NIMBE

Nanosciences et Innovation
pour les Matériaux
la Biomédecine
et l'Énergie

Pour l'analyse d'un mélange de molécules organiques en solution, la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) est, avec la spectrométrie de masse, l'une des deux techniques analytiques les plus utilisées. La RMN est souvent considérée comme étant plus quantitative, plus reproductible, et plus à même d'identifier un soluté. Cependant, elle manque de sensibilité et de résolution. La sensibilité peut être augmentée en employant les propriétés particulières du parahydrogène pour créer un état dit hyperpolarisé augmentant transitoirement mais considérablement le signal RMN. La résolution quant à elle peut notamment être améliorée par l'emploi de spectroscopie RMN multidimensionnelle, nécessairement rapide dans le cas de l'analyse d'espèces hyperpolarisées. L'extraction liquide-liquide, un procédé de séparation très fréquemment employé, utilise deux phases non miscibles dans lesquelles les solutés se répartissent selon leur affinité. A condition qu'elle soit suffisamment rapide, elle permet d'observer spécifiquement les solutés hyperpolarisés dans chaque phase, comme l'a montré une étude préliminaire pour un système chloroforme/eau. Le but de ce projet de thèse est de développer cette approche combinant hyperpolarisation par parahydrogène et extraction, de l'étendre à de nouveaux systèmes biphasiques et de l’appliquer à la détection, l'identification et la quantification de solutés très dilués. L'objectif ultime est d'appliquer cette méthodologie à des échantillons comportant par essence de nombreux solutés, comme ceux provenant de la chimie de synthèse ou de la métabolomique.

La catalyse est aujourd’hui au cœur des procédés industriels de la chimie. Par exemple, la conversion d’un nitrile vers un amide, qui donne lieu à des applications industrielles en pharmacologie, en agrochimie, en chimie de synthèse, ou en chimie des polymères, par hydratation nécessite un catalyseur efficace en raison de sa lente cinétique. Pour des raisons autant environnementales que sociétales, l’un des enjeux majeurs aujourd’hui est de découvrir des catalyseurs sans métaux de transition, non toxiques, non corrosifs, et disponibles à un coût modéré. Un exemple de catalyseur remplissant ces critères est l'hydroxyde de choline.



Pour cette thèse, l’étudiant sera formé à la technique de simulation par dynamique moléculaire ab initio couplée à une méthode qui permet de reconstruire le paysage d’énergie libre de la réaction d'hydratation de différents nitriles aromatiques en faisant varier les conditions de l’expérience in silico. Il devra aussi effectuer en amont des calculs de chimie quantique permettant de décrire l’ensemble des interactions inter et intramoléculaires existantes. Cette approche a déjà été utilisée avec succès au sein de notre laboratoire pour décrire d’autres réactions chimiques en solution aqueuse et devra être appliquée au domaine innovant de la chimie verte.