Systèmes bioinspirés redox-actifs pour le transfert électronique et les défis synthétiques

Bioinspired redox-active systems for electron transfer and synthetic challenges

• Auteur / Autrice : Cheriehan Hessin
• Direction : Marine Desage-El Murr, Sylvie Choua
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 03/02/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie (Strasbourg ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Vezin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Vezin, Petra Hellwig
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ally Aukauloo, Abderrahmane Amgoune
• DOI : 10.70675/1b864f60ze304z420bz96faz3bd34bbf077c

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxydoréduction

Chimie

Mots clés libres

Odre des potentiels redox

Inversion des potentiels

Bifurcation électronique

Transfert multiélectronique

Order of redox potentials

Potential inversion

Electron bifurcation

Multi-electron transfer

Résumé

La nature détient une astuce récemment découverte qui lui permet d’effectuer des transformations chimiques exigeantes telles que la réduction et la valorisation du dioxyde de carbone et du diazote, des réactions d’enjeu environnemental. Ces transformations ont lieu grâce à la propriété d’inversion des potentiels redox que possèdent certaines molécules organiques telles que les quinones et les flavines, situées dans des enzymes. Cette propriété leur permet de faciliter le second transfert électronique par rapport au premier et leur permet de générer des espèces assez réductrices capables de réaliser ces transformations chimiques difficiles. Cependant, les quinones et flavines ne possédant pas cette propriété d’inversion des potentiels ne sont pas capables d’effectuer ce type de transformation. L’ordre des potentiels redox (inversion ou non) dépend de l’interaction de la molécule organique avec son environnement dans l’enzyme. Nos travaux visent à reproduire ces processus naturels à l’aide d’un système simplifié contenant un métal éco-compatible et des ligands bio-inspirés, possédant cette propriété d’inversion en vue d’applications en catalyse et afin d’effectuer des réactions chimiques compliquées avec des systèmes plus simples que ceux utilisés par la nature. Nos résultats montrent qu’à l’instar du processus naturel l’environnement du complexe influence fortement l’ordre des potentiels redox des complexes ainsi que la réactivité du complexe et permet de moduler le nombre d’électrons transférés. Nous exploitons aussi l’inversion des potentiels dans les transferts multiélectroniques.

Nature has a recently discovered trick that allows it to perform demanding chemical transformations such as the reduction of carbon dioxide and dinitrogen, reactions of environmental concern. These transformations take place thanks to the property of redox potential inversion that certain organic molecules such as quinones and flavines possess, located in enzymes. This property allows them to facilitate the second electronic transfer compared to the first one and allows them to generate reducing species capable of carrying out these difficult chemical transformations. However, quinones and flavines that do not possess the property of potential inversion are not able to carry out this type of transformation. The order of the redox potentials (inversion or not) depends on the interaction of the organic molecule with its environment in the enzyme. Our work aims at reproducing these natural processes with a simplified system containing an eco-compatible metal and bio- inspired ligands, possessing this property of potential inversion for applications in catalysis and in order to perform complicated chemical reactions with simpler systems than those used in nature. Our results show that, as in the natural process, the environment of the complex strongly influences the order of the redox potentials of the complexes as well as the reactivity of the complex and allows to modulate the number of electrons transferred. We also exploit potential inversion in reaction that require multi-electron transfers.