A la recherche de l'identification individuelle dans un mélange complexe d’aromatiques : Enquête et combinaison de méthodes

SSCI-VIDE+CARE+XJI:VML:ELMNational audienceIntroduction. Le développement de la filière hydrogène pose de nombreux défis, en particulier son transport et stockage. L’incorporation de l’hydrogène dans un liquide peu toxique et liquide à température ambiante rendrait cette gestion nettement plus facile. Le projet SAFHYR veut étudier ces Liquides Organiques Vecteurs d’Hydrogène (LOVH ou LOHC), et leurs potentialités. Fortement hydrogénés, ils peuvent libérer des hydrogènes moléculaires qui sont ensuite remis en jeu dans une pile par exemple. Utilisé par Arkema comme fluide caloporteur, le mélange de dibenzyltoluènes pourrait être une solution de stockage d’hydrogène adaptée. Ces molécules, issues d’un procédé de Friedel-Crafts sur des toluènes, présentent trois cycles aromatiques liés par des groupements méthyles. L’hydrogénation de la structure de base déshydrogénée (dite H0) conduit successivement à la formation de H6 (un cyclohexane), puis H12 (2 cyclohexanes) puis H18 (3 cyclohexanes) et inversement.Cependant, le mélange H0 est complexe : il présente 15 isomères dont 6 ont un méthyle sur le cycle central (dibenzyltoluène, DBT), et 9 ont un méthyle sur les cycles latéraux (benzylbenzyltoluène, BBT). Ces espèces, très peu étudiées, n’apparaissent que peu dans les bases de données, rendant l’identification des espèces difficile. Afin d’améliorer les procédés d’hydrogénation/déshydrogénation, il est important d’être capable de les identifier individuellement. Pour cela, nous avons combiné des méthodes analytiques, ainsi que de la synthèse organique de certains de ces isomères pour résoudre la complexe équation proposée. Matériels et méthodes. Nous avons mis en euvre une combinaison de plusieurs techniques analytiques pour résoudre ce problème complexe (GC-MS, GCxGC-MS et RMN 1H et 13C). La séparation de ces espèces a été optimisée dans un GC-MS (colonne HeavyWax) et permet de séparer l’ensemble des espèces du H0 au H18. Les spectres de masse à haute et basse énergie ont été mesurés sur l’ensemble des espèces. En parallèle, le mélange a été analysé par RMN 1H. Une chromatographie préparative a permis de séparer les espèces en deux fractions dont les spectres RMN ont été mesurés également. Résultats et discussion. Comme attendu, les spectres de masse sont complexes, avec de nombreuses fragmentations semblables au sein d’une même famille, en particulier les H18 dont il est impossible de distinguer les isomères. La présence d’un cycle aromatique permet, dans les autres cas, de distinguer des réarrangements caractéristiques de type rH2 (MacLafferty). Ceux-ci sont particulièrement favorisés dans le cas de substitution en ortho du cycle concerné. Les fragmentations α apportent une distinction entre les espèces issues des DBT de celles issues des BBT