Activer une réaction chimique en « actionnant un interrupteur »
« Vous pouvez considérer chaque réaction chimique comme un mouvement de charge d’un endroit à un autre… ce sont toujours des électrons qui se déplacent », explique Stefan Matile, dont les travaux avec des chimistes britanniques ont soutenu une théorie vieille de vingt ans selon laquelle un champ électrique externe orienté peut accélérer et diriger des électrons lors d’une transformation moléculaire. La recherche propose une méthode simple, respectueuse de l’environnement et peu coûteuse pour la synthèse en plusieurs étapes avec un niveau élevé de contrôle externe.
Les chercheurs suisses et britanniques ont collaboré après avoir observé que le réacteur utilisé par Thomas Wirth à l’Université de Cardiff, qui a connu un succès industriel en chimie radicale, pourrait être appliqué aux travaux de Matile sur l’électrocatalyse anion-π à l’Université de Genève. « Ce que nous pouvons voir avant que l’électron ne saute de l’électrode dans la réaction est bien plus intéressant: nous utilisons simplement le champ (électrique) dirigeant les électrons qui sont déjà là », explique Matile, ajoutant qu’ils s’intéressent aux interactions supramoléculaires et non au rédox. chimie.
Le réacteur est constitué de deux électrodes métalliques de 5 cm, recouvertes de nanotubes de carbone. La polarisabilité et la conductivité des nanotubes de carbone sont importantes : ils produisent un puissant dipôle qui stabilise l’état de transition ionique de la réaction et amplifie le champ électrique appliqué. Les plaques ne sont séparées que par une fine feuille d’éthylène-propylène fluoré de 250 µm imprimée avec un canal d’écoulement. « La solution est toujours exposée au terrain ; le champ est la tension divisée par la distance. La distance est petite, il est donc important d’avoir une tension douce », explique Matile. La courte distance est également essentielle pour éviter les transferts d’électrons indésirables et le besoin d’électrolytes. Le substrat est injecté d’un côté où il traverse le réacteur, auquel cas une tension est appliquée – en actionnant un interrupteur – et un produit caractérisable est obtenu de l’autre côté.
Les chercheurs ont testé le réacteur avec une cyclisation d’éther à ouverture époxy. Ce n’est qu’une fois le champ électrique appliqué que l’époxyde s’ouvre et que l’oxygène chargé négativement s’en va – activé par les nanotubes de carbone. Ils induisent de puissantes interactions anion-π, stabilisant l’état de transition riche en électrons et, finalement, accélérant la catalyse de la vitesse de réaction.
Sason Shaik, chercheur à l’Université hébraïque de Jérusalem, en Israël, affirme que les chercheurs ont amélioré leurs travaux antérieurs en « ajoutant de nouvelles fonctionnalités, ce qui permet à la réaction de se dérouler dans un système à flux continu et de générer des quantités quantitatives de produits ». L’équipe de Matile a mesuré la conversion du produit en fonction du champ appliqué et a trouvé une relation quasi-linéaire : plus le champ électrique est élevé, plus le produit produit est important.
Shaik commente que les nouvelles recherches pourraient conduire à de nouveaux matériaux et à des découvertes mécanistes. «L’utilisation de nanotubes de carbone, délocalisés et hautement polarisables, donne naissance à une ingénieuse méthode de catalyse basée sur des champs électriques», ajoute-t-il.
Matile affirme que maintenant que la preuve de principe a été démontrée, ils travaillent déjà à élargir le pool de substrats, ajoutant qu ‘ »il sera très facile de transférer (le système) à l’industrie, donc c’est très prometteur ».
