Nouvelle approche théorique pour la synthèse de molécules fluorées

Présent dans plus de 25% des produits pharmaceutiques et 40% des produits agrochimiques, le fluor occupe une place de choix en synthèse organique (65 milliards de dollars en 2018 pour le marché agrochimique mondial). Plus récemment, l’optimisation des batteries lithium-ion a conduit les industriels à développer de nouveaux systèmes impliquant également la présence de composés fluorés comme additifs électrolytiques. Ces composés organiques fluorés n’étant pas présents à l’état naturel, les chimistes développent des méthodes de synthèse utilisant des catalyseurs qui doivent être actifs, mais aussi sélectifs et stables dans le milieu réactionnel.

Le plus souvent, pour obtenir ces composés, ils réalisent la fluoration catalysée de molécules chlorées impliquant un échange Chlore/Fluor.  Pour cela, ils utilisent le fluorure d’hydrogène (HF) comme agent de fluoration et du fluorure de magnésium massique (MgF₂) ou du fluorure d’aluminium AlF₃ comme catalyseurs. Réaction que les scientifiques de l’Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (CNRS/Université de Poitiers) et de l’Institut des matériaux de Nantes Jean Rouxel (CNRS/Université de Nantes) cherchent à optimiser en améliorant la stabilité du catalyseur sous flux gazeux HF et en optimisant la surface du catalyseur où se produit la réaction au contact des réactifs. 

Pour déterminer l’arrangement des atomes à la surface du catalyseur qui va donner aux réactifs la meilleure accessibilité aux sites actifs, tout en restant stable dans le milieu réactionnel, les scientifiques ont modélisé cette surface à l'échelle atomique en utilisant la théorie baptisée « fonctionnelle de la densité (DFT) ». Leurs résultats montrent que l’arrangement atomique des atomes de fluor et de magnésium de surface le plus stable est différent de celui obtenu pour l’aluminium et le fluor dans AlF₃. Leurs travaux montrent également qu’en créant une nouvelle phase mixte AlMg constituée d'Al et de Mg alternés dans un motif en damier, séparés par du fluor, on obtient une monocouche mixte 50:50 Al:Mg en surface catalytiquement active et très stable. Un résultat qui ouvre des perspectives pour l’utilisation de ces catalyseurs de fluoration à base d’alliages mixtes.

Rédacteur : CCdM