Synthons CO2 sourcés, de la synthèse à l'élaboration de polycarbonates à faible empreinte carbone

Abstract

Ce projet de recherche s’inscrit dans un cadre de valorisation du CO2 pour l’élaboration de nouveaux monomères et polymères CO2-sourcés (fixation chimique du CO2). Plus précisément, ce projet cible l’étude du couplage d’alcools et de CO2 dans le but d’obtenir des carbonates et polycarbonates à faible empreinte carbone. Le travail de thèse s’articule autour de deux étapes principales. Dans un premier temps, il s’agit de proposer une étude mécanistique sur la synthèse de carbonates (a)cycliques au départ d’alcools et de CO2 dans des conditions douces (faible température et pression). À l’aide de suivis cinétiques par spectroscopie ATR-IR in-situ supportés par la modélisation moléculaire (calculs DFT), une comparaison de la performance de systèmes organiques duaux utilisés comme activateurs de ces réactions thermodynamiquement défavorables est décrite en détail. Notamment, les mécanismes réactionnels sont identifiés afin de comprendre les différentes réactivités et sélectivités observées. Dans un second temps, l’élaboration de polycarbonates CO2- et bio-sourcés est étudiée, notamment pour la synthèse de polycarbonates d’isosorbide comme matériaux prometteurs aux propriétés analogues aux polycarbonates pétrosourcés conventionnels. Le couplage direct entre l’isosorbide et le CO2 est tout d’abord étudié en faisant varier les conditions expérimentales. Cette copolymérisation directe étant très difficile due aux limitations thermodynamiques du couplage alcool/CO2, une stratégie de synthèse de nouveaux monomères au départ d’alcools biosourcés et de CO2 est alors proposée. Cette nouvelle plateforme de molécules permet ainsi la synthèse de polycarbonates aux structures moléculaires diversifiées par des procédés de polycondensation à l’état fondu. Une étude approfondie de la réactivité de ces monomères pour l’obtention de (co)polycarbonates est réalisée ainsi que la caractérisation physico-chimique des matériaux obtenus.