Small Molecules for Chemistry : Experimental and Theoretical Studies
Petites Molécules pour la Chimie : Études Expérimentales et Théoriques
Résumé
In this habilitation thesis, several achievements are presented. Firstly, several examples of catalysis enabling the activation of small molecules by transition metal complexes are presented. Group 10 metal complexes are used to activate C H bonds in arenes, to activate CO2, to catalyse the hydrosilylation of alkynes, and to catalyse Negishi coupling. A new participatory ligand is also presented. Its copper complex enables the activation of H2, and its cobalt complex very efficiently dehydrogenates formic acid. Metal-free catalysis is then discussed, through the prism of frustrated Lewis pairs. The dehydrogenation of the amine borane and the hydrogenolysis of silicon triflates and chlorosilanes are demonstrated. DFT calculations complement the experimental observations and also serve as a guide for catalyst design. Finally, several research projects are being developed: the first concerns the design of molecules using a combination of high throughput experimentation, calculations and artificial intelligence. The second focuses on the chemistry of the carbon cycle. Carbon monoxide and formic acid are presented as intermediates for a low-carbon chemistry, and several examples of new reactions are proposed, along with several associated proofs of concept.
Dans ce mémoire d’HDR, plusieurs réalisations sont présentées. Tout d’abord, plusieurs exemples de catalyse permettant l’activation de petites molécules par des complexes de métaux de transition sont présentés. Des complexes de métaux du groupe 10, permettant l’activation de liaisons C H dans des arènes, l’activation du CO2, ou encore de catalyser la réaction d’hydrosilylation d’alcynes ou un couplage de Negishi. Un nouveau ligand participatif est également présenté. Son complexe de cuivre permet l’activation d’H2, et son complexe de cobalt la déshydrogénation de l’acide formique de manière très efficace. Ensuite, la catalyse sans métaux est abordée, au travers du prisme des paires de Lewis frustrées. La déshydrogénation de l’amine borane, et l’hydrogénolyse de triflates de silicium ou de chlorosilanes sont démontrées. Des calculs DFT complètent les observations expérimentales et servent également de guide pour la conception des catalyseurs. Enfin, plusieurs projets de recherche sont développés :
le premier porte sur la conception de molécules grâce à une combinaison d’expérimentation haut-débit, de calculs, et d’intelligence artificielle. Le deuxième porte sur la chimie du cycle du carbone. On présente le monoxyde de carbone et l’acide formique comme des intermédiaires pour une chimie décarbonée, et plusieurs exemples de nouvelles réactions sont proposées, ainsi que plusieurs preuves de concept associées.
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