Un nouveau catalyseur bifonctionnel ouvre la voie à de nouvelles applications
"Pilotage" de molécules par des catalyseurs à deux sites réactifs
Dans une édition actuelle de la revue spécialisée Journal of the American Chemical Society, l'équipe dirigée par les professeurs Johannes Teichert (chaire de chimie organique) et Martin Breugst (chaire de chimie organique théorique) de l'Université technique de Chemnitz présente les résultats de ses recherches sur ce que l'on appelle la "catalyse sélective en fonction du lieu". "Ce type de sélectivité ne peut être réalisé que très rarement, car il représente un grand défi - à savoir la distinction de sites réactifs différents mais très similaires au sein d'une molécule. Ce type de réaction s'inspire de la nature, car les enzymes peuvent souvent permettre ces réactions sélectives en fonction de la localisation avec une grande précision. Il est toutefois très difficile de reproduire cela avec un catalyseur fabriqué par l'homme, car la précision d'ajustement des composés artificiels n'est souvent pas assez élevée", explique Teichert.
Un catalyseur doublement réactif fait la différence entre différents amides
Dans sa publication, l'équipe de recherche de Chemnitz décrit qu'avec un catalyseur dit "bifonctionnel", il est possible de faire la différence entre des sous-unités de molécules structurellement très proches, à savoir deux amides. Bifonctionnel signifie que deux sous-unités réactives travaillent main dans la main dans le catalyseur - l'une est responsable de la reconnaissance de l'amide respectif, tandis que l'autre effectue la réaction proprement dite, appelée réduction, directement sur l'amide reconnu. Il est toutefois important de noter que les deux sous-unités ne sont efficaces que si elles se trouvent à proximité immédiate l'une de l'autre, c'est-à-dire si elles sont liées dans la même molécule.
Ce qui souligne encore plus l'importance du travail actuel, c'est le fait qu'aucun autre catalyseur ou réactif n'est jusqu'à présent en mesure de faire la différence entre différents amides. Dans ce contexte, les chercheurs de l'université technique de Chemnitz ont pu identifier plusieurs "amides privilégiés", qui sont respectivement ciblés de manière préférentielle par le catalyseur - même si d'autres amides sont présents dans la même molécule. Alors que ces "amides privilégiés" sont rapidement transformés par le catalyseur, les "amides non privilégiés" réagissent à peine ou très lentement. C'est la conclusion décisive que le doctorant Dimitrios-Ioannis Tzaras, du groupe de travail de chimie organique, a tirée de ses travaux de recherche.
Interaction entre expérience et théorie
Outre les expériences, les calculs de mécanique quantique effectués par le groupe de travail du professeur Breugst ont été décisifs pour une première compréhension fondamentale. "Pour élucider la cause de la sélectivité spatiale rare, ces calculs sont une pièce importante du puzzle, sans laquelle il manquerait ici des connaissances importantes", déclare Breugst à propos du travail commun.
Application possible dans la recherche de substances actives ou dans la chimie durable
Les amides sont des éléments constitutifs importants aussi bien dans les substances actives que dans les matériaux, c'est pourquoi le présent travail fournit des connaissances importantes pour une production plus simple de molécules complexes biologiquement actives ou, par exemple, pour un recyclage du plastique très efficace avec de l'hydrogène durable. "C'est en particulier dans cette direction que nous poursuivrons activement nos recherches à l'avenir", a déclaré Teichert.
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