Offre de thèse
Catalyse hybride synergique pour la fonctionnalisation sélective des liaisons C–H et l'expansion moléculaire tridimensionnelle
Date limite de candidature
05-04-2026
Date de début de contrat
01-05-2026
Directeur de thèse
WERLÉ Christophe
Encadrement
Le doctorant sera encadré principalement par le Professeur Christophe Werlé (Université de Lorraine, L2CM) avec l'appui direct d'Alexandre Vasseur, chargé de recherche CNRS au sein du même laboratoire. Ce binôme permettra de fournir un encadrement scientifique solide, à la fois dans les domaines de la chimie organométallique, de la catalyse homogène et de la chimie organique de synthèse. Le projet s'inscrit dans une collaboration étroite avec le Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion (MPI CEC, Mülheim an der Ruhr, Allemagne), notamment avec l'équipe du Dr. Alexis Bordet. Le doctorant bénéficiera ainsi d'un environnement de recherche international et interdisciplinaire, à l'interface entre catalyse moléculaire, matériaux et électrochimie. Des séjours réguliers au sein du MPI CEC seront organisés afin de favoriser les échanges scientifiques, l'accès à des techniques de caractérisation avancées et le développement du projet dans un cadre collaboratif. Des réunions hebdomadaires seront organisées pour discuter des avancées expérimentales et ajuster les orientations du projet. En complément, des revues mensuelles permettront d'approfondir l'analyse des résultats, de coordonner les interactions entre les équipes et d'assurer un suivi scientifique rigoureux. Deux fois par an, le doctorant présentera ses travaux à l'équipe SynOCat, et une fois par an devant l'ensemble du laboratoire L2CM. Un comité de suivi individuel (CSI) sera mis en place dès la première année, avec une réunion annuelle permettant d'évaluer les progrès, les besoins en formation complémentaire et d'anticiper d'éventuelles difficultés. Enfin, un entretien annuel sera consacré à l'évolution des compétences scientifiques et transversales du doctorant, en lien avec sa formation doctorale. Ce cadre structuré, combiné à une collaboration internationale de haut niveau, garantit un accompagnement de qualité favorisant à la fois l'autonomie, l'intégration au sein des équipes de recherche, et l'atteinte des objectifs scientifiques du projet.
Type de contrat
école doctorale
équipe
SynOCatcontexte
La fonctionnalisation directe des liaisons C–H constitue un axe majeur de recherche en chimie organique moderne, en raison de son potentiel à simplifier les voies de synthèse et à améliorer l'économie d'atomes. Toutefois, le contrôle de la régiosélectivité, en particulier dans les systèmes non dirigés, reste un défi important. Les approches classiques reposent souvent sur l'utilisation de groupes directeurs ou sur des mécanismes limités en termes de portée structurale. Dans ce contexte, le développement de systèmes catalytiques capables d'opérer sans groupe directeur représente une avancée significative. Par ailleurs, les méthodes actuelles restent majoritairement limitées à des substrats aromatiques plans. L'accès à des architectures tridimensionnelles à partir de ces systèmes constitue donc un enjeu clé. Les avancées récentes en catalyse électrochimique et en catalyse hybride ouvrent de nouvelles perspectives pour surmonter ces limitations. L'intégration de catalyseurs moléculaires et de nanoparticules sur supports conducteurs permet notamment d'envisager des systèmes multifonctionnels, capables de moduler leur réactivité et leur sélectivité.spécialité
Chimielaboratoire
L2CM - Laboratoire Lorraine de Chimie MoléculaireMots clés
Catalyse adaptative, Fonctionnalisation C–H, Complexes organométalliques, Chimie organique de synthèse
Détail de l'offre
Ce projet de thèse vise à développer de nouvelles stratégies de catalyse hybride pour la fonctionnalisation sélective des liaisons C–H et l'accès à des architectures moléculaires tridimensionnelles à partir de substrats aromatiques simples. La fonctionnalisation directe des liaisons C–H représente un enjeu majeur en chimie organique, permettant de simplifier les voies de synthèse tout en améliorant l'économie d'atomes. Cependant, le contrôle de la sélectivité, en particulier en l'absence de groupes directeurs, demeure un défi important.
Le projet propose de combiner les avantages de la catalyse moléculaire et de la catalyse hétérogène au sein de systèmes hybrides innovants. Des complexes organométalliques de métaux de transition seront conçus et étudiés pour leur capacité à générer des intermédiaires hautement réactifs, notamment des espèces oxo et imido à haut degré d'oxydation, accessibles via des approches électrochimiques. Ces systèmes permettront d'explorer de nouvelles voies pour l'activation et la transformation sélective des liaisons C–H.
Une attention particulière sera portée au contrôle de la réactivité et de la sélectivité à travers l'ingénierie des ligands, l'utilisation de milieux réactionnels adaptés et l'étude des effets électroniques et stériques. Par ailleurs, l'immobilisation de ces catalyseurs sur des supports conducteurs, ainsi que leur association avec des nanoparticules métalliques, permettront de développer des systèmes catalytiques multifonctionnels.
L'objectif final est de concevoir des plateformes catalytiques capables de transformer des molécules aromatiques planes en structures tridimensionnelles plus complexes, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives en synthèse organique et en chimie durable.
Keywords
Adaptive catalysis, C–H functionalization, Organometallic complexes, Synthetic organic chemistry
Subject details
This PhD project aims to develop innovative hybrid catalytic strategies for the selective functionalization of C–H bonds and the construction of three-dimensional molecular architectures from simple aromatic substrates. Direct C–H functionalization is a key challenge in organic chemistry, offering more efficient and atom-economical synthetic routes. However, achieving high selectivity, especially in the absence of directing groups, remains a major limitation. The project proposes to combine the advantages of molecular and heterogeneous catalysis within novel hybrid systems. Transition metal organometallic complexes will be designed to access highly reactive intermediates, such as high-valent metal-oxo and metal-imido species, using electrochemical approaches. These systems will enable new pathways for selective C–H activation and transformation. Particular emphasis will be placed on controlling reactivity and selectivity through ligand design, reaction environment tuning, and the modulation of electronic and steric effects. In addition, the immobilization of molecular catalysts onto conductive supports, combined with metal nanoparticles, will lead to multifunctional catalytic systems. Ultimately, this work aims to develop catalytic platforms capable of transforming planar aromatic molecules into more complex three-dimensional structures, thereby expanding the accessible chemical space and contributing to advances in sustainable synthetic chemistry.
Profil du candidat
Le candidat recherché devra être titulaire d'un diplôme de Master en chimie moléculaire, avec une spécialisation en chimie organique et/ou organométallique. Une solide formation en synthèse est attendue, incluant idéalement une expérience en synthèse multi-étapes de ligands ou de complexes de métaux de transition.
Le candidat devra maîtriser les techniques usuelles de caractérisation (RMN, spectrométrie de masse, chromatographie) et être à l'aise avec la manipulation de composés sensibles à l'air et à l'humidité. Une expérience en catalyse homogène et/ou en électrochimie constituera un atout.
Des qualités personnelles telles que l'autonomie, la rigueur scientifique, la capacité à travailler en équipe et à s'intégrer dans un environnement international seront essentielles. Une bonne capacité d'analyse, de communication scientifique et d'organisation du travail est également attendue.
Candidate profile
The candidate should hold a Master's degree in molecular chemistry, with a specialization in organic and/or organometallic chemistry. A strong background in synthetic chemistry is required, including experience in multistep synthesis of ligands or transition metal complexes.
The candidate should be proficient in standard characterization techniques (NMR, mass spectrometry, chromatography) and comfortable handling air- and moisture-sensitive compounds. Experience in homogeneous catalysis and/or electrochemistry will be considered an advantage.
The ideal candidate is expected to be highly motivated, independent, and organized, with strong analytical and problem-solving skills. The ability to work collaboratively in an international research environment and to communicate scientific results effectively is essential.
Référence biblio
McGrath, N. A.; Brichacek, M.; Njardarson, J. T. J. Chem. Educ. 2010, 87, 1348–1349.
Wencel-Delord, J.; Glorius, F. Nat. Chem. 2013, 5, 369–375.
Cernak, T.; Dykstra, K. D.; Tyagarajan, S.; Vachal, P.; Krska, S. W. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 546–576.
Shilov, A. E.; Shul'pin, G. B. Chem. Rev. 1997, 97, 2879–2932.
Sambiagio, C.; Schönbauer, D.; Blieck, R.; et al. Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 6603–6743.
Kuhl, N.; Hopkinson, M. N.; Wencel-Delord, J.; Glorius, F. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 10236–10254.
Bordet, A.; Leitner, W. Acc. Chem. Res. 2021, 54, 2144–2157.
Costentin, C.; Savéant, J.-M. Nat. Rev. Chem. 2017, 1, 0087.