Des chercheurs de l’Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) ont découvert la clé de la synthèse d’un outil moléculaire qui pourrait considérablement élargir la variété des réactions catalytiques possibles avec les métaux de transition. L’équipe a pris un ensemble bien établi de composés qui peuvent être utilisés pour fabriquer des catalyseurs de métaux de transition et a développé une réaction simple à base de radicaux pour créer des variantes asymétriques de ces molécules en utilisant des conditions douces. Un accès plus facile à une plus grande variété de ces composés asymétriques ouvre un domaine de nouvelles possibilités pour la conception de catalyseurs de métaux de transition.

Cette recherche porte sur une classe de composés appelés dérivés de 1,2-bis(diphénylphosphino)éthane (DPPE). Les DPPE sont bidentés — c’est à dire, ils se fixent au centre métallique d’un catalyseur à deux endroits. Cependant, les DPPE ont généralement été symétriques, chaque bras de fixation étant le même, ce qui limite la variété structurelle et la réactivité possibles. Cette étude surmonte cette limite, signalant une méthode polyvalente pour développer des DPPE asymétriques à l’aide d’éthylène, une matière première chimique disponible en abondance.

Pour guider leurs efforts, les chercheurs ont d’abord effectué des calculs de chimie quantique via la méthode de réaction induite par la force artificielle (AFIR) pour identifier les matériaux de départ possibles qui pourraient réagir pour former du DPPE. Les calculs ont montré un processus viable dans lequel les radicaux phosphine réagissaient facilement avec l’éthylène pour former du DPPE. Sur cette base, l’équipe a vérifié expérimentalement un processus simple de fabrication de DPPE symétriques qui forme des radicaux phosphine en solution simplement en mélangeant trois composés facilement disponibles. Cela améliore considérablement les méthodes précédentes qui impliquaient plusieurs étapes et l’utilisation de composés instables et hautement réactifs.

Ce processus a ensuite été étendu aux DPPE asymétriques, mélangeant de l’éthylène avec des chlorophosphines et des oxydes de phosphine qui couvraient une large gamme de propriétés et de tailles électroniques. La différence de tailles et de propriétés électroniques crée un effet push-pull qui pourrait conduire à une réactivité ou une sélectivité bénéfique. Des études d’optimisation ont montré que l’utilisation d’un photocatalyseur avec une irradiation par LED bleue offrait le meilleur rendement.

À titre de test, l’équipe a ensuite formé des complexes métalliques en utilisant l’un des dérivés asymétriques du DPPE. Ils ont comparé les propriétés du palladium complexé avec le DPPE et avec le dérivé asymétrique du DPPE. Les deux complexes avaient des propriétés significativement différentes, y compris la couleur, le spectre d’absorption et l’énergie orbitale moléculaire, montrant le potentiel des dérivés de DPPE asymétriques pour permettre une réactivité différente lorsqu’ils sont utilisés comme ligands dans des catalyseurs. Les chercheurs voient à la fois l’application à la conception de catalyseurs et l’utilisation d’un matériau peu coûteux et abondant comme des avantages de cette méthode.

« Nous avons réussi à synthétiser des dérivés de DPPE qui sont utiles comme ligands pour les catalyseurs de métaux de transition, et nous l’avons fait en utilisant de l’éthylène bon marché et facilement disponible », a déclaré l’auteur principal Hideaki Takano. « Ce résultat a été réalisé grâce à l’effet synergique de l’utilisation des calculs chimiques quantiques AFIR combinés aux compétences expérimentales et à l’expérience des chimistes organiques. À l’avenir, j’aimerais développer de nouvelles réactions révolutionnaires en utilisant de nouveaux ligands synthétisés par la méthode que nous avons rapportée ici. « 

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Matériel fourni par Université d’Hokkaidō. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.