Constituant plus de 78 % de l'air que nous respirons, l'azote est l'élément que l'on retrouve le plus souvent sous sa forme pure sur terre. La raison de l'abondance de l'azote élémentaire est l'incroyable stabilité et l'inertie du diazote (N 2 ), une molécule comprenant deux atomes d'azote et la forme sous laquelle la plupart de l'azote existe. Uniquement dans des environnements très difficiles, comme dans l'ionosphère, le diazote peut-il être assemblé en chaînes d'azote plus longues, formant N 4 ions avec des durées de vie très courtes.

Malgré l'inertie du diazote, la nature est capable de l'utiliser comme matière première importante pour toutes sortes d'organismes vivants. Dans les systèmes biologiques, la très forte liaison azote-azote dans N 2 peut être clivé et l'ammoniac (NH 3 ) peut être produit, qui devient alors la source d'azote pour toute la chaîne alimentaire sur Terre.

Réaction chimique complètement nouvelle

Imiter la nature, les humains utilisent le très important procédé Haber-Bosch pour décomposer l'azote en ammoniac, qui peuvent ensuite être transformés pour produire des engrais et rendre l'azote disponible pour la production de pigments, carburants, matériaux, pharmaceutiques et au-delà. La production de composés qui contiennent des chaînes de deux, trois ou quatre atomes d'azote - qui ont notamment une importance pharmaceutique dans les médicaments vaso-dilatateurs, par exemple, nécessite le réassemblage de molécules mono-azote telles que l'ammoniac, car il n'existe aucune réaction directe qui puisse relier directement des molécules de diazote.

Cette semaine, équipes de recherche allemandes, de Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) et de l'Université Goethe de Francfort, signaler une toute nouvelle réaction chimique dans Science magazine. Le nouveau procédé utilise des molécules contenant du bore pour coupler directement deux molécules de N 2 dans un N 4 chaîne. Pour la première fois, ils ont réussi à coupler directement deux molécules d'azote atmosphérique N 2 entre eux sans avoir à séparer au préalable le diazote en ammoniac, contournant ainsi le processus Haber-Bosch. Cette nouvelle méthode pourrait permettre la génération directe de chaînes azotées plus longues.

Ouvrir la voie à une nouvelle chimie

La nouvelle voie de synthèse fonctionne dans des conditions très douces :à moins 30 degrés Celsius et sous une pression modérée d'azote (environ quatre atmosphères). Il ne nécessite pas non plus de catalyseur de métal de transition, contrairement à presque toutes les réactions biologiques et industrielles de l'azote.

"Cela ouvrira la voie à une chimie avec laquelle des molécules d'azote en chaîne complètement nouvelles pourront être synthétisées, " déclare le professeur de chimie JMU Holger Braunschweig. Pour la première fois, des chaînes d'azote contenant une variante spéciale de l'azote (isotope 15N) peuvent également être facilement produites.

Cette percée scientifique s'appuie sur les travaux expérimentaux du postdoctorant JMU Dr Marc-André Légaré et du doctorant Maximilian Rang.

Aperçu théorique fourni par l'Université Goethe

La doctorante Julia Schweizer et le professeur Max Holthausen de l'Université Goethe de Francfort étaient responsables de la partie théorique du travail. Ils ont traité de la question de savoir comment les quatre atomes d'azote sont chimiquement liés.

"A l'aide de simulations informatiques complexes, nous avons pu comprendre les conditions de liaison étonnamment compliquées dans ces belles molécules. Cela nous permettra de prédire la stabilité future de telles chaînes d'azote et d'accompagner nos partenaires expérimentaux dans la poursuite du développement de leur découverte, ", explique le professeur de chimie de Francfort.

Prochaines étapes de la recherche

Les équipes de recherche se sont attachées à incorporer les nouvelles molécules de la chaîne azotée dans des molécules organiques pertinentes pour la médecine et la pharmacie, permettant notamment la production de leurs analogues 15N.