La lumière et le nickel simplifient les réactions chimiques
Des chercheurs développent une méthode de planification fiable des synthèses
Les réactions de couplage croisé - transformations chimiques au cours desquelles deux fragments sont assemblés - constituent un outil précieux pour la synthèse de molécules organiques. Les applications vont du développement de médicaments et de la synthèse de molécules naturelles à la science des matériaux. Malgré les nombreuses méthodes connues, trouver les bonnes conditions pour de nouvelles réactions reste un défi. Étant donné les nombreux facteurs qui peuvent affecter le résultat de la réaction, tels que la présence ou l'absence de molécules ligands, de précurseurs de catalyseurs, de bases et d'autres additifs, l'optimisation est une tâche fastidieuse. L'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle sont de nouvelles approches prometteuses pour prédire les conditions optimales de réaction, mais l'entraînement de ces modèles implique également un effort considérable.
Réactions photocatalytiques dans le laboratoire du Prof. König (Université de Regensburg) avec la lumière visible.
Prof. Dr. Burkhard König
Les chercheurs de l'université de Ratisbonne, en collaboration avec l'institut Zelinisky de Moscou, ont trouvé une solution à ce problème en adoptant une approche totalement différente : les paramètres de réaction ont été réduits au minimum et seuls les deux partenaires de réaction à lier sont combinés avec un simple sel de nickel et un colorant organique sous l'effet de la lumière visible. Aucun ligand ou additif traditionnel n'est ajouté pour contraindre le catalyseur de nickel (c'est-à-dire qu'ils fournissent des canaux multiples pour la réactivité catalytique), comme c'est le cas dans la plupart des méthodes conventionnelles. Dans les conditions de réaction, un mélange dynamique de nombreux complexes métalliques se forme, dont l'état électronique est ajusté par le photocatalyseur et l'énergie lumineuse absorbée, de telle sorte que les réactions catalytiques commencent. Le principe est comparable à un tour de jonglerie : le photocatalyseur et l'énergie lumineuse amènent à plusieurs reprises les complexes métalliques dans la forme catalytiquement active, comme on lance des balles en l'air en jonglant. Comme l'énergie lumineuse n'est nécessaire que pour activer les catalyseurs et que ceux-ci sont très réactifs sans stabilisation, il est possible d'obtenir des réactions rapides et efficaces sur le plan énergétique. Les catalyseurs qui perdent leur activité (dans l'image de la jonglerie, il s'agit de balles tombées) sont continuellement réparés par l'énergie lumineuse, de sorte que seules des quantités extrêmement faibles du métal catalyseur, le nickel, sont nécessaires. Les résultats de ces années de recherche ont été publiés dans la revue scientifique "Nature".
Il a été possible d'identifier les conditions de réaction pour toutes les classes de molécules, ce qui permet désormais de planifier les synthèses de manière fiable. Le nouveau principe de réaction est appelé catalyse homogène dynamique adaptative, ou AD-HoC en abrégé, et apporte une contribution importante au développement de réactions chimiques efficaces et économes en énergie, et donc plus durables.
Le projet est en cours depuis environ trois ans. Au cours de cette période, de nombreuses expériences ont été menées pour développer et confirmer la découverte centrale. La classification systématique des réactifs a constitué une percée et une méthode analytique particulière des collaborateurs russes, la spectrométrie de masse in situ, a permis de comprendre la nature dynamique des systèmes catalytiques. Dans les travaux futurs, le concept sera étendu à d'autres ions métalliques tels que le cuivre, le cobalt ou le fer, et à d'autres types de réactions, telles que l'activation des liaisons carbone-hydrogène. En outre, les chercheurs pensent que la prévisibilité des conditions de réaction ainsi que la simplicité et l'efficacité de cette méthode permettront de l'utiliser dans l'industrie, soit pour la synthèse d'ingrédients pharmaceutiques actifs (API), qui nécessite normalement une série d'étapes d'optimisation qui prennent du temps, soit pour la fonctionnalisation de biomolécules, soit pour des transformations synthétiques à haut rendement énergétique à grande échelle.
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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