Un processus simplifié met en lumière de nouvelles possibilités de catalyseurs
Le développement, guidé par la théorie, d'un processus plus facile et plus polyvalent de synthèse de ligands asymétriques ouvre de nouvelles voies d'exploration pour la catalyse des métaux de transition.
Représentation du processus de calcul prédisant les matières premières pour la synthèse des dérivés du DPPE assistée par l'irradiation à la lumière bleue.
Hideaki Takano, et al. Nature Communications. November 21, 2022
Des chercheurs de l'Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) ont découvert la clé de la synthèse d'un outil moléculaire qui pourrait élargir considérablement la variété des réactions catalytiques possibles avec les métaux de transition. L'équipe a pris un ensemble bien établi de composés qui peuvent être utilisés pour fabriquer des catalyseurs à base de métaux de transition et a mis au point une réaction simple, basée sur des radicaux, pour créer des variantes non symétriques de ces molécules dans des conditions douces. L'accès plus facile à une plus grande variété de ces composés non symétriques ouvre un champ de nouvelles possibilités pour la conception de catalyseurs à base de métaux de transition.
Cette recherche se concentre sur une classe de composés appelés dérivés du 1,2-bis(diphénylphosphino)éthane (DPPE). Les DPPE sont bidentés, c'est-à-dire qu'ils se fixent au centre métallique d'un catalyseur à deux endroits. Cependant, les DPPE sont généralement symétriques, chaque bras de fixation étant le même, ce qui limite la variété structurelle et la réactivité possibles. Cette étude surmonte cette limite, en présentant une méthode polyvalente pour développer des DPPE non symétriques en utilisant l'éthylène, une matière première chimique disponible en abondance.
Pour guider leurs efforts, les chercheurs ont d'abord effectué des calculs de chimie quantique via la méthode de réaction induite par une force artificielle (AFIR) afin d'identifier les matériaux de départ possibles qui pourraient réagir pour former des DPPE. Les calculs ont montré un processus viable dans lequel les radicaux phosphine réagissent facilement avec l'éthylène pour former du DPPE. Sur cette base, l'équipe a vérifié expérimentalement un processus simple de fabrication de DPPE symétriques qui forme des radicaux phosphine en solution en mélangeant simplement trois composés facilement disponibles. Ce procédé améliore considérablement les méthodes précédentes qui impliquaient de multiples étapes et l'utilisation de composés instables et hautement réactifs.
Ce processus a ensuite été étendu aux DPPE non symétriques, en mélangeant de l'éthylène avec des chlorophosphines et des oxydes de phosphine couvrant un large éventail de propriétés électroniques et de tailles. La différence de taille et de propriétés électroniques crée un effet push-pull qui pourrait conduire à une réactivité ou une sélectivité bénéfique. Les études d'optimisation ont révélé que l'utilisation d'un photocatalyseur avec une irradiation par LED bleue fournissait le meilleur rendement.
À titre de test, l'équipe a ensuite formé des complexes métalliques en utilisant l'un des dérivés asymétriques du DPPE. Ils ont comparé les propriétés du palladium complexé avec le DPPE et avec le dérivé asymétrique du DPPE. Les deux complexes avaient des propriétés sensiblement différentes, notamment la couleur, le spectre d'absorption et l'énergie des orbitales moléculaires, ce qui montre que les dérivés asymétriques du DPPE peuvent permettre une réactivité différente lorsqu'ils sont utilisés comme ligands dans des catalyseurs. Les chercheurs considèrent que l'application à la conception de catalyseurs et l'utilisation d'un matériau abondant et peu coûteux sont les avantages de cette méthode.
"Nous avons réussi à synthétiser des dérivés de DPPE utiles en tant que ligands pour les catalyseurs à base de métaux de transition, et ce en utilisant de l'éthylène bon marché et facilement disponible", a déclaré l'auteur principal Hideaki Takano. "Ce résultat a été obtenu grâce à l'effet synergique de l'utilisation des calculs de chimie quantique AFIR combinés aux compétences expérimentales et à l'expérience des chimistes organiques. À l'avenir, j'aimerais développer de nouvelles réactions révolutionnaires en utilisant de nouveaux ligands synthétisés par la méthode que nous avons rapportée ici."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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