Des recherches révolutionnaires menées à l'Institut Max Planck ont transformé la sécurité chimique en développant un nouveau protocole de synthèse qui combine des étapes pour prévenir les accumulations de produits chimiques dangereux, réduisant ainsi les risques d'explosion et les coûts de production. Crédit : Issues.fr.com
L'industrie chimique utilise depuis plus de 100 ans une réaction avec des produits chimiques explosifs. Aujourd'hui, les scientifiques de Mülheim ont découvert une alternative plus sûre.
Explosions et empoisonnements. Des blessures graves, voire des morts. Dans l'histoire de l'industrie chimique, il y a eu des accidents répétés, parfois mortels, souvent causés par des produits chimiques dangereux et explosifs nécessaires à certaines réactions.
Les sels d'aryldiazonium, utilisés depuis 140 ans, sont de tels produits chimiques. Ils sont très réactifs et donc extrêmement utiles pour produire d’autres composés – des colorants par exemple. Cependant, en raison de leur réactivité élevée, les sels d'aryldiazonium isolés ne sont pas très stables et peuvent donc réagir de manière involontaire et parfois explosive. Le 23 décembre 1969, une explosion particulièrement grave impliquant ces produits chimiques s'est produite chez Ciba AG à Bâle. Un bâtiment a été détruit et de lourds morceaux du réacteur ont volé dans les airs. Trois travailleurs ont perdu la vie et 31 ont été grièvement blessés. Malgré ces horribles rapports, les travaux se poursuivent avec les sels d’aryldiazonium.
Innovations en matière de sécurité chimique
Une équipe dirigée par le professeur Tobias Ritter, directeur de l'Institut Max Planck de Kohlenforschung, a réussi à rendre la chimie risquée avec les sels d'aryldiazonium beaucoup plus sûre. Le protocole de Mülheim rend non seulement l’utilisation de ces composés moins dangereuse, mais ouvre également potentiellement des opportunités pour le développement de nouvelles réactions.
« Normalement, l'utilisation des sels de diazonium s'effectue en deux étapes : on isole ou accumule d'abord le sel de diazonium, qui est dangereux, puis on le transforme dans un deuxième temps en produit souhaité. Dans notre projet, nous combinons les deux étapes de synthèse et obtenons le produit souhaité sans accumuler le sel de diazonium, ce qui réduit considérablement le risque d'explosion », explique Tim Schulte, doctorant du groupe de Tobias Ritter.
Javier Mateos (à gauche), Tim Schulte et Tobias Ritter discutent de leur projet au laboratoire. Crédit : Gombert/MPI KOFO
Nouvelles méthodes de synthèse et leurs implications
Traditionnellement, les sels d'aryldiazonium sont synthétisés à partir d'anilines avec des composés nitreux. acide, ou avec des composés nitrites, une réaction qui a connu peu d'innovation au fil des années. La réaction doit être effectuée à basse température (inférieure à 5 °C) car les sels d'aryldiazonium sont instables à des températures plus élevées. Cependant, Javier Mateos, chercheur postdoctoral du groupe, et Tim Schulte ont découvert une nouvelle méthode qui permet la présence de différents nucléophiles dans le mélange réactionnel.
La nouvelle stratégie repose sur l'utilisation d'un processus naturel, la réduction des nitrates, réalisé dans les plantes. Les chercheurs ont réussi à imiter le processus naturel dans un tube à essai et à le combiner avec la chimie de l'aryle diazonium pour développer une méthode de synthèse plus sûre. De cette façon, les limitations mentionnées ci-dessus associées aux méthodes traditionnelles telles que la sensibilité à la température et le besoin d’acides forts peuvent être évitées.
Parce que les chercheurs combinent plusieurs étapes dans leur nouveau protocole, de grandes concentrations de substances dangereuses ne se produisent pas en premier lieu. Et ce n'est pas tout ce que les scientifiques de Mülheim ont découvert : « Pour notre méthode de synthèse, nous utilisons des produits chimiques qui sont utilisés en grande quantité dans l'industrie des engrais et des carburants et qui sont donc peu coûteux », explique Tim Schulte. Cela pourrait rendre la voie de synthèse extrêmement intéressante pour les entreprises de l’industrie chimique, car elle entraînerait une réduction des coûts de production.
« La solution au problème aurait pu être trouvée il y a 100 ans, mais la réaction telle qu'elle a été découverte aujourd'hui n'aurait probablement pas été planifiée de la même manière », explique Tobias Ritter. « La combinaison de produits chimiques qui donne finalement de bons résultats a été découverte par hasard alors que nous travaillions sur un autre projet », révèle Javier Mateos. Bien que les réactifs utilisés soient connus depuis longtemps, leur potentiel pour la chimie du diazonium était jusqu’à présent tout simplement négligé.
La nouvelle méthode est également passionnante sur le plan scientifique, car de nouvelles approches chimiques peuvent désormais être poursuivies, ce qui ne serait pas possible avec la méthode classique en raison du risque élevé d'explosion et de l'instabilité des connexions.
