Les chercheurs ont mis au point un processus chimique qui pourrait rendre une classe de polymères appelés polysulfates plus compétitive par rapport aux polycarbonates, des plastiques robustes pouvant former des panneaux structurels comme ceux illustrés ici. De tels panneaux peuvent être utilisés comme matériaux de construction. Les plastiques en polycarbonate sont également utilisés pour les lunettes de sécurité et les bouteilles d'eau, entre autres applications. Crédits :falconsoft/Pixabay
Une équipe de chercheurs a mis au point un moyen plus rapide et plus simple de fabriquer des polymères contenant du soufre qui réduira le coût de la production à grande échelle.
La réalisation, Publié dans Chimie de la nature et Angewandte Chemie , ouvre la porte à la création de nouveaux produits à partir de cette classe de polymères tout en produisant beaucoup moins de déchets dangereux. La technique de réaction des chercheurs, appelé SuFEx pour l'échange de fluorure de soufre (VI), combiné à une nouvelle classe de catalyseurs qui accélèrent les réactions, pourrait être utilisé pour tout fabriquer, des bouteilles d'eau et des étuis pour téléphones portables aux dispositifs médicaux et au verre pare-balles.
Lorsqu'une molécule utile est découverte, il existe peu de réactions que les chimistes peuvent utiliser qui sont suffisamment simples et efficaces pour répondre aux exigences de production industrielle pour une mise à l'échelle rentable. En 2001, Le lauréat du prix Nobel K. Barry Sharpless a introduit un nouveau concept de chimie organique connu sous le nom de « chimie du clic, " décrivant une suite de contrôlables, réactions hautement réactives à haut rendement et nécessitant peu ou pas de purification.
A l'exemple de la nature, les réactions au clic suivent des protocoles simples, utiliser des matières premières facilement disponibles, et travailler dans des conditions de réaction douces avec des réactifs de départ bénins. La chimie du clic est devenue un outil précieux pour générer de grandes bibliothèques de composés potentiellement utiles alors que les industries cherchent à découvrir de nouveaux médicaments et matériaux.
Un chercheur démontre la synthèse en masse d'un polysulfate, qui repose sur une technique chimique appelée réaction SuFEx. Crédit :Berkeley Lab
Les scientifiques de la fonderie moléculaire du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), une installation spécialisée dans la science à l'échelle nanométrique, travaillé avec une équipe dirigée par Sharpless et Peng Wu, professeurs au Scripps Research Institute (TSRI). L'équipe a créé de longues chaînes de molécules contenant du soufre liées, appelés polysulfates et polysulfonates, en utilisant une réaction de clic SuFEx.
"La chimie du clic est un outil puissant pour la découverte de matériaux, mais les chimistes de synthèse ne sont souvent pas bien équipés pour caractériser les polymères qu'ils créent, " dit Yi Liu, directeur de l'installation de synthèse organique de la Fonderie Moléculaire. « Nous pouvons fournir un large éventail d'expertises et d'instruments qui peuvent élargir la portée et l'impact de leurs recherches. »
La réaction SuFEx, introduit en tant que nouvelle famille de réactions au clic en 2014, crée de manière fiable et rapide de nouvelles liaisons chimiques, reliant des composés avec des sulfates ou des sulfonates. Alors que les polysulfates ont montré un grand potentiel en tant que concurrents des polycarbonates (plastiques solides utilisés pour les verres de lunettes et les bouteilles d'eau, par exemple), ils ont été rarement utilisés pour des applications industrielles en raison d'un manque de procédés de synthèse fiables et facilement évolutifs.
Pour relever les défis de la fabrication en série de polysulfates et polysulfonates, l'équipe TSRI a exploré divers catalyseurs et réactifs de départ pour optimiser la réaction SuFEx. Ils se sont appuyés sur leurs collaborateurs de la Molecular Foundry pour évaluer les propriétés physiques et déterminer si les polymères nouvellement créés étaient des produits thermiquement stables.
Une technique chimique nouvellement développée pourrait rendre les plastiques polysulfates plus compétitifs par rapport aux polycarbonates, qui sont utilisés pour fabriquer des lunettes de sécurité comme celles montrées ici. Des diagrammes chimiques pertinents pour la nouvelle technique sont affichés en arrière-plan. Crédit :Wikimedia Commons, Laboratoire de Berkeley
Les polymères sont assemblés à partir de molécules plus petites - comme enfiler un motif répétitif de perles sur un collier. En créant un "collier" en polysulfonate avec SuFEx, les chercheurs ont identifié le fluorure d'éthylènesulfonyle-amine/aniline et l'éther de bisphénol comme de bonnes "perles" à utiliser et ont découvert que l'utilisation du sel de bifluorure comme catalyseur rendait la réaction auparavant lente "clic" en action. Les chercheurs ont découvert que la haute efficacité de la réaction se traduit par une conversion remarquable de 99%, des réactifs de départ aux produits, en moins d'une heure.
Les chercheurs ont découvert que la nouvelle réaction nécessite 100 à 1, 000 fois moins de catalyseur que les autres méthodes connues, ce qui entraîne beaucoup moins de déchets dangereux. Les sels de bifluorure sont également beaucoup moins corrosifs que les catalyseurs précédemment utilisés, permettant une plus large gamme de substrat de départ "billes, " qui, selon les chercheurs, pourraient conduire à son adoption pour une gamme de procédés industriels.
"Il existe de nombreux nouveaux polymères qui n'ont pas été largement utilisés par l'industrie auparavant, " a déclaré Liu. " En réduisant les déchets et en améliorant la pureté du produit, nous réduisons les coûts et rendons cette réaction beaucoup plus conviviale pour l'industrie."
La fonderie moléculaire est une installation utilisateur du DOE Office of Science qui offre un accès gratuit à des équipements de pointe et à une expertise multidisciplinaire en science nanométrique aux scientifiques invités du monde entier.
