L’élaboration et l’utilisation de polyesters biodégradables issus notamment de ressources renouvelables suscitent un grand intérêt ces dernières années compte tenu de leur champ d’applications varié notamment dans les domaines du biomédical et de l’emballage alimentaire. Les méthodes classiques de polymérisation utilisant des métaux peuvent conduire à la présence de traces de métaux résiduelles dans le matériau final, qui peuvent être néfastes selon les applications ciblées. L’utilisation de la catalyse organique ou de la biocatalyse peut être une alternative permettant de contourner ces inconvénients.

Dans cette optique, nous avons montré que l’utilisation de dérivés d’acides phosphoriques (binaphtyl-diyl hydrogen phosphate) comme catalyseurs permettait la polymérisation contrôlée par ouverture de cycle (ROP), d’une part de lactones dans des conditions douces de réaction, et d’autre part de lactide par l’utilisation de combinaisons de couples d’acide/base.

De la même façon, nous avons montré qu’il est possible de polymériser quantitativement l’e-caprolactone dans l’eau en utilisant différents acides de Brönsted (acides phosphorique, méthanesulfonique ou p-toluènesulfonique) comme organocatalyseurs. Cette approche novatrice permet d’accéder, en présence de polysaccharides solubles dans l’eau, en une seule étape et dans des conditions douces, à des copolymères de poly(e-caprolactone)-greffé-dextran et poly(e-caprolactone)-greffé-methylcellulose.

Sur la base de ces résultats, des travaux ont permis de développer des résines thermoplastiques par copolymérisation via une une double fonctionnalisation en une seule étape de l'amidon permettant d'obtenir des matériaux hautement extensibles (thèse IFMAS, coll. Société Roquette Frères). 

La fonctionnalisation organocatalysée de polyesters aliphatiques par des dérivés saccharidiques (monosaccharides et cyclodextrines natives ou modifiées) est une autre thématique importante développée au sein de notre équipe. L’intérêt d’une telle fonctionnalisation est d’accéder à une grande diversité de structures de polymères à savoir l’obtention de polymères fonctionnalisés linéaires ou dits « en étoile », mais également de jouer sur les propriétés des polymères synthétisés selon divers paramètres (degré de polymérisation, nombre de branches, nature des branches…) tout en gardant un caractère biocompatible. Dans ces conditions, il a été montré que la fonctionnalisation se faisait quantitativement (conversion totale du monomère) et de façon contrôlée (amorçage de tous les hydroxyles quelle que soit leur réactivité). Les objets macromoléculaires ainsi obtenus ont montré un potentiel prometteur en tant, par exemple, d’agents de nucléation pour la cristallisation du PLA (Coll. Pr. S. Chirachanchai, Univ. Chulalongkorn, Bangkok, Thaïlande) et pour la délivrance de principes actifs (Coll. Dr. A. Valente, Univ. Lisbon, Portugal).

Dans la continuité de ses recherches, des travaux ont permis d’étudier l’influence de la partie saccharidique sur les propriétés intrinsèques du polymère notamment sur ses propriétés mécaniques (étude de relations structure-propriétés mécaniques) (thèse en co-direction avec le Pr. M. Brieu du Laboratoire Mécanique de Lille (Centrale Lille) et en co-encadrement avec le Pr. S. Paul de l’UCCS équipe VALBIO/Realcat).

Les polymères fonctionnalisés par des nucléobases sont largement utilisés dans les domaines de la chimie supramoléculaire et de l’auto-assemblage, et leur développement pour les applications biomédicales est également un domaine d’intérêt particulier. Ces polymères sont généralement synthétisés par des procédures multi-étapes longues et fastidieuses. Nous avons montré récemment que le L-Lactide peut être polymérisé quantitativement en présence d’adénine, molécule d’intérêt biologique, jouant le rôle à la fois d’organoinitiateur et d’organocatalyseur. Les conditions de réaction impliquant des temps de réaction courts et des températures relativement basses permettent d’accéder à des polymères fonctionnalisés en bout de chaîne par l’adénine via une procédure simple en une seule étape, sans solvant, sans catalyseur, ce qui est prometteur pour des applications biomédicales. Une étude complète de la réaction et du mécanisme réactionnel a été réalisée et les calculs DFT ont permis de montrer que la polymérisation se produit via une catalyse par les liaisons hydrogènes. (Coll. Dr. A. Valente, Univ. Lisbon, Portugal).

Nous avons conçu trois séries de nouveaux monomères à base d'acide lévulinique, un composé d'origine biosourcé prometteur issu de l'hydrolyse des polysaccharides. La polycondensation de ces nouveaux monomères permet d'obtenir de nouveaux types de polymères spécialisés, tels que le poly(ester-co-amide), le poly(ester-co-amine) et le polyester comportant un groupe lactame pendant.