Les chimistes ont ressuscité la méthode Barbier en utilisant la mécanochimie, remplaçant les solvants dangereux par une approche sans solvant. Cette avancée promet une fabrication plus sûre et plus durable, en particulier dans le secteur pharmaceutique.
La synthèse organique est l’art de créer des molécules, dans lequel les chimistes fabriquent des molécules essentielles aux produits pharmaceutiques, agrochimiques et aux matériaux de gadgets de haute technologie, y compris ceux des smartphones. Pensez-y comme si vous jouiez avec LEGO à un niveau microscopique : les chimistes connectent des blocs de construction simples pour créer des molécules complexes, tout comme ils assemblent des briques LEGO pour créer des structures complexes. Une étape cruciale de ce puzzle consiste à créer une liaison entre deux atomes de carbone.
Comme les briques LEGO avec leurs plots et anti-studs, les atomes de carbone doivent s’emboîter pour s’assembler facilement. Il y a cependant un problème : les atomes de carbone les plus réactifs des composés organiques portent généralement une charge positive, ce qui les rend incompatibles les uns avec les autres. Imaginez que vous essayiez de relier deux pièces LEGO avec des goujons : elles ne colleront tout simplement pas ensemble.
Le superviseur d’un chercheur a été oublié alors qu’il montrait la voie
Aux débuts de la chimie organique, au XIXe siècle, les chercheurs ont découvert une solution astucieuse à ce problème en utilisant des composés dits organométalliques. En liant le carbone à des métaux comme le zinc ou le magnésium, ils pourraient changer la charge du carbone atome du positif au négatif. Ce « changement de polarité » a permis la création de combinaisons appropriées avec d’autres molécules organiques, ouvrant ainsi un vaste terrain de jeu à la créativité chimique.
L’une des découvertes les plus marquantes a été faite par le chimiste français Victor Grignard, qui a découvert une méthode permettant de créer des dérivés organiques du magnésium facilement disponible. Cette technique était si importante qu’elle lui valut un prix Nobel en 1912. La méthode Grignard a révolutionné le domaine, mais elle a ses inconvénients.
Les auteurs étudient la réaction mécanochimique de Barbier (JV Nallaparaju, T. Nikonovich, T. Jarg, D. Merzhyievskyi, R. Aav, DG Kananovich) et un dispositif clé utilisé dans leur étude – un broyeur vibrant. Crédit : TalTech (Université de technologie de Tallinn)
Les molécules contenant des métaux hautement réactives sont instables et peuvent facilement se décomposer lorsqu’elles sont exposées à l’humidité ou à l’air, ce qui rend les applications à l’échelle industrielle difficiles. Une solution à ce problème réside dans la génération de composés organométalliques uniquement en tant qu’intermédiaires à courte durée de vie qui continuent de réagir dans le même environnement et créent des composés stables.
Le professeur scientifique de Grignard, Philippe Barbier, a d’abord tenté de relier les atomes de carbone de cette manière, mais n’a obtenu que des résultats insatisfaisants : les rendements des produits souhaités étaient faibles. C’est ici que l’histoire prend une tournure ironique : il a chargé Grignard de perfectionner sa méthode, menant à la découverte lauréate du prix Nobel. Mais Philip Barbier lui-même, bien qu’il soit un pionnier de la chimie organométallique, n’a jamais reçu le même accueil.
Les chimistes de l’École des sciences de TalTech ont transformé l’ancien en quelque chose de nouveau
Plus d’un siècle plus tard, un groupe de chimistes du groupe de recherche en chimie supramoléculaire de TalTech, dirigé par le professeur Riina Aav et le chercheur principal Dr Dzmitry Kananovich, a insufflé une nouvelle vie à la méthode Barbier abandonnée.
Au lieu de mélanger des produits chimiques avec du magnésium métallique dans des solvants organiques, comme le faisaient traditionnellement les chimistes depuis de nombreuses années, ils ont découvert que leur broyage sans solvant dans un appareil appelé broyeur à secoueurs entraînait une amélioration extraordinaire, à la fois en termes d’efficacité et de respect de l’environnement.
Cette évolution passionnante remet sur le devant de la scène la méthode Barbier, la rendant aussi efficace que la célèbre méthode Grignard. Les résultats ont été récemment publiés dans Angewandte Chemie International Editionl’une des principales revues scientifiques dans le domaine de la chimie.
La technique utilisée par les chercheurs s’appelle la mécanochimie qui, bien que connue depuis l’Antiquité, a longtemps été abandonnée par la communauté scientifique de la synthèse organique au profit de la chimie plus traditionnelle basée sur les solutions. Imaginez moudre des grains de café dans un moulin. C’est à cela que ressemblent de nombreux dispositifs mécanochimiques, tant en termes d’apparence que de fonction. Ils permettent aux réactions chimiques de se produire grâce à un mélange, un broyage et un broyage rapides de substances solides, plutôt qu’en mélangeant des solutions.
Une solution respectueuse de l’environnement d’il y a un siècle
Pourquoi cette ancienne technique retrouve-t-elle du terrain ? La réponse réside dans ses avantages pour l’environnement et les normes de sécurité. La mécanochimie évite l’utilisation de solvants organiques dangereux, qui constituent de graves menaces pour l’homme et la planète.
Un domaine d’intérêt particulièrement passionnant en chimie est la préparation de composés organométalliques, et de nombreux groupes de recherche réputés explorent cette direction. Dans leurs recherches, l’équipe de TalTech a revisité l’idée originale de Barbier, rendant l’utilisation de composés organométalliques encore plus simple et pratique.
Un aspect intéressant de cette nouvelle méthode est sa résistance à l’air et même à certains acides faibles, qui ne conviennent pas aux approches traditionnelles comme la technique du Grignard. Étant donné que les composés organométalliques n’existent que brièvement en tant qu’intermédiaires et peuvent continuer à réagir et créer des produits finaux, cette découverte est très prometteuse pour révolutionner la production de nombreuses substances précieuses.
Pensez à la façon dont cela pourrait changer notre façon de fabriquer des choses. Cela pourrait conduire à des processus plus simples, plus sûrs et plus respectueux de l’environnement, en particulier dans les industries qui produisent des substances à impact significatif, comme l’industrie pharmaceutique.
L’équipe de TalTech cherche désormais à pousser plus loin cette innovation, en visant à transformer le secteur pharmaceutique grâce à des méthodes de production mécanochimiques. Travaillant avec des chercheurs de onze autres pays européens, ils collaborent au projet IMPACTIVE, dont l’objectif est de faire de ces avantages une réalité. Cette redécouverte et ces progrès de la mécanochimie pourraient être la clé pour ouvrir de nouvelles opportunités dans l’industrie chimique, la rendant plus sûre et plus durable pour les générations à venir. C’est un mélange d’ancien et de nouveau, avec la promesse d’un avenir meilleur.
