La structure moléculaire des médicaments pourrait être fabriquée directement à partir de l’azote de l’air, éliminant le besoin de produire de l’ammoniac en premier lieu
Dans une découverte qui pourrait transformer la production de médicaments et de matériaux synthétiques, des chercheurs ont mis au point une méthode pour fabriquer des structures moléculaires directement à partir de l’azote atmosphérique, éliminant ainsi le besoin de produire de l’ammoniac en premier lieu. Cette découverte pourrait avoir des implications significatives pour l’industrie chimique.
Une découverte de RIKEN
Des chimistes de RIKEN ont découvert un composé à base de titane capable d’activer l’azote gazeux dans l’atmosphère pour qu’il réagisse avec certaines molécules organiques à base de carbone, formant ainsi des produits potentiellement utiles1.
Tous les atomes d’azote présents dans les produits pharmaceutiques, les agrochimiques et les matériaux synthétiques proviennent à l’origine de l’air qui nous entoure. L’atmosphère est un vaste réservoir d’azote, le gaz sous forme de ‘diazote’ (N2) constituant 78% de l’atmosphère.
Le défi de l’azote
Malgré la présence omniprésente de l’azote, il n’est pas facile de l’extraire de l’air pour fabriquer des composés industriels. En effet, les deux atomes d’azote dans le diazote sont liés par une triple liaison extrêmement forte qui nécessite beaucoup d’énergie pour être rompue.
Par conséquent, la principale façon d’obtenir de l’azote de l’air est par le processus Haber-Bosch, qui est énergivore. Ce processus combine l’azote et l’hydrogène à haute température et pression pour former de l’ammoniac.
L’ammoniac est ensuite utilisé pour fabriquer une multitude de molécules organiques qui sont des ingrédients dans les médicaments, les matériaux, et bien d’autres choses.
Une alternative à l’ammoniac
Cependant, les chimistes cherchent depuis longtemps des méthodes alternatives qui pourraient contourner l’ammoniac en utilisant directement l’azote du diazote. Cette approche offrirait des voies de synthèse plus courtes et réduirait notre dépendance au processus Haber-Bosch. Jusqu’à présent, très peu de réactions peuvent le faire.
Mais une équipe dirigée par Zhaomin Hou du RIKEN Center for Sustainable Resource Science a maintenant développé un nouveau processus de réaction avec des conditions douces qui peut incorporer directement l’azote de l’air dans des composés.
Le rôle du titane
Auparavant, l’équipe de Hou avait créé un composé capable de lier le diazote. Il contenait deux atomes de titane, entourés de divers groupes chimiques appelés ligands.
Ils ont maintenant ajouté du monoxyde de carbone à ce composé, et ont découvert qu’il crée un nouveau ligand appelé oxyméthylène. Cela aide les atomes de titane à maintenir l’unité de diazote ensemble et lui permet de participer à des réactions chimiques.
Des implications pour l’industrie pharmaceutique
L’équipe a mélangé le nouveau composé avec une gamme de molécules organiques qui avaient une double liaison carbone-carbone proche d’une double liaison carbone-oxygène. Le nouveau composé de titane a ajouté du diazote à ces molécules pour créer des produits qui comprenaient des molécules en forme d’anneau appelées pyrazolidinones et pyrazolines. Ces anneaux contiennent une paire d’atomes d’azote adjacents, et sont un motif clé dans certains produits pharmaceutiques et agrochimiques.
Les pyrazolidinones et les pyrazolines sont généralement synthétisées à l’aide d’un réactif contenant de l’azote appelé hydrazine, qui est lui-même fabriqué à partir d’ammoniac. Bien que la fabrication de ces produits à partir de diazote soit une voie plus directe, la méthode est peu susceptible de supplanter le processus Haber-Bosch bien établi et rentable, dit Hou.
« L’utilisation directe du diazote pour la synthèse de composés organiques contenant de l’azote restera un sujet de recherche de longue date », dit-il, ajoutant que son équipe explore maintenant des moyens alternatifs d’utiliser le diazote comme réactif.
