Une nouvelle méthode pour créer l’une des classes de composés les plus utilisées en chimie pourrait révolutionner les processus industriels, les rendant moins chers, plus simples et plus respectueux de l’environnement.
Un groupe de chercheurs dirigé par des scientifiques de Université d’Hokkaido ont développé une méthode plus simple et plus écologique pour produire des réactifs de Grignard – l’un des types de réactifs les plus importants et les plus largement utilisés dans l’industrie chimique – qui réduit considérablement l’utilisation de solvants organiques dangereux et pourrait entraîner une réduction des coûts de production. Ce nouveau processus a été signalé dans Communication Nature.
(À gauche) Mélange réactionnel de magnésium métallique et d’halogénure organique après une heure de broyage à billes. L’utilisation de ce matériau dans des réactions ultérieures n’a conduit qu’à un rendement de 6 % du produit souhaité. (À droite) Même procédé, mais avec une petite quantité de solvant organique également ajoutée au début. L’utilisation de cette forme pâteuse de réactif de Grignard dans les réactions ultérieures a conduit à des rendements allant jusqu’à 94 % du produit souhaité. Crédit : Koji Kubota
Les réactifs de Grignard sont un ingrédient essentiel dans une méthode courante de création de liaisons carbone-carbone, les éléments constitutifs des molécules organiques. Ces réactifs ont été découverts il y a 120 ans, mais en raison de leur instabilité, la méthode de production conventionnelle encore utilisée aujourd’hui est réalisée dans des solvants organiques toxiques et sans exposition à l’humidité et à l’oxygène. Il en résulte un processus compliqué, délicat et coûteux qui produit des déchets dangereux pour l’environnement.
Les chercheurs ont contourné ces problèmes en minimisant la quantité de solvant organique utilisée et en utilisant une technique mécanochimique appelée broyage à billes pour produire des réactifs de Grignard. Les réactifs, magnésium métallique et organohalogénures, ont été chargés dans une chambre métallique avec une bille en acier inoxydable. Dans une étape clé, une petite quantité de solvant organique, environ un dixième de la quantité utilisée dans les méthodes conventionnelles, a été ajoutée aux réactifs solides. La chambre a ensuite été tournée pendant une heure, faisant basculer la balle et claquant dans les réactifs à l’état solide, les aidant à bien se mélanger et à réagir, formant un réactif de Grignard pâteux.
(Panneau du haut) Méthode conventionnelle de synthèse des réactifs de Grignard en faisant réagir du magnésium et des organohalogénures dans des solvants organiques. Cette méthode est utilisée depuis 120 ans. (Panneau du bas) Nouvelle méthode de synthèse des réactifs de Grignard en mélangeant les réactifs dans un broyeur à boulets avec une utilisation minimale de solvant organique. Cette méthode peut être utilisée dans l’air ambiant pour réaliser une large gamme de réactions organiques avec peu ou pas de solvant. Crédit : Rina Takahashi, et al. Communications naturelles. 18 novembre 2021
Les chercheurs ont même réussi à créer de nouveaux réactifs de Grignard en utilisant des organohalogénures qui ont une faible solubilité dans les solvants organiques, qui ne peuvent généralement pas être fabriqués par la méthode conventionnelle. Éviter l’utilisation massive de solvants organiques a permis aux chercheurs de surmonter les problèmes de solubilité, ce qui ouvre un monde de nouvelles réactions avec les réactifs de Grignard préparés à partir de composés insolubles. Elle conduit également à une réduction importante des déchets dangereux.
De plus, il est plus difficile pour l’eau ou l’oxygène d’affecter les réactifs de Grignard lorsqu’on utilise moins de solvant organique. Cela signifie qu’il n’est pas nécessaire d’éliminer l’eau et l’oxygène de l’air ambiant, ce qui rend le processus plus facile à réaliser et moins coûteux. Compte tenu des avantages économiques et environnementaux potentiels, cette découverte pourrait avoir un effet énorme sur les industries chimiques.
Le professeur Hajime Ito (à gauche) et le professeur agrégé Koji Kubota de l’équipe de recherche de l’Université d’Hokkaido et de l’Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (ICReDD). Crédit : Photos fournies par ICReDD
« Avec un besoin croissant de répondre aux préoccupations environnementales et de réduire les émissions de CO2, il est important de développer des réactions chimiques qui ne nécessitent pas de solvants organiques », a commenté le professeur agrégé Koji Kubota. « Les réactifs de Grignard sont sans doute les réactifs les plus connus et les plus couramment utilisés dans l’industrie, et notre travail pourrait donc changer fondamentalement la façon dont un grand nombre de produits chimiques sont produits à grande échelle, ce qui réduirait considérablement l’impact sur l’environnement. »
Référence : « Synthèse mécanochimique de nucléophiles carbonés à base de magnésium dans l’air et leur utilisation en synthèse organique » 18 novembre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-26962-w
