La création de nouveaux composés synthétiques est souvent un processus complexe et en plusieurs étapes qui peut nécessiter des années de recherche. Caleb D. Martin, Ph.D., professeur agrégé au Département de chimie et de biochimie de l’Université Baylor et chercheur principal du Martin Research Group, et son équipe ont développé un nouveau composé appelé tris (ortho-carboranyl) borane ou BoCb3 .
Synthétisé en une seule étape, ce superacide de Lewis à la pointe de la technologie – qui a des applications dans la production des plastiques les plus courants – est plus efficace à produire, plus sûr pour l’environnement et pourrait potentiellement économiser des milliards de dollars en coûts de fabrication.
Martin a publié les résultats le 22 septembre 2023, numéro de la revue Angewandte Chemie International Edition.
Lorsque Martin a rejoint Baylor, il lui restait des produits chimiques du laboratoire du regretté chimiste Baylor F. Gordon A. Stone, qui occupait le poste de professeur émérite de chimie Robert A. Welch, après la retraite de Stone. Parmi ces produits chimiques laissés par Stone se trouvait l’ortho-carborane, l’un des produits chimiques utilisés par l’équipe de Martin pour fabriquer le BoCb3.
Stone était l’un des 100 chimistes les plus référencés au monde au sommet de sa carrière. En 1963, Stone a développé un acide de Lewis fort connu sous le nom de B(C6F5)3 qui est encore utilisé aujourd’hui dans la production de polyoléfines, qui détenait une part de marché mondiale de 295 milliards de dollars en 2021. Sans avoir hérité du produit chimique, Martin a déclaré que son groupe le ferait. n’ont jamais essayé cette idée hors des sentiers battus pour fabriquer l’acide de Lewis unique.
« Ma recherche est la chimie synthétique inorganique et organique où nous ciblons des molécules qui peuvent bénéficier à la société ou où les résultats sont utiles à d’autres chercheurs pour faire avancer leurs recherches », a déclaré Martin.
Martin pourrait-il améliorer l’acide de Lewis que Stone a développé il y a environ 60 ans ? Bien que cela ait été tenté auparavant, personne n’avait amélioré de manière significative le processus.
Les acides de Lewis, appelés activateurs, jouent un rôle essentiel dans la production de polyoléfines. Le mélange d’un acide de Lewis avec un composé de zirconium ou d’hafnium le rend actif pour la polymérisation d’une oléfine (double liaison carbone-carbone) en polyoléfines, que l’on peut trouver dans une variété de produits, y compris les sacs en plastique et les revêtements pour câbles, acier tuyaux et pièces automobiles, pour n’en nommer que quelques-uns.
D’autres approches pour fabriquer des acides de Lewis forts ont passé par plusieurs étapes intermédiaires chronophages pour arriver au produit final et nécessitent des atomes de fluor nocifs pour l’environnement qui ne se dégradent jamais dans la nature.
L’itinéraire de l’équipe pour fabriquer du BoCb3 utilise un processus simple en une étape et seulement trois produits chimiques disponibles dans le commerce, « comme faire un repas en une seule casserole », a déclaré Martin. En les combinant, le résultat est un acide de Lewis puissant qui est plus facile à fabriquer, produit moins de déchets et est moins nocif pour l’environnement car il est sans halogène, dépourvu de fluor ou de chlore.
« Nous fabriquons tout le temps de nouveaux composés », a déclaré Martin. « Cependant, il est rare de trouver un composé unique et utile à partir de seulement trois choses que vous pouvez commander à partir d’un catalogue. »
BoCb3 est maintenant au stade de la découverte fondamentale. Un brevet provisoire a été déposé et l’équipe travaille en étroite collaboration avec trois groupes de recherche universitaires en Californie, en Allemagne et en Italie pour comprendre toute l’étendue de sa réactivité et ses applications commerciales potentielles.
« Bien qu’il soit trop tôt pour connaître l’impact total que BoCb3 aura, il est très facile d’imaginer que cette technologie sera vraiment attrayante pour l’industrie pétrolière », a déclaré Martin.
Plus d’information:
Manjur O. Akram et al, Tris(ortho ‐carboranyl)borane: An Isolable, Halogen‐Free, Lewis Superacid, Angewandte Chemie (2022). DOI : 10.1002/ange.202212073