Environ 5 % des émissions mondiales de carbone sont imputables à la production de produits chimiques essentiels à la vie moderne. Créer une solution durable à une réaction chimique en particulier, l'autoxydation des aldéhydes, est un défi pour les chercheurs depuis des décennies.
Maintenant, dans une étude publiée dans Green Chemistry , des chercheurs de l'Université d'Osaka, de l'Institut des sciences et technologies de Shizuoka et des partenaires collaborateurs ont résolu ce problème. Grâce à la cinétique de réaction et à la modélisation mathématique, ils ont étudié les détails clés de l’autoxydation des aldéhydes dans divers solvants, conditions atmosphériques et sources lumineuses. Les conditions de réaction respectueuses de l'environnement identifiées pourraient servir d'inspiration pour améliorer d'autres synthèses chimiques industriellement courantes.
L'auto-oxydation fait simplement référence à l'oxydation dans l'air à des températures typiques, sans flamme ni étincelle. Par exemple, l'autooxydation d'une molécule commune connue sous le nom d'aldéhyde produit une molécule connue sous le nom de peracide.
Les peracides sont incroyablement utiles car ils peuvent catalyser la conversion d’un large éventail de molécules par une chimie bien établie. Malheureusement, les conditions de réaction couramment utilisées pour produire des peracides sont inutiles, nécessitent des additifs dangereux ou comportent d'autres complications fondamentales. Optimiser la durabilité de l'autoxydation des aldéhydes était l'objectif de l'étude de l'équipe de recherche.
"Dans nos travaux, nous étudions de manière approfondie la chimie des réactions qui sous-tend l'autoxydation des aldéhydes en peracides ou en acides carboxyliques", explique Mohamed Salem, auteur principal de l'étude. "La configuration expérimentale est simple et adaptée aux synthèses à l'échelle du gramme."
Les chercheurs rapportent 18 exemples de réactions rapides de divers aldéhydes en peracides, dans une atmosphère d'oxygène pur. Ces conditions ont supprimé la réaction continue en acides carboxyliques.
Ils rapportent en outre 32 exemples de réactions lentes de divers aldéhydes en acides carboxyliques via des intermédiaires peracides, dans une atmosphère normale. Certaines de ces 50 réactions se sont déroulées mieux sous la lumière du soleil, ou bien sous une lumière LED.
Toutes les réactions se sont déroulées approximativement à température ambiante et dans des solvants sûrs. Ce travail est la première fois que des peracides sont synthétisés à partir d'aldéhydes en utilisant uniquement la lumière du soleil et l'oxygène.
"Nous sommes ravis car nos recherches résolvent un problème de longue date de synthèse des peracides en chimie verte", déclarent Shinobu Takizawa et Masayuki Kirihara, auteurs principaux. "Nos études approfondies aideront les chercheurs à comprendre la chimie unique conférée par différents groupes fonctionnels dans le matériau de départ."
Ce travail constitue une étape importante dans la résolution d'un problème auparavant épineux dans la synthèse des peracides qui a limité la durabilité environnementale de la production de telles molécules.
Les conditions de réaction d’autoxydation optimisées identifiées dans cette étude sont applicables à une large gamme de matières premières chimiques courantes. Parce que les procédures sont sûres et peu coûteuses, les applications pratiques dans diverses synthèses devraient être simples.
L'équipe de recherche renforce actuellement sa collaboration avec MANAC Chemical Partners Co., Ltd. pour commercialiser ces résultats de recherche.
Plus d'informations : Mohamed S. H. Salem et al, Autooxydation induite par la lumière des aldéhydes en peracides et acides carboxyliques, Green Chemistry (2023). DOI :10.1039/D3GC02951D
Informations sur le journal : Chimie verte
Fourni par l'Université d'Osaka
