Les cellules photoélectrochimiques (PEC) sont largement étudiées pour la conversion de l'énergie solaire en combustibles chimiques. Ils utilisent des photocathodes et des photoanodes pour « diviser » l'eau en hydrogène et oxygène respectivement. Les cellules PEC peuvent fonctionner dans des conditions douces avec de la lumière, ce qui les rend également aptes à d'autres réactions catalysantes qui transforment des molécules organiques en produits chimiques à haute valeur ajoutée, comme ceux utilisés pour développer des médicaments.

Cependant, Les cellules PEC ont rarement été utilisées en synthèse organique jusqu'à présent, sauf dans quelques tentatives conceptuelles récentes qui n'ont testé qu'une poignée de substrats simples. Globalement, Les cellules PEC restent largement inexplorées pour les méthodologies de synthèse à large portée de molécules organiques fonctionnelles.

Ils pourraient néanmoins s'avérer très utiles dans l'une des méthodes de synthèse les plus attrayantes pour les produits pharmaceutiques et agrochimiques, appelé « amination directe ». Il s'agit d'ajouter un groupe amine à une molécule organique sans pré-activer la molécule par une étape de traitement supplémentaire.

L'amination directe nécessite normalement des températures élevées, et a également besoin de ce qu'on appelle un "groupe directeur - une unité chimique qui fixe le site de réaction mais n'a pas d'autres fonctions, et qui doit souvent être éliminé avant d'utiliser le nouveau composé dans les applications.

Maintenant, les laboratoires de Xile Hu et Michael Grätzel de l'Institut des sciences et de l'ingénierie chimiques (ISIC) de l'EPFL ont mis au point une nouvelle méthode d'amination des arènes – des hydrocarbures avec un cycle dans leur structure – sans avoir besoin d'un groupe directeur.

"Notre méthode est opérationnellement simple et peut être utilisée pour synthétiser une large gamme d'hétérocycles azotés pertinents pour la découverte de médicaments, " écrit Lei Zhang, l'auteur principal de l'étude. Prouver le point, les chercheurs ont utilisé leur méthode pour fabriquer plusieurs molécules pharmaceutiques, y compris les dérivés du relaxant musculaire métaxalone et le chlorure de benzéthonium antimicrobien.

Basé sur une cellule PEC, le procédé catalyse la réaction avec la lumière et le faible coût, Hématite semi-conductrice abondante sur Terre. "Des études pionnières dans le laboratoire de Michael Grätzel ont produit des échantillons d'hématite robustes qui sont efficaces pour le fractionnement de l'eau, mais l'hématite n'a jamais été utilisée pour catalyser la synthèse organique, " dit Hu.

Dans l'étude actuelle, l'hématite s'est avérée bien fonctionner pour l'amination directe sous la lumière visible, tandis que sa grande stabilité promet une longue durée de vie en tant que catalyseur de travail. Et parce qu'il récolte la lumière, la photoélectrocatalyse utilisée ici consomme moins d'énergie que l'électrocatalyse directe.

« Il s'agit d'une démonstration de principe importante d'utilisation des cellules PEC pour la production de produits chimiques et pharmaceutiques à haute valeur ajoutée, " dit Hu. " Le travail fusionne deux domaines traditionnellement séparés, à savoir la photoélectrochimie et la synthèse organique. Il existe de nombreuses opportunités inexploitées pour cette approche, et nous sommes ravis d'explorer davantage ces opportunités."