Une équipe dirigée par le chimiste Professeur Frank Glorius de l’Institut de chimie organique de l’Université de Münster a mis au point une nouvelle séquence réactionnelle activée par la lumière. Dans cette triple catalyse, une étape réactionnelle déclenche la suivante, comme trois dominos qui tombent l’un après l’autre. Les transformations moléculaires se produisent séquentiellement dans un seul réacteur. Cette synthèse en un seul réacteur est considérée comme un processus idéal car elle est particulièrement économe en ressources et en énergie.
Au cœur du succès de cette étude se trouve un photocatalyseur, en l’occurrence une molécule qui absorbe la lumière visible et transfère l’énergie aux molécules réactives à chaque étape de la séquence. Grâce à cette méthode, les chimistes ont converti des azaarènes bicycliques, une classe de cycles aromatiques carbonés contenant de l’azote, en échafaudages moléculaires tridimensionnels complexes qui apparaissent fréquemment dans les principes actifs pharmaceutiques. L’étude est publiée dans la revue Nature Catalysis.
La première étape de la nouvelle méthode débute par une réaction inconnue jusqu’alors, dans laquelle deux molécules (azaarènes bicycliques et vinylcyclopropanes) se combinent pour former un large squelette cyclique à neuf chaînons. Dans la deuxième étape, les atomes au sein de la molécule réorganisent leurs liaisons et la convertissent en une autre forme ( « réarrangement sigmatropique »). Ce réarrangement, qui nécessite normalement des températures élevées, s’est produit à température ambiante dans des conditions douces (grâce à la photocatalyse). Dans la troisième et dernière étape, la lumière déclenche une cyclisation supplémentaire au sein de la même molécule et la fixe dans sa structure tridimensionnelle. L’équipe a mené des analyses mécanistiques détaillées et des calculs assistés par ordinateur pour dévoiler le chemin réactionnel.
« La conception de la triple catalyse élargit la boîte à outils chimique en introduisant un nouveau protocole réactionnel pour construire des architectures complexes qui reposaient traditionnellement sur des conditions « sévères », explique le doctorant Preeti Chahar. La triple catalyse simplifie également considérablement la synthèse moléculaire, car un seul réacteur et un seul photocatalyseur sont nécessaires. Comme l’équipe a pu le montrer en utilisant diverses molécules de départ, la méthode a le potentiel d’une large applicabilité.
Article : Triple Energy Transfer-Enabled Dearomative Cycloaddition/Rearrangement Cascade of Bicyclic Azaarenes to Structurally Complex Products – Journal : Nature Catalysis – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : Munster U.
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