Multiphase microemulsion systems based on catalytic surfactants : physicochemical investigation and application to fine chemistry

par Bing Hong

Thèse de doctorat en Molécules et matière condensée

Sous la direction de Véronique Nardello-Rataj et de Jean-Marie Aubry.

  • Titre traduit

    Systèmes de microémulsion multiphasiques à base de tensioactifs catalytiques : études de physico-chimique et application à la chimie fine


  • Résumé

    Les surfactifs catalytiques équilibrés (baptisés "Catasurfs") permettent d'élaborer des systèmes de microémulsions polyphasiques utilisés comme milieux réactionnels. Dans ce contexte, des alkylammonium et des alkylsulfonates amphiphiles bicaténaires ont été développés. Leurs comportements en système aqueux (solubilité, concentration micellaire critique, diagramme binaire, cristaux liquides) ainsi qu'en système biphasique eau/huile (diagramme en poisson, formation de systèmes de microémulsions) ont été étudiés en fonction de la nature des contre-ions. Les phases cristallines lyotropes ont été identifiées par microscopie optique à polarisation et par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS). Une classification des surfactifs selon leur amphiphilicité a été établie à partir des diagrammes de Fish construits selon un balayage en huiles. Le comportement de phases de ces surfactifs dans l'eau (micelles) et en système biphasique eau/huile (microémulsion) dépend non seulement de la longueur de la chaîne mais aussi du degré d'hydratation des contre-ions, en accord avec la série d’Hofmeister. L’intérêt des microémulsions polyphasiques à base de Catasurfs a été démontré d'une part en microémulsion Winsor III à base de [DiC10]2WO4 appliquée à l'époxydation des oléfines et à l’oxydation de sulfures en présence de H2O2 et d'autre part, via l'élaboration de microémulsions Winsor IV thermosensible utilisant la synergie entre les C8E4 et [DiC8]2MoO4 pour la "Dark Singlet Oxygenation". Par ailleurs, une nouvelle voie de synthèse « one-pot» de la (+)-nootkatone, fragrance à haute valeur ajoutée, à partir du(+)-valencène a été mise au point dans conditions sans solvant.


  • Résumé

    Balanced Catalytic Surfactants (abbreviated as “Catasurfs”) allow the design of multiphase microemulsion systems used as reaction media. In this context, the double tailed alkylammonium and alkylsulfonate amphiphiles have been developed. Their behavior in aqueous system (solubility, critical micellar concentration, binary diagram, lyotropic liquid crystal) as well as biphasic oil/water system (Fish diagram, forming microemulsions systems Winsor Type I, II, III and IV) were studied based on the nature of counter ions (Br, Cl, WO42−, MoO42−, SO42− for anionic and H+, Li+, Na+, K+, Cu2+, Zn2+, Ca2+, Sc3+ for cationic). Lyotropic crystal phases were identified by polarization optical microscopy and small angle X-ray scattering diffusion (SAXS). A classification of surfactants according to their amphiphilicity was established from the Fish diagrams constructed by scanning oil polarities. The phase behavior of these surfactants in water (micelles) and biphasic oil / water system (microemulsion) does not only depend on the alkyl chain length but also the counter ions hydration degree, in agreement with the Hofmeister series. The advantages of multiphase microemulsions based on “Catasurfs” were on one hand demonstrated by the epoxidation of olefins and oxidation of sulfides in a Winsor III microemulsion based on [DiC10]2WO4 in the presence of H2O2 and, on the other hand, by the development of a thermosensitive Winsor IV microemulsions using synergy between C8E4 and [DiC8]2MoO4 for “Dark Singlet Oxygenation”. In addition, a new “one-pot” synthetic route of the (+)- nootkatone, a high value-added fragrance, from the (+)-valencene was developed under solvent-free conditions.


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