Une étude menée par Lionel Delaude et François Mazars, chercheurs au Laboratoire de Catalyse de l’Université de Liège, permet l'utilisation de caféine et de théophylline pour “verdir” des catalyseurs à base de ruthénium, un élément chimique qui appartient aux métaux de transition. Les résultats de cette étude font l’objet d’une publication dans la revue scientifique Organometallics consultable en accès libre pour une durée de six mois.
L
es catalyseurs sont omniprésents dans les procédés chimiques car ils permettent d'effectuer des réactions plus rapidement et plus sélectivement dans des conditions expérimentales plus douces. Ils sont généralement obtenus à partir de matières premières non renouvelables, bien souvent issues de la pétrochimie et de la métallurgie. Attentifs au respect des douze principes de la “chimie verte“, les chimistes cherchent à présent à réduire au maximum l’empreinte carbone de leurs procédés. C'est dans ce contexte que l’équipe du Laboratoire de Chimie Organométallique et Catalyse Homogène de l’Université de Liège (Unité de recherches MolSys, Faculté des Sciences) a développé des catalyseurs biosourcés à base de caféine et de théophylline, deux substances naturelles de la famille des xanthines présentes en grande quantité dans les grains de café, les feuilles de thé ou les fèves de cacao. « Toute la filière de valorisation de ces composés est respectueuse de l’environnement puisque leur extraction et leur séparation à partir de sources végétales renouvelables ne nécessite que de l'eau et du CO2 supercritique, explique Lionel Delaude, professeur de chimie et directeur du laboratoire. De plus, ils sont sous-exploités et disponibles à faible coût. »
De légères modifications de la structure chimique des xanthines permettent de synthétiser des précurseurs de carbènes N-hétérocycliques qui sont à la base de nombreux catalyseurs du 21ème siècle. Les travaux de Lionel Delaude et son doctorant François Mazars ont montré que la combinaison d'un ligand para-cymène dérivé de l'a-phellandrène (une huile essentielle présente dans de nombreuses plantes dont l'aneth et l'eucalyptus) et d'un ligand carbène N-hétérocyclique dérivé de la caféine ou de la théophylline à du ruthénium (un métal peu toxique de la famille du fer) aboutissait à la formation de catalyseurs très efficaces pour promouvoir trois grands types de réactions organiques, à savoir l'hydrogénation par transfert de substrats insaturés avec de l'isopropanol, l'oxydation d'alcènes avec du periodate de sodium et la synthèse d'esters vinyliques à partir de 1-hexyne et d'acide benzoïque. Cette découverte contribue au développement d'une chimie organométallique plus durable et plus respectueuse de l'environnement. Elle ouvre la porte à d'autres applications catalytiques tirant parti de la caféine et de la théophylline pour générer des carbènes N-héterocycliques biosourcés.
Cette publication dans Organometallics a été épinglée par les éditeurs de l'American Chemical Society pour être mise à l'honneur le jour de sa parution (28 mai 2023) et pour rester consultable en libre accès pendant six mois dans le cadre du programme ACS Editors' Choice. Elle a aussi été choisie pour figurer en couverture d'un numéro de la revue.
”Greening” Ruthenium-Arene Catalyst Precursors with N-Heterocyclic Carbene Ligands Derived from Caffeine and Theophylline", F. Mazars et L. Delaude, Organometallics 2023, 42. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.organomet.3c00166
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