LCC
IRP France-USA « Laboratory of coordination chemistry for controlled radical polymerization » (IRP-LCC-PRC)
Le laboratoire de chimie de coordination pour la polymérisation radicalaire contrôlée (LCC-PRC) est un « International Research Project » (IRP) de la durée de 5 ans (2022-2026) donnant suite à un « laboratoire international associé » (LIA) avec le même nom et les mêmes partenaires, crée en janvier 2018.
Trois laboratoires et institutions sont impliqués dans l’IRP :
- Le Laboratoire de Chimie de Coordination (LCC, CNRS), à Toulouse
- Le laboratoire des Interactions Moléculaires et Réactivités Chimiques et Photochimiques (IMRCP, CNRS/Université Toulouse III Paul Sabatier) à Toulouse
- Le département de chimie, Carnegie Mellon University (CMU), Pittsburgh, Etats-Unis
Les objectifs de l’IRP sont centrés sur l’apport de la chimie de coordination au bon fonctionnement de la polymérisation radicalaire contrôlée, qui depuis une vingtaine d’année a révolutionné la science des polymères permettant le développement d’architectures macromoléculaires inconcevables auparavant.
Ceci est possible en mettant en commun le mécanisme radicalaire qui est tolérant d’un grand nombre de fonctions réactives avec une quasi-pérennité des chaines radicalaires en croissance, rendant possible le contrôle des masses molaires moyennes et de leur distribution, ainsi que leur réactivation pour la fabrication d’enchainements de blocs de nature différente.
Ces matériaux sont doués de nouvelles propriétés les rendant utiles pour de nouvelles applications dans des domaines disparates tels la vectorisation des médicaments, la microélectronique ou encore la conversion de l’énergie solaire.
Parmi les différentes manières de contrôler la polymérisation radicalaire, les deux qui ont démontré la plus grande flexibilité et qui font l’objet des études de cet IRP sont :
- la polymérisation par transfert d’atome (de l’anglais « Atom Transfer Radical Polymerization » ou ATRP)
- la polymérisation par transfert de chaîne réversible par addition-fragmentation (de l’anglais « Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer » ou RAFT).
- L’IRP s’intéresse également à une troisième méthode de contrôle, via la formation réversible de liaison entre la chaine radicalaire et les métaux (de l’anglais « Organometallic Mediated Radical Polymerization » ou OMRP), car elle est plus prometteuse pour le contrôle de monomères moins réactifs.
La chimie de coordination joue un rôle clé dans les techniques ATRP et OMRP.
Ainsi, le travail de l’IRP se développe autour des axes de recherche suivants :
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- Etude de phénomènes néfastes en ATRP.
La collaboration Poli-Matyjaszewski a montré que les catalyseur d’ATRP, en fonction de la nature des monomères et de la sphère de coordination du métal, conduisent également à des phénomènes parasites tels la catalyse de terminaisons bimoléculaires.
Il est nécessaire de comprendre la relation structure-activité afin de développer de nouveaux complexes capables de catalyser sélectivement la polymérisation.
L’apport d’une approche théorique (méthode DFT) et l’étude de la photopolymérisation sont prévus pour ce projet.
Responsables de l’IRP :
Rinaldo Poli, LCC, France
Krzysztof Matyjaszewski, CMU, Etats-Unis
2. Développement de polymérisations avec commutation de mécanismes.
L’un des défis majeurs en polymérisation est de réaliser des architectures à blocs par addition séquentielle de monomères de réactivité très différente et notamment qui ne sont pas capables de polymériser par le même mécanisme (par exemple radicalaire) ou bien qui ne sont pas compatibles avec le même agent de contrôle. Ainsi, ce projet vise au développement de deux types différents et inédits de commutation, avec des énormes retombées potentielles d’un point de vue technologiques.
- Commutation entre RAFT et ATRP, par l’utilisation de groupement thiocarbonyl-thio (typiques de la RAFT) pour l’ATRP (extension du mécanisme de transfert d’atome au transfert de groupe pour générer de façon similaire des radicaux de façon réversible).
- Commutation entre OMRP et polyestérification en chaine par ouverture de cycles, par l’utilisation de complexe de cobalt(III) capables à la fois d’engendrer un radical primaire pour l’OMRP et de catalyser la polymérisation de monomères cycliques (par exemple le lactide) par coordination/insertion.
Le succès de ce projet peut donc fournir les connaissances nécessaires pour le développement de meilleurs catalyseurs d’ATRP et/ou des nouveau procédés de polymérisation pour la fabrication de polymères inédits et innovants.
LCC CNRS
Laboratoire de chimie de coordination du CNRS
205 route de Narbonne, BP 44099
31077 Toulouse cedex 4
France
+ 33 5 61 33 31 00
