pourraient avoir un effects considérable sur le développement de nouvelles molécules, permettant non seulement une synthèse in addition respectueuse de l’environnement, mais aussi un contrôle externe très very simple d’une réaction chimique.
En chimie, la création de composés chimiques organiques complexes à partir de réactifs in addition simples est appelée « synthèse organique ». Par réactions successives, les chimistes assemblent de petites molécules pour finalement previous les produits souhaités. La synthèse organique est cruciale pour la fabrication de médicaments, de polymères, de produits agrochimiques, de pigments et de parfums. Ces étapes successives sont extrêmement précises et délicates à contrôler. Pour limiter les ressources nécessaires, le rendement de chaque étape de réaction doit être exceptional. Parvenir à un meilleur contrôle et à une exploitation as well as straightforward de ces réactions reste un défi de recherche majeur.
« Toute transformation moléculaire résulte du déplacement d’électrons – des particules élémentaires chargées négativement – d’un endroit à un autre dans une molécule », explique Stefan Matile, professeur titulaire au Département de chimie organique de la Faculté des sciences de l’UNIGE et membre du Centre nationwide de compétence en recherche (PRN) Ingénierie des systèmes moléculaires, qui a dirigé l’étude. Les électrons peuvent être influencés par un champ électrique externe. Il est donc théoriquement probable de contrôler électriquement les réactions chimiques. Bien que very simple dans son principe et prometteuse en termes d’impact, cette approche s’est heurtée à plusieurs limites et ses quelques implémentations ont donné de mauvais résultats.
Une avancée tant attendue
Avec leurs équipes, Stefan Matile et son homologue de l’université de Cardiff, le professeur Thomas Wirth, sont parvenus à activer une réaction chimique organique avec un easy champ électrique. Pour ce faire, ils ont conçu un réacteur microfluidique électrochimique. Leurs résultats montrent clairement la dépendance entre l’état d’avancement de la réaction chimique et l’intensité du champ électrique appliqué. Cet appareil permet d’activer une réaction chimique simplement en appuyant sur un interrupteur.
« Ce style de réacteur se présente sous la forme d’une petite boîte dans laquelle le mélange réactionnel peut circuler entre deux électrodes produisant le champ électrique. Les électrodes sont des plaques carrées de 5 cm x 5 cm placées aussi rapprochées que probable. Ils sont séparés par une feuille d’un quart de millimètre d’épaisseur. Cette feuille contient le canal d’écoulement pour faire circuler les molécules entre les électrodes », explique Ángeles Gutiérrez López, doctorant dans le groupe de Stefan Matile et premier auteur de l’article.
Les électrodes sont recouvertes de nanotubes de carbone. Lors de leur circulation dans le réacteur, les réactifs interagissent faiblement avec les nanotubes de carbone, les exposant au champ électrique. Cela induit une polarisation électronique dans la molécule, activant la transformation chimique.
Vers une activation in addition verte des réactions chimiques ?
Pour créer les liaisons chimiques souhaitées avec un rendement élevé, les chimistes mettent généralement en œuvre des stratégies complexes en plusieurs étapes impliquant de nombreux intermédiaires. Ces stratégies nécessitent des ressources et une énergie importantes. Le nouveau dispositif électrique proposé par Stefan Matile et Thomas Wirth pourrait simplifier ces stratégies et ainsi réduire l’impact carbone des synthèses chimiques.
L’appareil présente l’avantage d’être facile à contrôler. «Notre ‘réacteur’ ressemble en quelque sorte à l’accélérateur de particules du CERN à Genève, mais au lieu d’accélérer les particules subatomiques, il accélère les électrons lors des transformations moléculaires», explique Stefan Matile. Des avancées fondamentales sont encore nécessaires pour libérer tout le potentiel de l’appareil. Cependant, cette méthode pourrait être appliquée à la chimie organique dans un avenir pas si lointain, rendant la manufacturing de médicaments, de nouveaux carburants ou de nouveaux plastiques as well as verte et furthermore contrôlable.
