Oxydation bioinspirée du méthane par des catalyseurs binucléraires à fer hémique encagés – BOOM

La production de composés d’intérêts ou de carburants liquides (méthanol), à partir d’un déchet étant un gaz à effet de serre puissant (méthane), est une stratégie particulièrement attractive d’un point de vue énergétique, économique et écologique. Dans ce contexte, la conversion directe du méthane en méthanol apparaît comme une stratégie idéale afin de piéger l’immense quantité de méthane torchée chaque année, et survenir à la demande mondiale en méthanol. Néanmoins, cette réaction est un des verrous majeurs de la catalyse moderne. Sa difficulté provient de : 1) la stabilité exceptionnelle des liaisons C-H du méthane, et 2) les liaisons C-H du méthanol étant plus faibles que celle du méthane, il est thermodynamiquement très difficile d’obtenir le méthanol comme seul produit d’oxydation.
Afin d’accomplir cet objectif, les chimistes peuvent s’inspirer de la nature, où les enzymes méthane monooxygénases solubles, réalisent l’oxydation sélective du méthane, en conditions douces, grâce à un site actif à fer binucléaire. Ces systèmes tirent avantage de la cavité hydrophobe enzymatique qui assure reconnaissance du méthane et éjection du méthanol. Néanmoins, l’état de l’art des catalyseurs bioinspirés s’ heurte à de sérieux problèmes lorsqu'ils sont appliqués à l’oxydation du méthane. En effet, ces systèmes, dépourvus de seconde sphère de coordination, ne permettent pas de protéger le méthanol vis-à-vis de sa suroxydation.
Ce projet vise à lever ces verrous pour obtenir une oxydation sélective du méthane. Cet objectif sera obtenu par 1) la construction de catalyseurs binucléaires de fer encagés, 2) la démonstration de leur supériorité vis-à-vis de l’oxydation sélective du méthane et 3) l’optimisation du coût et de la recyclabilité de ces catalyseurs. En unifiant la catalyse (homogène et hétérogène) et la chimie supramoléculaire, BOOM fournira une nouvelle méthode pratique et éco-compatible pour la conversion sélective du méthane en méthanol.