Les composés deutérés sont d’un intérêt grandissant dans des domaines variés. Par exemple, en pharmacologie, l'échange H/D peut améliorer les propriétés pharmacocinétiques de certains médicaments ou réduire leur toxicité. Les composés deuterés peuvent également être utilisés comme étalons internes en spectroscopie de masse. De plus, ils sont utilisés pour étudier et comprendre les mécanismes de réactions chimiques. Il est donc important de trouver un moyen simple, sélectif et efficace d'échanger l'hydrogène avec le deutérium sur des molécules d’intérêt biologique. Les nanoparticules, de ruthénium en particulier, se sont révélées être des systèmes efficaces pour catalyser cet échange. L'objectif principal du doctorat est l’élaboration de nouvelles nanoparticules permettant de contrôler la réactivité en échange isotopique H/D. Différents types de nanoparticules (Ru, RuPt, Ni, Ir...) ont été synthétisés, caractérisés et étudiés comme catalyseurs. Tout d'abord, nous avons synthétisé des nanoparticules de ruthénium stabilisées par des ligands NHC (carbène N-hétérocyclique), car cette famille de ligands se coordonne fortement à la surface métallique et assure ainsi une grande stabilité des nano systèmes. Un autre avantage de ces ligands est la possibilité de modifier leurs substituants et donc de moduler leurs propriétés physico-chimiques (effets stériques et électroniques). On a étudié la réactivité de ces nanoparticules en milieux organique et en milieux aqueux. Cependant, les nanoparticules de ruthénium étant très actives, elles conduisent souvent à la réduction de substrats aromatiques. Une deuxième partie du travail a donc eu pour objectif de synthétiser des alliages Ru-Pt afin d’introduire du platine, moins actif en échange H/D, et donc empoisonner la surface du Ru. Nous avons montré qu’en changeant le précurseur de platine, on pouvait changer la distribution atomique de surface, et ainsi moduler la réactivité des nanoparticules. Cependant, les substrats à cycles aromatiques étaient réduits également avec ces systèmes bimétalliques. Nous avons finalement synthétisé des nanoparticules de nickel et d'iridium. Ces nanoparticules se sont avérées être des catalyseurs efficaces pour l'échange H/D, sans réduction de fonctions aromatiques. De plus, des sélectivités différentes ont été obtenues en fonction du métal utilisé, mettant en évidence des mécanismes réactionnels spécifiques lors du processus d'échange H/D. |
Deuterated compounds are molecules of great interest in various fields. In pharmacology, the H/D exchange can improve the pharmacokinetic properties of some drugs or reduce their toxicity. In addition, deuterium-labelled compounds can be used as internal standards for mass spectroscopy, or as tracers for the understanding of different reaction mechanisms. Therefore, it is important to find a way to exchange hydrogen with deuterium in a simple, selective and efficient way. Metal nanoparticles and more particularly ruthenium nanoparticles, has shown their efficiency to catalyze this exchange. The main goal of the PhD project is the synthesis of novel nanoparticles for isotopic exchange (H/D). Different types of nanoparticles (Ru, RuPt, Ni, Ir...) have been synthesized, characterized and studied as catalysts. First, we synthesized ruthenium nanoparticles stabilized by NHC (N-heterocyclic carbene), as this family of ligands provides a strong coordination to the nanoparticle surface and thus ensures a high stability of the nano-systems. Another advantage of the NHC ligands is the possibility to modify their substituents and thus to tune their physico-chemical properties (steric and electronic effects). The reactivity of these nanoparticles was studied in organic and aqueous media. However, ruthenium nanoparticles are very active in arene hydrogenation, and often lead to the reduction of aromatic substrates. In a second part of the work, we synthesized Ru-Pt alloys in an attempt to passivate the Ru surface with platinum, which is less-active in H/D exchange. We have shown that by changing the platinum precursor, we can change the atomic distribution of the surface, and thus we were able to modulate the reactivity of nanoparticles. However, aromatic ring substrates were also reduced with these bimetallic systems. We finally synthesized Ni and Ir nanoparticles. These nanoparticles have proven to be efficient catalysts for H/D exchange, without reducing aromatic functions. In addition, different selectivity was obtained depending on the metal used, highlighting specific reaction mechanisms during the H/D exchange process. |