Sites Hétérobimétalliques Isolés pour une Catalyse Coopérative – SHICC
Sites hétérobimétalliques supportés pour la catalyse coopérative
L'une des frontières actuelles de la catalyse organométallique est d'étudier l'action combinée de deux centres métalliques pour promouvoir de nouveaux modes de réactivité, où les deux centres métalliques agissent en synergie, afin d'accéder à une chimie impossible avec des espèces monométalliques.
Deux atomes métalliques, une fois unis, peuvent-ils conduire à de nouvelles réactivités dépassant celles des éléments initiaux pris individuellement?
La catalyse consiste à améliorer la rapidité, l’efficacité et la sélectivité des procédés chimiques, et est donc omniprésente dans l’industrie chimique. Le but du projet « SHICC » est de préparer de nouvelles molécules et matériaux catalytiques en assemblant deux types d’atomes métalliques différents pour créer des couples métalliques atypiques. Les propriétés catalytiques de ces nouveaux objets sont ensuite évaluées, en particulier pour l’activation de liaisons carbone hydrogène, particulièrement robustes, et donc difficiles à activer. Lorsque les performances de ces catalyseurs bimétalliques sont supérieures à celle des catalyseurs monométalliques, plus conventionnels, on parle d’effet coopératif, et cela ouvre de nombreuses perspectives. Ceci est lié à des mécanismes réactionnels innovants où les deux atomes métalliques agissent de façon concertée pour transformer des liaisons chimiques.
Les ions métalliques ont naturellement tendance à se repousser. Le premier défi consiste donc à mettre au point des méthodologies expérimentales de chimie organométallique innovantes pour forcer les centres métalliques à s’associer en solution. Cela permet d’isoler des précurseurs moléculaires au sein desquels les paires bimétalliques sont préassemblées. Ces précurseurs sont ensuite incorporés à la surface de matériaux pour obtenir des catalyseurs solides. Par traitement thermique, une partie des atomes qui encapsulent les ions métalliques, que l’on appelle des ligands, sont éliminés pour obtenir des espèces chimiques originales extrêmement réactives, car les métaux sont en quelque sorte « à nu ». Ces catalyseurs sont caractérisés par tout un arsenal de techniques spectroscopiques, pour comprendre comment les atomes métalliques sont disposés et quel est leur environnement, afin de corréler leur structure avec leur activité catalytique. À partir de ces connaissances nous pouvons améliorer chaque étape du processus pour développer de nouvelles familles de catalyseurs plus performantes.
Le projet SHICC a permis de développer des méthodes de synthèse originales et efficaces pour préparer des molécules et nouveaux matériaux catalytiques inédits au sein duquel des atomes métalliques de nature différente sont intimement associés. Ces travaux ont montré que ces nouveaux catalyseurs bimétalliques ont une activité et sélectivité très supérieure à celle des catalyseurs monométalliques, plus conventionnels.
Au-delà des aspects fondamentaux, cela ouvre plusieurs applications autour de l’activation de liaisons carbone-hydrogène. Par exemple pour améliorer le marquage de principes pharmaceutiques par des isotopes de l’hydrogène, comme le deutérium ou le tritium.
Le projet SHICC a conduit à deux publications dans des revues scientifiques à comité de lecture (Chemical Communications 2022, Organometallics 2022) au cours du projet, et 3 publications supplémentaires sont en cours de finalisation. Ces travaux ont été présentés lors de dix communications (donc 4 invitées) dans des congrès, conférences et séminaires nationaux et internationaux.
L'objectif de ce projet est le développement de catalyseurs hétérobimétalliques supportés originaux. Son fondement est de tirer parti (1) des effets de coopération métal-métal et (2) des avantages de l'isolement de site (grâce à l'hétérogénisation sur support solide par chimie organométallique de surface), en combinaison, pour obtenir des sites actifs sans précédent et très réactifs, conduisant à de nouvelles voies d'activation de liaisons/transformations catalytiques.
Coordination du projet
Clement CAMP (Catalyse, Polymérisation, Procédés et Matériaux)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
CP2M Catalyse, Polymérisation, Procédés et Matériaux
Aide de l'ANR 227 859 euros
Début et durée du projet scientifique :
septembre 2021
- 42 Mois
