1. Ecocatalyseurs : les premiers catalyseurs métalliques biosourcés pour une chimie écologique [1]
Une particularité cruciale des catalyseurs écologiques est leur composition pluri-métallique résultant de la combinaison d’éléments de transition à des concentrations très élevées (par exemple Zn2+, Ni2+, Mn2+, Cu2+, Pd2+, Ce2+) avec des éléments classiques généralement nécessaires au développement des plantes (par exemple Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe3+). La présence simultanée d’une combinaison de sites actifs bien définis résulte de cette variété d’espèces métalliques. Dès lors, des séquences d’étapes réactionnelles originales permettent d’aboutir à des sélectivités uniques. En effet, un catalyseur classique peut se limiter à influencer seulement une ou certaines des étapes d’un processus réactionnel, limitant ainsi les opportunités en synthèse organique. Ici, la richesse des différentes interactions entre les espèces chimiques présentes conduit à des interactions métal/ligand multiples et inhabituelles en solution.
Cette particularité de composition a été mise à profit dans des réactions multi-composantes et en cascade conduisant à la préparation directe de composés hétérocycliques complexes d’intérêt pharmaceutique aux noms un peu barbares, tels que 2-H-chromènes, 1-H-1,5-benzodiazépines, cannabinoïdes, pyridines tétrasubstituées, furanes chiraux polyhydroxylés, pyrazoles et 1,2,3-triazoles substitués.
2. Des matériaux innovants, complexes et biosourcés
Les réactions de couplage de Suzuki et Heck (Prix Nobel) sont réalisées sans ligands et sans additifs (avantage important en chimie verte pour former des liaisons carbone-carbone).
2.3. De nombreux mécanismes de la synthèse organique revisités
Les écocatalyseurs permettent la synthèse de biomolécules complexes à l’impact industriel et sociétal important. Ils permettent notamment la synthèse de molécules très recherchées telles que des antimitotiques, ADN et ARN, agents de biocontrôle, insecticides de nouvelle génération, cosmétiques et intermédiaires-clés de l’industrie chimique.
2.4. Les réactions écocatalysées peuvent être réalisées dans des solvants verts, y compris l’eau.
Grâce au processus de biosorption (rétention des métaux sur la biomasse), il est possible de recycler et réutiliser les écocatalyseurs, y compris en phase homogène. Cette possibilité inhabituelle a été éprouvée avec la cycloaddition alcynes-azides catalysée par du cuivre, les couplages de Suzuki et de Sonogashira.
3. Conclusion
Le concept d’écocatalyse permet aujourd’hui de se libérer de l’intégralité des limitations propres aux méthodes existantes grâce à une nouvelle génération de matériaux fonctionnels, écologiques, stables et recyclables. Ils présentent plusieurs interfaces réactives dont les propriétés peuvent être contrôlées à partir de l’intensité et de la nature de l’interaction métal/substrat recherchées. Celles-ci sont liées à la biodiversité des espèces végétales utilisées en restauration écologique et en biosorption. Les écocatalyseurs ne sont donc pas de simples substituts des catalyseurs issus de la métallurgie, mais bien de nouveaux outils qui intègrent une triple vision : chimie, écologie, environnement pour une chimie durable.
[1] Grison C., Y. Lock Toy Ki. Ecocatalysis, a new vision of Green and Sustainable Chemistry, Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, 2021, 29, 100461. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2021.100461.