Description du sujet de thèse

1. Mots-clés
Electrochimie moléculaire, catalyse organométallique, électrosynthèse, réactions de couplages.

2. Contexte
Pour limiter l’utilisation des ressources énergétiques et matérielles d'origine fossile dans la production chimique, l'électrification des voies de synthèse offre une approche prometteuse. Cette évolution introduit l'électrosynthèse (i.e. la création de liaisons chimiques à l'aide de l'électricité) comme technologie clé. La portée de cette technologie dépend du développement de catalyseurs efficaces adaptés aux conditions d'électrosynthèse - les électrocatalyseurs. Dans ce contexte, notre équipe élabore des stratégies originales visant à déployer l'électrocatalyse en synthèse. Nous explorons notamment ces stratégies pour la fonctionnalisation de squelettes organiques, notamment avec des synthons renouvelables et abondants, pour générer des produits à plus haute valeur ajoutée.

3. Sujet
Ce sujet de thèse vise à développer une approche d’électrocatalyse moléculaire pour les couplages réducteurs entre des liaisons multiples de substrats insaturés et des briques de bases pour la fonctionnalisation. Le sujet mettra en jeu la conception réfléchie de complexes de métaux de transitions (par exemple Ni polypyridines) comme électrocatalyseurs, prenant appui sur des résultats en hydrogénation précédemment décrits par l’équipe. Les réactions d’intérêt étudiées seront plus particulièrement des couplages électroréducteurs entre insaturations organiques, notamment des alcynes/alcènes, carbonyles ou nitriles, et synthons réductibles, comme les aldéhydes et les oxydes de carbone ou d’azote.

4. Méthodologies
Les travaux débuteront par la synthèse de ligands et complexes de métaux de transition et les caractérisations moléculaires associées (RMN, IR, MS). Des études électrochimiques avancées seront ensuite réalisées pour évaluer les propriétés rédox de ces complexes et leur réactivité dans le cadre des réactions d’intérêts (voltampérométrie, électrolyse, voire spéctroélectrochimie) et ainsi identifier les meilleurs candidats-catalyseurs. L’application de ces électrocatalyseurs pour des réactions d’intérêt sera alors étudiée via des campagnes d’électrolyses et les produits de couplage obtenus isolés et caractérisés par méthodes spectroscopiques et chromatographiques.

5. Compétences attendues
Excellentes connaissances et compétences en chimie moléculaire (organique, organométallique) sur le plan de la synthèse, des caractérisations et des propriétés (réactivité, propriétés physico-chimiques).
Maîtrise des manipulations chimiques sous atmosphère inerte.
Intérêt voire expérience en électrochimie.

6.Compétences et savoirs développés pendant la thèse
Synthèse moléculaire (organique, complexes de coordination) et méthodes d'identification (RMN, GC/MS, HRMS).
Réactivité d’espèces organométalliques.
Electrochimie de composés moléculaires (voltampérométrie, électrolyse, spectro-électrochimie).
Mise en forme et présentation de résultats dans des conférences et des articles scientifiques.
Travail en projet et dans de le cadre de collaborations scientifiques.

Contexte de travail

Le candidat (H/F) retenu(e) rejoindra l'équipe Molecular ElectroCatalysis for Synthesis and Energy (MeCSE) intégrée au Laboratoire d’Innovation Moléculaire et Applications (LIMA UMR 7042).
Le projet de thèse se déroulera sous la supervision du Dr Nicolas Kaeffer au sein de l’équipe MeCSE.
Les travaux s’effectueront sur le site du laboratoire à Strasbourg (Campus Cronenbourg).
L’école doctorale de rattachement pour cette thèse est l’École doctorale des Sciences Chimiques - ED222 (Unistra/UHA).

L’équipe MeCSE s’intéresse à l’utilisation de ressources durables pour la conception de produits chimiques. Les stratégies mises en œuvre par l’équipe visent à combiner l'électricité renouvelable et des synthons abondants dans des conversions chimiques d'intérêt pour la synthèse et le stockage de l'énergie. L’activité de l’équipe se porte plus particulièrement sur le développement, au niveau moléculaire, de systèmes électrocatalytiques adaptés et efficaces pour l’électrification de ces transformations.
L’équipe MeCSE dispose des savoir-faire et méthodologies nécessaires pour les aspects clés du projet (synthèse, électrochimie, caractérisations). D’autre part, les plateau et plateforme techniques présents dans l’UMR (physico-chimie, analytique) offrent un accès à des caractérisations plus avancées, extrêmement précieuses pour les études mises en jeu. La recherche bénéficiera en outre d’un environnement scientifique extrêmement stimulant au sein de l’UMR, dont l’activité en chimie moléculaire jouit d’une reconnaissance importante.
Enfin, les thématiques de l’équipe MeCSE sont très bien identifiées au niveau national et international, avec de nombreuses connexions dans le domaine de recherche, qui pourront amener à des collaborations lors de la thèse.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Le projet se déroulera dans un laboratoire de chimie et mettra en jeu la synthèse et caractérisation de produits chimiques organiques et organométalliques. Les risques sont donc ceux associés au travail en laboratoire de chimie et à la manipulation de composés chimiques. Ces risques sont identifiés et font l’objet d’un plan de prévention au niveau de l’UMR et de l’équipe. D’autre part, les équipements de protection collectifs et individuels nécessaires pour faire face à ces risques sont présents au sein du laboratoire.