Catalyseurs organiques photolatents pour la polymérisation par ouverture de cycles différée

Photopolymerization is a growing process allowing preparing polymer materials, notably in the form of films or coatings. Nevertheless, it is mostly based on a radical polymerization mechanism that prevents obtaining fully biodegradable materials. The goal of this PhD work was thus to develop the photopolymerization of cyclic esters and carbonates by using two families of photobase generators (PBGs). First, already described PBGs, releasing cyclic amidine and guanidine-type superbases, were effectively employed to carry out the photopolymerization of L-LA and TMC in solution. Then, taking previous PBGs as models, we developed new PBGs able to release N-heterocyclic carbenes (NHCs) under UV irradiation. The release of NHCs from these “photolatent NHCs” was proven both by 1H NMR and by the formation of NHC.CS2 adducts. These PBGs also proved to be active for the ROP of L-LA and TMC in solution, but to a lesser extent than previous photobases. Indeed, slower kinetics of polymerization were observed, which was attributed to the presence of CO2 in the reaction medium (CO2 released by photodegradation of the PBG) that leads to the formation of NHC.CO2 adduct (inactive for ROP). Thus, the most efficient photobase (releasing TBD) was employed to carry out the bulk photopolymerizations of liquid cyclic esters (ε-CL, δ-VL and even an innovative L-LA / TMC mixture). Finally, polymer networks have been formed by incorporating a bifunctional monomer into the reaction medium, allowing the preparation “on demand” (temporal control) of potentially fully biodegradable materials in a one-pot process.La photopolymérisation est un procédé en plein essor qui permet d’accéder à des matériaux polymères, notamment sous la forme de films ou de revêtements. Néanmoins, celle-ci est majoritairement basée sur un mécanisme de polymérisation radicalaire qui proscrit l’obtention de matériaux totalement biodégradables. Aussi, au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la photopolymérisation par ouverture de cycle (photoROP) d’esters et de carbonates cycliques à l’aide de deux grandes familles de photogénérateurs de bases (PBGs). Tout d’abord, des PBGs, pouvant libérer des superbases de type amidine et guanidine cycliques ont été employées pour mener efficacement la photoROP du L-LA et du TMC en solution. Puis, nous nous sommes attachés à développer, sur le modèle des photobases précédentes, de nouveaux PBGs qui libèrent sous irradiation UV des carbènes N-hétérocycliques (NHCs). La libération des NHCs à partir de ces « NHCs photolatents » a été prouvée par RMN 1H et par la formation d’adduits NHC.CS2. De même, ces PBGs se sont révélés actifs pour la photoROP du L-LA et du TMC en solution, mais avec une plus faible efficacité que les PBGs précédents. En effet, les cinétiques de polymérisation sont lentes du fait de la présence de CO2 dans le milieu (libéré lors de l’irradiation UV) qui conduit à la formation d’adduit NHC.CO2 inactif en ROP. Ainsi, la photobase la plus performante, libérant du TBD, a été employée afin d’effectuer la photoROP en masse d’esters cycliques liquides (ε-CL, δ-VL et un mélange innovant L-LA/TMC). Finalement, des réseaux ont été formés par incorporation dans le milieu réactionnel d’un monomère bifonctionnel, permettant d’obtenir sur demande (contrôle temporel) des matériaux réticulés potentiellement entièrement biodégradables

Catalyseurs organiques photolatents pour la polymérisation par ouverture de cycles différée

Photopolymerization is a growing process allowing preparing polymer materials, notably in the form of films or coatings. Nevertheless, it is mostly based on a radical polymerization mechanism that prevents obtaining fully biodegradable materials. The goal of this PhD work was thus to develop the photopolymerization of cyclic esters and carbonates by using two families of photobase generators (PBGs). First, already described PBGs, releasing cyclic amidine and guanidine-type superbases, were effectively employed to carry out the photopolymerization of L-LA and TMC in solution. Then, taking previous PBGs as models, we developed new PBGs able to release N-heterocyclic carbenes (NHCs) under UV irradiation. The release of NHCs from these “photolatent NHCs” was proven both by 1H NMR and by the formation of NHC.CS2 adducts. These PBGs also proved to be active for the ROP of L-LA and TMC in solution, but to a lesser extent than previous photobases. Indeed, slower kinetics of polymerization were observed, which was attributed to the presence of CO2 in the reaction medium (CO2 released by photodegradation of the PBG) that leads to the formation of NHC.CO2 adduct (inactive for ROP). Thus, the most efficient photobase (releasing TBD) was employed to carry out the bulk photopolymerizations of liquid cyclic esters (ε-CL, δ-VL and even an innovative L-LA / TMC mixture). Finally, polymer networks have been formed by incorporating a bifunctional monomer into the reaction medium, allowing the preparation “on demand” (temporal control) of potentially fully biodegradable materials in a one-pot process.La photopolymérisation est un procédé en plein essor qui permet d’accéder à des matériaux polymères, notamment sous la forme de films ou de revêtements. Néanmoins, celle-ci est majoritairement basée sur un mécanisme de polymérisation radicalaire qui proscrit l’obtention de matériaux totalement biodégradables. Aussi, au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la photopolymérisation par ouverture de cycle (photoROP) d’esters et de carbonates cycliques à l’aide de deux grandes familles de photogénérateurs de bases (PBGs). Tout d’abord, des PBGs, pouvant libérer des superbases de type amidine et guanidine cycliques ont été employées pour mener efficacement la photoROP du L-LA et du TMC en solution. Puis, nous nous sommes attachés à développer, sur le modèle des photobases précédentes, de nouveaux PBGs qui libèrent sous irradiation UV des carbènes N-hétérocycliques (NHCs). La libération des NHCs à partir de ces « NHCs photolatents » a été prouvée par RMN 1H et par la formation d’adduits NHC.CS2. De même, ces PBGs se sont révélés actifs pour la photoROP du L-LA et du TMC en solution, mais avec une plus faible efficacité que les PBGs précédents. En effet, les cinétiques de polymérisation sont lentes du fait de la présence de CO2 dans le milieu (libéré lors de l’irradiation UV) qui conduit à la formation d’adduit NHC.CO2 inactif en ROP. Ainsi, la photobase la plus performante, libérant du TBD, a été employée afin d’effectuer la photoROP en masse d’esters cycliques liquides (ε-CL, δ-VL et un mélange innovant L-LA/TMC). Finalement, des réseaux ont été formés par incorporation dans le milieu réactionnel d’un monomère bifonctionnel, permettant d’obtenir sur demande (contrôle temporel) des matériaux réticulés potentiellement entièrement biodégradables

Photolatent organocatalysts for delayed ring-opening polymerization

La photopolymérisation est un procédé en plein essor qui permet d’accéder à des matériaux polymères, notamment sous la forme de films ou de revêtements. Néanmoins, celle-ci est majoritairement basée sur un mécanisme de polymérisation radicalaire qui proscrit l’obtention de matériaux totalement biodégradables. Aussi, au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la photopolymérisation par ouverture de cycle (photoROP) d’esters et de carbonates cycliques à l’aide de deux grandes familles de photogénérateurs de bases (PBGs). Tout d’abord, des PBGs, pouvant libérer des superbases de type amidine et guanidine cycliques ont été employées pour mener efficacement la photoROP du L-LA et du TMC en solution. Puis, nous nous sommes attachés à développer, sur le modèle des photobases précédentes, de nouveaux PBGs qui libèrent sous irradiation UV des carbènes N-hétérocycliques (NHCs). La libération des NHCs à partir de ces « NHCs photolatents » a été prouvée par RMN 1H et par la formation d’adduits NHC.CS2. De même, ces PBGs se sont révélés actifs pour la photoROP du L-LA et du TMC en solution, mais avec une plus faible efficacité que les PBGs précédents. En effet, les cinétiques de polymérisation sont lentes du fait de la présence de CO2 dans le milieu (libéré lors de l’irradiation UV) qui conduit à la formation d’adduit NHC.CO2 inactif en ROP. Ainsi, la photobase la plus performante, libérant du TBD, a été employée afin d’effectuer la photoROP en masse d’esters cycliques liquides (ε-CL, δ-VL et un mélange innovant L-LA/TMC). Finalement, des réseaux ont été formés par incorporation dans le milieu réactionnel d’un monomère bifonctionnel, permettant d’obtenir sur demande (contrôle temporel) des matériaux réticulés potentiellement entièrement biodégradables.Photopolymerization is a growing process allowing preparing polymer materials, notably in the form of films or coatings. Nevertheless, it is mostly based on a radical polymerization mechanism that prevents obtaining fully biodegradable materials. The goal of this PhD work was thus to develop the photopolymerization of cyclic esters and carbonates by using two families of photobase generators (PBGs). First, already described PBGs, releasing cyclic amidine and guanidine-type superbases, were effectively employed to carry out the photopolymerization of L-LA and TMC in solution. Then, taking previous PBGs as models, we developed new PBGs able to release N-heterocyclic carbenes (NHCs) under UV irradiation. The release of NHCs from these “photolatent NHCs” was proven both by 1H NMR and by the formation of NHC.CS2 adducts. These PBGs also proved to be active for the ROP of L-LA and TMC in solution, but to a lesser extent than previous photobases. Indeed, slower kinetics of polymerization were observed, which was attributed to the presence of CO2 in the reaction medium (CO2 released by photodegradation of the PBG) that leads to the formation of NHC.CO2 adduct (inactive for ROP). Thus, the most efficient photobase (releasing TBD) was employed to carry out the bulk photopolymerizations of liquid cyclic esters (ε-CL, δ-VL and even an innovative L-LA / TMC mixture). Finally, polymer networks have been formed by incorporating a bifunctional monomer into the reaction medium, allowing the preparation “on demand” (temporal control) of potentially fully biodegradable materials in a one-pot process

UV-Initiated Ring Opening Polymerization of l -Lactide Using a Photobase Generator

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Photogeneration of N-Heterocyclic Carbenes: Application in Photoinduced Ring-Opening Metathesis Polymerization

International audienc

In Situ Generated Ruthenium–Arene Catalyst for Photoactivated Ring-Opening Metathesis Polymerization through Photolatent N-Heterocyclic Carbene Ligand

1,3-Bis(mesityl)imidazolium tetraphenylborate (IMesH+ BPh4−) can be synthesized in one step by anion metathesis between the corresponding imidazolium chloride and sodium tetraphenylborate. In the presence of 2-isopropylthioxanthone (sensitizer), an IMes N-heterocyclic carbene (NHC) ligand can be photogenerated under irradiation at 365 nm through coupled electron/proton transfer reactions. By combining this tandem NHC photogenerator system with metathesis inactive [RuCl2(p-cymene)]2 precatalyst, the highly active RuCl2(p-cymene)(IMes) complex can be formed in situ, enabling a complete ring-opening metathesis polymerization (ROMP) of norbornene in the matter of minutes at room temperature. To the best of our knowledge, this is the first example of a photogenerated NHC. Its exploitation in photoROMP has resulted in a simplified process compared to current photocatalysts, because only stable commercial or easily synthesized reagents are required.Photolatent N-heterocyclic Carbenes for Delayed Ring Opening Polymerizatio

Exploring the cellular uptake and localisation of phosphorescent rhenium fac-tricarbonyl metallosurfactants as a function of lipophilicity

A systematic study of the cellular uptake of emissive complexes as a function of their lipophilicity is presented. Here a series of amphiphilic rhenium fac-tricarbonyl bisimine complexes bearing axial substituted imidazole or thiazole ligands, [Re(bpy)(CO)3(ImCnHm)]+ {n = 1 m = 3 (1+), n = 4 m = 9 (2+), n = 8 m = 17 (3+), n = 12 m = 25 (4+), n = 16 m = 33 (5+), n = 2 m = 3 (6+); bpy = 2,2'-bipyridine, Im = imidazole} and [Re(bpy)(CO)3(L)]+ {L = 1-mesitylimidazole, ImMes (7+), 4,5-dimethylthiazole, dmt (8+) and 4-methyl-5-thiazole-ethanol, mte (9+)} is reported. The X-ray crystal structures of 2+, 8+ and 9+ confirm the geometry and expected distribution of ligands and indicated that the plane of the imidazole/thiazole ring is approximately parallel to the long axis of the bipy ligand. Luminescence studies revealed excellent properties for their use in cell imaging with visible excitation and broad emission profiles. Their uptake in two distinct species has been examined by fluorescence imaging of the diplomonad fish parasite Spironucleus vortens (S. vortens) and rod-shaped yeast Schizosaccharomyces pombe (Schiz. pombe) as a function of their lipophilicity. The uptake of the complexes was highest for the more lipophilic 2+-5+ in both S. vortens and Schiz. pombe in which the long alkyl chain aids in crossing bilipid membranes. However, the increased lipophilicity of longer chains also resulted in greater toxicity. Localisation over the whole cell varied with differing alkyl chain lengths with complex 2+ preferentially locating to the nucleus of S. vortens, 3+ showing enhanced nuclear partitioning in Schiz. pombe, and 4+ for the remaining cell wall bound in the case of S. vortens. Interestingly, complexes of intermediate lipophilicity such as 7+ and 8+ showed reasonable uptake, proved to be non-toxic, and were capable of crossing exterior cell walls and localising in the organelles of the cells.</p