construire de nouveaux MOF a été illustrée par le développement de matériaux MOF à base d’imidazolium, précurseur important pour la synthèse de catalyseurs. En outre, ce travail démontre l’utilité de la modification post-synthèse des MOFs par chimie organométallique de surface à visée catalytique : i) un MOF connu, UiO-66, avec des pores relativement petits a été fonctionnalisé avec un groupement amino et ses capacités d'adsorption de gaz ont été étudiées. ii) la synthèse de MOF a structure poreuse, CPO-27, MOF a été optimisée et utilisée comme précurseur pour produire un catalyseur d'hydrodésulfuration après l'introduction d'espèces actives, via la chimie organométallique de surface, dont les performances catalytiques ont été évaluées / Metal organic frameworks (MOF) are a new class of material, which consist of metal ions or clusters coordinated to organic ligands or metal-organic complexes and result in 1D, 2D or 3D crystalline networks. The possibility of constructing new MOF has been exemplified in this thesis by development of imidazolium based MOF, a highly important ligand system in catalysis. Moreover, this work has performed post synthesis modification via surface organometallic chemistry on existing MOF: i) a known MOF, UiO-66, with relatively small pores has been functionalized with amino group and its gas adsorption capacity has been investigated, ii) the syntheses of a 3D open structure MOF, CPO-27, MOFs have been optimized and used as a precursor to produce a hydrodesulfurization catalyst after introducing active species via surface organometallic chemistry approach, whose catalytic performances have been measured

Afin d’optimiser par une approche moléculaire des catalyseurs hétérogènes, qu’ils soient dits sites uniques ou des particules supportées, il est nécessaire d’accéder à une compréhension détaillée de leur structure et de leur processus de formation. Dans ce but, les techniques classiques de caractérisation (adsorption, IR, EXAFS, TEM…) ont été combinées à la RMN solide, pour accéder à la structure fine et à la dynamique des espèces présentes en surface. Dans ce cadre, nous avons tout d’abord montré que la formation d’espèces Au(I) (densité de surface de 0.35/nm2) entouré de fragments hydrophobes (OSiMe3) par greffage contrôlé de {AuN(SiMe3)2}4 sur silice se transforment en particules d’or de ca. 1.8nm supportées sur silice passivée par réduction ménagée sous H2 à 300°C. Ce système a démontré des propriétés particulières en oxydation et hydrogénation, et permet d’affiner les mécanismes d’activation de l’O2 sur les nanoparticules d’or. Cette approche a aussi été utilisée pour la préparation et la caractérisation de particules de ruthénium supportées. La réactivité de ces particules d’or et ruthénium vis-à-vis de petites molécules (H2, phosphines, éthylène et CO) a été étudiée, en particulier par RMN. Toutefois, la faible densité d’espèces de surface sur ces particules constitue un des problèmes majeurs pour obtenir des spectres RMN de bonne qualité. Ainsi, nous avons développé une méthode basée sur l’augmentation du signal RMN des espèces de surface de matériaux par polarisation dynamique nucléaire (DNP). Cette approche, très prometteuse, d’abord appliquée à des matériaux hybrides (inorganique-organiques), devrait lever un des freins majeurs de la caractérisation des sites de surface des matériaux et en particulier des catalyseurs hétérogènes / In order to optimize heterogeneous catalysts through a molecular approach, whether based on single-sites or supported nanoparticles, it is necessary to access to a detailed understanding of its structures and formation mechanism. To reach this goal, classical characterization techniques (adsorption, IR, EXAFS, TEM…) have been combined with solid state NMR in order to access to the detailed structure and the dynamics of surface species. Here, we showed that the formation of well-dispersed Au(I) surface species (0.35/nm2) surrounded by hydrophobic groups (OSiMe3) by the controlled grafting of {AuN(SiMe3)2}4 and its conversion into 1.8nm gold nanoparticles supported on fully passivated silica upon a mild reduction under H2 (300°C). This system displays good activity and selectivity in air oxidation and hydrogenation reactions and provides new information on the activation of O2 on gold nanoparticles. By a similar approach, supported ruthenium nanoparticles have been prepared and characterized. Reactivity of Au and Ru nanoparticles with probe molecules (H2, phosphines, ethylene and CO) has been studied, in particular by NMR. However, the low density of these surface species, especially for supported nanoparticles is still one of the main problems, making difficult to obtain high quality NMR spectra in a reasonable time. Therefore, we have developed a method based on the enhancement of NMR signals of surface species via dipolar nuclear polarization (DNP). This very promising approach has first been applied very successfully to hybrid materials and silica; this opens new avenues in the characterization of surface species of materials and particularly heterogeneous catalysts

L'objectif de cette thèse était de préparer par voie chimie organométallique de surface de nouveaux complexes organométallique supportés portant des ligands oxo pour la métathèse des oléfines. La première approche consiste en l'utilisation d'un précurseur inorganique WOCl4 pour accéder en deux étapes à une espèce majoritaire bi-siloxy [(=SiO)2WOMe2] (80 %) active en métathèse de l'isobutène pour donner le 2,3-diméthylbutène. L'utilisation de précurseurs organotungstiques a permis de préparer et caractériser avec des techniques spectroscopiques (EXAFS, RAMAN, RMN Solide, DRIFT…) de nombreux complexes tungstènes oxo supportés avec des ligands spectateurs qui ont des réactivités variés. En effet, Un premier modèle du catalyseur industriel (=SiO)2W(=O)(CH2SiMe2)2 a été obtenu par réaction de greffage de [WO(CH2SiMe3)3Cl] sur une silice déshydroxylée à 200 °C. L'application de la RMN du solide de l'17O à l'étude structurale de cette espèce oxo de surface, combinée avec des calculs DFT montrent que deux structures, bipyramidale trigonale (TPB) et pyramide à base carrée (SP), peuvent co-exister en surface en raison de la faible barrière d'activation (< 5 kcal.mol-1). Cette nouvelle espèce de surface a montré une forte activité de 24 000 TON après 25 h avec une faible désactivation au cours du temps en métathèse du propène. Une approche originale pour la préparation des catalyseurs oxo de tungstène de structures [(=SiO)WO(CH2SiMe3)2OAr] a été développée et consiste en une simple modification de complexe monopodal supporté [(=SiO)WO(CH2SiMe3)3] par des phénols avec différents substituants en position ortho, ortho'. Les complexes supportés portant des ligands phénoxydes électroattracteurs se sont avérés plus actives et plus stable en métathèse du propène que leurs homologues portant des ligands phénoxydes riche en électrons. Ces différentes approches seront par la suite étendues au complexe de molybdène oxo alkyl / The aim of this thesis was to apply surface organometallic chemistry in order to prepare novel supported organometallic complexes bearing oxo ligands for olefin metathesis. The first approach consists of the utilization of an inorganic precursor (WOCl4) to obtain mainly (80%) the bis-siloxy species [(=SiO)2WOMe2] in two steps: grafting followed by alkylation with SnMe4. The latter material catalyzes isobutene self-metathesis to 2,3-dimethylbutene. Employing oxo organotungstene precursors results in materials that can be characterized by spectroscopic techniques (EXAFS, RAMAN, Solid-state NMR, DRIFT…) and offer a large variety to alter the spectator ligands. In fact, the first model of the industrial catalyst (=SiO)2W(=O)(CH2SiMe2)2 has been obtained by grafting of [WO(CH2SiMe3)3Cl] onto silica dehydroxylated at 200 °C. Elucidation of the surface structure by 17O MAS NMR along with DFT calculations suggest that there are most likely two co-existing geometries, trigonal bipyramidal (TPB) and square pyramide (SP), as the activation barrier is found to be low (<5 kcal.mol-1). This new surface species has shown a high activity in propene self-metathesis and low deactivation rate, at reflected by the high turn-over number of 24000 after 25 hours on stream. Furthermore, an original approach to access variety solid tungsten oxo catalysts expressed generally as [(=SiO)WO(CH2SiMe3)2OAr] has been developed and comprises a simple modification of the supported monopodal species [(=SiO)WO(CH2SiMe3)3] by desired phenol derivatives. Catalysts with electron withdrawing phenoxide ligands exhibit higher activity and stability in propene self-metathesis than their electron rich phenoxide homologue. The developed methodologies will be extended to molybdenum oxo alkyl complexes