Chimie du clic avec mécanocatalyse induite par le son | Recherche

Les chercheurs ont développé une nouvelle façon d’effectuer la mécanocatalyse directe.¹ La méthode utilise un mélange acoustique résonant et offre une alternative simple, évolutive et sans solvant au couplage clic azide-alcyne catalysé par le cuivre (CuAAC). Tomislav Friščić, de l’Université de Birmingham, au Royaume-Uni, qui a dirigé les travaux, affirme que cela pourrait changer la façon dont les chimistes envisagent la synthèse chimique en leur permettant de “passer complètement de la chimie en solution à des environnements mécanochimiques essentiellement sans solvant ou limités en solvant”. «Nous pourrions être très proches d’un moyen parfait de mener une chimie verte», ajoute Friščić.

La mécanocatalyse directe a été rapportée pour la première fois par James Mac et ses collègues de l’Université de Cincinnati, aux États-Unis, en 2009.² Il utilise la boule ou les parois de la cuve dans un broyeur à boulets comme catalyseurs métalliques. Cependant, les stratégies actuelles de mécanocatalyse directe présentent divers inconvénients. L’équipe d’Hanusaun expert en mécanochimie à base de métaux de l’Université Vanderbilt aux États-Unis, raconte Monde de la chimie ce ‘[the grinding media] ne sont pas toujours des acteurs innocents face aux réactions mécanochimiques, car le métal contenu dans les billes peut fonctionner comme un « réactif » qui peut compliquer les synthèses.

Aujourd’hui, Friščić et ses collègues ont mis au point une méthode mécanocatalytique directe qui ne nécessite pas de milieu de broyage ou de broyage. Il utilise une simple bobine de fil de cuivre pour catalyser une réaction de couplage par clic azide-alcyne sous mélange acoustique résonnant (Ram). Une machine Ram fait vibrer le récipient de réaction à une fréquence de 60 Hz afin que le mélange réactionnel, dans ce cas le bromure de benzyle et le phénylacétylène, soit doucement secoué autour de la bobine de cuivre pour catalyser la réaction de couplage. Le groupe de Birmingham a testé sa technique de mécanocatalyse Ram pour synthétiser le médicament anticonvulsivant rufinamide. Ils ont étendu la synthèse à l’échelle du gramme et ont montré qu’ils pouvaient accéder à ce composé fonctionnel sans les températures élevées ou les processus en plusieurs étapes actuellement utilisés en solution.

Le mécanisme de la mécanocatalyse directe a fait l’objet de débats. Certains pensent que la catalyse se produit à la surface métallique des billes et d’autres pensent qu’elle se produit sur les particules métalliques abrasées résultant de l’impact du broyage.³ Le groupe de Friščić a surveillé la progression de leur couplage par clic en temps réel à l’aide de la spectroscopie Raman et a observé une cinétique linéaire d’ordre zéro. C’est ce que l’on s’attend à voir dans une synthèse de solution et cela donne “une indication très forte qu’il s’agit d’une réactivité de surface”, déclare Friščić. Ils ont combiné leur spectroscopie Raman avec la spectroscopie RMN pour démontrer que la réaction ne progressait pas à travers le cuivre lixivié. Cette technique Ram est une alternative plus primitive à la synthèse de solution et « mécaniquement, vous ne changez peut-être rien, mais le [synthetic] l’itinéraire est plus efficace », déclare Deborah Crawfordun expert en synthèse mécanochimique de l’Université de Bradford, au Royaume-Uni.

La seule limitation évidente de cette technique est le coût de la machine Ram mais “une fois que vous achetez [or have access to] le Ram, après c’est en fait assez bon marché pour continuer », dit Crawford. Friščić est actuellement impliqué dans la mise en place d’une installation de mécanochimie à Birmingham qui vise à rendre l’équipement de mécanochimie accessible à davantage de chercheurs.

Le groupe de Friščić prévoit d’étendre la technique de mécanocatalyse directe qu’ils ont développée entre un et 100 kilogrammes, et d’explorer également d’autres synthèses avec.

Les références

1 CB Lennox et al, Chim. Sci.2023, DOI : 10.1039/d3sc01591b

2 AD Fulmer et al, Chimie Verte.2009, 111821 (DOI : 10.1039/b915669k)

3 S Hwang, S Grätza et L Borchardt, Chim. Commun.2022, 581661 (DOI : 10.1039/d1cc05697b)