Contrôler les réactions chimiques avec un simple champ électrique

Dans notre environnement en constante évolution, les chimistes sont confrontés à la tâche ardue de développer de nouvelles méthodes de synthèse pour créer des produits et des substances qui n’existent pas naturellement. Cela comprend de nouveaux médicaments, des carburants plus durables et des matériaux plastiques biodégradables.

Une équipe de l’Université de Genève (UNIGE), en collaboration avec l’Université de Cardiff, a fait une découverte qui pourrait avoir un impact significatif sur la fabrication de nouvelles molécules.

Un interrupteur pour les réactions chimiques

Les chercheurs ont découvert comment utiliser un champ électrique externe comme un «interrupteur» pour contrôler et accélérer une réaction chimique. Cette découverte, publiée dans Science Advances, pourrait permettre des synthèses plus respectueuses de l’environnement et un contrôle externe simple d’une réaction chimique.

En chimie, la «synthèse organique» est le processus de création de composés chimiques organiques complexes à partir de réactifs plus simples. Les chimistes assemblent des petites molécules pour former les produits désirés. Ce processus est essentiel pour la fabrication de médicaments, de polymères, de produits agrochimiques, de pigments ou de parfums. Ces étapes successives sont extrêmement délicates à contrôler et le rendement de chaque étape de la réaction doit être optimal pour limiter les ressources nécessaires.

Contrôle électrique des réactions chimiques

Stefan Matile, professeur au Département de chimie organique de la Faculté des sciences de l’UNIGE et au sein du Pôle de recherche national Molecular Systems Engineering, qui a dirigé cette étude, explique que toute transformation moléculaire est le résultat du déplacement d’électrons, particules élémentaires chargées négativement, d’une molécule vers une autre. Les électrons peuvent être influencés par un champ électrique extérieur, ce qui rend théoriquement possible le contrôle électrique des réactions chimiques.

En collaboration avec le professeur Thomas Wirth de l’Université de Cardiff, Stefan Matile et son équipe ont réussi à activer une réaction chimique organique avec un simple 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.

Vers une activation plus écologique des réactions chimiques?

Le nouveau dispositif électrique proposé pourrait simplifier les stratégies de création de liaisons chimiques et ainsi réduire l’impact carbone des synthèses chimiques. Ce dispositif présente également l’avantage d’être facilement contrôlable.

Stefan Matile compare leur «réacteur» à l’accélérateur de particules du CERN à Genève, mais au lieu d’accélérer des particules subatomiques, il accélère des électrons et des réactions chimiques. Bien que des avancées fondamentales soient encore nécessaires pour libérer tout le potentiel du dispositif, cette méthode pourrait être généralisée en chimie organique à plus ou moins court terme.

En synthèse

Cette découverte pourrait rendre la production de médicaments, de nouveaux carburants ou de nouvelles matières plastiques plus verte et plus contrôlable. En utilisant un champ électrique externe comme un « interrupteur », les chimistes pourraient contrôler et accélérer les réactions chimiques, permettant des synthèses plus respectueuses de l’environnement. Cette avancée pourrait avoir un impact considérable sur la fabrication de nouvelles molécules.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que la synthèse organique ?

La synthèse organique est le processus de création de composés chimiques organiques complexes à partir de réactifs plus simples. Les chimistes assemblent des petites molécules pour former les produits désirés. Ce processus est essentiel pour la fabrication de médicaments, de polymères, de produits agrochimiques, de pigments ou de parfums.

Qu’est-ce qu’un champ électrique externe ?

Un champ électrique externe est un champ créé par une source d’énergie électrique externe. Il peut influencer le mouvement des électrons, qui sont des particules élémentaires chargées négativement.

Comment un champ électrique externe peut-il contrôler une réaction chimique ?

Les électrons peuvent être influencés par un champ électrique extérieur, ce qui rend théoriquement possible le contrôle électrique des réactions chimiques. En utilisant un champ électrique externe comme un «interrupteur», les chimistes peuvent contrôler et accélérer les réactions chimiques.

Qu’est-ce qu’un réacteur microfluidique électrochimique ?

Un réacteur microfluidique électrochimique est un dispositif qui permet d’activer une réaction chimique avec un simple champ électrique. Il se présente comme une petite boîte dans laquelle peut circuler le milieu réactionnel entre deux électrodes produisant le champ électrique.

Quels sont les avantages potentiels de cette découverte ?

Cette découverte pourrait rendre la production de médicaments, de nouveaux carburants ou de nouvelles matières plastiques plus verte et plus contrôlable. En utilisant un champ électrique externe comme un «interrupteur», les chimistes pourraient contrôler et accélérer les réactions chimiques, permettant des synthèses plus respectueuses de l’environnement.

Sources : Université de Genève, Université de Cardiff