Aromaticité, un concept habituellement utilisé pour expliquer la stabilité frappante et la réactivité inhabituelle de certaines molécules à base de carbone, pourrait inspirer la conception de nouveaux catalyseurs avec de nouvelles utilisations, Les chercheurs de la KAUST l'ont montré.

Les chimistes ont découvert le comportement anormal des molécules aromatiques au XIXe siècle en étudiant le benzène. La stabilité inattendue de cette structure cyclique à six carbones se résume à ses électrons.

En général, les électrons de liaison maintiennent une paire spécifique d'atomes ensemble dans une liaison chimique discrète. Mais dans le benzène, six électrons forment un anneau délocalisé à travers la molécule. Une foule d'autres molécules partagent cette caractéristique. "De nombreux exemples classiques de réactivité organique et organométallique peuvent être expliqués sur cette base, " dit Théo Gonçalves, un chercheur dans le laboratoire de Kuo-Wei Huang. "Mais bien que le concept soit bien connu, les applications chimiques pratiques de l'aromaticité sont limitées, " il ajoute.

Un domaine d'application pratique est le domaine de la catalyse. Le groupe Huang a récemment développé une famille inhabituelle de catalyseurs appelés complexes pinces PN3(P). Dans la plupart des catalyseurs, l'ion métallique central est l'endroit où toute la rupture et la formation de la liaison ont lieu. Dans les complexes PN3(P), les ligands pinces autour du métal peuvent également être des participants actifs dans le processus catalytique. "Notre plateforme de ligands PN3(P) permet des applications catalytiques au-delà des systèmes conventionnels où le métal est le centre de réactivité, " dit Huang.

Alors que l'équipe étudiait le comportement catalytique des complexes de pinces, ils ont montré qu'une structure cyclique à six chaînons se forme transitoirement au cours de la catalyse et que l'aromaticité entre en jeu. "Nous avons fourni des preuves solides que pendant le cycle catalytique, notre catalyse bénéficie de l'énergie supplémentaire provenant de l'aromatisation de l'anneau, " Dit Gonçalves. " Ajuster le degré d'aromatisation ajustera doucement le rendement de la réaction. "

La famille de pinces PN3(P) possède des performances catalytiques élevées pour des réactions telles que la production sélective d'hydrogène à partir d'acide formique pour réduire le dioxyde de carbone (CO 2 ) et pour former des esters et des imines. Mais la vraie valeur de la recherche pourrait provenir des nouvelles connaissances qu'elle génère sur le rôle de l'aromaticité dans la catalyse, et les nouveaux horizons qui s'ouvrent ainsi. "Avant notre travail, l'importance de l'aromaticité n'a pas été mise en évidence dans ce domaine, " dit Gonçalves. " Comprendre fondamentalement l'aromatisation et la désaromatisation permettra de reconcevoir les catalyseurs vers de meilleures performances et peut-être une nouvelle réactivité. "

"Notre découverte ne consiste pas à identifier un catalyseur nouveau ou meilleur pour une réaction connue, mais sur l'ouverture d'un nouveau champ pour de nouvelles opportunités illimitées à l'avenir, " ajoute Huang.