Activation réversible et transfert catalytique de l’ammoniac via un composé d’éléments du groupe principal. Crédit : Frank Breher, KIT
Les chercheurs du KIT ont dévoilé un nouveau système d’activation et de transfert catalytique de l’ammoniac – la catalyse est basée sur les éléments du groupe principal.
L’ammoniac (NH3), composé d’azote et d’hydrogène, est l’un des produits chimiques les plus couramment fabriqués au monde. Il joue un rôle crucial dans la création de nombreux composés à base d’azote. Si des amines pouvaient être produites par simple addition d’ammoniac à des hydrocarbures insaturés, cela constituerait une avancée majeure en chimie, car les amines, les dérivés organiques de l’ammoniac, sont très demandées dans divers domaines.
Ils servent d’éléments de base pour les produits chimiques agricoles et pharmaceutiques ainsi que pour les substances détergentes, les colorants, les lubrifiants et les revêtements. De plus, les amines sont utilisées comme catalyseurs dans la production de polyuréthanes. Et les amines sont utilisées dans les épurateurs de gaz des raffineries et des centrales électriques.
En brisant la liaison forte entre l’azote et l’hydrogène, c’est-à-dire en l’activant, la molécule d’ammoniac peut être transférée, au moins en théorie, à d’autres molécules, telles que les hydrocarbures insaturés. Le transfert de l’ammoniac vers l’éthylène, substance importante dans l’industrie chimique par exemple, donnerait naissance à l’éthylamine.
Cet ajout est appelé hydroamination par les chimistes. Cependant, l’ammoniac et l’éthylène ne réagissent pas facilement entre eux. Un catalyseur est nécessaire pour que la réaction ait lieu. Les catalyseurs conventionnels à base de métaux de transition réagissent cependant avec l’ammoniac et deviennent inactifs.
« L’hydroamination d’alcènes non activés avec de l’ammoniac est donc considérée comme un grand défi ou le Saint Graal de la catalyse », déclare le professeur Frank Breher, chef d’un groupe de recherche à la division de chimie moléculaire de l’institut de chimie inorganique (AOC) du KIT. .
Activation et transfert catalytique de l’ammoniac
En coopération avec des chercheurs de l’Université de Paderborn et de l’Université Complutense de Madrid, le professeur Frank Breher et le Dr Felix Krämer de l’AOC se sont désormais rapprochés de cet objectif ambitieux. «Nous avons développé un système d’activation de l’ammoniac, qui n’est pas basé sur des métaux de transition, mais sur des éléments du groupe principal. Le « atomeLe processus «-économique» d’activation et de transfert ultérieur de l’ammoniac ne génère aucun déchet, ce qui présente un intérêt particulier en termes de durabilité», explique Breher. Les travaux sont maintenant rapportés dans Nature Chemistry.
L’équipe a produit ce qu’on appelle une paire de Lewis frustrée (FLP) composée d’un acide comme accepteur de paires d’électrons et une base comme donneur de paires d’électrons. Habituellement, les deux réagissent l’un avec l’autre et produisent un adduit. Si la formation d’adduits est empêchée ou au moins limitée, une situation frustrante en résulte et la molécule réagit facilement avec de petites molécules, telles que l’ammoniac.
« Il est crucial d’atténuer la réactivité de manière à ce que la réaction avec les petites molécules soit réversible. Ce n’est qu’alors qu’il sera possible d’utiliser un tel FLP en catalyse. Nous avons été les premiers à y parvenir en utilisant l’ammoniac comme substrat », rapporte Breher. Il a été constaté que le FLP réagissait facilement avec l’ammoniac non aqueux de manière thermoneutre et divisait de manière réversible la liaison azote-hydrogène de l’ammoniac à température ambiante.
Pour la première fois, les chercheurs présentent des réactions de transfert de NH3 catalysées par un catalyseur basé sur les éléments du groupe principal.
« Jusqu’à présent, nous avons converti uniquement des substrats activés et aucun hydrocarbures insaturés. Mais nous nous sommes beaucoup plus rapprochés de la réaction de nos rêves », déclare Breher. « Nous espérons que notre première preuve de principe lancera de nouveaux travaux sur l’utilisation de l’ammoniac activé par NH comme source d’azote facilement disponible et durable. »
