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Nanoparticules : de nouveaux sites de rencontres « vertes » pour molécules incompatibles

Des chercheurs du laboratoire Eco-Efficient Products and Processes Laboratory (CNRS / Solvay / ENS de Lyon / East China Normal University / Fudan University / Université de Lille 1 – Shanghai) viennent de mettre au point des nanoparticules grâce auxquelles l’éthylène glycol et un aldéhyde gras, qui ne se mélangent normalement pas, ont pu réagir sans solvant ni agent tensioactif. Un résultat à retrouver dans le Journal of the American Chemical Society.

Les trois piliers de la chimie verte sont l’économie d’atomes, l’économie d’énergie et le recyclage. L’économie d’atomes consiste à éviter d’introduire, dans un processus de synthèse chimique, des composés dont les atomes ne seront pas présents dans le produit final. Ces atomes devront être éliminés alors qu’il aura fallu les produire, les transporter et les chauffer. Un véritable gâchis au premier rang duquel figurent les solvants et parfois des agents tensioactifs utilisés pour que les molécules se rencontrent pour se transformer.

Des chercheurs du laboratoire Eco-Efficient Products and Processes Laboratory, Unité mixte internationale du CNRS implantée à Shanghai (Chine), sont parvenus à faire réagir sans solvant ni agent tensioactif (d’où une économie d’atomes) de l’éthylène glycol et un aldéhyde gras, qui ne se mélangent normalement pas, avec un excellent rendement. Pour permettre le mélange, ils ont mis au point des nanoparticules de silice « tensioactives » qui possèdent trois propriétés : interagir avec l’éthylène glycol (qui ressemble à l’eau), interagir avec l’aldéhyde gras (qui ressemble à l’huile), et servir de catalyseur, ce qui abaisse la température de réaction et par conséquence économise de l’énergie (voir figure). De véritables sites de rencontres écologiques!

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© Clacens

L’élaboration de ces nanoparticules résulte d’un savoir-faire innovant où sont greffées, sur chaque minuscule grain de silice d’environ 200 nm de diamètre, trois sortes de groupements différents. Cette synthèse utilise la propriété qu’une surface minérale de silice n’est pas uniformément constituée de SiO2, mais possède des points d’ancrage (par exemple SiOH) sur lesquels des molécules organiques peuvent réagir et ainsi se fixer. De tels matériaux (inorganiques-organiques) sont appelés matériaux hybrides et conjuguent les propriétés de chaque composant. Par exemple, le groupe d’atomes SH fixé sur la silice dans un premier temps est transformé par oxydation avec de l’eau oxygénée en groupe SO3H (site catalytique) dans un second temps.

De plus, en bon catalyseur solide qui se respecte, ces nanoparticules peuvent être récupérées par simple filtration et être réutilisées sans perte de pouvoir catalytique ; un bon point pour le recyclage. La chimie verte de demain assistée de nanomatériaux est en marche !

Référence

Wen-Juan Zhou, Lin Fang, Zhaoyu Fan, Belén Albela, Laurent Bonneviot, Floryan De Campo, Marc Pera-Titus et Jean-Marc Clacens.
Tunable Catalysts for Solvent-Free Biphasic Systems: Pickering Interfacial Catalysts over Amphiphilic Silica Nanoparticles
J. Am. Chem. Soc. 18 mars 2014
DOI: 10.1021/ja501019n

Contacts chercheurs

Jean-Marc Clacens, Eco-efficient products and processes laboratory, Shanghai
Courriel: jeanmarc.clacens-ext@solvay.com
Tel : +86 / 21 24089267
Site web : www.e2p2l.com
Laurent Bonneviot, Laboratoire de chimie, Ecole normale supérieure de Lyon
Courriel : laurent.bonneviot@ens-lyon.fr
Tél. : 04 72 72 83 91

Rédacteur de la note : jflm@ens-lyon.fr

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken