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Développements de méthodes RMN rapides pour le suivi en flux de réactions chimiques

ABG-120448 Thesis topic
2024-02-17 Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
CEISAM UMR6230
Nantes - Pays de la Loire - France
Développements de méthodes RMN rapides pour le suivi en flux de réactions chimiques
  • Chemistry
RMN; mélanges complexes; suivi de réactions

Topic description

Contexte

Le suivi en temps réel de réactions chimiques est important pour la compréhension des mécanismes et l’optimisation des conditions réactionnelles, à travers les mesures de cinétique et l’identification d’espèces intermédiaires. La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil particulièrement pertinent pour le suivi de réactions, car elle fournit une information quantitative, nécessaire pour les mesures de cinétique, et structurale, nécessaire pour l’identification des composés. 

De récents développements ont permis un accès généralisé au suivi en ligne par RMN en flux. Dans cette approche, le milieu réactionnel traverse l’appareil RMN et peut être analysé continûment. Cela fourni un accès en temps réel à des informations sur une réaction conduite dans des conditions expérimentales d’intérêt, avec de nombreuses applications potentielles allant de la compréhension des mécanismes réactionnels à la synthèse entièrement automatisée. Cependant, les méthodes RMN adaptées à l’analyse de mélanges réactionnels ne sont en général pas directement applicables à un échantillon en flux. 

L'équipe MIMM du laboratoire CEISAM développe des méthodes RMN adaptées à l’analyse d’échantillons en flux. En particulier, nous avons développé des méthodes RMN 2D ultra-rapides, inspirées de concepts d'imagerie par résonance magnétique, qui fournissent un spectre 2D complet en un seul scan de moins d'une seconde. Ces méthodes fournissent une description plus complète des mélanges réactionnels, mais elles restent limitées par le fait que toutes les molécules apparaissent simultanément dans le spectre. Afin de permettre l’identification de nouveaux composés, il est nécessaire d’extraire leur spectre RMN, directement à partir d’un mélange réactionnel. Pour les composés les moins concentrés, il est également nécessaire de faire appel à des méthodes d’hyperpolarisation, qui augmente l’intensité des signaux RMN.

Objectifs

Ce projet vise à développer de nouvelles méthodes RMN pour le suivi en ligne de réactions en synthèse organique. Plus précisément, le·la doctorant·e aura pour mission :

  • Le développement de méthodes RMN qui visent à obtenir tout ou partie du spectre d’un composé d’intérêt, directement à partir d’un mélange réactionnel
  • L’intégration de ces méthodes pour un suivi en ligne par RMN en flux, pouvant inclure une étape d’hyperpolarisation
  • L’application de ces méthodes, à travers des collaborations, au suivi en ligne de réactions chimiques en batch et en flux, afin d’identifier des espèces peu concentrées

Ces différents aspects bénéficieront de l'expertise du consortium en matière de spectroscopie RMN, d'hyperpolarisation et de suivi de réaction, ainsi que des équipements correspondants, qui incluent des spectromètres à haut champ et de paillasse.

 

Références

J.-N. Dumez, NMR methods for the analysis of mixturesChem. Commun. 53, 13855 (2022). 
DOI : 10.1039/D2CC05053F

M. Bazzoni, C. Lhoste, J. Bonnet, K.E. Konan, A. Bernard, P. Giraudeau, F.-X. Felpin, and J.-N. Dumez, In-line Multidimensional NMR Monitoring of Photochemical Flow ReactionsChem. Eur. J., e202203240 (2023). DOI : 10.1002/chem.202203240

C. Lhoste, M. Bazzoni, J. Bonnet, A. Bernard, F.-X. Felpin, P. Giraudeau, and J.-N. Dumez, Broadband ultrafast 2D NMR spectroscopy for online monitoring in continuous flowAnalyst 148, 5255 (2023). DOI : doi.org/10.1039/d3an01165h

M. Bazzoni, R. Mishra, and J.-N. Dumez, Single-Scan Ultraselective NMR Experiments with Preserved SensitivityAngew. Chem. Intl. Ed. e202314598 (2023). DOI : 10.1002/anie.202314598

Starting date

2024-10-01

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Funding further details

Financé par l'ANR (Agence Nationale de la Recherche)

Presentation of host institution and host laboratory

CEISAM UMR6230

Le·la doctorant·e interagira principalement avec ses encadrants·e·s, reconnu·e·s comme spécialistes du développement et des applications de méthodes RMN pour l'analyse des mélanges, et de synthèse organique. Le travail de thèse sera réalisé dans l'environnement collaboratif stimulant de l'équipe MIMM, impliquant de nombreux doctorant·e·s en méthodologie RMN. Les applications en synthèse bénéficieront d’une interaction étroite avec le laboratoire LIMA (Université de Haute-Alsace), et l’analyse de substrat hyperpolarisés fera l’objet d’une collaboration avec le laboratoire NIMBE (Université Paris-Saclay).

CEISAM est le laboratoire de chimie moléculaire de Nantes Université et regroupe 5 équipes de recherche reconnues en chimie théorique, physique et analytique, et en synthèse organique. La plateforme RMN du laboratoire CEISAM est la plus grande plateforme RMN du grand ouest. Elle dispose d’une grande richesse d’équipements, dont 6 spectromètres à hauts champs (300 – 700 MHz), 3 spectromètres à bas champ. De plus, elle fait partie de l’infrastructure nationale de recherche MetaboHub. CEISAM se situe dans l’environnement dynamique de la ville de Nantes, proche de la côte atlantique et de la Bretagne Sud. 

PhD title

Doctorat de chimie

Country where you obtained your PhD

France

Institution awarding doctoral degree

Nantes Université

Graduate school

ED 3MG

Candidate's profile

Le·la candidat·e a une formation en chimie (de préférence chimie physique ou analytique) ou en physique, et est fortement intéressé·e par la mise au point de méthodes d’analyses par RMN et leur application au suivi de réactions. En raison du caractère hautement collaboratif du projet, de bonnes capacités à rédiger et à communiquer en français et en anglais sont nécessaires. Le·la doctorant·e recruté·e sera amené·e à transmettre ses connaissances à d’autres étudiant·e·s (Master, Doctorat) et à présenter ses travaux en congrès internationaux. 

2024-03-31
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