La mécanochimie frappe à nouveau : un moyen facile de générer des molécules organolithiques
La mécanochimie à l'aide d'un broyeur à billes montre qu'il est possible de générer des composés organolithiques importants sur le plan académique et industriel
Les composés organolithiques, molécules contenant une liaison carbone-lithium, sont d'excellents précurseurs pour établir de nouvelles liaisons carbone-carbone et d'autres liaisons carbone-hétéroatomes. Ils sont largement utilisés dans les universités et l'industrie pour leurs applications dans la synthèse des polymères, les produits pharmaceutiques et la synthèse organique générale. Une méthode conventionnelle pour générer des organolithes consiste à faire réagir des composés organohalogénés, des molécules contenant une liaison carbone-halogène, avec du lithium métal dans un solvant organique. Par exemple, une réaction entre le 1-bromobutane et le lithium métal produit du n-butyllithium. Les organolithes sont généralement instables et sont donc rapidement transformés en un nouveau produit in situ après leur production.
Schéma de la procédure généralisée d'utilisation d'un broyeur à billes pour réaliser des réactions organolithiques.
Photo: WPI-ICReDD
Plusieurs voies de synthèse établies vers les composés organolithiques nécessitent des configurations de réaction relativement complexes, de grandes quantités de solvant organique et une attention particulière à la sensibilité à l'air, à l'humidité et à la température. C'est pourquoi l'accès à de nouvelles conditions optimisées pour une génération plus directe de réactifs organolithiques est très demandé. En utilisant des techniques de mécanochimie avec un broyeur à billes, des chercheurs de l'Institut pour la conception et la découverte de réactions chimiques (WPI-ICReDD) de l'université d'Hokkaido ont réussi à résoudre tous ces problèmes. Cette recherche a été publiée dans la revue Nature Synthesis.
"Cette approche mécano-chimique simplifie considérablement la synthèse des réactifs organolithiques, offrant une méthode efficace, évolutive et sans solvant qui relève les défis majeurs des méthodes traditionnelles basées sur les solutions", a déclaré le professeur associé Koji Kubota.
Leur méthodologie présente une combinaison élégante d'innovation et de simplicité. Des morceaux de fil de lithium coupé et un organohalogénure sont scellés à l'intérieur d'un pot de broyage avec deux billes, sans introduire de gaz inerte (azote ou argon), et subissent un broyage pendant 5 à 60 minutes pour générer l'organolithium. Ensuite, le pot est ouvert et un nouveau réactif est introduit pour convertir l'organolithium en une nouvelle liaison carbone-carbone ou carbone-hétéroatome après 15 minutes de broyage supplémentaire.
Un exemple représentatif a montré qu'il était possible d'obtenir une conversion de 77 % de l'organolithium en 5 minutes. À titre de comparaison, les auteurs ont également démontré que la synthèse du même organolithium à l'aide de la méthode plus traditionnelle à base de solvant sous gaz inerte nécessitait 60 minutes pour atteindre une conversion de 69 %, avec une conversion de <5 % après 5 minutes. "Notre protocole simple, qui minimise la nécessité de prendre des précautions importantes lors de la manipulation du lithium, offre aux techniciens et aux étudiants ayant une expérience limitée de la synthèse organique une occasion précieuse d'explorer les réactions impliquant des espèces organolithiques", a déclaré Keisuke Kondo, étudiant en doctorat.
"Nos résultats démontrent le potentiel de la mécanochimie à révolutionner les méthodologies de synthèse en chimie organique, non seulement en améliorant l'efficacité mais aussi en réduisant l'impact sur l'environnement", a déclaré le professeur Hajime Ito.
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