Architectures supramoléculaires à structures ouvertes fondées sur la liaison hydrogène : élaboration, caractérisation structurale et propriétés de sorption

par Georges Mouchaham

Thèse de doctorat en Chimie macromoléculaire et supramoléculaire

Sous la direction de Nans Roques et de Jean-Pascal Sutter.

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La thématique de recherche développée au cours de cette thèse de doctorat concerne la conception de réseaux supramoléculaires poreux à propriétés de sorption remarquables. Ces travaux visent l'élaboration des solides supramoléculaires poreux dont la cohésion est assurée par des liaisons-Hydrogène (liaisons-H), la caractérisation structurale, ainsi que l'étude des propriétés de sorption pour les matériaux les plus prometteurs. Les solides supramoléculaires poreux sont obtenus en associant par le biais des liaisons-H, des composés de coordination préformés (accepteurs de liaisons-H) et des cations organiques (donneurs de liaisons-H par le biais de groupements N-H+) dans les conditions de la chimie douce. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'association de complexes de coordination de type métal-oxalates ([Al(Ox)3]3-, [Zr(Ox)4]4-où Ox = C2O42-) et des cations organiques comme les dérives d'imidazolium et de pyridinium de topicité et de charge variables. Plusieurs architectures cristallines supramoléculaires ont été obtenues. L'influence des paramètres expérimentaux au moment de leur formation a été étudiée. L'importance de la concentration de la solution, de la stœchiométrie des réactifs, des solvants utilisés et de la température a ainsi été mise en évidence. Nous nous sommes aussi attachés à faire varier des facteurs intrinsèques aux unités de construction comme le nombre et la nature de sites donneur/accepteur de liaison-H ainsi que la présence (ou non) de sites encombrants et/ou susceptible de donner de liaisons-H supplémentaires sur les cations. Ainsi, des architectures supramoléculaires poreuses possédant des volumes vides allant de 10 % jusqu'à 54 % ont été obtenues. Le matériau de porosité la plus importante présente une structure 3D chirale parcourue par des canaux de diamètre de 11 Å. Ce matériau a la capacité de piéger au sein de ces cavités une large gamme de molécules hôtes. La possibilité de faire de la chimie dans les cavités a été également mise en évidence.

  • Titre traduit

    Open supramolecular frameworks based on hydrogen bond : elaboration, structural study and sorption properties


  • Résumé

    The project developed in this PhD thesis focuses on the design of porous supramolecular frameworks showing interesting sorption properties. The aims of this work were: i) to synthesize porous supramolecular materials by hydrogen bonds (H-bonds) assembling, ii) to investigate their crystal structures and iii) to study, when they are porous, their sorption properties. The materials have been prepared under mild conditions associating preformed anionic metallotectons (the H-bonds acceptors) through cationic organic molecules (the H-bonds donors by means of N-H+ groups) via charge assisted H-bonds. In this work, different types of association involving anionic metal-oxalate building blocks ([Al(Ox)3]3-, [Zr(Ox)4]4- with Ox = C2O42-) and organic cations (imidazolium and pyridinium derivatives) have been achieved. Thus, several supramolecular architectures have been obtained. The influence of experimental parameters on supramolecular arrangements has been explored. The effect such as solution concentration, reactant stoichiometry, solvent nature and mixture temperature has been determined. Then, intrinsic modifications (i. E. Number and nature of the donor/acceptor H-bonds sites as well as additional bulky groups) have been applied on building blocks and their impact has been further evaluated. This has successfully afforded several porous molecular materials showing 10 % to 54 % of accessible void volume. The material showing the highest porosity presents a 3D chiral architecture endowed by large channels (11 Å of diameter). Interestingly, this compound is able to host a wide range of guest molecules (acidic molecules, halogenated molecules, metal ions. . . ). Moreover, it shows promising results regarding chemical reaction inside its cavities.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (306 p.+ annexes)
  • Annexes : Références bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 TOU3 0097
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