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«Nouveaux polymères de coordination à base de dérivés phénoliques d’origine naturelle» par Lucy Jane Cooper

Présentée par : Lucy Jane Cooper Discipline : chimie des matériaux Laboratoire : ILV

Résumé :
Les Metal Organic Frameworks (MOFs) sont des polymères hybrides cristallins. Ils sont formés à partir de ligands organiques polytopiques et de briques inorganiques, interagissant entre eux par des liaisons ionocovalentes pour former des réseaux tridimensionnels poreux. De par leur nature hybride, ils peuvent avoir des applications dans des domaines très différents tels que le stockage et la séparation de gaz et de liquides, et la biomédecine. Néanmoins, ces solides présentent deux limitations importantes pour leur utilisation dans un contexte industriel : 1) leur généralement faible stabilité chimique, et 2) leur mode de préparation souvent non-adapté à la synthèse à grande échelle. Ce travail de thèse vise au développement de nouveaux MOFs stables et durables. Afin de synthétiser de MOFs présentant une bonne stabilité chimique, nous nous sommes intéressés à des systèmes présentant des liaisons cation-ligand fortes, en utilisant des cations de caractère oxophile (ZrlV, TilV, Allll) et un ligand hydroxybenzoïque d’origine naturelle. Notre choix a porté sur l’acide gallique dont la capacité à former des polymères de coordination tridimensionnel avec certains cations métalliques di- et trivalent est déjà avérée. Quant au développement durable de nouveaux MOFs peu toxiques, nous nous sommes tournés vers l’utililsation, avec l’acide gallique, de métaux abondants naturellement (Mgll, Call), de forte biocompatibilité, tout en essayant de travailler dans des solvants peu toxiques ou verts.
Les solides synthétisés ont été caractérisés par diffraction des rayons-X, RMN du solide, spectroscopie IR, ATG… Leurs propriétés de sorption et leur activité biologique ont aussi été étudiées.

Abstract :
Metal Organic Frameworks (MOFs) are crystalline hybrid polymers. They are formed from polytopic organic ligands and inorganic subunits, which are linked together through ion-covalent type bonds in order to form three-dimensional networks with accessible porosity. Owning to their hybrid nature and tuneable porosity they have numerous potential applications in a wide range of fields including gas/liquid separation and storage and biomedicine. However, there are two main factors which may hinder their use in an industrial context : 1) their generally low chemical stability, and 2) their method of preparation which is often not suitable for large scale synthesis. Within this context the work of this thesis focuses on the development of new stable and MOFs derived from sustainable non-toxic materials. In order to synthesise chemically stable MOFs, we investigated the formation of systems containing strong cation-ligand bonds by using oxophilic metal cations (ZrlV, TilV, Allll) and naturally occurring hydroxybenzoic ligands. Gallic acid was chosen as the ligand since its ability to form three-dimensionnal coordination polymers with certain di- and trivalent metal cations had already been established. With regards to the sustainable development of new low toxicity MOFs derived from sustainable materials, we turned towards naturally abundant, highly biocompatible metals (Mgll, Call) along with gallic acid (which contains antioxidant properties). We also tried to work in non-toxic and/or “green” solvents.
The solids obtained were characterised by X-ray diffraction, solid state NMR, IR spectroscopy and TGA. The sorption properties and bioactivity of certain phases were also studied.
Informations complémentaires
Nathalie AUDEBRAND, Professeure des Universités, à l’Université de Rennes 1/Institut des Sciences Chimiques de Rennes - UMR 6226 CNRS - Rennes - Rapporteur
Paul WRIGHT, Professeur des Universités, à l’Université de St Andrews/Ecole de Chimie - Royaume-Uni - Rapporteur
Thomas DEVIC, Chargé de Recherche, Habilité à Diriger des Recherches, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Institut Lavoisier de Versailles (ILV) - Versailles - Directeur de thèse
Christian SERRE, Directeur de Recherche, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Institut Lavoisier de Versailles (ILV) - Versailles - Co-Directeur de thèse
François COUTY, Professeur des Universités, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Institut Lavoisier de Versailles (ILV) - Versailles - Examinateur
Philippe POIZOT, Professeur des Universités, à l’Université de Nantes/Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN) - UMR CNRS 6502 - Nantes - Examinateur
Nathalie GUILLOU, Chargée de Recherche, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Institut Lavoisier de Versailles (ILV) - Versailles - Invitée
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