Observer la longue

Jul 15, 2023

20 juillet 2023

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par Institut des sciences fondamentales

Des chercheurs de l'Institut des sciences fondamentales (IBS) en Corée du Sud ont fait une découverte révolutionnaire en identifiant la structure et la réactivité des intermédiaires rhodium-acylnitrénoïde dans les réactions catalytiques d'amination des hydrocarbures. En étudiant le complexe de coordination rhodium-dioxazolone à l’aide d’une analyse par diffraction des rayons X sur monocristal photoinduit, ils ont capturé le moment fugace de la formation intermédiaire de Rh-acylnitrénoïde.

Les résultats sont publiés dans la revue Science.

Cette réalisation devrait ouvrir la voie au développement de catalyseurs hautement réactifs et sélectifs pour convertir les hydrocarbures en produits à valeur ajoutée, avec des applications potentiellement étendues dans diverses industries.

Dirigés par le directeur Chang Sukbok, les scientifiques du Centre de fonctionnalisation catalytique des hydrocarbures au sein de l'Institut des sciences fondamentales (IBS) ont réalisé une percée dans la compréhension de la structure et de la réactivité d'un intermédiaire clé dans les réactions catalytiques. Cet intermédiaire, connu sous le nom de métal de transition nitrénoïde, joue un rôle crucial dans la conversion des hydrocarbures en amides, qui sont importants en pharmacie et en science des matériaux.

Dans les réactions chimiques, les intermédiaires sont des substances formées et consommées lors de la transformation des réactifs en produits. La compréhension de ces intermédiaires est donc cruciale pour améliorer les voies réactionnelles et développer des catalyseurs efficaces. Par exemple, les composés contenant de l’azote constituent la base d’environ 90 % des produits pharmaceutiques et sont essentiels à la science des matériaux.

Par conséquent, il est très important d’identifier les intermédiaires impliqués dans les réactions d’amination, où des groupes fonctionnels à base d’azote sont introduits dans les matières premières hydrocarbonées.

Les chercheurs ont reconnu l’importance de comprendre la structure et les propriétés des intermédiaires de réaction dans les réactions d’amination. En particulier, les réactions utilisant des catalyseurs de métaux de transition et des réactifs à la dioxazolone se sont révélées très utiles pour la chimie médicinale et la science des matériaux, avec plus de 120 groupes de recherche dans le monde contribuant au développement de ce domaine.

La clé pour comprendre ces réactions au niveau fondamental résidait dans la capacité d’étudier l’intermédiaire de réaction qui se forme lorsqu’un catalyseur de métal de transition se lie au réactif dioxazolone, connu sous le nom de métal-acylnitrénoïde. Ces espèces intermédiaires sont notoirement difficiles à étudier en raison de leur nature hautement réactive, qui ne leur permet d’exister que pendant un instant éphémère.

De plus, les réactions catalytiques traditionnelles se produisent souvent dans une solution, où les substances intermédiaires réagissent rapidement avec d'autres molécules, ce qui les rend encore plus difficiles à étudier.

Pour relever ce défi, l’équipe IBS a conçu une approche expérimentale utilisant la photocristallographie aux rayons X. En outre, ils se sont également concentrés sur le suivi des réactions chimiques à l’état solide plutôt que dans des solutions liquides. À cette fin, ils ont développé un nouveau complexe de rhodium chromophore avec un ligand dioxazolone bidenté, où le transfert de charge photoinduit métal-ligand initie l'amidation catalytique C – H de sources d'hydrocarbures telles que le benzène.

À l’aide de ce système nouvellement conçu, les chercheurs ont synthétisé un complexe de coordination rhodium-dioxazolone isolable. Ensuite, grâce à une analyse par diffraction des rayons X sur monocristal photoinduit utilisant un rayonnement synchrotron (Pohang Accelerator Laboratory), ils ont réussi à révéler pour la première fois la structure et les propriétés de l'intermédiaire rhodium-acylnitrénoïde.