De nombreux matériaux du monde moderne, des plastiques qui le dominent aux puces électroniques qui le pilotent, sont constitués de polymères. Compte tenu de leur ubiquité et des exigences évolutives de notre monde, trouver des méthodes meilleures et plus efficaces pour les fabriquer est une préoccupation de recherche permanente. En outre, les problèmes environnementaux actuels nécessitent l'utilisation de méthodes et de matières premières respectueuses de l'environnement.

Des recherches récentes menées par des scientifiques de l'Institut de technologie de Nagoya, Japon, a été dans cette veine, donner une nouvelle tournure à une technique de polymérisation connue et couronnée de succès depuis les années 1980 :la polymérisation cationique vivante, où la croissance de la chaîne polymère n'a pas la capacité de se terminer jusqu'à ce que le monomère soit consommé. Les scientifiques ont, pour la première fois, a démontré une organocatalyse sans métal pour cette réaction à température ambiante pour les polymères vinyliques et styréniques, deux des polymères les plus couramment utilisés dans les plastiques. Leur méthode est non seulement plus efficace que les méthodes actuelles à base de métal, mais aussi respectueux de l'environnement. Leurs résultats sont publiés dans la Royal Society of Chemistry's Chimie des polymères .

Dans leur étude, ils ont d'abord testé l'applicabilité d'organocatalyseurs de liaison halogène non ioniques et multidentés (ou acceptant plusieurs paires d'électrons), spécifiquement deux oligoarènes polyfluoro-substitués porteurs d'iode, à la polymérisation cationique vivante de l'isobutylvinyléther. En mentionnant l'une des raisons de son choix, Dr Koji Takagi, scientifique principal de l'étude, explique dans un aparté :"La caractéristique non ionique est avantageuse car le catalyseur est soluble dans des solvants moins polaires comme le toluène qui est plus adapté à une telle polymérisation de monomères vinyliques."

Ils ont découvert qu'avec la variante tridentée, la réaction s'est déroulée en douceur même à température ambiante, produire un bon rendement, bien qu'inférieur à la limite théorique, dans un délai raisonnable, sans que le catalyseur ne se décompose ou n'apparaisse comme une impureté dans le produit. Comme l'explique le Dr Takagi, cela pourrait être un bon avantage par rapport aux catalyseurs métalliques existants utilisés dans l'industrie :« Alors que les catalyseurs à base de métaux ont considérablement contribué aux sciences des matériaux au cours du siècle dernier, la contamination des impuretés métalliques restantes entraîne souvent une diminution de la durée de vie et des performances des matériaux produits. Nous pensons que la présente découverte conduira à la production de matériaux polymères hautement purs et fiables."

En disant cela, il est, bien sûr, se référant également à l'autre résultat majeur de l'étude. La deuxième partie de leur étude consistait à évaluer l'applicabilité des catalyseurs ioniques à l'iodoimidazolium avec divers contre-anions (les ions négatifs accompagnant le groupe chargé positivement) à la polymérisation du p-méthoxystyrène (pMOS) et du styrène non substitué, ce dernier est plus difficile à polymériser que le premier.

pMOS facilement polymérisé à température ambiante en deux heures et sans décomposition catalytique d'un sel bidentate de 2-iodoimidazolium qui avait un contre-anion triflate. Le styrène non substitué a donné un rendement maximal en polymère via une réaction à -10°C pendant 24 heures avec un catalyseur stabilisant les anions et contenant des contre-ions volumineux.

En parlant des produits obtenus, Le Dr Takagi dit, "Bien que les polymères obtenus ne soient pas destinés à un usage spécifique, notre méthodologie devrait être appliquée à la synthèse de polymères conducteurs et de polymères dégradables, qui ne devraient pas inclure d'impuretés métalliques s'ils doivent être construits pour une utilisation pratique."

En effet, les résultats sont inestimables pour aller de l'avant avec la production plus efficace de matériaux polymères pour une variété d'applications. Cependant, l'utilisation réussie d'organocatalyseurs à température ambiante offre également plusieurs autres avantages. Pour un, les organocatalyseurs manquent de sensibilité à l'humidité et à l'oxygène, la prise en charge du problème parfois sérieux que pose le caractère relativement hygroscopique des catalyseurs ioniques à de telles réactions de polymérisation contrôlées. Plus loin, ils sont facilement disponibles et, par conséquent, à bas prix. Ils ne sont pas non plus toxiques pour l'environnement. Et lorsque les réactions sont conduites à température ambiante, les besoins énergétiques sont faibles.

Cette étude ouvre la voie à une électronique à faible coût à l'avenir, fabriquée à partir de matériaux respectueux de l'environnement de manière durable.