La douce odeur des fraises et autres fruits est due à un composé chimique appelé ester, que l’on retrouve également dans de nombreuses graisses et polyesters. Ce composé omniprésent peut être décomposé pour produire des alcools et d’autres produits chimiques intéressants destinés à être utilisés dans toutes les industries, notamment les produits pharmaceutiques et cosmétiques, mais le processus peut être coûteux, à la fois financièrement et en termes d’environnement.
Aujourd’hui, une équipe de chercheurs des Instituts nationaux des sciences naturelles (NINS) au Japon a développé une nouvelle approche utilisant la lumière comme source d’énergie. Ils ont publié leurs conclusions le 14 juin dans le Journal de l’American Chemical Society.
Dans une démarche apparemment contre-intuitive, pour décomposer – ou réduire, dans le cadre d’un processus chimique – les esters, les scientifiques ajoutent en réalité des électrons au composé. L’ajout d’électrons force les groupes comprenant l’ester à se réduire à des composants plus basiques. Les méthodes conventionnelles de réduction des esters nécessitent une quantité excessive de réducteurs métalliques hautement réactifs et difficiles à manipuler.
Aujourd’hui, les chercheurs étudient l’utilisation de photocatalyseurs durables. Les photocatalyseurs ou catalyseurs qui s’activent lorsqu’ils sont excités par la lumière sont connus pour favoriser un processus de transfert d’électrons entre le catalyseur et les composés organiques sans utiliser de réducteurs métalliques hautement réactifs.
Les photocatalyseurs conventionnels, impliquant des métaux nobles coûteux et non renouvelables, réduisent les composés organiques limités et n’ajoutent généralement qu’un seul électron aux composés. Appelé transfert d’un seul électron (SET), le processus doit se dérouler plusieurs fois jusqu’à ce que le nombre souhaité d’électrons soit ajouté pour atteindre la réduction cible des esters.
« Au cours de la dernière décennie, les réactions photocatalytiques ont attiré une attention considérable en tant que méthodes souhaitables adaptées aux objectifs de développement durable (ODD) des Nations Unies en matière de synthèse organique », a déclaré l’auteur co-correspondant Shintaro Okumura, professeur adjoint à l’Institut des sciences moléculaires (IMS). ) du NINS.
« Les photocatalyseurs favorisent les réactions redox en utilisant la lumière visible comme source d’énergie en l’absence de réducteurs métalliques. Cependant, les réactions photocatalytiques via un processus de transfert multiélectronique ont été moins développées, de sorte que la réduction photocatalytique des esters pour former des alcools, qui nécessite quatre électrons, est restée sous-développée. « La réduction photocatalytique des esters pour former des alcools est un défi formidable car elle nécessite un processus quadruple SET successif sans précédent », a déclaré Okumura.
Pour réaliser ce processus quadruple SET, les chercheurs ont développé un nouveau photocatalyseur qu’ils ont baptisé « N-BAP ». Lorsqu’il est irradié par la lumière bleue, le photocatalyseur initie la réaction pour produire un groupe chimique qui réagit avec l’eau et un deuxième groupe chimique à base de carbone. Avec l’ajout d’oxalate, une molécule chargée négativement que l’on trouve largement dans la nature, la réaction peut ajouter quatre électrons en succession rapide, ce qui donne les alcools souhaités.
« La combinaison du catalyseur N-BAP avec l’oxalate comme réducteur sans trace permet la réduction séquentielle rapide à quatre électrons des esters pour générer des anions carbinol, avec une protonation ultérieure pour donner des alcools », a déclaré Okumura.
« Ce travail pourrait ouvrir la voie à une nouvelle transformation des esters et devrait contribuer à une société durable en tant que synthèse organique verte adaptée aux ODD. »
Plus d’information:
Shintaro Okumura et al, Réduction multiélectronique des esters par un catalyseur photorédox au diazabenzacenaphthenium, Journal de l’American Chemical Society (2024). DOI : 10.1021/jacs.4c05272