Catalyse : comment remplacer le palladium par des systèmes plus verts
Le palladium est très utilisé par l’industrie chimique pour promouvoir des réactions majeures de chimie organique. Trouver des alternatives à ce métal très couteux et toxique est un réel défi. Dans le cadre d’une collaboration entre la France et les Pays Bas, des chimistes, notamment de l'Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université de Rennes/ENSCR) ont mis au point des catalyseurs à base de cobalt, métal moins toxique et 5000 fois plus abondant que le palladium, qui surpassent ses performances dans des conditions réactionnelles extrêmement douces.
L’industrie chimique utilise couramment des catalyseurs à base de palladium pour la production de composés organiques à haute valeur ajoutée. Le cas le plus notable est l’oxydation des oléfines* pour obtenir des cétones**. Ces cétones sont des molécules clés qui servent de briques de base pour la synthèse de nombreux médicaments ou matériaux. Une des méthodes les plus puissantes pour préparer ces briques est le procédé Wacker qui permet l’obtention des cétones à partir d’oléfines issues du pétrole. Ce procédé est utilisé depuis les années 1950 pour la production de millions de tonnes d’acétaldéhyde par an à partir d’éthylène. Il nécessite l’ajout de catalyseurs de palladium et de cuivre, des conditions de température et pression très élevées et un milieu acide. Malheureusement, le palladium, constituant clé de ces réactions, est présent en faible quantité dans la croute terrestre et pourrait bien disparaitre au cours du prochain siècle si son utilisation se poursuit au rythme actuel. Il est qui plus est toxique et doit donc être purifié des produits finaux.
Des chimistes de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université Rennes/ENSCR/INSA Rennes) et de l’Université d’Amsterdam ont récemment montré la possibilité d’utiliser le cobalt au lieu du palladium pour catalyser l’oxydation d’oléfines en cétones. Le procédé de synthèse, publié dans la revue Angewandte Chemie International Edition, se déroule dans des conditions réactionnelles bien plus douces que le procédé Wacker (pression et température ambiante) tout en évitant le co-catalyseur de cuivre. De plus, ces réactions d’oxydation au cobalt ont lieu dans l’éthanol qui permet d’éviter les conditions acides classiquement utilisées avec les catalyseurs de palladium. Etonnamment, l’ajout d’un hydrure de silane (Et3SiH) comme additif permet d’accélérer fortement les vitesses de réaction qui se déroulent en 10 minutes en utilisant un ratio très bas de cobalt par oléfine de 1 pour 100.