Des chercheurs de l’Université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, ont découvert une nouvelle voie de synthèse avec laquelle ils peuvent produire un composé organique spécifique à partir de la molécule simple de monoxyde de carbone (CO), à savoir les cétènes anioniques. Ceux-ci n’étaient auparavant connus que sous le nom d’intermédiaires réactifs et ne pouvaient donc pas être utilisés comme réactifs définis. Les chercheurs basés à Bochum ont produit des cétènes anioniques si stables qu’ils pouvaient être isolés. Contrairement aux méthodes précédentes, qui peuvent produire des composés de plus grande valeur à partir de molécules simples, cette approche ne nécessite aucun métal coûteux ou toxique.
Mike Jörges, Felix Krischer et la professeure Viktoria Däschlein-Gessner du cluster d’excellence Ruhr Explore Solvation (RESOLV) ont publié leurs conclusions dans la revue La science le 22 décembre 2022.
« Les petites molécules telles que l’hydrogène, le dioxyde de carbone ou le monoxyde de carbone sont souvent des sous-produits de processus techniques à grande échelle ou sont facilement accessibles à partir de matières premières renouvelables », explique Däschlein-Gessner. « Puisqu’ils sont facilement disponibles, ils présentent un intérêt en tant que blocs de construction de synthèse pour obtenir des matières premières essentielles ou des produits chimiques fins tels que l’agrochimie ou la pharmacie. C’est une voie prometteuse pour le développement de procédés de synthèse durables. »
Conversion sans métaux de transition
Afin d’activer de petites molécules et de les convertir en composés plus complexes, il est généralement nécessaire d’utiliser certains métaux appelés métaux de transition en raison de leur position dans les sous-groupes du tableau périodique. Ce sont souvent des métaux précieux, moins abondants et parfois toxiques.
À ce jour, seuls quelques composés parmi les éléments du groupe principal largement disponibles ont été capables d’activer de petites molécules. Ceci s’applique également au monoxyde de carbone. De plus, les réactions avec le CO en tant que bloc de construction ont été moins sélectives : en plus des composés de haute valeur souhaités, des sous-produits indésirables sont souvent formés.
Les chercheurs de la chaire de chimie inorganique II de l’Université de la Ruhr à Bochum ont maintenant utilisé des composés phosphorés simples, appelés ylures, en combinaison avec des bases de sodium ou de potassium pour relever ce défi. En réalisant un mode de réaction de type métal de transition jusqu’alors inconnu de ces composés carbonés, ils ont permis l’incorporation efficace de CO dans des molécules plus grosses avec un haut degré de sélectivité.
Tout comme un kit de modèle moléculaire
« Les sélectivités de ces transformations sont impressionnantes, surtout par rapport à d’autres méthodes de synthèse », déclare Viktoria Däschlein-Gessner. « Cela est dû à la stabilité des anions, résultant de leur structure électronique unique. Ils peuvent être spécifiquement convertis avec d’autres molécules, tout comme dans un kit de modèle moléculaire, ce qui signifie que différentes structures complexes peuvent être rapidement construites. »
Dans la prochaine étape, le groupe de Bochum a l’intention d’explorer le principe de réaction et le potentiel des cétènes anioniques dans d’autres directions de recherche. « Le mode de réaction des composés phosphorés est révolutionnaire pour le développement de procédés supplémentaires permettant d’utiliser des éléments constitutifs durables tels que le CO », déclare Däschlein-Gessner. « Nous sommes également certains que les cétènes anioniques ont un potentiel encore plus grand pour la chimie de synthèse que ce que nous avons montré à ce jour. »
Plus d’information:
Mike Jörges et al, Formation de cétène sans métal de transition à partir de monoxyde de carbone via des anions cétényle isolables, La science (2022). DOI : 10.1126/science.ade4563