Conception de donneurs d'électrons organiques polyvalents: Applications en synthèse organique et polymères. – iPOD

Récemment, des agents réducteurs possédant une structure organique neutre et un potentiel redox exceptionnellement négatif ont reçu un regain d'intérêt grâce aux progrès de leur réactivité en chimie organique. Ces puissants donneurs d'électrons organiques (DEO) sont capables de transférer spontanément un ou deux électrons vers des substrats organiques dans des conditions réactionnelles douces et homogènes. Les DEO sont de sérieux rivaux aux réducteurs métalliques classiques trop agressifs et représentent donc une nouvelle source d'électrons réducteurs. Jusqu'à présent, ils ont été peu étudiés et les stratégies impliquant une étape de réduction initiée par des DEO ont été insuffisamment explorées malgré leur potentiel synthétique et leur modularité. Par conséquent, leur champ d'application reste assez restreint. Il est donc capital de maîtriser la chimie des réducteurs organiques et d'établir leurs champs d'application. Pour combler ces lacunes, ce projet de recherche vise d'abord à développer de nouvelles bibliothèques de donneurs d'électrons organiques capables d'aller au delà des limites actuelles. Les structures seront diversement fonctionnalisées et leur réactivité évaluée afin de mieux comprendre les facteurs qui régissent le transfert mono- ou bi-électronique, ainsi que le potentiel de réduction. La variété des donneurs obtenus fournira ainsi une base de données exceptionnelle pour étudier les relations structure moléculaire/réactivité. Le développement de précurseurs de DEO stables à l'air et de systèmes catalytiques rendront leur usage plus pratique et permettront des approches latentes et économiques en atome, des paramètres nécessaires pour les procédés industriels. La deuxième partie du projet sera consacrée à l'exploitation des DEO obtenus dans des réactions de réduction originales et à l'exploration de nouvelles applications. Une étude approfondie de leur aptitudes et de leur limites, ainsi que des mécanismes impliqués, permettra aux chimistes de se rendre mieux compte de leur utilité et élargira leur panel d'applications en chimie radicalaire. Ce projet s’inscrit également dans un contexte de développement de nouvelles méthodologies de réduction, alliant efficacité, modularité et sélectivité, et répondant aux critères de la chimie durable. En effet, les réactions de réduction sont beaucoup moins maîtrisées que les processus d'oxydation, plus largement utilisés pour la fabrication de nombreux objets du quotidien. Avec le déclin des sources fossiles, il est donc urgent de développer des voies alternatives pour accéder à ces composés fondamentaux. Une attention particulière sera accordée au domaine de la chimie des matériaux avec l'utilisation des DEO comme initiateurs de polymérisation. Récemment, nous avons démontré que les DEO initient une polymérisation simple, efficace à température ambiante, répondant aux normes industrielles de rentabilité, d'économie d'énergie et de sécurité. Leur haute tolérance à différents groupements fonctionnels les rend compatible avec la préparation d'une large gamme de polymères de grande importance industrielle. Les études de réactivité de nos nouvelles séries de DEO permettront d'étendre notre procédé à toute une nouvelle gamme de monomères dans des conditions douces, sans métal, et sans co-initiateurs. Pour améliorer ce procédé hautement innovant, une étude mécanistique complète aidera à i) comprendre les étapes d'amorçage et de propagation de chaîne et ii) préparer des structures de DEO optimisées. Cette application permettra d'illustrer le potentiel indéniable de ces réactifs polyvalents aux yeux de la communauté scientifique et industrielle. En terme d'avantages sociaux et économiques, le soutien financier de ce projet nous permettra de collecter les résultats décisifs pour atteindre le niveau de préparation technologique élevé (TRL) exigé par le programme européen de recherche Horizon 2020 et pour accéder à l'étape d'industrialisation de notre concept .