Réactions cascades en émulsion à l'aide de nanocylindres de Janus porteurs de sites catalytiques antagonistes – CASCADUS

Les réactions en cascade permettent une grande économie d'atomes et de faibles quantités de déchets car elles consistent en une succession de transformations qui se produisent spontanément les unes après les autres sans changement des conditions de réaction jusqu'à atteindre le produit final. Certaines de ces réactions, pour la valorisation de la biomasse par exemple, nécessitent l'utilisation de catalyseurs antagonistes qu'il faut compartimenter pour éviter leur destruction mutuelle. Une approche récente et prometteuse pour relever ce défi consiste à travailler en émulsion eau/huile et à utiliser des particules de Janus bifonctionnelles catalytiquement actives. Ces dernières stabilisent l'émulsion et catalysent en même temps les différentes étapes de la réaction en milieu aqueux ou organique tout en séparant les sites catalytiques de part et d'autre des particules Janus. Jusqu'à présent, des particules Janus inorganiques sphériques micrométriques ont été utilisées. Leur limite est liée au fait qu’il faudrait des particules plus petites pour augmenter la vitesse de réaction (surface spécifique élevée), ce qui diminue leur capacité à stabiliser l’émulsion. Dans CASCADUS, nous proposons d'utiliser des nanocylindres polymères de Janus catalytiquement actifs présentant des diamètres d’environ 10 nm et des longueurs de 100 nm à 1 µm pour combiner surface spécifique élevée favorisant la catalyse ; et anisotropie favorisant la stabilité de l'émulsion. Ces nanoparticules seront conçues par assemblage supramoléculaire en solution et seront utilisées pour la transformation one-pot du fructose en gamma-lactamines polysubstituées, impliquant une étape de déshydratation catalysée par un acide en milieu aqueux suivie d'une cascade de condensation de Knoevenagel/aza-Michael/cyclization SN2 catalysée par une base en milieu organique. Un défi majeur adressé par le projet sera d'élaborer des particules Janus stables à l'interface.