Contrairement à la synthèse organique conventionnelle, la mécanochimie n’utilise pas de solvants qui finissent par devenir des déchets industriels. Ainsi, la mécanochimie est respectueuse de l’environnement et nous permet d’effectuer une synthèse organique en utilisant des réactifs qui se dissolvent mal en solvants courants.
Comme les solvants ne sont pas utilisés, les réactifs utilisés pour la synthèse organique sont souvent à l’état solide. Des études expérimentales antérieures ont suggéré que la force appliquée par la balle au système accélère la réaction chimique, mais il n’est pas bien compris comment les forces macroscopiques influencent les réactions chimiques à l’échelle moléculaire.
Par rapport aux méthodes conventionnelles de synthèse organique, le fondement théorique de la synthèse organique mécanochimique en est encore à ses balbutiements. Une compréhension plus approfondie de la cinétique des réactions dans les réactions mécanochimiques sera cruciale pour faire avancer le domaine pour devenir une stratégie conventionnelle elle-même.
À cette fin, une équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Tetsuya Yamamoto à l’Institut de conception et de découverte des réactions chimiques (WPI-ICredd), Université Hokkaido, a développé une théorie qui prédit les taux de réaction dans les réactions organiques mécanochimiques à l’aide d’un moulin à boule.
Leur travail, publié dans la revue Mécanochimie RSC, a été accompli grâce à une collaboration entre des chercheurs spécialisés dans la chimie organique et la rhéologie.
Les réactions chimiques entre les réactifs solides se produisent à l’interface entre eux pour former un produit. La nouvelle théorie prédit qu’une couche contenant principalement des produits formés à cette interface détermine la vitesse de réaction.
La théorie prédit une cause d’accélération de réaction: en raison de la collision des balles, une force est appliquée à l’interface des réactifs, où le produit est formé. Cette force réduit l’épaisseur de la couche riche en produits et induit des collisions plus rapides entre les réactifs, entraînant une augmentation de la formation de produits.
« Cette étude est la première tentative de faire une théorie cinétique de la réaction mécanochimique en se concentrant sur les interfaces. Il constituera la base pour développer des théories pour fournir un aperçu supplémentaire du mécanisme d’accélération de la réaction par les forces mécaniques appliquées », a déclaré le premier auteur de l’étude, Professeur agrégé Tetsuya Yamamoto.
« Les mécanismes de réaction détaillés des processus mécanochimiques restent largement énigmatiques. Les approches expérimentales à elles seules se sont révélées insuffisantes pour élucider pleinement ces mécanismes. Cependant, grâce à une collaboration exceptionnelle chez WPI-ICREDD, nous avons réussi à développer un cadre théorique préliminaire pour mieux comprendre le rôle de mécanique Forces dans la conduite des réactions mécanochimiques « , a déclaré le deuxième auteur de l’étude, le professeur agrégé Koji Kubota.
Plus d’informations:
Tetsuya Yamamoto et al, Théorie d’échelle pour la cinétique des réactions mécanochimiques avec le flux convectif, Mécanochimie RSC (2024). Doi: 10.1039 / d4mr00091a