Nous suivre Info chimie

Transposer la synthèse organique en milieu aqueux

Aurélie Dureuil

Sujets relatifs :

, ,
Transposer la synthèse organique en milieu aqueux

L’équipe du Laboratoire d’innovation thérapeutique.

Des chercheurs alsaciens proposent de produire des molécules organiques en milieu micellaire. Une opportunité pour la chimie médicinale de réduire l'utilisation de solvants organiques et d'aller vers plus de chimie verte.

Créer des nanoréacteurs pour rendre des synthèses organiques possibles en milieu aqueux. L'idée a émergé aux États-Unis avec la publication en 2008 d'un article de Bruce Lipshutz. Cet américain exerçant à l'université de Santa Barbara (Californie) « a initié cette thématique basée sur le principe de l'utilisation de milieu micellaire pour réaliser des réactions de synthèse organique », indique Frédéric Bihel, chargé de recherche au Laboratoire d'innovation thérapeutique (CNRS, université de Strasbourg). Le principe consiste à générer des micelles, résultant de l'auto-assemblage de tensioactifs amphiphiles sous forme de sphères avec des têtes polaires hydrophiles pointant vers l'extérieur, c'est-à-dire le milieu aqueux et des chaînes hydrophobes dirigées vers l'intérieur. Ces « bulles » de tensioactifs agissent donc comme autant de nanoréacteurs suspendus dans un milieu aqueux et attirant en leur sein les réactifs non solubles dans l'eau.
 

L'équipe alsacienne spécialisée en chimie médicinale s'est intéressée à ce concept qui s'inscrit dans sa volonté « de participer au renouveau de l'industrie chimique, en allant de plus en plus vers la chimie verte et le développement de synthèses écocompatibles qui puissent être appliquées à grande échelle dans l'industrie », souligne Frédéric Bihel. L'équipe de chercheurs a récemment adapté la réaction de Buchwald-Hartwig en milieu aqueux via l'utilisation d'un système catalytique spécifique. Cette réaction organique consiste à former une liaison carbone-azote (entre un halogénure d'aryle et une amine) en présence d'un catalyseur au palladium. Ce couplage se déroule généralement en présence d'un solvant organique. L'équipe française spécialisée dans la synthèse d'hétérocycles en utilisant des procédés catalytiques s'est intéressée à transposer cette réaction en milieu aqueux. « Habituellement, cette réaction est réalisée en milieu organique sous atmosphère inerte avec des solvants anhydres, qu'il faut préalablement dégazer », détaille Frédéric Bihel. La réaction en milieu micellaire est bien plus facile à mettre en oeuvre. Le chercheur explique : « Nous préparons un milieu aqueux qui contient les surfactants. Ce sont eux qui vont s'auto-associer pour former des micelles. Nous additionnons ensuite les réactifs, la plupart n'étant pas solubles dans l'eau. En appliquant une forte agitation, les micelles vont venir se frotter aux réactifs et ainsi les incorporer petit à petit ». C'est au coeur de ces micelles que va se dérouler la réaction catalytique.

 

Appliquer les principes de la chimie verte

 

Les chercheurs y voient de nombreux avantages s'inscrivant dans les principes de la chimie verte. D'abord, la réaction se déclenche à plus basse température qu'en milieu organique. « Dans les micelles, les réactifs se retrouvent dans un milieu très restreint. Ils sont proches les uns des autres, ce qui nécessite moins d'énergie pour les faire se rencontrer. La réaction de Buchwald-Hartwig se déroule ainsi entre 25 et 50 °C au lieu de 80 à 100 °C en milieu organique », précise Martine Schmitt, chargée de recherche au Laboratoire d'innovation thérapeutique (CNRS, université de Strasbourg). Ce milieu restreint se traduit également par un meilleur rendement selon les chercheurs, avec moins de réactions parasites. Par ailleurs, la réaction en milieu aqueux ne nécessite pas d'atmosphère inerte, ce qui facilite également le lancement de la réaction.
 

Les chercheurs soulignent également les économies d'eau réalisées lors de la réaction. « À la fin de la réaction en milieu organique, il faut en général laver avec de grandes quantités d'eau pour enlever toutes les molécules hydrosolubles. Ce procédé est très consommateur d'eau qui doit être décontaminée. Après une réaction en milieu micellaire, on transfère les molécules synthétisées du milieu aqueux vers un milieu organique. Une seule extraction suffit en général. Il s'en suit alors les étapes de purification traditionnelle », détaille Frédéric Bihel. Autre point souligné par les chercheurs : après l'extraction des produits d'intérêt, la phase aqueuse contenant toujours les surfactants peut être réutilisée dans une nouvelle réaction. Cette étape de recyclage peut être répétée jusqu'à 4 fois sans perte notable de rendement.
 

Enfin, les chercheurs dans ce domaine entendent appliquer au mieux les principes de la chimie verte en utilisant au maximum des produits d'origine naturelle. « Comme surfactant, nous utilisons du TPGS-750-M, un dérivé de la vitamine E légèrement modifiée avec des produits qui se trouvent dans la nature », précise Frédéric Bihel. Il ajoute : « Ce produit est facile d'accès, recyclable, peu onéreux et accessible en très grandes quantités pour l'industrie ». Car l'objectif affiché de l'équipe du Laboratoire d'innovation thérapeutique est de voir ses travaux appliqués dans l'industrie pharmaceutique et de ne pas s'arrêter à la réaction de Buchwald-Hartwig.
 

« Notre objectif est de transposer un maximum de réactions catalytiques vers le milieu micellaire, afin de donner des outils pour synthétiser entièrement des médicaments dans ce milieu », souligne Frédéric Bihel. Il estime qu'aujourd'hui une dizaine de réactions a pu être transposée au niveau de la recherche. « Plusieurs industriels de la pharmacie travaillent sur ce sujet et visent la montée en échelle », observe-t-il. Le laboratoire strasbourgeois poursuit donc ses travaux sur d'autres réactions, en adaptant les types de réactifs et les mécanismes. Les chercheurs travaillent en parallèle avec une équipe de physico-chimistes d'Avignon (équipe Chimie bio-organique et systèmes amphiphiles) qui développe de nouveaux tensioactifs afin de « mieux comprendre ce qui se passe à l'intérieur des micelles », selon Frédéric Bihel. Les chercheurs poursuivent ainsi le développement d'un catalogue de réactions plus vertes pour une production écocompatible de futurs médicaments.

Bienvenue !

Vous êtes inscrit à la news Industrie Chimie

Nous vous recommandons

BASF augmente ses capacités d’esters synthétiques en Chine

BASF augmente ses capacités d’esters synthétiques en Chine

Le géant allemand de la chimie BASF a fait part de son intention d’augmenter ses capacités de production d’esters synthétiques pour lubrifiants sur son site de Jinshan, en Chine. Afin de faire face à la[…]

12/10/2020 | EstersChimie
BASF réaligne sa division Global Business Services

BASF réaligne sa division Global Business Services

Recyclage chimique : BASF investit dans Pyrum

Recyclage chimique : BASF investit dans Pyrum

Urée : BFI respecte son calendrier pour la construction de son usine

Urée : BFI respecte son calendrier pour la construction de son usine

Plus d'articles