Élaboration de matériaux supramoléculaires à base de Pillar[N]arènes, en réponse aux enjeux environnementaux

Development of supramolecular materials based on Pillar[N]arenes in response to environmental issues

• Auteur / Autrice : Solenne Ritaine
• Direction : Patrice Woisel, Jérôme Claverie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 30/08/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....) en cotutelle avec Université de Sherbrooke (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Dez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jonathan Potier, Philippe Dauphin Ducharme, Héloïse Thérien-Aubin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Bonnet, Audrey Laventure

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cages moléculaires

Composés macrocycliques

Thermodurcissables

Chimie supramoléculaire

Mots clés libres

Pillararènes

Norbornènes

Pillararenes

Norbornenes

Materials

Supramolecular

Host/guest chemistry

Hydrocarbon

Résumé

La pollution de l'air, l'épuisement des ressources, la disparition massive des espèces végétales et animales sont les plus grands problèmes environnementaux à l'heure actuelle. Dans le domaine des polymères ou de la chimie au sens large, les solutions concrètes consistent à limiter l'utilisation de produits dangereux et/ou leur émission dans l'air, les sols et l'eau mais également limiter l'accumulation de déchets en favorisant le recyclage. A travers cette thèse, nous avons proposé deux nouveaux systèmes polymères pouvant répondre à ces défis environnementaux en utilisant la chimie supramoléculaire et plus particulièrement les Pillar[5]arènes (P[5]A).Le premier projet de cette thèse présente les résultats obtenus concernant la formation d'un thermodurcissable réversible. Ces résultats ont été soumis dans le journal « Macromolecules ». Les résultats de cet article montrent la capacité du P[5]A à pouvoir former un complexe de stœchiométrie 1:2 avec certaines chaînes alkyles. Cette propriété unique associée à l'utilisation de chaînes de polymères hydrocarbonées permettent la formation de matériaux réticulés physiquement. Dans ce système, les polymères hydrocarbonés sont valorisés par des réticulations réversibles, et par le biais de simples lavages, les matériaux peuvent être recyclés.Par la suite, le second projet de ce manuscrit présente les résultats obtenus concernant la formation de thermodurcissables capteurs de composés organiques volatils (COV). Ces résultats ont été publiés dans le journal « New Journal of Chemistry ». Les résultats de cet article indiquent que les matériaux ainsi formés sont capables de capter différents COV tout en évitant de les relarguer prématurément. Aucune altération des propriétés thermomécaniques n'est également observée après leur utilisation.Par ces différents projets, on se rend compte de l'importance de la chimie supramoléculaire pour la formation de nos matériaux innovants. En effet, les P[5]A, qui sont des récepteurs supramoléculaires, sont présent tout au long de ce manuscrit, afin de donner aux matériaux leurs propriétés spécifiques.

Air pollution, resource depletion, and the massive extinction of plant and animal species are the greatest environmental problems today. In the field of polymers or chemistry in a broader sense, concrete solutions involve limiting the use of hazardous products and/or their emissions into the air, soil, and water, as well as reducing waste accumulation by promoting recycling. Through this thesis, we have proposed two new polymer systems that can address these environmental challenges by using supramolecular chemistry, specifically Pillar[5]arenes (P[5]A).The first project of this thesis presents the results obtained regarding the formation of a reversible thermosetting material. These results have been submitted to the journal ‘'Macromolecules''. The findings of this article demonstrate the ability of P[5]A to form a 1:2 complex with certain alkyl chains. This unique property, combined with the use of hydrocarbon polymer chains, enables the formation of physically crosslinked materials. In this system, hydrocarbon polymers are valorized through reversible crosslinking, and through simple washing processes, the materials can be recycled.Subsequently, the second project of this manuscript presents the results obtained regarding the formation of thermosetting absorbents for volatile organic compounds (VOCs). These results have been published in the journal ‘'New Journal of Chemistry''. The findings of this article indicate that the materials formed are able to absorb various VOCs while avoiding their premature release. No alteration of the thermomechanical properties is also observed after their exposure to VOC vapors.Through these various projects, we realize the importance of supramolecular chemistry in the formation of our innovative materials. Indeed, the P[5]A, which are supramolecular receptors, are present throughout this manuscript to impart specific properties to the materials.