Bulletin du 4 octobre 2019

Présenté cette semaine

1-Bromopropane

Le S1-bromopropane (bromure de n-propyle ou nPB) est un composé organobromé de formule chimique CH3CH2CH2Br. [1] C'est un liquide incolore. Légèrement plus dense que l'eau et légèrement soluble dans l'eau. Lorsqu'il est chauffé à des températures élevées, il peut émettre des fumées toxiques. [2]


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OPPORTUNITÉS Articles

L'architecture nouvellement découverte d'un complexe cuivre-nitroïde pourrait révolutionner la synthèse chimique

Pour fabriquer du savon, insérez simplement un atome d'oxygène dans une liaison carbone-hydrogène. La recette peut sembler simple. Mais les liaisons carbone-hydrogène, comme la gomme collée dans les cheveux, sont difficiles à séparer. Puisqu'ils fournissent la base pour bien plus que du savon, trouver un moyen de briser cette paire tenace pourrait révolutionner la façon dont les industries chimiques produisent tout, des produits pharmaceutiques aux articles ménagers. Maintenant, des chercheurs de l'Université Harvard et de l'Université Cornell ont fait exactement cela: pour la première fois, ils ont découvert exactement comment un catalyseur réactif de cuivre-nitrène - qui, comme le beurre d'arachide utilisé pour relâcher la prise de la gomme sur les cheveux, aide à provoquer une réaction chimique. —Pourrait transformer l'une de ces fortes liaisons carbone-hydrogène en une liaison carbone-azote, un élément précieux pour la synthèse chimique. Dans un article publié dans Science, Kurtis Carsch, un Ph.D. étudiant à la Graduate School of Arts and Sciences de l'Université Harvard, Ted Betley, le professeur Erving de chimie à Harvard, Kyle Lancaster, professeur agrégé de chimie à l'Université Cornell, et leur équipe de collaborateurs, ne décrivent pas seulement comment un cuivre-nitrene réactif Le catalyseur fait sa magie, mais aussi comment mettre en bouteille l'outil pour briser ces liaisons carbone-hydrogène tenaces et fabriquer des produits comme les solvants, les détergents et les colorants avec moins de déchets, d'énergie et de coût. Les industries forgent souvent la base de ces produits (amines) grâce à un processus en plusieurs étapes: Premièrement, les alcanes bruts sont convertis en molécules réactives, souvent avec des catalyseurs coûteux et parfois nocifs. Ensuite, le substrat transformé doit échanger un groupe chimique, ce qui nécessite souvent un tout nouveau système catalytique. Le fait d'éviter cette étape intermédiaire - et à la place d'insérer instantanément la fonction souhaitée directement dans le matériau de départ - pourrait réduire les matériaux globaux, l'énergie, le coût et potentiellement même la toxicité du processus. C'est ce que Betley et son équipe ont cherché à faire: trouver un catalyseur qui pourrait sauter les étapes chimiques. Même si les chercheurs ont recherché la composition exacte d'un catalyseur réactif cuivre-nitrène pendant plus d'un demi-siècle et ont même émis l'hypothèse que le cuivre et l'azote pourraient être au cœur de l'outil chimique, la formation exacte des électrons de la paire est restée inconnue. «Les électrons sont comme l'immobilier, mec. L'emplacement est tout », a déclaré Betley. «La disposition des électrons dans une molécule est intimement liée à sa réactivité», a déclaré Lancaster, qui, avec Ida DiMucci, étudiante diplômée dans son laboratoire, a aidé à établir les inventaires d'électrons sur le cuivre et l'azote. En utilisant la spectroscopie aux rayons X pour trouver les énergies où les photons seraient absorbés - la marque de l'absence d'un électron - ils ont trouvé deux trous distincts sur l'azote. «Cette saveur d'azote - dans laquelle il manque ces deux électrons - est impliquée dans la réactivité depuis des décennies, mais personne n'a fourni de preuves expérimentales directes pour une telle espèce. Ils ont maintenant. En règle générale, si un atome de cuivre se lie à un azote, les deux abandonnent certains de leurs électrons pour former une liaison covalente, dans laquelle ils partagent équitablement les électrons. "Dans ce cas", a déclaré Betley, "c'est l'azote avec deux trous dessus, donc il a deux radicaux libres et il est juste lié par une seule paire dans le cuivre." Cette liaison empêche le nitrene volatil de siffler et d'effectuer une chimie destructrice avec tout ce qui se trouve sur son chemin. Quand quelqu'un se coupe la jambe, par exemple, le corps envoie une espèce d'oxygène réactif, similaire à ces radicaux nitrène. Les espèces réactives de l'oxygène attaquent les parasites envahissants ou les agents infectieux, mais elles peuvent également endommager l'ADN. Ainsi, pour contenir le nitrene réactif, le premier auteur Carsch a construit une cage massive en forme de ligand. Le ligand - comme les arbustes organiques entourant la paire de cuivre-nitrène - maintient le catalyseur intact. Coupez cet arbuste et introduisez une autre substance - comme une liaison carbone-hydrogène - et le nitrene ardent se met au travail. Betley appelle le catalyseur une clé squelette, un outil ayant le potentiel de débloquer des liens qui seraient autrement trop forts pour être utilisés en synthèse. «J'espère que nous pourrons générer ces espèces chimiques qui vont maintenant être si réactives qu'elles rendent le type de substance le plus inerte que nous avons autour de nous comme quelque chose avec lequel nous pouvons jouer», a-t-il déclaré. «Ce serait vraiment, vraiment puissant.» Étant donné que les éléments de base - comme le cuivre et les amines - sont abondants et bon marché, la clé squelette pourrait ouvrir des moyens plus pratiques de fabriquer des produits pharmaceutiques ou des produits ménagers. Lorsque Carsch a créé la molécule pour la première fois, «il bondissait littéralement de joie», a déclaré Betley. «J'étais comme, 'OK, installez-vous.'» Mais les résultats sont devenus plus intéressants: le nitrène réagit mieux que prévu même si «la molécule n'a pas le droit d'être stable», et la structure de liaison était différente de celle des modèles proposé au cours des six dernières décennies de recherche. «Si nous l'avions proposé au départ, je pense que les gens se seraient moqués de nous. Même si Betley a chassé cette espèce insaisissable - ce que Lancaster appelle «la chasse au gros gibier» - depuis qu'il a lancé son laboratoire en 2007, il se soucie moins de sa victoire que de ses collaborateurs. «J'apprécie tout mon plaisir de voir Kurtis et mes autres élèves être ravis de ce qu'ils ont réellement pu faire.» Carsch a fait face à la fois aux critiques et aux murs chimiques, mais a néanmoins persisté dans sa chasse. «Je suis content qu'il soit têtu, aussi têtu que moi», a déclaré Betley. Ils peuvent tous deux être aussi têtus que les liens qu'ils peuvent maintenant rompre. À Cornell, lorsque Lancaster et DiMucci, étudiant diplômé de cinquième année, ont confirmé les résultats, il a «envoyé un courriel plutôt coloré» à l'équipe de Betley. Mais lui aussi attribue le mérite à ses collaborateurs. DiMucci a passé sept jours à la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford à analyser la structure électronique du catalyseur avec son équipe. «Sans leurs nouvelles capacités expérimentales», a déclaré Lancaster, «nous n'aurions vraiment pas eu le signal sur bruit et le faible bruit de fond qui ont rendu l'identification de cette chose assez facile. Ensuite, l'équipe pourrait s'inspirer de cette nouvelle conception pour construire des catalyseurs avec des applications encore plus vastes, comme le reflet de la façon dont la nature convertit le méthane dangereux en méthanol. «Un vrai Saint Graal serait de dire: 'OK, cette liaison CH là-bas, celle-là en particulier dans cette molécule, je veux la transformer en une liaison CN ou une liaison CO'», a déclaré Lancaster.

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Fabriquer des polymères durables à partir de molécules parfumées

Une méthode de fabrication de polymères organiques à partir des molécules parfumées des conifères et des arbres fruitiers a été développée par des scientifiques de l'Université de Birmingham. La technique, développée pour les applications d'impression 3D, pourrait conduire à une nouvelle génération de matériaux durables à utiliser dans des applications biomédicales ou dans le prototypage. Appelées terpènes, les molécules se trouvent dans les huiles essentielles d'une grande variété de plantes et sont souvent utilisées dans les parfums, les cosmétiques et autres produits ménagers. Parce qu'elles sont difficiles à extraire et à traiter, les versions synthétiques sont souvent remplacées. Les terpènes peuvent également être utilisés pour produire des résines. Cela les rend extrêmement intéressants pour les chimistes et les ingénieurs qui étudient de nouveaux polymères durables pour remplacer les plastiques fabriqués à partir de produits pétrochimiques. Le défi est de trouver un moyen de traiter les terpènes suffisamment efficacement pour produire des matériaux intéressants. Des chercheurs de la School of Chemistry de l'Université de Birmingham ont mis au point une technique pour extraire les molécules et les convertir en résines stables. En les combinant avec des composés organiques à base de soufre appelés thiols, les résines peuvent être activées par la lumière pour former un matériau solide. Leurs résultats sont publiés dans Polymer Chemistry. Le traitement des terpènes de cette manière les rend particulièrement utiles dans un processus d'impression 3D appelé stéréolithographie, où les objets sont construits en plusieurs couches et fusionnés sous une lumière UV pour former des objets 3D. L'auteur principal, le professeur Andrew Dove, explique: «Nous devons trouver des moyens durables de fabriquer des produits polymères qui ne dépendent pas de la pétrochimie. Les terpènes ont été reconnus comme ayant un réel potentiel dans cette recherche et notre travail est une étape prometteuse pour pouvoir exploiter ces produits naturels. Différents terpènes produisent des propriétés de matériau différentes et la prochaine étape pour l'équipe consiste à étudier ces propriétés plus complètement pour mieux les contrôler. Bien que les parfums ne soient pas essentiels aux propriétés matérielles des terpènes, les chercheurs sont intéressés de voir s'ils peuvent également être exploités dans certains produits.

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