Une collaboration de recherche internationale entre l'Université de Kobe et l'Université de médecine de Mongolie intérieure a mis au point une méthode simple, peu coûteuse et relativement respectueuse de l'environnement pour synthétiser des dérivés de diphénylméthanol à l'aide d'alumine de Chine. Les dérivés du diphénylméthanol sont utilisés comme matières premières dans la fabrication de parfums et de produits pharmaceutiques, entre autres.

Les chercheurs ont découvert que l'alumine peut être réutilisée à plusieurs reprises pour cette réaction si elle est lavée à l'eau et séchée entre les utilisations. Ce recyclage réduit à la fois le besoin de plus d'alumine et la quantité de déchets produits, abaissant les coûts de synthèse et l'impact sur l'environnement. Alors que la sensibilisation à l'environnement mondial continue d'augmenter, les chercheurs espèrent que cette nouvelle méthode de synthèse chimique contribuera à la réalisation d'une société neutre en carbone et à la réalisation des ODD.

Cette découverte a été faite par un groupe de recherche international, qui comprenait le professeur associé Tsuda Akihiko de la Graduate School of Science de l'Université de Kobe (qui est également professeur invité à l'Université médicale de Mongolie intérieure) et des chercheurs de l'Université médicale de Mongolie intérieure, dont le professeur Chaolu Eerdun (qui ont obtenu leur doctorat à la Graduate School of Science de l'Université de Kobe) et le conférencier Liang Fengying.

Une demande de brevet pour cette méthode a été déposée en Chine en avril 2021, avec une demande de revendication de priorité déposée en septembre de la même année. Par la suite, les résultats de cette recherche ont été publiés en ligne dans la revue académique ChemistryOpen le 18 mai 2022.

Alumine (Al₂ O₃ ) est un oxyde d'aluminium principalement utilisé comme matière première pour la production d'aluminium (Figure 1). Cependant, il est également utilisé comme catalyseur dans le domaine de la chimie de synthèse organique. Il est principalement utilisé pour les réactions nécessitant des conditions difficiles (telles que des températures élevées ou des pressions élevées). Cependant, l'alumine n'est pas un catalyseur couramment utilisé pour diverses raisons, l'une étant qu'elle ne peut être utilisée que pour une petite gamme de réactions chimiques. L'alumine est également utilisée pour adsorber les impuretés dans le domaine de la synthèse organique et comme substance de phase stationnaire en chromatographie. Cependant, des problèmes tels que son coût élevé en tant que matière première et la grande quantité de déchets non combustibles qu'elle génère signifient qu'il existe une tendance à la remplacer par des substituts. Dans ces circonstances, le professeur Tsuda a dirigé un groupe de recherche à l'Université de Mongolie intérieure (Chine) qui a réussi à développer une nouvelle méthode durable de synthèse organique utilisant l'alumine, que la Chine produit en grande quantité.

Le professeur Tsuda et l'équipe de l'Université médicale de Mongolie intérieure ont découvert un moyen simple, peu coûteux et respectueux de l'environnement de synthétiser des dérivés de diphénylméthanol (qui sont des matières premières dans la production de parfums et de produits pharmaceutiques) en utilisant l'alumine chinoise à la fois comme catalyseur et comme adsorbant (Figure 2 ). Utilisation de chlorure d'aluminium (AlCl₃ ) en tant que catalyseur, les solvants organiques génériques toluène, xylène et triméthylbenzène ont été mis à réagir avec du chloroforme. Si la substance résultante est post-traitée avec de l'eau, vous obtenez principalement un produit de chloration. Cependant, les chercheurs ont découvert que si la même substance résultante est déposée sur de l'alumine contenant de l'eau, vous pouvez obtenir des dérivés de diphénylméthanol. Ils ont également découvert que si la substance résultante est déposée sur de l'alumine contenant du méthanol, un substitut du méthanol est obtenu. On pense que lorsque la substance est adsorbée sur l'alumine, elle réagit avec l'eau ou l'alcool à l'intérieur pour produire le produit final respectif.

De plus, le groupe de recherche a découvert qu'un produit très pur pouvait être obtenu même s'il était adsorbé par de l'alumine qui avait déjà été utilisée comme catalyseur ou était un sous-produit impur. En utilisant la méthode susmentionnée, il est possible de synthétiser sélectivement trois produits différents.

Cependant, l'alumine commerciale est relativement chère, ce qui rendrait difficile la mise en œuvre de telles réactions nécessitant de grandes quantités à l'échelle industrielle. Dans cette optique, les chercheurs ont tenté de réutiliser l'alumine après l'avoir rincée à l'eau et laissée sécher, et ont découvert qu'elle conservait ses propriétés catalytiques et adsorbantes (Figure 3). Ce processus de recyclage peut être effectué de manière répétée, ce qui réduit considérablement le coût des matériaux ainsi que la quantité de déchets. Pour les expériences de synthèse en laboratoire, la quantité d'alumine utilisée était de l'ordre de quelques grammes à plusieurs dizaines de grammes. Il s'agit d'une réaction sûre et à haut rendement qui ne prend que peu de temps (quelques heures). Par conséquent, cette application de l'alumine au niveau académique pourrait être étendue à divers domaines de l'industrie chimique. On espère qu'il pourra fournir à la société une méthode de synthèse organique pratique et durable.

At 0°C, aluminum chloride (1.1 g, 8 mmol) was added to a mixture of chloroform (30 mL, 0.37 mol) and an aromatic substrate such as p-xylene (1mL, 8mmol), and then stirred for six hours. After this, the resulting sample solution was dropped into a commercially available alumina column (water content ~1 wt%) and subjected to column chromatography with a dry chloroform/ethyl acetate (1:1) eluent. This chromatography revealed that a 94% yield of diphenylmethanol derivatives can be produced using this method. Refinement processes such as recrystallization can be performed as required to obtain a highly pure end product.

As for the mechanism behind this, it is thought that the chloroform and the aromatic substrate undergo an aluminum chloride-mediated Friedel-Crafts reaction. The resulting reactant and aluminum chloride are adsorbed by the alumina and are subsequently hydrolyzed by the water molecules in the alumina, leading to the formation of the end product. After removing the end product from the alumina, the alumina can be recycled by first washing away the adsorbed compounds, salts and solvents remaining in the alumina and then drying it. Consequently, the alumina can be reused as a catalyst for this reaction again and again.

The novel catalytic, adsorbent and recyclable properties of alumina discovered through this research have potential applications to the organic synthesis of compounds other than diphenylmethanol derivatives. The goal is to greatly expand this reaction's range of applications to develop a more general synthesis method that can be used to produce various useful chemicals.

Amidst rising global environmental awareness, it is hoped that the new chemical reaction developed in this study will become a novel method of synthesizing chemical products which will contribute towards recycling efforts, carbon neutrality and the SDGs. It is predicted to bring about fresh innovation in the organic synthesis and organic chemical industries. It is hoped that continued development of this method through the international research collaboration with China, the world's number one producer of alumina, will result in highly practical large-scale implementation. + Explorer plus loin

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