COLLOQUE FEDERATION GAY LUSSAC Agro-ressources et photorégulation

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1 COLLOQUE FEDERATION GAY LUSSAC Agro-ressources et photorégulation
Chimie pour un développement durable : procédés, énergie et environnement 22-24 novembre 2011 Agro-ressources et photorégulation Vers la synthèse de nouveaux chromophores intégrant le concept de développement durable Drillaud Nicolas, Banaszak - Léonard Estelle, Pezron Isabelle, Len Christophe Transformations Intégrées de la Matière Renouvelable EA 4297 UTC-ESCOM, Compiègne, France

2 Introduction à la chimie verte
Plan Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Synthèse d’un tensioactif photorégulable Analyses physico-chimiques Synthèse organique en milieu micellaire Conclusion et perspectives

3 Utiliser le moins de substances ou des non-polluantes
Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Utiliser le moins de substances ou des non-polluantes Formation de produits non-toxique synthèse non-polluante Matière renouvelable Dégradation en produits non nocifs Minimiser les risques d’accidents Minimum d’étape réactionnel Analyse sécurité en temps réelle Economie d’atome Prévention Utilisation de catalyseur Economie d’énergie P. T. Anastas, J. B. Zimmerman, Environ. Sci. Technol., 2003, 37, 94A–101A

4 Utiliser le moins de substances ou des non-polluantes
Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Utiliser le moins de substances ou des non-polluantes Formation de produits non-toxique synthèse non-polluante Matière renouvelable Dégradation en produits non nocifs Minimiser les risques d’accidents Minimum d’étape réactionnel Analyse sécurité en temps réelle Economie d’atome Prévention Utilisation de catalyseur Economie d’énergie P. T. Anastas, J. B. Zimmerman, Environ. Sci. Technol., 2003, 37, 94A–101A

5 Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire
P. T. Anastas, J. B. Zimmerman, Environ. Sci. Technol., 2003, 37, 94A–101A

6 Qu’est-ce qu’un tensioactif ?
Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Qu’est-ce qu’un tensioactif ? Les tensioactifs sont des molécules amphiphiles qui modifient la tension superficielle entre deux surfaces. Anionique : Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) Cationique : CetylTrimethylAmmonium Bromide (CTAB) Non-ionique : polyoxyéthylène-4-lauryl éther Amphotère : bétaïne

7 Organisation de tensioactifs (air – eau)
Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Organisation de tensioactifs (air – eau) Air Eau Solubilisation des tensioactifs dans l’eau Organisation des tensioactifs à l’interface Formation de micelles (agrégats)

8 Exemples de structures formées en présence de tensioactifs
Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Exemples de structures formées en présence de tensioactifs Vésicule Micelle inverse Cylindre interconnecté Bicouche lamellaire Micelle M-P. Pileni, Nature Materials, 2003, 2,

9 Synthèse organique en milieu micellaire
Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Synthèse organique en milieu micellaire Réduction C. Denis, B. Laignel, D. Plusquellec, J.-Y. Le Marouille, A.Botrel, Tetrahedron Lett., 1996, 37, 53-56

10 Synthèse organique en milieu micellaire
Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Synthèse organique en milieu micellaire Couplage C-C T. Dwars, E. Paetzold, G. Oehme, Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 7174– 7199

11 Avantages Inconvénients Respecte les principes de la chimie verte
Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Avantages Respecte les principes de la chimie verte Grande majorité de synthèses organiques réalisable en milieu micellaire Inconvénients Récupération des produits en fin de réaction Recyclage du tensioactif Y. Orihara, A. Matsumura, Y. Saito, N. Ogawa,T. Saji, A. Yamaguchi, H. Sakai, M. Abe, Langmuir, 2001, 17, F. Hamon, F. Djedaini-Pilard, F. Barbot, C. Len, Tetrahedron, 2009, 65,

12 Avantages Inconvénients Solution envisagée
Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Avantages Respecte les principes de la chimie verte Grande majorité de synthèses organiques réalisable en milieu micellaire Inconvénients Récupération des produits en fin de réaction Recyclage du tensioactif Solution envisagée trans cis Y. Orihara, A. Matsumura, Y. Saito, N. Ogawa,T. Saji, A. Yamaguchi, H. Sakai, M. Abe, Langmuir, 2001, 17, F. Hamon, F. Djedaini-Pilard, F. Barbot, C. Len, Tetrahedron, 2009, 65,

13 Avantages Inconvénients Solution envisagée
Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Avantages Respecte les principes de la chimie verte Grande majorité de synthèses organiques réalisable en milieu micellaire Inconvénients Récupération des produits en fin de réaction Recyclage du tensioactif Solution envisagée tensioactifs Composés organique capture libération Y. Orihara, A. Matsumura, Y. Saito, N. Ogawa,T. Saji, A. Yamaguchi, H. Sakai, M. Abe, Langmuir, 2001, 17, F. Hamon, F. Djedaini-Pilard, F. Barbot, C. Len, Tetrahedron, 2009, 65,

14 Introduction à la chimie verte
Plan Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Synthèse d’un tensioactif photorégulable Analyses physico-chimiques Synthèse organique en milieu micellaire Conclusion et perspectives

15 Synthèse d’un tensioactif photorégulable
Tête hydrophile issue des agroressources Azobenzène : chromophore Chaîne hydrophobe

16 Synthèse d’un tensioactif photorégulable
A. Variation de l’espaceur 1. Liaison éther sur un dérivé du D-glucose H.P. Kleine, D. V. Weinberg, R. J. Kaufman, R. S. Sidhu, Carbohydr. Res., 1985,

17 Synthèse d’un tensioactif photorégulable
A. Variation de l’espaceur 1. Liaison éther sur un dérivé du D-glucose H.P. Kleine, D. V. Weinberg, R. J. Kaufman, R. S. Sidhu, Carbohydr. Res., 1985,

18 Synthèse d’un tensioactif photorégulable
A. Variation de l’espaceur Utilisation d’un espaceur polaire pour réaliser les couplages anomériques sans augmenter l’hydrophobie des molécules Espaceur amide Espaceur triazole

19 Synthèse d’un tensioactif photorégulable
A. Variation de l’espaceur 2. Liaison amide sur un dérivé du D-glucose Rendement faible (10%) Molécule peu soluble dans l’eau M. Shiozaki, T. Mochizuki, H. Hanzawa, H. Haruyama, Carbohydr. Res., 1996, 288,

20 Synthèse d’un tensioactif photorégulable
A. Variation de l’espaceur 3. Espaceur triazole sur un dérivé du D-glucose Rendement moyen (29%) Molécule peu soluble dans l’eau A.El Moncef, E. M. El Hadrami, A. Ben-Tama, C. Ramírez de Arellano, E. Zaballos-Garcia, S. E. Stiriba, J. Mol. Struct., 2009, 929, 6–9

21 Synthèse d’un tensioactif photorégulable
B. Modification de la partie glycone 1. Oxydation en analogue d’acide D-glucuronique (voie éléctrochimique) T. Isogai, T. Saito, A. Isogai, Biomacromolecules, 2010, 11, 1593–1599

22 Synthèse d’un tensioactif photorégulable
B. Modification de la partie glycone 2. Oxydation en analogue d’acide D-glucuronique (voie chimique) BABTGA Tensioactif non-ionique Tensioactif anionique C.S. Rye, S.G. Withers, J. Am. Chem. Soc., 2002, 124,

23 Introduction à la chimie verte
Plan Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Synthèse d’un tensioactif photorégulable Analyses physico-chimiques Synthèse organique en milieu micellaire Conclusion

24 Analyses physico-chimiques
Isomérisation du BABTGA à 365 nm Avant irradiation à 365 nm Après irradiation à 365 nm p - p* p - p* Ph n - p*

25 Analyses physico-chimiques
Isomérisation du BABTGA à 254 nm p - p* Avant irradiation à 254 nm p - p* Ph Après irradiation à 254 nm n - p*

26 Analyses physico-chimiques
Mesure de la tension de surface Expérience de la lame de Wilhelmy 3.10- 3 M Mise en évidence des propriétés tensioactives du BABTGA photomontage tiré de la vidéo démontrative Krüss schéma tiré de la thèse de Doctorat de Bruno JEAN, Université de Paris 6, 2000,

27 Introduction à la chimie verte
Plan Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Synthèse d’un tensioactif photorégulable Analyses physico-chimiques Synthèse organique en milieu « micellaire » Conclusion et perspectives

28 Synthèse organique en milieu micellaire
Réaction de type Suzuki BABTGA SDS Eau

29 Synthèse organique en milieu micellaire
Réaction de type Suzuki : 1er bilan Les rendements sont similaires sous atmosphère d’azote ou non. La synthèse organique en milieu micellaire (SDS ou BABTGA) améliore le rendement par rapport à l’eau seule. Les Rendement sont équivalent entre SDS et BABTGA. X Rdt sans N2 (sous N2) (%) 66 (66) SDS 95 (98) BABTGA 94 (92) Question : Quel est l’apport du tensioactif BABTGA sur le SDS? Intérieur de la lampe d’irradiation

30 Synthèse organique en milieu micellaire
En présence de SDS vs En présence de BABTGA Extraction avec un solvant organique Extraction avec un minimum de solvant organique Diluée 10x Irradiation 365 nm V = 5 ml d’eau V = 50 ml d’eau V = 5 ml d’eau V = 5 ml d’eau Milieu difficilement recyclable Nécessite un large volume de solvant organique Coût peu élevé Milieu facilement recyclable Nécessite un faible volume de solvant organique Coût de la synthèse élevé

31 Introduction à la chimie verte
Plan Introduction à la chimie verte et à la synthèse organique en milieu micellaire Synthèse d’un tensio-actif photorégulable Analyses physico-chimique Synthèse organique en milieu micellaire Conclusion et perspectives

32 Conclusion Une nouveau tensioactif photorégulable a été synthétisé. Il peut jouer le rôle de micro-réacteur chimique et ainsi permettre de réaliser des réactions de synthèse en milieu aqueux, qui se font habituellement dans des solvants organique. BABTGA Réaction organique Irradiation photochimique (désorganisation) Libération du produit final non hydrosoluble Réorganisation Capture des composés non hydrosolubles H2O air Azobenzène (E) Azobenzène (Z)

33 Conclusion Remerciement au Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche pour mon financement.

34 COLLOQUE FEDERATION GAY LUSSAC Agro-ressources et photorégulation
Chimie pour un développement durable : procédés, énergie et environnement 22-24 novembre 2011 Agro-ressources et photorégulation Vers la synthèse de nouveaux chromophores intégrant le concept de développement durable Drillaud Nicolas, Banaszak - Léonard Estelle, Pezron Isabelle, Len Christophe Transformations Intégrées de la Matière Renouvelable EA 4297 UTC-ESCOM, Compiègne, France