Des catalyseurs recyclables pour l’hydrogénation de composés organiques dans l'eau

Les solvants organiques, majoritairement pétro-sourcés, sont largement utilisés dans l’industrie et dans les laboratoires de recherche pour mener diverses réactions chimiques. Cet usage généralisé est cependant une source importante de déchets la plupart du temps polluants. Dans ce contexte, les réactions chimiques réalisées dans l’eau comme seul et unique solvant constituent une alternative intéressante pour l’avènement d’une chimie plus durable. En parallèle, des catalyseurs sont nécessaires pour mener ces réactions, souvent à base de métaux et/ou de fonctions organiques.

L’hydrogénation de composés organiques par le dihydrogène est un exemple de réaction clé en chimie organique qui nécessite aujourd’hui des catalyseurs à base de métaux précieux. Leur substitution par des analogues basés sur des métaux abondants s’avère nécessaire pour des raisons économiques, géopolitiques et environnementales. Ces dernières motivent également le développement de catalyseurs recyclables via différentes stratégies d’immobilisation ou confinement sur des supports solides, dans des matériaux poreux ou dans des structures auto-assemblées. C’est cette dernière stratégie qui a été développée par des chimistes du CNRS dans le cadre d’une collaboration franco-allemande.

Des équipes du Laboratoire d’innovations moléculaires et applications (CNRS/Université de Strasbourg/Université de Haute-Alsace/ECPM), de l’Institut de chimie et procédés pour l’énergie, l’environnement et la santé (CNRS/Université de Strasbourg/ECPM) et du Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ont montré que différentes molécules organiques peuvent être hydrogénées par réaction avec du gaz dihydrogène sans autre solvant que l’eau. Pour cela, ils ont mis au point un catalyseur à base de nickel auto-assemblé dans l’eau grâce à un surfactant (ou agent tensioactif), le sodium dodecyl sulfate (SDS). L’analyse du catalyseur révèle que des nanoparticules de nickel coordinées à des ligands sont assemblées à l’intérieur d’une double couche de surfactant pour former des micelles. Ce catalyseur est efficace, sélectif et réutilisable pour de très nombreuses réactions d’hydrogénation (alcènes, alcynes et nitroarènes) ainsi que pour certaines réactions d’amination. Le catalyseur peut être recyclé jusqu’à dix fois sans perte significative d’activité.

Ces résultats, publiés dans la revue ACS Sustainable Chemistry and Engineering, promettent un avenir plus vert à de nombreux produits organiques essentiels de l’industrie chimique.

Rédacteur : AVR