Catalyse organique de polymérisation d'hétérocycles : préparation de (co)polymères biodégradables d'architectures variées

摘要

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre Arkéma - Groupe de Recherches de Lacq (GRL) et le Laboratoire Hétérochimie Fondamental et Appliquée (LHFA) situé à Toulouse, et a pour but de développer des systèmes organocatalytiques permettant la préparation de copolymères par polymérisation ouverture de cycle de différents monomères. Dans un premier chapitre, la copolymérisation par ouverture de cycle (ROP) de l'e-caprolactone (e-CL) et du triméthylène carbonate (TMC) catalysée par l'acide méthane sulfonique est présentée. L'efficacité du système catalytique a permis d'accéder de manière contrôlée à diverses architectures de copolymères : blocs et gradients. L'étude s'est focalisée sur l'influence des conditions opératoires sur la structuration des monomères au sein du copolymère et l'impact de la microstructure du copolymère sur ses propriétés thermiques. Dans un deuxième chapitre, l'étude des acides sulfoniques a été transposée à la ROP de la bêta-butyrolactone (bêta-BL). La compréhension du mécanisme de polymérisation nous a permis de préparer des poly(bêta-butyrolactone)s de masses molaires et de structures bien contrôlées. La copolymérisation entre l'e-CL et la bêta-BL a également été étudiée. Nous avons décrit les structures tri et penta bloc accessibles en présence de (macro)amorceurs de nature différente, par une catalyse organique avec l'acide triflique. Le troisième chapitre présente de nouveaux systèmes catalytiques utilisés pour la ROP contrôlée d'e-CL : les acides phosphoriques. Les résultats expérimentaux suggèrent un mode d'action bifonctionnel, soutenu en parallèle par une étude théorique réalisée au LCPNO au sein de l'équipe de Laurent Maron. La structure des catalyseurs a ensuite été variée dans l'optique de développer une ROP stéréocontrôlée de monomères chiraux tels le lactide ou la bêta-butyrolactone, mais malgré quelques améliorations en termes d'activité, nos efforts sont restés infructueux en ce qui concerne la polymérisation stéréocontrôlée. Enfin, dans le quatrième chapitre, des phénomènes d'association entre un acide de Brönsted chiral et le D,L-Lactide ont été mis en évidence par des études spectroscopiques. L'utilisation de cet acide chiral donne accès à une détermination précise des excès énantiomériques d'une large gamme de monomères utilisés en ROP.