Dans l'industrie, les hydrocarbures gazeux tels que l'éthane et le méthane sont fréquemment transformés en molécules pouvant servir de blocs de construction pour les produits pharmaceutiques et agrochimiques. Typiquement, ces processus se déroulent à des températures et des pressions élevées, et peut également produire de grandes quantités de polluants. Des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven (TU/e) ont développé une nouvelle méthode pour la conversion immédiate de gaz, des hydrocarbures de faible poids à des molécules plus complexes à température ambiante et à basse pression en éclairant les molécules avec de la lumière en présence d'un catalyseur approprié. Notamment, ce nouveau procédé est plus rapide et entraîne peu ou pas de gaspillage de matière. Ce travail a été publié aujourd'hui dans la revue Science .

Dans la société moderne, les alcanes gazeux comme le propane, l'isobutane et le méthane sont régulièrement brûlés pour produire de l'énergie. Ces molécules relativement bon marché et abondantes peuvent également être utilisées pour produire des molécules complexes pour des médicaments ou des produits chimiques en agriculture.

Les processus actuels à grande échelle qui activent ces molécules pour des réactions chimiques ultérieures se déroulent à des températures et des pressions élevées, qui sont des conditions de réaction sévères qui peuvent être difficiles et coûteuses à maintenir, tout en entraînant une production importante de déchets. Aussi, pour le cas particulier du méthane, les températures élevées nécessaires à l'activation annulent l'utilisation de tout produit résultant dans les médicaments car les molécules organiques se désintègrent simplement.

Une équipe de recherche dirigée par Timothy Noël de TU/e, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de ShanghaiTech (Chine), Université de Pavie (Italie), et Vapourtec Ltd. (Royaume-Uni), ont mis au point un nouveau procédé d'activation des alcanes à l'aide de la lumière à température ambiante et à basse pression.

Percée significative

« Il s'agit d'une percée importante pour la conversion des alcanes en blocs de construction utiles pour les médicaments et les matériaux pour d'autres industries, " précise Noël. " Notre approche permet l'utilisation immédiate d'alcanes pour des molécules plus complexes sans trop de sous-produits indésirables, tout en diminuant la pollution et en simplifiant le processus d'activation."

Pour réaliser ce nouveau procédé, les chercheurs ont dû faire face à deux problèmes principaux. D'abord, ils avaient besoin d'une méthode qui pourrait facilement rompre ou casser les liaisons C-H avec une énergie de dissociation des liaisons (BDE) comprise entre 96,5 et 105 kcal mol ^-1 . Les liaisons C-H du méthane sont les plus difficiles à rompre. Seconde, la manipulation des alcanes gazeux nécessite des technologies sur mesure qui peuvent mettre les alcanes en contact étroit avec un catalyseur dans un environnement réactionnel soigneusement surveillé. Les chercheurs ont résolu ces deux problèmes en excitant les alcanes avec de la lumière UV (environ 365 nm) en présence d'un catalyseur approprié à température ambiante.

"Le catalyseur utilisé est le décatungstate. Lorsqu'il est allumé, le catalyseur devient très énergétique et a alors suffisamment d'énergie pour séparer les liaisons C-H. Nous constatons que cela fonctionne pour le méthane, éthane, propane, et l'isobutane, " précise Noël. Il ajoute :" Notre nouvelle approche est plus rapide que les approches traditionnelles, et nous sommes impatients de voir comment il évolue. Cette étude a utilisé des microréacteurs étant donné qu'ils permettent un meilleur contrôle des conditions de réaction, meilleur confinement des matières premières gazeuses, et un éclairage plus facile du catalyseur. À l'avenir, nous envisagerons des réacteurs qui peuvent permettre des capacités de production plus élevées."

Cette nouvelle méthode ouvre la voie à la production moins chère de certains médicaments étant donné que le coût d'activation des gaz pour leur production serait moindre.