Thèse Isite - Catalyse Hybride Synergique pour la Fonctionnalisation Sélective des Liaisons C-H et l'Expansion Moléculaire Tridimensionnelle H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Lorraine
École doctorale : C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE
Laboratoire de recherche : L2CM - Laboratoire Lorraine de Chimie Moléculaire
Direction de la thèse : Christophe WERLÉ ORCID 0000000221742148
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-31T23:59:59

Ce projet de thèse vise à développer de nouvelles stratégies de catalyse hybride pour la fonctionnalisation sélective des liaisons C-H et l'accès à des architectures moléculaires tridimensionnelles à partir de substrats aromatiques simples. La fonctionnalisation directe des liaisons C-H représente un enjeu majeur en chimie organique, permettant de simplifier les voies de synthèse tout en améliorant l'économie d'atomes. Cependant, le contrôle de la sélectivité, en particulier en l'absence de groupes directeurs, demeure un défi important.

Le projet propose de combiner les avantages de la catalyse moléculaire et de la catalyse hétérogène au sein de systèmes hybrides innovants. Des complexes organométalliques de métaux de transition seront conçus et étudiés pour leur capacité à générer des intermédiaires hautement réactifs, notamment des espèces oxo et imido à haut degré d'oxydation, accessibles via des approches électrochimiques. Ces systèmes permettront d'explorer de nouvelles voies pour l'activation et la transformation sélective des liaisons C-H.

Une attention particulière sera portée au contrôle de la réactivité et de la sélectivité à travers l'ingénierie des ligands, l'utilisation de milieux réactionnels adaptés et l'étude des effets électroniques et stériques. Par ailleurs, l'immobilisation de ces catalyseurs sur des supports conducteurs, ainsi que leur association avec des nanoparticules métalliques, permettront de développer des systèmes catalytiques multifonctionnels.

L'objectif final est de concevoir des plateformes catalytiques capables de transformer des molécules aromatiques planes en structures tridimensionnelles plus complexes, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives en synthèse organique et en chimie durable.

La fonctionnalisation directe des liaisons C-H constitue un axe majeur de recherche en chimie organique moderne, en raison de son potentiel à simplifier les voies de synthèse et à améliorer l'économie d'atomes. Toutefois, le contrôle de la régiosélectivité, en particulier dans les systèmes non dirigés, reste un défi important. Les approches classiques reposent souvent sur l'utilisation de groupes directeurs ou sur des mécanismes limités en termes de portée structurale.

Dans ce contexte, le développement de systèmes catalytiques capables d'opérer sans groupe directeur représente une avancée significative. Par ailleurs, les méthodes actuelles restent majoritairement limitées à des substrats aromatiques plans. L'accès à des architectures tridimensionnelles à partir de ces systèmes constitue donc un enjeu clé.

Les avancées récentes en catalyse électrochimique et en catalyse hybride ouvrent de nouvelles perspectives pour surmonter ces limitations. L'intégration de catalyseurs moléculaires et de nanoparticules sur supports conducteurs permet notamment d'envisager des systèmes multifonctionnels, capables de moduler leur réactivité et leur sélectivité.

L'objectif principal de ce projet est de développer des systèmes catalytiques innovants permettant la fonctionnalisation sélective des liaisons C-H en l'absence de groupes directeurs. Plus spécifiquement, il s'agira de concevoir des complexes organométalliques capables de générer des intermédiaires hautement réactifs, d'étudier les paramètres gouvernant la sélectivité (effets électroniques et stériques), et de développer des systèmes hybrides associant catalyseurs moléculaires et nanoparticules métalliques. À terme, le projet vise à transformer des substrats aromatiques simples en structures tridimensionnelles plus complexes.

Le projet reposera sur une approche multidisciplinaire combinant synthèse organométallique, catalyse et électrochimie. Dans un premier temps, des complexes de métaux de transition seront conçus et synthétisés afin d'accéder à des espèces réactives à haut degré d'oxydation. Leur activité catalytique sera évaluée dans des réactions de fonctionnalisation C-H non dirigées.

Par la suite, les paramètres influençant la sélectivité seront étudiés à travers la modulation des ligands, des conditions réactionnelles et de l'environnement chimique. Des approches électrochimiques seront mises en oeuvre pour générer et contrôler les espèces actives.

Enfin, les systèmes les plus prometteurs seront immobilisés sur des supports conducteurs et combinés à des nanoparticules métalliques afin de développer des catalyseurs hybrides multifonctionnels. Des techniques de caractérisation avancées seront utilisées pour étudier les propriétés et les mécanismes réactionnels.