Des chercheurs de l’Université de Münster ont développé un nouveau procédé photocatalytique pour activer l’eau à l’aide de triarylphosphines, facilitant ainsi la production d’hydrogène à partir de l’eau. Cette approche innovante utilise l’énergie lumineuse pour piloter la réaction et présente un potentiel pour l’exploration de nouveaux processus chimiques utilisant des atomes d’hydrogène en synthèse.
Le processus photocatalytique permet d’activer l’eau.
L’hydrogène est souvent présenté comme une solution énergétique d’avenir, en particulier lorsqu’il est produit par des méthodes respectueuses de l’environnement. Au-delà de son potentiel énergétique, l’hydrogène joue un rôle crucial dans la production de principes actifs et de divers composés essentiels. Pour générer de l’hydrogène, l’eau (H2O) peut être transformée en hydrogène gazeux (H2) grâce à une séquence de réactions chimiques.
Cependant, comme les molécules d’eau sont très stables, leur division en hydrogène et oxygène présente un défi de taille pour les chimistes. Pour que cela réussisse, l’eau doit d’abord être activée à l’aide d’un catalyseur – elle réagit alors plus facilement.
Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Armido Studer de l’Institut de chimie organique de l’Université de Münster (Allemagne) a développé un procédé photocatalytique dans lequel l’eau, dans des conditions de réaction douces, est activée par les triarylphosphines et non, comme dans la plupart des autres procédés, à travers des complexes de métaux de transition.
Un atome d’hydrogène (H) de l’eau (H2O) est transféré à un cation radical phosphine-eau sous l’apport d’énergie lumineuse (LED). Cet intermédiaire radicalaire important peut en outre transférer l’atome d’hydrogène (blanc) vers le substrat. Les régions bleues indiquent la distribution du spin des électrons. Crédit : Christian Mück-Lichtenfeld
Cette stratégie, récemment publiée dans la revue Nature, ouvrira une nouvelle porte dans le domaine très actif de la recherche relative à la chimie radicale, affirme l’équipe. Les radicaux sont généralement des intermédiaires très réactifs. L’équipe utilise un intermédiaire spécial – un cation radical phosphine-eau – comme eau activée, à partir de laquelle les atomes d’hydrogène de H2O peuvent être facilement séparés et transférés vers un autre substrat.
La réaction est provoquée par l’énergie lumineuse. « Notre système », déclare Armido Studer, « offre une plateforme idéale pour étudier les processus chimiques non étudiés qui utilisent l’hydrogène. atome comme réactif de synthèse.
Le Dr Christian Mück-Lichtenfeld, qui a analysé les complexes d’eau activés à l’aide de méthodes théoriques, déclare : « La liaison hydrogène-oxygène dans cet intermédiaire est extraordinairement faible, ce qui permet de transférer un atome d’hydrogène à divers composés. » Le Dr Jingjing Zhang, qui a réalisé le travail expérimental, ajoute : « Les atomes d’hydrogène de l’eau activée peuvent être transférés aux alcènes et aux arènes dans des conditions très douces, dans ce qu’on appelle des réactions d’hydrogénation. »
Les réactions d’hydrogénation sont extrêmement importantes dans la recherche pharmaceutique, dans l’industrie agrochimique et dans la science des matériaux.
L’étude a été financée par Alexander von Humboldt-Stiftung.
