Nouveaux ligands pour la catalyse des photoréactions par métaux de transition


Les métaux de transition forment des complexes catalytiques qui peuvent accélérer divers processus chimiques, notamment dans la production de produits pharmaceutiques ainsi que de divers pigments, colorants et réactifs de laboratoire comme l’acide sulfurique. L’utilisation de diodes électroluminescentes (DEL) a stimulé l’utilisation de la lumière visible dans la catalyse de réaction, et les scientifiques ont développé des catalyseurs photo-rédox à base d’iridium et de ruthénium, qui facilitent la catalyse lorsqu’ils sont irradiés avec des longueurs d’onde spécifiques de lumière. De plus, les scientifiques ont même démontré des photoréactions à la lumière visible avec des complexes de palladium sans utiliser de catalyseurs photo-rédox. Bien que plusieurs de ces photoréactions catalysées par des métaux de transition aient été développées, le développement de nouveaux ligands pour ces réactions a été limité ; la plupart des études ont utilisé des ligands existants développés pour les réactions thermiques. Ainsi, il y a eu un manque notable de développement de ligands qui interagissent spécifiquement avec les catalyseurs de métaux de transition dans les photoréactions, ce qui nous empêche de libérer le véritable potentiel de telles réactions.

Récemment, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Tetsuhiro Nemoto de la Graduate School of Pharmaceutical Sciences de l’Université de Chiba au Japon a développé de nouveaux ligands pouvant être utilisés dans des photoréactions avec des catalyseurs de métaux de transition. Ils ont également démontré comment les ligands développés interagissaient avec différents métaux de transition pour produire différents résultats catalytiques pour les photoréactions.

L’équipe comprenait M. Yu Matsuda de l’École supérieure des sciences pharmaceutiques de l’Université de Chiba et le Dr Masaya Nakajima, qui était affilié au même institut au moment de l’étude mais qui est maintenant affilié à l’École supérieure des sciences pharmaceutiques de l’Université. de Tokyo. Leurs travaux ont été mis en ligne le 20 juillet 2023 et ont été publiés dans le volume 13, numéro 15 de Catalyse ACS le 4 août 2023.

Les chercheurs ont utilisé de la 9-phénylacridine disponible dans le commerce pour préparer quatre ligands pinceurs PNP contenant de l’acridine, qui ont ensuite été utilisés pour créer des complexes avec le nickel, le palladium, le platine, le cuivre et le cobalt.

L’équipe a évalué l’activité catalytique des complexes pour une photoréaction spécifique appelée hydrogénation par transfert, une réaction courante utilisée dans diverses industries. Bien que le complexe de nickel n’ait pas réagi efficacement, les complexes de palladium et de platine ont catalysé avec succès la réaction pour fournir un rendement élevé en produits finaux.

Plus précisément, les chercheurs ont découvert que les ligands nouvellement développés permettaient au complexe de platine de catalyser avec succès une réaction en présence de lumière visible (irradiation de LED bleue) de manière stoechiométrique. Cela signifie que les valeurs exactes des réactifs nécessaires et la quantité de produit obtenue peuvent être calculées mathématiquement. La précision de la catalyse permettra de rationaliser les processus industriels, comme dans la production de médicaments. En outre, le nouveau complexe du platine pourrait catalyser l’alkylation hydroxy/alcoxy des oléfines – une réaction qui ne pourrait pas être catalysée avec les ligands bien connus existants.

Le fait que ces photoréactions ne se soient pas produites en présence de ligands bien connus montre comment les ligands nouvellement conçus pourraient aider à définir de nouvelles capacités de réaction. Expliquant les résultats, le Dr Nakajima dit : “Cette recherche révèle une nouvelle réactivité du platine qui était auparavant inconnue. En conséquence, il est devenu possible de synthétiser de nouveaux types de molécules plus efficacement, trouvant potentiellement des applications dans la fabrication de nouveaux matériaux et produits pharmaceutiques.”

La présente étude devrait également avoir de nombreuses implications à long terme. “La lumière visible est utilisée comme source d’énergie pour de telles réactions. Ainsi, la lumière du soleil peut être utilisée comme une source d’énergie inépuisable, et les progrès technologiques pourraient nous permettre d’effectuer des photoréactions sans les contraintes liées aux dispositions nécessaires aux réactions thermiques, aidant ainsi à réaliser des réactions thermiques. nous résolvons les problèmes énergétiques émergents », conclut le Dr Nakajima sur une note optimiste.

En effet, le développement de nouveaux ligands pour la photocatalyse des complexes de métaux de transition peut créer de nouvelles possibilités et redéfinir les capacités de réaction, permettant ainsi de nouvelles solutions aux défis auxquels nous sommes confrontés aujourd’hui.

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