Créer de nouveaux composés chimiques, tels que de nouveaux médicaments, n'est pas aussi simple que d'assembler l'un de ces modèles avec des boules et des bâtons colorés que vous avez peut-être vus dans un cours de chimie débutant. Non, il s'agit souvent d'un processus complexe comportant de nombreuses étapes et de nombreux composants chimiques, dont certains sont toxiques et dangereux pour l'environnement.

Une technique utilisée dans la synthèse chimique est appelée transfert d'atome d'hydrogène, ou HAT. C'est un outil chimique potentiellement puissant et polyvalent, mais les contraintes techniques ont limité son utilisation. Aujourd'hui, des chimistes de l'Université de l'Utah, Scripps Research, et leurs collègues ont emprunté une technique à la chimie du stockage de l'énergie pour réaliser la THA avec moins de produits chimiques et à moindre coût.

"HAT stocke le potentiel de transformations incroyablement utiles", déclare Samer Gnaim de Scripps Research, premier auteur d'une étude rapportant les découvertes des chercheurs. "Grâce à l'introduction d'un concept fondamentalement nouveau, ces défis chimiques peuvent être résolus, faisant de la HAT un outil accessible à la grande majorité des produits chimiques organiques dans les environnements industriels et universitaires."

L'étude est publiée dans Nature .

"Il s'agit d'un exemple classique de la nécessité de centres multidisciplinaires qui rassemblent des chimistes organiques, des électrochimistes et des informaticiens pour résoudre de grands problèmes de synthèse organique", déclare Minteer, éminent professeur de chimie.

Les promesses et les défis de HAT

HAT est un processus qui déplace simplement un atome d'hydrogène d'une molécule à une autre. Il est utile d'utiliser des liaisons carbone-carbone insaturées - la liaison chimique utile la plus courante en chimie organique - pour créer un large éventail de nouvelles liaisons telles que des liaisons carbone-carbone, carbone-oxygène et carbone-azote. Toutes ces étapes sont importantes dans la construction de molécules complexes. La création de nouvelles liaisons à partir d'une double liaison carbone-carbone est appelée "fonctionnalisation".

"La fonctionnalisation de telles liaisons est une stratégie attrayante pour construire des molécules et atteindre une complexité moléculaire de manière efficace", déclare Gnaim.

Mais aussi utile soit-il, HAT a ses inconvénients. Le simple processus de déplacement d'un atome d'hydrogène nécessite des produits chimiques supplémentaires tels que des oxydants et des réducteurs pour créer un catalyseur actif, un composé qui aide la réaction à se dérouler. Les oxydants et les réducteurs sont nécessaires en grandes quantités, ce qui rend peu pratique l'utilisation de la HAT à grande échelle et presque impossible à appliquer pour les processus chimiques industriels.

Aperçu du stockage de l'énergie

Alors que les chimistes se sont penchés sur la façon d'améliorer la THA, les chercheurs en stockage d'énergie ont en même temps développé un processus qui peut aider. Le stockage de l'énergie sous forme d'hydrogène consiste à convertir des protons chargés positivement en molécules d'hydrogène à l'aide d'un catalyseur d'hydrure de cobalt. C'est le même type de catalyseur nécessaire pour le processus HAT.

Mais le domaine du stockage d'énergie a été en mesure de construire des catalyseurs à base d'hydrure de cobalt en utilisant des protons et des électrons comme substituts des oxydants et des réducteurs, un processus chimique complètement différent pour obtenir le même produit final.

Gnaim et ses collègues ont donc comparé la façon dont le processus électrochimique se compare à la chimie HAT conventionnelle en évaluant ses performances dans un large éventail de réactions de chimie organique. Les résultats étaient très encourageants. L'utilisation de l'électrochimie pour créer des catalyseurs à base d'hydrure de cobalt était plus durable et efficace, ont-ils découvert, et a même rendu le processus plus précis et ajustable.

Ce que nous pouvons faire maintenant

Le procédé électrochimique offrait d'autres avantages. Il pourrait être effectué en petits ou grands lots, sans les étapes compliquées d'élimination de tout l'air ou de l'eau du processus et sans le besoin d'oxydants et de réducteurs coûteux.

"Les chimistes cherchent continuellement à étendre la réactivité chimique à de nouveaux espaces permettant la découverte de nouvelles transformations susceptibles d'améliorer les processus de découverte de nouveaux médicaments", explique Gnaim. "Dans notre cas, nous pouvons accéder à de nouveaux motifs moléculaires en utilisant des substances respectueuses de l'environnement et bon marché en s'appuyant sur l'utilisation de réactions HAT classiques et de nouvelles transformations." + Explorer plus loin

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