Sels d’imidazolium avec des anions catalytiques : vers le développement de nouveaux catalyseurs bio-hybrides actifs en milieu liquide ionique

Les liquides ioniques connaissent depuis quelques décennies un essor particulier en raison de leurs nombreuses propriétés physico-chimiques intéressantes, telles qu’une faible pression de vapeur saturante, une viscosité limitée, une faible miscibilité avec la plupart des solvants communs, ou encore des propriétés d’agencement supramoléculaire, qui en font des outils puissants dans de nombreux domaines de la chimie. Les sels d’imidazolium représentent la plus grande famille de liquides ioniques à ce jour. Leur modulabilité leur permet d’être dérivés pour de nombreuses applications spécifiques, notamment en synthèse organique, où ils sont utilisés majoritairement comme solvants, et plus récemment comme catalyseurs. Les travaux présentés dans cette thèse se concentrent sur leur utilisation en synthèse organique, à la fois comme solvants et principalement comme catalyseurs chiraux, catalyseurs pour lesquels l’anion du sel est l’espèce catalytique, permettant d’ajouter de la flexibilité et de la mobilité au système. En tirant parti de la tolérance des liquides ioniques envers la majorité des macromolécules naturelles, l’objectif principal des travaux présentés dans cette thèse est le développement d’un nouveau type de catalyseur bio-hybride reposant sur l’encapsulation d’un sel d’imidazolium dans une protéine. Par le biais de la technologie biotine-avidine, l’inclusion supramoléculaire de sels d’imidazolium biotinylés portant des contre-anions catalytiques dans l’avidine a été réalisée et exploitée en catalyse. Dans un premier temps, le développement et l’étude de deux sels de 1-butyl-3-méthylimidazolium possédant des anions chiraux dérivés de la trans-4-hydroxy-L-proline sont rapportés, ainsi que leur comportement dans des réactions énantiosélectives d’aldol et d’addition de Michael. Ces types de composés se sont révélés actifs et performants en milieu liquide ionique. Dans un second temps, la préparation de sels d’imidazolium dont le cation est biotinylé et portant un contre-anion achiral, a été réalisée. Le comportement de l’avidine en milieu liquide ionique et son apport en termes de chiralité sur le système bio-hybride ont été étudiés. Les résultats montrent le rôle crucial des liquides ioniques sur la conformation de la protéine et l’efficacité du catalyseur pour des réactions d’aldol. Dans un dernier temps, l’influence de la structure du cation et de l’anion sur le système a été étudiée. Différents espaceurs ont été introduits successivement dans les squelettes cationiques et anioniques des sels d’imidazolium biotinylés. Dans le cas du cation, les résultats ne révèlent aucune influence majeure sur l’efficacité du catalyseur. La structure de l’anion se montre cependant beaucoup plus importante : la préparation de différents catalyseurs bio-hybrides possédant des anions aux propriétés physico-chimiques différentes a permis d’obtenir de plus amples informations sur le mode de fonctionnement du système bio-hybride et de la coopérativité entre l’avidine et l’anion du sel d’imidazolium.La nature ionique de la liaison cation-anion offrant une liberté de mouvement accrue à l’anion dans la protéine, la tolérance à différents substrats a également été abordée après optimisation du système.

Design de nouvelles fonctionnelles en théorie de la fonctionnelle de la densité et conception de polymères pour application à la photovoltaïque organique

La présente thèse porte sur les calculs utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pour simuler des systèmes dans lesquels les effets à longue portée sont importants. Une emphase particulière est mise sur les calculs des énergies d’excitations, tout particulièrement dans le cadre des applications photovoltaïques. Cette thèse aborde ces calculs sous deux angles. Tout d’abord, des outils DFT déjà bien établis seront utilisés pour simuler des systèmes d’intérêt expérimental. Par la suite, la théorie sous-jacente à la DFT sera explorée, ses limites seront identifiées et de nouveaux développements théoriques remédiant à ceux-ci seront proposés. Ainsi, dans la première partie de cette thèse, des calculs numériques utilisant la DFT et la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT) telles qu’implémentées dans le logiciel Gaussian [1] sont faits avec des fonctionnelles courantes sur des molécules et des polymères d’intérêt expérimental. En particulier, le projet présenté dans le chapitre 2 explore l’utilisation de chaînes latérales pour optimiser les propriétés électroniques de polymères déjà couramment utilisés en photovoltaïque organique. Les résultats obtenus montrent qu’un choix judicieux de chaînes latérales permet de contrôler les propriétés électroniques de ces polymères et d’augmenter l’efficacité des cellules photovoltaïques les utilisant. Par la suite, le projet présenté dans le chapitre 3 utilise la TDDFT pour explorer les propriétés optiques de deux polymères, le poly-3-hexyl-thiophène (P3HT) et le poly-3-hexyl- sélénophène (P3HS), ainsi que leur mélange, dans le but d’appuyer les observations expérimentales indiquant la formation d’exciplexe dans ces derniers. Les calculs numériques effectués dans la première partie de cette thèse permettent de tirer plusieurs conclusions intéressantes, mais mettent également en évidence certaines limites de la DFT et de la TDDFT pour le traitement des états excités, dues au traitement approximatif de l’interaction coulombienne à longue portée. Ainsi, la deuxième partie de cette thèse revient aux fondements théoriques de la DFT. Plus précisément, dans le chapitre 4, une série de fonctionnelles modélisant plus précisément l’interaction coulombienne à longue portée grâce à une approche non-locale est élaborée. Ces fonctionnelles sont basées sur la WDA (weighted density approximation), qui est modifiée afin d’imposer plusieurs conditions exactes qui devraient être satisfaites par le trou d’échange. Ces fonctionnelles sont ensuite implémentées dans le logiciel Gaussian [1] et leurs performances sont évaluées grâce à des tests effectués sur une série de molécules et d’atomes. Les résultats obtenus indiquent que plusieurs de ces fonctionnelles donnent de meilleurs résultats que la WDA. De plus, ils permettrent de discuter de l’importance relative de satisfaire chacune des conditions exactes.

Methylene Blue Doped Polymers: efficient Media for Optical Recording

Polymer materials find application in optical storage technology, namely in the development of high information density and fast access type memories. A new polymer blend of methylene blue sensitized polyvinyl alcohol (PVA) and polyacrylic acid (PAA) in methanol is prepared and characterized and its comparison with methylene blue sensitized PVA in methanol and complexed methylene blue sensitized polyvinyl chloride (CMBPVC) is presented. The optical absorption spectra of the thin films of these polymers showed a strong and broad absorption region at 670-650 nm, matching the wavelength of the laser used. A very slow recovery of the dye on irradiation was observed when a 7:3 blend of polyvinyl alcohol/polyacrylic acid at a pHof 3.8 and a sensitizer concentration of 4.67 10 5 g/ml were used. A diffraction efficiency of up to 20% was observed for the MBPVA/alcohol system and an energetic sensitivity of 2000 mJ/cm2 was obtained in the photosensitive films with a spatial frequency of 588 lines/mm.

Methylene Blue Doped Polymers:Efficient Media for Optical Recording

Polymer materials find application in optical storage technology, namely in the development of high information density and fast access type memories. A new polymer blend of methylene blue sensitized polyvinyl alcohol (PVA) and polyacrylic acid (PAA) in methanol is prepared and characterized and its comparison with methylene blue sensitized PVA in methanol and complexed methylene blue sensitized polyvinyl chloride (CMBPVC) is presented. The optical absorption spectra of the thin films of these polymers showed a strong and broad absorption region at 670-650 nm, matching the wavelength of the laser used. A very slow recovery of the dye on irradiation was observed when a 7:3 blend of polyvinyl alcohol/polyacrylic acid at a pHof 3.8 and a sensitizer concentration of 4.67 10 5 g/ml were used. A diffraction efficiency of up to 20% was observed for the MBPVA/alcohol system and an energetic sensitivity of 2000 mJ/cm2 was obtained in the photosensitive films with a spatial frequency of 588 lines/mm.

Studies on Xanthate/Dithiocarbamate Accelerator Combination in NR/BR Blends

Zinc butyl xanthate [Zn(bxt)2] was prepared in the laboratory . The effect of this xanthate with zinc diethyl dithiocarbamate (ZDC) on the vulcanization of natural rubber ( NR), polybutadiene rubber (BR), and NR/BR blend has been studied at different temperatures. The amounts of Zn (bxt)2 and ZDC in the compounds were optimized by varying the amount of ZDC from 0 . 75 to 1.5 phr and Zn (bxt)2 from 0 . 75 to 1 .5 phr. The cure characteristics were also studied . HAF filled NR, BR, and NR / BR blend compounds were cured at different temperatures from 60 to 150 C. The sheets were molded and properties such as tensile strength, tear strength, crosslink density and elongation at break, compression set, abrasion resistance, etc. were evaluated. The results show that the mechanical properties of 80NR/20BR blends are closer to that of NR vulcanizates, properties of 60NR/40BR blends are closer to BR vulcanizates, while the 70NR/30BR blends show an intermediate property.

EPDM/CIIR Blends : Effect of EPDM Grade on Mechanical Properties

Blends of chlorobutyl rubber (CIIR) with two grades of ethylene-propylene diene monomer rubber (EPDM) were prepared and the effect of blend ratio on the cure characteristics, hot air ageing resistance, steam ageing resistance, and mechanical properties were evaluated. The blend of CIIR with EPDM grade 301 T showed additive behavior and the blend with the other grade of EPDM (NDR 4640) showed synergistic behavior.

Chemical Modification of Blends of Poly (Vinyl Chloride) With Linear Low Density Polyethylene

The effects of modifying blends of poly(vinyl chloride) (PVC) with linear low density polyethylene (LLDPE) by means of acrylic acid, maleic anhydride, phenolic resins and p-phenylene diamine were investigated. Modification by acrylic acid and maleic anhydride in the presence of dicumyl peroxide was found to be the most useful procedure for improving the mechanical behaviour and adhesion properties of the blend. The improvement was found to be due mainly to the grafting of the carboxylic acid to the polymer chains; grafting was found to be more effective in LLDPE/PVC blends than in pure LLDPE.

Studies on NBR/PVC Blends

Studies conducted on butadiene-acrylonitrile copolymer (NBR)/poly(vinyl chloride) (PVC) blends at different temperatures indicate that an optimum temperature exists for the formation of a particular blend. The mechanical properties of the blends confirm this observation. PVC stabilizer based on, magnesium oxide , zinc oxide, and stearic acid was found to be very useful in NBR/PVC blends.

Improved Mechanical Properties of NR/EPDM and NR/Butyl Blends by Precuring EPDM and Butyl

Ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) and isobutylene-isoprene rubber (IIR) were compounded, precured to a low degree, and then were blended with natural rubber (NR). The compounding ingredients for NR were then added and the final curing was done. NR/ EPDM and NR/IIR blends, prepared using this method, were found to possess much improved mechanical properties as compared to their conventional counterparts. The optimum precuring crosslink density that has to be given to the EPDM and IIR phases has been determined.

Utilisation of IIR Tube Reclaim for Developing NR/IIR Blends

Butyl (IIR) tube reclaim (RR) was mixed with carbon black filled natural rubber (NR) compounds at various percentages. The blend containing a low percentage of RR was found to show improved ageing resistance and improved processability with out much reduction in the mechanical properties.

Modification of Polychloroprene with Polyvinylchloride

Polychloroprene (neoprene) has been blended with polyvinylchloride (PVC) in different proportions using a new stabiliser system (magnesium oxide and zinc oxide with stearic acid) for PVC. The physical properties of the blends show that they can advantageously replace neoprene in many applications.

Polymer-Solvent Interaction Parameter for NR/SBR and NR/BR Blends

Polymer-solvent interaction parameters for the blends of natural rubber (NR) with styrene-butadiene rubber (SBR) and polybutadiene rubber ( BR) are calculated using the Flory-Rehner equation by equating the network density of the vulcanizates in two solvents.

Studies on the Cure Characteristics of Elastomer Blends

Blends of natural rubber (NR) with styrene-butadiene rubber (SBR), polybutadiene rubber (BR), ethylene-propylene terpolymer (EPDM) and acrylonitrile-butadiene rubber (NBR) were vulcanised using an efficient vulcanisation (EV) system and a semi-EV system. Compatible blends show a definite pattern of curing whereas the incompatible blends show no such pattern.

Effect of Blending Techniques on the Curing of Elastomer Blends

Compounding of styrene-butadiene copolymer/polybutadiene , natural rubber/ ethylene-propylene-diene terpolymer and natural rubber/butadiene-acrylonitrile copolymer blends was done in three different ways and their curing behaviour and the tensile properties of the es are compared.

Rice Hull Ash as Filler in Microcellular Soles

Fully burnt rice hull (rice hull ash) was tried as a low cost filler in place of precipitated silica in NBR/PVC based microcellular soles. The mechanical properties of the soles containing silica and ash are found to be comparable. The expansion is marginally higher in the presence of ash, which permits to reduce the amount of blowing agent. Cell structure of microcellular sheets remains unchanged when silica is replaced by ash.