Un catalyseur est un ingrédient clé pour de nombreuses réactions chimiques. Il facilite la transformation d’une molécule en une autre molécule, sans être elle-même modifiée, ce qui signifie qu’elle peut être utilisée plusieurs fois. Cependant, de nombreux catalyseurs sont fabriqués à partir de métaux précieux, ce qui les rend coûteux et potentiellement nocifs pour l’environnement. Aujourd’hui, des chercheurs ont conçu un catalyseur constitué d’un métal beaucoup plus abondant, le fer, pour faciliter une réaction chimique importante : la réaction de métathèse des oléfines. Leurs travaux ont été publiés récemment dans Catalyse naturelle.
« La réaction de métathèse d’oléfine est l’une des réactions catalytiques les plus largement applicables pour la formation de doubles liaisons carbone-carbone », a expliqué Satoshi Takebayashi, chercheur à l’Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) qui a participé aux travaux. « Les doubles liaisons carbone-carbone sont une liaison importante présente dans de nombreux produits chimiques. »
Les oléfines sont une classe de composés avec des doubles liaisons carbone-carbone. La réaction de métathèse des oléfines produit de nouvelles doubles liaisons carbone-carbone en échangeant les atomes de carbone dans les oléfines. Le catalyseur facilite cet échange en cassant les doubles liaisons d’origine et en provoquant la formation de nouvelles.
Actuellement, l’un des catalyseurs les plus populaires pour cette réaction est fabriqué à partir du métal précieux, le ruthénium. Le but de cette étude était de faciliter la réaction à l’aide d’un catalyseur constitué d’un métal beaucoup plus abondant, le fer, rendant ainsi l’ensemble du procédé moins cher et plus respectueux de l’environnement. Il s’agit d’un objectif recherché depuis longtemps par la communauté scientifique, car le ruthénium et le fer appartiennent au même groupe dans le tableau périodique et devraient donc avoir des propriétés similaires.
Pour cette étude, les chercheurs ont conçu un nouveau complexe de fer et ont démontré qu’il pouvait être utilisé comme catalyseur dans la réaction de métathèse des oléfines. Ils ont montré que cela fonctionnait en créant un polymère, une molécule à longue chaîne composée d’unités chimiques plus petites.
Malgré le succès de cette recherche, Takebayashi a souligné que les catalyseurs de pointe à base de ruthénium sont encore beaucoup plus applicables que les nouveaux catalyseurs à base de fer. Le fer-catalyseur est instable et moins actif lorsqu’il est exposé à l’air et à l’humidité. Ces limitations doivent être corrigées avant que le catalyseur au fer puisse remplacer celui au ruthénium.
« Cette étude peut être utile à d’autres chercheurs dans le domaine », a conclu Takebayashi. « J’espère que les catalyseurs à base de fer pourront être développés davantage en utilisant ces connaissances. »
Satoshi Takebayashi, Polymérisation par métathèse par ouverture de cycle catalysée par le fer des oléfines et études mécanistes, Catalyse naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41929-022-00793-4. www.nature.com/articles/s41929-022-00793-4