Des chercheurs de l'Université Brown ont développé un nouveau catalyseur composite qui peut effectuer quatre réactions chimiques distinctes dans un ordre séquentiel et dans un seul conteneur pour produire des composés utiles dans la fabrication d'une large gamme de produits pharmaceutiques.

"Il faut normalement plusieurs catalyseurs pour effectuer toutes les étapes de cette réaction, " dit Chao Yu, un chercheur post-doctoral à Brown qui a codirigé les travaux avec l'étudiant diplômé Xuefeng Guo. "Mais nous avons trouvé un seul nanocatalyseur qui peut effectuer cette réaction en plusieurs étapes par lui-même."

La recherche, décrit dans le Journal de l'American Chemical Society , était une collaboration entre les laboratoires des professeurs Brown Christopher Seto et Shouheng Sun, qui sont co-auteurs de l'article.

Le travail a été fait, les chercheurs ont dit, dans le but de trouver des moyens de rendre l'industrie chimique plus durable sur le plan environnemental. Les catalyseurs multi-réactions comme celui-ci sont un pas vers cet objectif.

"Si vous exécutez quatre réactions différentes séparément, alors vous avez quatre étapes différentes qui nécessitent des solvants et des matières premières, et ils laissent chacun derrière eux des déchets contaminés par des sous-produits de la réaction, " dit Seto. " Mais si vous pouvez tout faire dans un seul pot, vous pouvez utiliser moins de solvant et réduire les déchets."

L'équipe a fabriqué son nouveau catalyseur en faisant croître des nanoparticules d'argent-palladium à la surface de nanotiges en oxyde de tungstène pauvre en oxygène (oxyde de tungstène avec quelques-uns de ses atomes d'oxygène manquants). Les chercheurs ont montré qu'il pouvait catalyser la série de réactions nécessaires pour convertir les matières premières courantes en acide formique, le nitrobenzène et un aldéhyde en un benzoxazole, qui peut être utilisé pour fabriquer des antibactériens, antifongiques et analgésiques AINS. Les chercheurs ont montré que le catalyseur pouvait également être utilisé pour créer un autre composé, quinazoline, qui est utilisé dans une variété de médicaments anticancéreux.

Les expériences ont montré que le catalyseur pouvait effectuer les quatre réactions avec un rendement presque quantitatif, ce qui signifie qu'il produit la quantité maximale de produit possible pour une quantité donnée de matières premières. Les réactions ont été effectuées à une température plus basse, dans un laps de temps plus court, et en utilisant des solvants plus respectueux de l'environnement que ceux normalement utilisés pour ces réactions.

"La température que nous avons utilisée pour synthétiser ce produit est d'environ 80 degrés Celsius, " a déclaré Guo. "Normalement, la réaction se produit à environ 130 degrés et vous devez exécuter la réaction pendant un ou deux jours. Mais nous pouvons obtenir un rendement similaire à 80 degrés en huit heures. »

Le nouveau catalyseur est également capable de fabriquer les composés de benzoxazole en utilisant des matières de départ plus inoffensives pour l'environnement que celles généralement utilisées. La chaîne de réaction nécessite une source d'hydrogène pour son étape initiale. Cette source pourrait être de l'hydrogène pur, qui est difficile à stocker et à transporter, ou il pourrait être extrait d'un composé chimique. Un composé appelé ammoniac borane est souvent utilisé à cette fin, mais le nouveau catalyseur permet d'utiliser à la place de l'acide formique, qui est "moins cher, plus vert et moins toxique, " dit Yu.

Et tandis que de nombreux catalyseurs testés dans ces réactions ne peuvent être utilisés plus d'une fois sans endommager gravement leur efficacité, les chercheurs ont pu utiliser le nouveau catalyseur jusqu'à cinq fois avec une faible baisse du rendement de la réaction.

Sun dit que des études comme celle-ci représentent une ligne de recherche émergente en chimie plus verte.

"Normalement, en catalyse, nous faisons une réaction à la fois, avec un catalyseur différent pour chaque réaction", a déclaré Shouheng Sun, professeur de chimie à Brown. "Mais il y a un intérêt croissant pour des catalyseurs capables d'effectuer plusieurs réactions dans un même pot, et c'est ce que nous avons fait ici."