Grâce à l'électricité, les scientifiques trouvent une nouvelle méthode prometteuse pour stimuler les réactions chimiques
Des chimistes espèrent jeter les bases d'une chimie plus verte
Alors que le monde s'éloigne du gaz pour se tourner vers l'électricité en tant que source d'énergie plus verte, la liste des tâches à accomplir ne se limite pas aux voitures. Le vaste réseau mondial de fabrication qui produit tout, de nos batteries à nos engrais, doit lui aussi passer à l'action.
Une étude menée par des chimistes de l'Université de Chicago a permis de trouver un moyen d'utiliser l'électricité pour stimuler un type de réaction chimique souvent utilisé pour synthétiser de nouveaux candidats aux médicaments.
Publiée le 2 janvier dans Nature Catalysis, cette recherche constitue une avancée dans le domaine de l'électrochimie et montre la voie à suivre pour concevoir et contrôler les réactions et les rendre plus durables.
"Ce que nous voulons faire, c'est comprendre ce qui se passe au niveau fondamental à l'interface de l'électrode et l'utiliser pour prédire et concevoir des réactions chimiques plus efficaces", explique Anna Wuttig, professeur adjoint de la famille Neubauer de l'UChicago et auteur principal de l'article. "Il s'agit d'une étape vers cet objectif final.
Complexité chimique
Dans certaines réactions chimiques, l'électricité peut augmenter le rendement et, comme l'électricité nécessaire peut être obtenue à partir de sources renouvelables, elle pourrait contribuer à rendre l'industrie chimique mondiale plus écologique.
Mais l'électrochimie, comme on l'appelle, est particulièrement complexe. Les scientifiques ignorent beaucoup de choses sur les interactions moléculaires, notamment parce qu'il faut insérer un solide conducteur (une électrode) dans le mélange pour fournir l'électricité, ce qui signifie que les molécules interagissent avec cette électrode ainsi qu'entre elles. Pour un scientifique qui tente de démêler les rôles joués par chaque molécule et dans quel ordre, cela rend un processus déjà compliqué encore plus compliqué.
M. Wuttig souhaite toutefois faire de cette situation un avantage. "Et si l'on considère que l'électrochimie nous offre un levier de conception unique qui n'est possible dans aucun autre système", a-t-elle déclaré.
Dans ce cas, elle et son équipe se sont concentrés sur la surface de l'électrode qui fournit l'électricité à la réaction.
"Il y avait des indices que la surface elle-même était catalytique, qu'elle jouait un rôle", a déclaré Mme Wuttig, "mais nous ne savions pas comment contrôler systématiquement ces interactions au niveau moléculaire".
Les chercheurs ont bricolé un type de réaction couramment utilisé dans la fabrication de produits chimiques pour la médecine, afin de former une liaison entre deux atomes de carbone.
Selon les prédictions théoriques, lorsque cette réaction est réalisée à l'aide d'électricité, le rendement de la réaction devrait être de 100 %, c'est-à-dire que toutes les molécules qui ont été introduites sont transformées en une seule nouvelle substance. Mais lorsque la réaction est réalisée en laboratoire, le rendement est plus faible.
L'équipe a pensé que la présence de l'électrode détournait certaines molécules de l'endroit où elles étaient nécessaires à la réaction. Ils ont découvert que l'ajout d'un ingrédient clé pouvait aider : un produit chimique connu sous le nom d'acide de Lewis ajouté à la solution liquide redirigeait ces molécules.
"Vous obtenez une réaction presque propre", a déclaré M. Wuttig.
Catalyser le changement
En outre, l'équipe a pu utiliser des techniques d'imagerie spéciales pour observer le déroulement des réactions au niveau moléculaire. "Vous pouvez voir que la présence du modulateur a un effet profond sur la structure interfaciale", a-t-elle déclaré. "Cela nous permet de visualiser et de comprendre ce qui se passe, plutôt que de le considérer comme une boîte noire.
Il s'agit d'une étape cruciale, selon Mme Wuttig, car elle montre la voie à suivre pour pouvoir non seulement utiliser l'électrode en chimie, mais aussi prédire et contrôler ses effets.
Un autre avantage est que l'électrode peut être réutilisée pour d'autres réactions. (Dans la plupart des réactions, le catalyseur est dissous dans le liquide et est évacué au cours du processus de purification pour obtenir le produit final).
"Il s'agit d'un pas en avant vers la synthèse durable", a-t-elle déclaré. "Pour l'avenir, mon groupe est très enthousiaste à l'idée d'utiliser ce type de concepts et de stratégies pour définir et relever d'autres défis en matière de synthèse."
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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