Offre de thèse
CD - Conception et synthèse de molécules photoactives organiques et de complexes métalliques : applications en photocatalyse pour la réduction du CO₂ et la carbonylation
Date limite de candidature
15-06-2026
Date de début de contrat
01-10-2026
Directeur de thèse
ABDELLAH Ibrahim
Encadrement
Le/la doctorant(e) sera encadré(e) principalement par le Pr. Jr. Ibrahim Abdellah (Professeur Junior, Université de Lorraine, L2CM – site de Metz), en collaboration avec le Pr Christophe Werlé, également membre du laboratoire, assurant ainsi un encadrement scientifique de haut niveau grâce à leurs expertises complémentaires en chimie organique, organométallique, photocatalyse et photophysique. Pour accompagner le/la doctorant(e), un dispositif de suivi sera déployé : des points hebdomadaires pour discuter des résultats et ajuster la feuille de route, complétés par des revues mensuelles pour consolider les interprétations, renforcer les partenariats et s'assurer de la cohérence du projet. Il/elle intégrera également les échanges de l'équipe SynOCat et partagera ses progrès chaque année avec le laboratoire L2CM.
Type de contrat
école doctorale
équipe
SynOCatcontexte
La demande croissante en sources de carbone durables, en tant qu'alternative aux matières premières d'origine fossile, a stimulé des recherches approfondies sur la valorisation catalytique du CO₂. La conversion de ce dernier en briques chimiques à valeur ajoutée constitue une étape clé dans la transition vers une économie chimique circulaire et neutre en carbone [1]. Parmi les différentes voies de transformation, la réduction sélective du CO₂ en monoxyde de carbone (CO) s'est imposée comme une stratégie particulièrement prometteuse. En effet, le CO joue un rôle central en tant qu'intermédiaire C₁ polyvalent et matière première industrielle critique, servant de précurseur à une large gamme de composés, notamment des hydrocarbures, des aldéhydes, des acides, des cétones, des esters, des amides et d'autres dérivés carbonylés [2]. Or, à l'heure actuelle, presque la totalité du CO industriel provient de ressources fossiles, ce qui souligne l'urgence de développer des alternatives durables. L'étape de réduction du CO₂ peut être réalisée par diverses méthodologies, telles que la réaction du gaz à l'eau inverse (RWGSR) [3], le transfert d'hydrogène médiée par le Ru(II) [4], l'hydrosilylation [5], l'abstraction d'oxygène à l'aide de disilanes [6], ou encore les approches électrocatalytique [7] et photocatalytique [8]. Dans ce contexte, les photosensibilisateurs organiques ou à base de métaux abondants (comme l'aluminium, le cuivre ou le cobalt) offrent une alternative viable aux photosensibilisateurs conventionnels à base de métaux nobles (Ru, Ir, Re), pour des applications en photoréduction du CO₂ en CO. Le développement de ces nouveaux photosensibilisateurs commence par la synthèse de ligands à base de pyrrole-pyridine et d'imidazolium-pyridine, dont l'objectif est de moduler les propriétés électrochimiques et photophysiques afin d'en améliorer l'efficacité dans la photoréduction du CO₂. Cependant, comme la photoréduction du CO₂ nécessite non seulement un photosensibilisateur, mais aussi un catalyseur métallique pour réduire le CO₂ et faciliter la rupture de la liaison C–O, les porphyrines de fer se sont révélées particulièrement efficaces. De plus, une porphyrine décorée par une sphère de coordination peut encore améliorer l'efficacité de cette réduction. Une synthèse de nouvelles porphyrines de fer sera donc également réalisée dans cette optique. Par ailleurs, une réaction de photo-carbonylation visible et sans métal d'iodures d'alkyle non activés en amides a été récemment développée [9]. Dans ce procédé innovant, un photocatalyseur organique fonctionne selon un mécanisme de transfert d'électrons photoinduit consécutif (ConPET) [10], permettant l'activation même d'iodures d'alkyle non activés et récalcitrants. Enfin, une réaction en réacteur à deux chambres sera mise en œuvre pour réaliser la photoréduction du CO₂ en CO, ce dernier étant ensuite utilisé dans une réaction de photocarbonylation d'iodures d'alkyle. Parallèlement, le développement de réactions d'activation de bromures et chlorures d'alkyle et d'aryle sera également exploré.spécialité
Chimielaboratoire
L2CM - Laboratoire Lorraine de Chimie MoléculaireMots clés
Valorisation du CO2, Carbonylation , Métaux abondants, photocatalyse, Ligands, Complexes
Détail de l'offre
Récemment, nous avons mis au point une photocarbonylation sans métal d'iodures d'alkyle non activés à l'aide d'un réacteur à deux compartiments. Dans ce système, le CO est généré in situ à partir d'un composé organique stable, le SilaCOgen, dans le premier compartiment, tandis que la réaction de carbonylation se déroule dans le second, offrant une excellente réactivité et de bons rendements (Chem. Sci. 2026, 17, 2078-2086).
Ce projet de recherche a pour objectif de concevoir des systèmes photocatalytiques innovants et durables permettant de transformer le dioxyde de carbone (CO₂) en monoxyde de carbone (CO), une matière première chimique abondante. L'objectif principal est de réduire les déchets liés aux équivalents de CO en synthèse organique, en développant une méthode de production de CO à la demande à partir de CO₂.
La photoréduction du CO₂ en CO sera réalisée à l'aide de photosensibilisateurs homogènes, notamment des composés organiques ou des complexes organométalliques à base de métaux abondants (comme le cobalt, le cuivre ou l'aluminium). Cette approche répond à un défis majeur du domaine : développer des systèmes photocatalytiques efficaces, évolutifs et respectueux de l'environnement, fonctionnant dans des conditions douces (irradiation par lumière visible, température et pression ambiantes).
En parallèle, le projet explorera le développement de nouvelles réactions de carbonylation exploitant le CO généré in situ. Ces réactions visent à élargir la boîte à outils synthétique pour la préparation de composés à haute valeur ajoutée (composés carbonylés, esters ou amides), tout en minimisant les déchets et la consommation d'énergie.
Keywords
CO2 Valorization, Carbonylation , earth-abundant metals, photocatalysis, Ligands, Complexes
Subject details
Recently, we developed a metal-free photocarbonylation of unactivated alkyl iodides using a two-chamber reactor. In this system, CO is generated in situ from a stable organic compound, SilaCOgen, in the first chamber, while the carbonylation reaction proceeds in the second, delivering excellent reactivity and good yields (Chem. Sci. 2026, 17, 2078–2086). This research project aims to design innovative and sustainable photocatalytic systems to convert carbon dioxide (CO₂) into carbon monoxide (CO), an abundant chemical feedstock. The primary goal is to reduce waste associated with CO surrogates in organic synthesis by developing an on-demand CO production method from CO₂. The photoreduction of CO₂ to CO will be achieved using homogeneous photosensitizers, including organic compounds or organometallic complexes based on earth-abundant metals (such as cobalt, copper, or aluminum). This approach addresses a major challenge in the field: developing efficient, scalable, and environmentally benign photocatalytic systems that operate under mild conditions (e.g., visible light irradiation, ambient temperature, and pressure). In parallel, the project will explore the development of novel carbonylation reactions leveraging in situ generated CO. These reactions aim to expand the synthetic toolbox for preparing high-value chemicals (e.g., carbonyl compounds, esters, or amides) while minimizing waste and energy consumption.
Profil du candidat
Le/La candidat(e) doit être titulaire d'un master (ou équivalent) en chimie organique, chimie organométallique ou dans un domaine connexe.
▸Solide expérience en synthèse organique et organométallique multi-étapes
▸Expérience des techniques sensibles à l'air et à l'humidité (ex. : ligne Schlenk)
▸Maîtrise des techniques de caractérisation standard (RMN, IR, SM, CG, CG-SM, diffraction des rayons X)
▸Connaissances en photocatalyse, électrochimie ou photophysique
▸La maîtrise des logiciels de chimie quantique (DFT : ORCA, Gaussian) serait un atout
Candidate profile
The candidate should hold a Master's degree (or equivalent) in Organic Chemistry, Organometallic Chemistry, or a related field
▸ Strong background in multistep organic and organometallic synthesis
▸ Experience with air- and moisture-sensitive techniques (i.e., Schlenk line)
▸ Proficiency in standard characterization techniques (NMR, IR, MS, GC, GC-MS, X-ray diffraction)
▸ Background in photocatalysis, electrochemistry, or photophysics
▸ Familiarity with DFT codes (ORCA, Gaussian) is a plus
Référence biblio
[1] M. Aresta, A. Dibenedetto, A. Angelini, Chem. Rev. 2014, 114, 1709–1742
[2] J. B. Peng, H. Q. Geng, X. F. Wu, Chem 2019, 5, 526–552
[3] J. Klankermayer, S. Wesselbaum, K. Beydoun, W. Leitner, Angew. Chemie - Int. Ed. 2016, 55, 7296–7343
[4] L. Wu, Q. Liu, I. Fleischer, R. Jackstell, M. Beller, Nat. Commun. 2014, 5, 3091
[5] X. Ren, Z. Zheng, L. Zhang, Z. Wang, C. Xia, K. Ding, Angew. Chemie - Int. Ed. 2017, 56, 310–313
[6] Z. Lian, D. U. Nielsen, A. T. Lindhardt, K. Daasbjerg, T. Skrydstrup, Nat. Commun. 2016, 9, 13782
[7] L. Ponsard, E. Nicolas, N. H. Tran, S. Lamaison, D. Wakerley, T. Cantat, M. Fontecave, ChemSusChem 2021, 14, 2198–2204
[8] H. Takeda, C. Cometto, O. shitani, M. Robert, ACS Catal. 2017, 7, 70−88
[9] F. Akhssas, G. Chu, M. El Malamy, N. Illi, J. Hertzog, B. Vileno, N. Le Breton, M. Badawi, M. Ponce-Vargas, P. Gotico, A. Vasseur, Z. Halime, C. Werlé, I. Abdellah, Chem. Sci., 2026, 17, 2078–2086.
[10] J. Xu, J. Cao, X. Wu, H. Wang, X. Yang, X. Tang, R. W. Toh, R. Zhou, E. K. L. Yeow, J. Wu, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 13266–13273