Edifices supramoléculaires dans le glycérol : Caractérisation et application en catalyse

Abstract

Thèse soutenue publiquement le 3 novembre 2010 Diplôme : Dr. d'UniversitéThis PhD work deals with the use of glycerol as a green and sustainable solvent. The main objective is to show that glycerol can be used as a solvent first, to obtain supramolecular buildings (cohesive solvent) and emulsions using an organic phase and then, to develop a catalysis in unconventional conditions (high boiling point and low vapour pressure). The first part consists in the study of aggregation properties using fatty acids as surfactants. By changing the nature of the counter-ion, these molecules allow producing various supramolecular assemblies such as micelles, vesicles and even tubes. In glycerol these aggregates show a smaller size compared to water. Those dispersions were then used in the formation of liquid crystal phases and emulsions with hexadecane as the oil component. In a second part, in order to develop selective catalytic processes in glycerol, we have synthesized new sugar-based surfactants. They are capable to (i) circumvent the low solubility of organic substrates in glycerol and (ii) limit the intrinsic reactivity of glycerol through the formation of hydrophobic domains. In one model reactions studied (Heck coupling), it is possible, by a control of temperature, to change the reaction selectivity. This allows us to envisage the synthesis of more valuable products. The selective extraction of the products formed in glycerol has been studied using supercritical CO2 mainly because the glycerol is poorly soluble in this solvent.Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du développement durable au travers de l’utilisation du glycérol en tant que solvant. L’objectif est de montrer qu’il peut servir de solvant soit, pour l’obtention d’agrégats de tensioactifs (solvant cohésif) ainsi que d’émulsions au contact d’une phase organique, soit pour la réalisation d’une catalyse dans des conditions peu usuelles (forte température d’ébullition et faible pression de vapeur saturante). L’objectif de la première partie consiste en l’étude des propriétés d’agrégation en utilisant des acides gras comme tensioactifs. En changeant la nature du contre ion, ces molécules offrent un large polymorphisme d’agrégats. Ainsi, nous décrivons dans le glycérol, l’obtention de micelles, de vésicules ou encore de tubes. Ces assemblages présentent la particularité d’être de plus petite taille comparativement à l’eau. Ces systèmes ont ensuite été utilisés dans la formation de phases cristal liquide ou d’émulsions en présence d’hexadécane. Dans une deuxième partie, de manière à développer des procédés catalytiques sélectifs dans le glycérol, nous avons synthétisé des agrotensioactifs dérivés de sucres (aminopolysaccharides). Ces derniers sont capables de (i) contourner la faible solubilité des substrats organiques dans le glycérol et de (ii) limiter la réactivité intrinsèque du glycérol, grâce à la formation de domaines hydrophobes. Dans l’une des réactions modèles étudiées (couplage de Heck), il est possible, par effet de température, de contrôler la sélectivité de la réaction ce qui permet d’envisager la synthèse de composés à plus haute valeur ajouté. L’extraction sélective des produits formés dans le glycérol a ensuite été étudiée en utilisant le CO2 supercritique puisque la solubilité du glycérol dans ce solvant est relativement faible