Les bioraffineries lignocellulosiques sont en plein essor car elles offrent des alternatives innovantes et économiquement viables aux produits issus des industries pétrolières. La lignine, un des trois constituants majoritaires de la structure cellulaire végétale, pose des problématiques de valorisation en raison de sa structure complexe et diversifiée. Ce biopolymère, constitué de polyphénols, représente pourtant la plus grande ressource naturelle et renouvelable de molécules aromatiques. De nombreuses recherches visent à fonctionnaliser cette lignine pour en améliorer ses propriétés. La très grande majorité des modifications de la lignine présente l’inconvénient de générer des sels et sous-produits en quantités stœchiométriques. Des méthodes de fonctionnalisation plus propres sont donc recherchées. Ce manuscrit de thèse présente de nouvelles méthodes de greffage catalytiques s’appuyant sur l’utilisation de butadiène, monoxyde de carbone et alcool allylique comme réactifs d’alkylation/acylation propres. Ces fonctionnalisations influent significativement sur les propriétés physico-chimiques de la lignine. De plus l’insertion d’insaturations au sein de la lignine ouvre de nouvelles voies de fonctionnalisation et de réticulation pour la synthèse de nouveaux matériaux biosourcés. / Lignocellulosic biorefineries are rapidely developing as they offer alternatives to petroleum industries’s products. Lignin, one of the three main constituent of plant cell, is hardly valorized due to its complex and diversified structure. This biopolymer, made of polyphenols, is the largest natural and renewable resource of aromatic molecules. Many researches aim at functionalizing lignin in order to improve its properties. Most of lignin modifications have the disadvantage of generating salts and by-products in stoichiometric amounts. Cleaner functionalization methods are consequently needed. This thesis manuscript presents new catalytic grafting methods based on the use of butadiene, carbon monoxide and allylic alcohol as clean, efficient and economic alkylation/acylation reagents. These functionalizations have a significant impact on the physicochemical properties of lignin. In addition, the presence of new unsaturations in the material opens the way to further functionalization and crosslinking pathways.

Le glycérol est actuellement au centre d’une plateforme chimique. De part son origine commune avec le biodiesel, le marché du glycérol est fortement influencé, la production commerciale des huiles végétales dont ils proviennent ayant considérablement augmenté ces trente dernières années. Par ailleurs, dans le contexte de développement durable, son utilisation en tant que réactif dans de nombreuses réactions a été favorisée. La télomérisation du butadiène sur le glycérol catalysée par le palladium conduit principalement à la formation d’éthers portant des chaînes octadiényle. Par ailleurs, il est également possible d’obtenir des télomères à chaînes butényle plus courtes. Cette réaction a particulièrement fait l’objet de recherches sur l’obtention des éthers d’octadiényle à partir d’alcools, d’amines, de sucres et de polyols. Jusqu’à aujourd’hui, les études consacrées aux éthers de butényle ont été effectuées sur des alcools et plus spécifiquement sur le méthanol. Notre étude consiste à obtenir de façon sélective les mono-, di- et tritélomères de glycérol, c'est-à-dire les éthers d’octadiényle, et également les éthers de butényle, en faisant varier les différents paramètres réactionnels : ligands, effets de solvants, température de réaction. Nous verrons également que la mise en œuvre de la réaction influence ces différentes sélectivités. / Glycerol has always been a well-known renewable chemical for centuries. Its production has considerably increased during the last decade with the one of biodiesel due to their common origin from plant oils. Thus the development of new technologies for the conversion of biodiesel into value added products is of great interest. In this context, we have focused our attention on the telomerisation of butadiene with glycerol.Telomerisation of butadiene catalysed by palladium leads mainly to the formation of octadienylethers, but butenylethers can also be obtained generally in small proportions. This reaction has been particularly well studied in order to produce octadienylethers from simple alcohols, sugars and polyols. Moreover, until now butenylethers has been selectively synthesized only from simple alcohols like methanol with nickel or palladium catalysts.Our study relates to selective synthesis of glycerol ethers (mono, di and tri which are octadienylethers or butenylethers) while varying several reaction parameters: ligands, solvents effects, bases, catalytic precursor…

Ce mémoire décrit la synthèse et l’étude des propriétés physicochimiques d’amphiphiles à base d’éthylènes glycols, d’isosorbide et de sorbitol. Dans un contexte de chimie verte, la télomérisation du butadiène, une réaction pallado-catalysée et industriellement viable, a été utilisée pour obtenir des éthers en chaines C8 insaturées. Elle permet d’accéder à des amphiphiles non ioniques possédant une chaîne octadiényle dont les caractéristiques sont peu explorées dans la littérature. Ainsi, les propriétés physicochimiques des octadiényl et octyl éthers à base de tri- et tétra-éthylène glycol ont été comparées à l’aide de la notion de HLD afin d’évaluer l’influence que peut avoir la présence des doubles liaisons sur ces propriétés. Ce manuscrit décrit une application de la réaction de télomérisation avec l’isosorbide comme nucléophile. L’isosorbide est un diol asymétrique issu de la biomasse végétale dont les éthers sont de bons candidats pour remplacer les éthers d’éthylènes glycols courts reprotoxiques. La réaction de télomérisation avec ce substrat a donc été optimisée vers la production d’espèces amphiphiles monoalkylés spécifiques en tenant compte de l’asymétrie de la molécule. Le cas du sorbitol, un hexitol issu de l’hydrogénation du glucose, a été envisagé dont les éthers sont difficilement accessibles au niveau industriel. Par conséquent, la télomérisation du sorbitol, suivie de l’hydrogénation des produits, a permis d’obtenir une fraction de monoéthers dont les performances, notamment en tant qu’agent moussant, sont analogues voire supérieures à l’octylglucoside, un alkyl glucoside 100% biodégradable. / This paper describes the synthesis and physicochemical studies of amphiphiles based on ethylene glycol, isosorbide and sorbitol. Noteworthy in an actual context of green chemistry, the telomerization of butadiene, a pallado-catalyzed and industrially viable reaction, was used to obtain the corresponding unsaturated C8 ethers with a high atom-economy and smooth conditions. It provides access to non-ionic amphiphilic compounds with an octadienyl chain that can be hydrogenated to give the saturated derivatives. The physicochemical properties of octadienyl and octyl ethers based on tri-and tetra-ethylene glycol were compared using the HLD concept in order to determine the effects induced by the presence of unsaturations in the C8-chain on those properties. This manuscript describes an application of this reaction with isosorbide as nucleophile. Isosorbide is an asymmetric diol issuing from biomass. The corresponding ethers are good candidates to replace harmful short-ethers derived from ethylene glycols. The telomerization reaction with this substrate has been optimized to produce amphiphilic monoalkylated species, taking into account the asymmetry of the molecule. The synthesis challenge has been issued in the case of sorbitol, a hexitol obtained from the hydrogenation of glucose. Ethers derived from sorbitol are currently not easily accessible at the industrial scale. By hydrogenation of the products of telomerization, a fraction of pure saturated monoethers has been synthesized at the laboratory scale. The performances of this product, especially as foaming agent, are similar or even better than the ones of octylglucoside, a 100 % biodegradable alkyl glucoside.

Dans ce travail de thèse nous décrirons tout d'abord la synthèse de nouveaux composés terpénoïdes par télomérisation de l'éthanolamine avec l'isoprène. Ensuite nous présentons l'utilisation de cette méthode pour la fonctionnalisation des poly-carbohydrates non alimentaires comme le chitosane et une hémicellulose (la gomme de guar) dans l'eau. Avec les substrats bifonctionnels (éthanolamine, chitosane), la réaction de télomérisation des diènes peut avoir lieu avec l'amine ou l'alcool pour conduire à la formation d'éthers ou d'alkylamines fonctionnalisés à longue chaine carbonée. Cette réaction est catalysée par des complexes de palladium-phosphine formés in-situ et est réalisée en présence ou en absence d'une base dans différents solvants (Eau, MeOH, i-PrOH, Eau/iPrOH), y compris en milieu biphasique.L'influence des paramètres réactionnels tels que l'effet du solvant, du précurseur de palladium, de la charge en catalyseur, du rapport Ligand/Palladium, de la nature des ligands phosphines, de la température et du temps réactionnel, de la quantité de diène et de la quantité de la base, a été étudiée. L'activité et la sélectivité de la réaction ont été déterminées en réalisant des analyses de chromatographie gazeuse GC (pour les terpénoïdes), des analyses RMN 1D et 2D (pour les terpénoïdes et les polysaccharides modifiées). Ceci a permis la détermination des conversions, ainsi que des degrés de substitution (DS) des polysaccharides modifiés. Des analyses élémentaires {C, H, N} ont été réalisées pour valider les structures et la pureté des produits obtenus. La stabilité thermique des télomères des carbohydrates (chitosane et gomme de guar) a été étudiée par analyse thermogravimétrique (ATG).Avec l'éthanolamine, le rendement total en terpénoïdes varie de 31% à 81 %, distribués entre des monotélomères (50-80%) et des ditélomères (20-50%). Pour les polysaccharides, des degrés de substitution compris entre 0.03 et 0.61 (DS =0.61 dans l'eau) pour les alkyl-chitosane et 0.01 et 0.31 (dans l'eau) pour la gomme de guar modifiée sont obtenus / In this thesis, we will first describe the synthesis of new terpenoid compounds by telomerization of isoprene with ethanolamine. Then we will present the usage of this method for the functionalization of non-food related poly-carbohydrates such as the hemicellulose (guar gum) and the chitosan in water.With the bifunctional substrates (ethanolamine, chitosan), the reaction of telomerization of the dienes can take place between the amine or the alcohol in order to lead either to the formation of the ethers or to the formation of the functionalized alkylamines with a long carbon chain. This reaction is catalyzed by palladium-phosphine complexes formed in situ, and realized in the presence or in the absence of a base in different solvents (water, MeOH, i-PrOH, water/iPrOH), and in biphasic medium.The influence of reactional parameters such as the effect of the solvent, that of the precursor of palladium, that of the catalyst charge, that of the Ligand/Palladium ratio, that of the nature of the phosphines ligands, that of the temperature and the reaction time, as well as the effect of the quantity of diene and of the base were studied.The activity and the selectivity of the reaction were determined using the gas chromatography analysis (for the terpenoids), and 1D & 2D RMN analyses (for the terpenoids and modified polysaccharides). This allowed us to determine the conversions and the degree of substitution of the modified polysaccharides. Elementary analysis (C, H, N) were also performed to validate the structures and the purity of the products obtained. The thermal stability of the carbohydrates telomeres (chitosan and guar gum) was studied by thermogravimetric analysis.With the ethanolamine, the total yield in terpenoids varied between 31% and 81% and was distributed between monotelomers (50-80%) and ditelomers (20-50%).For the polysaccharides, the degree of substitution obtained varied between 0.03 and 0.61 (DS=0.61 in water) for the alkyl-chitosan and between 0.01 and 0.31 (in water) for the modified guar gum