Dimères d’acides résiniques et de dérivés de la lignine : nouveaux précurseurs pour la synthèse de polymères bio-sourcés

The aim of this thesis is to investigate new biobased rigid synthons for the synthesis of polymers with high thermomechanical properties. A polycyclic biobased molecule, i.e resinic acids, and phenolic compounds potentially derived from lignin, such as vanillin were selected. Both classes of substrates were dimerized in order to get difunctional symmetric synthons. On the one hand, abietic acid dimers synthesized via a cationic mechanism presented an ill-defined structure. To avoid reactivity issues, dimers with reactive terminal double bonds were successfully synthesized by esterification of abietic acid dimers with undecenol and polymerized by ADMET methodology. On the other hand, we developed a “green” process to dimerize phenolic compounds derived from lignin in large quantity and high yield via enzymatic catalysis using a laccase. The main advantage of this method is that the phenolic monomer is soluble in the reaction medium while the dimer precipitates. After chemical modifications of the dimers, we built a functional bio-platform of biphenyl derivatives. The latter were then used for the synthesis of polyesters, polyamides and epoxy resins which exhibited remarkable thermal and thermomechanical properties.Ces travaux de thèse traitent de l’utilisation d’une molécule polycyclique, l’acide abiétique, issu de la colophane, et de dérivés phénoliques potentiellement dérivés de la lignine, pour la synthèse de polymères rigides bio-sourcés. Dans les deux cas, des monomères symétriques et difonctionnels sont élaborés par réaction de dimérisation des précurseurs bio-sourcés puis testés en polymérisation. D’une part, les dimères de l’acide abiétique obtenus par un mécanisme cationique possèdent des structures mal définies qui compliquent leur polymérisation. Ces dimères ont alors été estérifiés avec de l’undécénol afin d’obtenir un composé bis-insaturé qui est ensuite polymérisé par ADMET. D’autre part, un procédé de dimérisation de molécules phénoliques, potentiellement issues de la lignine, a été développé par voie enzymatique utilisant une laccase. L’avantage majeur de ce procédé ‘vert’ réside dans la séparation très simple entre le monomère, soluble, et son dimère, insoluble. Ces dimères ont ensuite été modifiés chimiquement afin de constituer une bio-plateforme de composés biphényles fonctionnels. Ces composés ont été utilisés pour la synthèse de polyesters, polyamides et résines époxy qui présentent des propriétés thermiques et thermomécaniques remarquables

Synthesis and Characterization of Novel Isosorbide‐Based Polyester Derivatives Decorated with α ‐Acyloxy Amides

The synergy of multicomponent reactions (MCRs) and metathesis chemistry is applied for the synthesis of bio-based functional isosorbide polymers (i.e., polyesters) decorated with α-acyloxy amide motif. The chemical structure of the polyesters that are not accessible by any other conventional methodologies is characterized in-depth via nuclear magnetic resonance, size-exclusion chromatography, and attenuated total reflectance infrared spectroscopy. It is also observed that the “biomass-derived” carbon % of the polymers varied between 66.2 and 76.9. Moreover, the thermal properties of the novel isosorbide-based polymers are investigated via thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry, revealing that the polymers are in the amorphous state, identified by the glass transition temperature (T$_g$) values below the human body temperature. The mechanical properties and the biocompatibility of the functional novel polyester derivative with the highest “biomass-derived” carbon % are evaluated via dynamic mechanical analysis and cytotoxicity test. The exemplary polymer is biocompatible with chondrocyte cells in the conditions used in the tests. In summary, the complementary nature of isosorbide derivatives with MCRs and metathesis chemistry is utilized to illustrate the potential utility of isosorbide as a building block for polymers with prospective biomedical application (namely, as novel cartilage materials)

Synthesis and Characterization of Novel Isosorbide‐Based Polyester Derivatives Decorated with α ‐Acyloxy Amides

The synergy of multicomponent reactions (MCRs) and metathesis chemistry is applied for the synthesis of bio-based functional isosorbide polymers (i.e., polyesters) decorated with α-acyloxy amide motif. The chemical structure of the polyesters that are not accessible by any other conventional methodologies is characterized in-depth via nuclear magnetic resonance, size-exclusion chromatography, and attenuated total reflectance infrared spectroscopy. It is also observed that the “biomass-derived” carbon % of the polymers varied between 66.2 and 76.9. Moreover, the thermal properties of the novel isosorbide-based polymers are investigated via thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry, revealing that the polymers are in the amorphous state, identified by the glass transition temperature (T$_g$) values below the human body temperature. The mechanical properties and the biocompatibility of the functional novel polyester derivative with the highest “biomass-derived” carbon % are evaluated via dynamic mechanical analysis and cytotoxicity test. The exemplary polymer is biocompatible with chondrocyte cells in the conditions used in the tests. In summary, the complementary nature of isosorbide derivatives with MCRs and metathesis chemistry is utilized to illustrate the potential utility of isosorbide as a building block for polymers with prospective biomedical application (namely, as novel cartilage materials)

Resinic acid and lignin derivative dimers : new precursors for the synthesis of biobased polymers

Ces travaux de thèse traitent de l’utilisation d’une molécule polycyclique, l’acide abiétique, issu de la colophane, et de dérivés phénoliques potentiellement dérivés de la lignine, pour la synthèse de polymères rigides bio-sourcés. Dans les deux cas, des monomères symétriques et difonctionnels sont élaborés par réaction de dimérisation des précurseurs bio-sourcés puis testés en polymérisation. D’une part, les dimères de l’acide abiétique obtenus par un mécanisme cationique possèdent des structures mal définies qui compliquent leur polymérisation. Ces dimères ont alors été estérifiés avec de l’undécénol afin d’obtenir un composé bis-insaturé qui est ensuite polymérisé par ADMET. D’autre part, un procédé de dimérisation de molécules phénoliques, potentiellement issues de la lignine, a été développé par voie enzymatique utilisant une laccase. L’avantage majeur de ce procédé ‘vert’ réside dans la séparation très simple entre le monomère, soluble, et son dimère, insoluble. Ces dimères ont ensuite été modifiés chimiquement afin de constituer une bio-plateforme de composés biphényles fonctionnels. Ces composés ont été utilisés pour la synthèse de polyesters, polyamides et résines époxy qui présentent des propriétés thermiques et thermomécaniques remarquables.The aim of this thesis is to investigate new biobased rigid synthons for the synthesis of polymers with high thermomechanical properties. A polycyclic biobased molecule, i.e resinic acids, and phenolic compounds potentially derived from lignin, such as vanillin were selected. Both classes of substrates were dimerized in order to get difunctional symmetric synthons. On the one hand, abietic acid dimers synthesized via a cationic mechanism presented an ill-defined structure. To avoid reactivity issues, dimers with reactive terminal double bonds were successfully synthesized by esterification of abietic acid dimers with undecenol and polymerized by ADMET methodology. On the other hand, we developed a “green” process to dimerize phenolic compounds derived from lignin in large quantity and high yield via enzymatic catalysis using a laccase. The main advantage of this method is that the phenolic monomer is soluble in the reaction medium while the dimer precipitates. After chemical modifications of the dimers, we built a functional bio-platform of biphenyl derivatives. The latter were then used for the synthesis of polyesters, polyamides and epoxy resins which exhibited remarkable thermal and thermomechanical properties

Resinic acid and lignin derivative dimers : new precursors for the synthesis of biobased polymers

Ces travaux de thèse traitent de l’utilisation d’une molécule polycyclique, l’acide abiétique, issu de la colophane, et de dérivés phénoliques potentiellement dérivés de la lignine, pour la synthèse de polymères rigides bio-sourcés. Dans les deux cas, des monomères symétriques et difonctionnels sont élaborés par réaction de dimérisation des précurseurs bio-sourcés puis testés en polymérisation. D’une part, les dimères de l’acide abiétique obtenus par un mécanisme cationique possèdent des structures mal définies qui compliquent leur polymérisation. Ces dimères ont alors été estérifiés avec de l’undécénol afin d’obtenir un composé bis-insaturé qui est ensuite polymérisé par ADMET. D’autre part, un procédé de dimérisation de molécules phénoliques, potentiellement issues de la lignine, a été développé par voie enzymatique utilisant une laccase. L’avantage majeur de ce procédé ‘vert’ réside dans la séparation très simple entre le monomère, soluble, et son dimère, insoluble. Ces dimères ont ensuite été modifiés chimiquement afin de constituer une bio-plateforme de composés biphényles fonctionnels. Ces composés ont été utilisés pour la synthèse de polyesters, polyamides et résines époxy qui présentent des propriétés thermiques et thermomécaniques remarquables.The aim of this thesis is to investigate new biobased rigid synthons for the synthesis of polymers with high thermomechanical properties. A polycyclic biobased molecule, i.e resinic acids, and phenolic compounds potentially derived from lignin, such as vanillin were selected. Both classes of substrates were dimerized in order to get difunctional symmetric synthons. On the one hand, abietic acid dimers synthesized via a cationic mechanism presented an ill-defined structure. To avoid reactivity issues, dimers with reactive terminal double bonds were successfully synthesized by esterification of abietic acid dimers with undecenol and polymerized by ADMET methodology. On the other hand, we developed a “green” process to dimerize phenolic compounds derived from lignin in large quantity and high yield via enzymatic catalysis using a laccase. The main advantage of this method is that the phenolic monomer is soluble in the reaction medium while the dimer precipitates. After chemical modifications of the dimers, we built a functional bio-platform of biphenyl derivatives. The latter were then used for the synthesis of polyesters, polyamides and epoxy resins which exhibited remarkable thermal and thermomechanical properties

Sustainable Synthetic Approaches for the Preparation of Plant Oil-Based Thermosets

International audienc

Resinic acid and lignin derivative dimers : new precursors for the synthesis of biobased polymers

Ces travaux de thèse traitent de l’utilisation d’une molécule polycyclique, l’acide abiétique, issu de la colophane, et de dérivés phénoliques potentiellement dérivés de la lignine, pour la synthèse de polymères rigides bio-sourcés. Dans les deux cas, des monomères symétriques et difonctionnels sont élaborés par réaction de dimérisation des précurseurs bio-sourcés puis testés en polymérisation. D’une part, les dimères de l’acide abiétique obtenus par un mécanisme cationique possèdent des structures mal définies qui compliquent leur polymérisation. Ces dimères ont alors été estérifiés avec de l’undécénol afin d’obtenir un composé bis-insaturé qui est ensuite polymérisé par ADMET. D’autre part, un procédé de dimérisation de molécules phénoliques, potentiellement issues de la lignine, a été développé par voie enzymatique utilisant une laccase. L’avantage majeur de ce procédé ‘vert’ réside dans la séparation très simple entre le monomère, soluble, et son dimère, insoluble. Ces dimères ont ensuite été modifiés chimiquement afin de constituer une bio-plateforme de composés biphényles fonctionnels. Ces composés ont été utilisés pour la synthèse de polyesters, polyamides et résines époxy qui présentent des propriétés thermiques et thermomécaniques remarquables.The aim of this thesis is to investigate new biobased rigid synthons for the synthesis of polymers with high thermomechanical properties. A polycyclic biobased molecule, i.e resinic acids, and phenolic compounds potentially derived from lignin, such as vanillin were selected. Both classes of substrates were dimerized in order to get difunctional symmetric synthons. On the one hand, abietic acid dimers synthesized via a cationic mechanism presented an ill-defined structure. To avoid reactivity issues, dimers with reactive terminal double bonds were successfully synthesized by esterification of abietic acid dimers with undecenol and polymerized by ADMET methodology. On the other hand, we developed a “green” process to dimerize phenolic compounds derived from lignin in large quantity and high yield via enzymatic catalysis using a laccase. The main advantage of this method is that the phenolic monomer is soluble in the reaction medium while the dimer precipitates. After chemical modifications of the dimers, we built a functional bio-platform of biphenyl derivatives. The latter were then used for the synthesis of polyesters, polyamides and epoxy resins which exhibited remarkable thermal and thermomechanical properties