Harnessing boron reactivity for the synthesis of dynamic and reversible polymer networks

par Juliette Brunet

Thèse de doctorat en Chimie des polymères

Sous la direction de Jean Raynaud et de Damien Montarnal.

Soutenue le 04-10-2019

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de Chimie, Catalyse, Polymères et Procédés (laboratoire) .

Le président du jury était Catherine Journet.

Le jury était composé de Jean Raynaud, Damien Montarnal, Nicolas Seeboth.

Les rapporteurs étaient Laurence Rozes, Renaud Nicolaÿ.

  • Titre traduit

    Synthèse de réseaux polymères dynamiques réversibles utilisant diverses réactivités du bore


  • Résumé

    Ces travaux de thèse portent sur l’élaboration et l’étude des propriétés thermomécaniques de polymères dynamiques incorporant des dérivés borés. Tout en appliquant ce concept sur une variété d’architectures macromoléculaires : copolymères fonctionnels, briques di- et tri-fonctionelles, deux réactivités distinctes du bore ont été étudiées et exploitées. Une large gamme de méthodes de caractérisation a été utilisée pour mener à bien ce projet : spectroscopies FTIR et RMN sous différents stimuli, ainsi que de nombreuses analyses thermiques et mécaniques. Dans un premier temps, nous avons considéré la formation de paires de Lewis frustrées entre des acides de Lewis (organoboranes) et des bases de Lewis (amines et phosphines) stériquement encombrés, cette interaction pouvant être fortement modulée par la participation d’un troisième composé tels que des molécules de gaz. Ainsi, nous avons été capables de former des réseaux dynamiques réticulables de façon réversible avec le dioxyde de carbone. Dans un second temps, nous avons mis en évidence une nouvelle réactivité dans les esters boroniques cycliques impliquant une ouverture de cycle à haute température, assistée par la présence de nucléophiles. Cette réaction a été mise à profit pour former des polymères réticulés dynamiquement, pouvant atteindre des températures de transition vitreuse jusqu’à 220°C et dé-réticulables par dilution avec un bon solvant du polymère (apolaire). Cette réactivité a été appliquée à une variété de polymères accessibles par copolymérisation radicalaire (styrène, éthylène, acétate de vinyle, acrylate de butyle) ou par post-fonctionnalisation de polymères commerciaux (polybutadiène)


  • Résumé

    This thesis focuses on the development and study of thermomechanical properties of dynamic polymers incorporating borylated derivatives. While applying this concept to a variety of macromolecular architectures: functional copolymers, di- and tri-functional bricks, two distinct reactivities of boron have been explored. A wide range of characterization methods has been used to carry out this project: FTIR and NMR spectroscopies under numerous stimuli, as well as many thermal and mechanical analyses. In a first step, we considered the formation of Frustrated Lewis Pairs between Lewis acids (organoboranes) and Lewis bases (amines and phosphines) sterically hindered, as this interaction can be strongly modulated by the participation of a third compound such as gas molecules. Thus, we have been able to form dynamic networks reversibly crosslinkable with carbon dioxide. In a second step, we demonstrated a new reactivity in cyclic boronic esters involving a ring-opening at high temperature, assisted by the presence of nucleophiles. This reaction has been used to form dynamically crosslinked polymers, which can reach glass transition temperatures up to 220°C and de-crosslinkable by dilution in a good (apolar) polymer solvent. This reactivity has been applied to a variety of polymers accessible by radical copolymerization (styrene, ethylene, vinyl acetate, butyl acrylate) or by post-functionalization of commercial polymers (polybutadiene)



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 01-04-2021

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