ED Sciences Chimiques
Conception rationnelle de matériaux pour des transformations sélectives d'énantiomères et de la biomasse
par Wanmai SRISUWANNO (Institut des Sciences Moléculaires)
Cette soutenance a lieu à 13h00 - M136 Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology 555 Moo 1 Payupnai, Wangchan, Rayong 21210, Thailand
devant le jury composé de
- Siriporn JUNGSUTTIWONG - Professor - Ubon Ratchathani University - Rapporteur
- Xiaonan SUN - Ingénieure de recherche - Université Paris Cité - Rapporteur
- Supawadee NAMUANGRUK - Directrice de recherche - National Nanotechnology Center - Examinateur
- Chularat WATTANAKIT - Associate Professor - Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology - CoDirecteur de these
- Alexander KUHN - Professor - Institut des Sciences Moléculaire, Bordeaux INP - Directeur de these
La chiralité moléculaire est cruciale dans la conception des médicaments en raison de son rôle essentiel dans des interactions spécifiques et efficaces avec des récepteurs. Par conséquent, le développement de méthodes de synthèse énantiosélectives et efficaces est essentiel pour la production de produits pharmaceutiques. Nous avons exploré dans cette thèse des approches complémentaires basées sur l'intégration de propriétés chirales microscopiques sur des surfaces ou dans le corps de structures métalliques, capables de reconnaître de manière sélective et de synthétiser de manière asymétrique un composé chiral. Comme décrit dans le premier chapitre, des surfaces chirales de fils métalliques peuvent être simplement conçues grâce à la contrainte de cisaillement générée lors d'une torsion mécanique d'un fil dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. Cela permet de générer des plans cristallographiques chiraux avec des indices de Miller élevés. La reconnaissance énantiosélective est facilitée par les structures métalliques de surface torsadés, dont les performances dépendent à la fois de l'angle et de la direction de la torsion. En outre, les surfaces métalliques torsadées sont capables d'induire une certaine sélectivité pendant l'électrosynthèse d'un composé chiral, alors que les surfaces métalliques non-torsadées produisent un mélange racémique. En suivant une autre approche, on peut concevoir des métaux mésoporeux à codage chiral comme catalyseur chiral pour la synthèse d'un énantiomère par des approches électrochimiques et chimiques. Dans cette thèse, nous décrivons le premier exemple d'objets autopropulsés utilisant des fils et des plaques de zinc enrobés par des métaux chiraux pour la synthèse redox spontanée d'un composé chiral à partir d'un composé prochiral sans utiliser une agitation externe. Comme le montrent les chapitres 2 et 3, deux types d'objets ont été utilisés, employant deux différents mécanismes de propulsion : i) la propulsion par des bulles générée par la réduction spontanée des protons et ii) l'auto-électrophorèse couplée à un champ magnétique, générant un vortex magnétohydrodynamique. La force motrice repose sur l'oxydation spontanée du zinc et initie le transfert d'électrons vers des surfaces chirales, permettent également la réduction énantiosélective d'un précurseur prochiral. L'autopropulsion autonome améliore le transport de masse d'un composé prochiral de la solution vers la surface de l'électrode, ce qui permet d'augmenter le rendement du produit avec un certain degré d'énantiosélectivité. Enfin, nous avons étendu le concept de conception des matériaux poreux au-delà des métaux chiraux pour inclure une autre classe de matériaux, les zéolithes à porosité hiérarchique. Nous démontrons le premier exemple de conception rationnelle de zéolithes bifonctionnelles à substitution isomorphe du hafnium (Hf) en tant que catalyseurs hétérogènes pour la synthèse de produits biosourcés. L'étude spectroscopique démontre que les centres actifs de Hf sont incorporés sélectivement dans les cadres cristallins des zéolithes Beta. La présence d'espèces Hf isolées dans des matrices d'aluminosilicate révèle des propriétés distinctes de l'acide de Lewis et de l'acide de Brønsted, favorisant l'isomérisation sélective et efficace du glucose et la déshydratation du fructose pour produire du 5-hydroxyméthylfurfural (HMF). La synthèse du HMF en une seule étape avec un rendement de 63,2 ± 2,0% pour une conversion du glucose de 95,4 ± 1,1% est obtenue dans des conditions douces. En outre, les espèces de Hf isolées sont très stables dans le réseau zéolitique Beta. En conclusion, cette thèse met en évidence la conception sur mesure de matériaux inorganiques poreux et non poreux pour des processus chimiques durables, allant de la reconnaissance énantiosélective et de la synthèse catalytique asymétrique d'un composé chiral à la valorisation du sucre.