Conception, synthèse et caractérisation de molécules polyhétérocycliques azotées pour la complexation spécifique de cations métalliques

par Carine Dupont

Thèse de doctorat en Chimie organique

Sous la direction de Gérald Guillaumet et de Franck Suzenet.

Soutenue le 10-12-2010

à Orléans , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences et technologies (Orléans) , en partenariat avec Institut de chimie organique et analytique (Orléans) (laboratoire) .

Le président du jury était Philippe Gros.

Le jury était composé de Gérald Guillaumet, Franck Suzenet, Philippe Gros, Clément Hill, Daniel Meyer.

Les rapporteurs étaient Raphaël Tripier.


  • Résumé

    La loi du 6 juin 2006 sur la gestion des déchets radioactifs de haute activité et à vie longue prévoit la recherche de solutions permettant la séparation et la transmutation des radioéléments à vie longue, pour réduire les quantités et la nocivité des déchets radioactifs ultimes. Ces déchets issus du retraitement du combustible nucléaire usé sont actuellement vitrifiés à La Hague. Ainsi, le projet « séparation poussée » vise à compléter le procédé industriel PUREX par le développement de procédés permettant d’extraire les actinides mineurs des raffinats PUREX où se trouvent également des produits de fission constitués principalement de lanthanides, neutrophages. Pour réaliser la séparation poussée, les actinides mineurs des raffinats PUREX doivent être séparés par des molécules spécifiques. Les BTP ou bis-triazinyl-pyridines ont été largement étudiées au CEA pour la séparation actinides(III)/lanthanides(III). Elles complexent sélectivement les actinides, mais l'origine de cette sélectivité n'est pas complètement expliquée : notamment l’influence des groupements (attachés à leur structure) sur la complexation ou la sélectivité reste à démontrer. En outre, elles sont sensibles à l'hydrolyse et à la radiolyse. La première partie du travail présente la synthèse de BTP ou de BTBP, différemment substituées pour améliorer leur résistance face à l'hydrolyse ou à la radiolyse, et une nouvelle famille de ligands polyaromatiques azotés : les BPBT, présentant un enchaînement original de cycles pyridine et triazine, différent de toutes les structures décrites jusqu'à présent dans la littérature. La seconde partie de ce travail est consacrée à l’étude physico-chimique de nouvelles molécules obtenues, en déterminant leurs constantes de protonation et de complexation, pour connaître l’influence des différents groupements sur la complexation et la sélectivité. Enfin, le troisième volet concerne l’étude des propriétés de ces ligands en extraction liquide-liquide, utilisés soit comme extractants lipophiles, soit comme complexants hydrophiles.

  • Titre traduit

    Creation, synthesis and characterisation of nitrogenous polyheterocyclic new molecules for specific complexation of metallic cations


  • Résumé

    In France, the nuclear waste issued from the industrial reprocessing of spent nuclear fuels (by the PUREX process) are currently vitrified at the La Hague plant, waiting for a final disposal in a deep geological repository. The law voted in June 2006 on the management of highly active nuclear waste plans to look for solutions enabling the separation and transmutation of long-lived radionuclides so as to reduce the quantity and noxiousness of the final nuclear waste. To address this issue, the CEA investigates and elaborates advanced separation processes based on specially designed complexing or extracting molecules to selectively extract minor actinides from PUREX raffinates containing fission products like lanthanides, which are neutron scavengers. BTP or bis-triazinyl-pyridines have been extensively studied at the CEA (and in Europe) for actinides(III)/lanthanides(III) separation. They complex actinides(III) selectively. However, they are sensitive to degradation by hydrolysis and radiolysis. Besides, their separation mechanisms are not well understood, especially the influence of their substituting groups on their complexing and extracting properties. The first part of work reports the syntheses of various BTP and BTBP molecules, differently substituted, as well as a new family of polyaromatic nitrogen-contained ligands: BPBT, presenting a pyridine/triazine sequence that has never been reported in the literature. The second part is devoted to the physico-chemistry studies of the synthesized molecules, such as the determination of their protonation and complexation constants to describe the influence of different substituting groups. Finally, the last part outlines solvent extraction studies by using these ligands either like extractants or like compexants.


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