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Des polymères fonctionnalisés similaires aux enzymes pour la catalyse industrielle

Inspirés par la nature, des scientifiques ont synthétisé des systèmes similaires à des enzymes à partir de polymères fonctionnalisés. Les architectures supramoléculaires avec des sites actifs cachés dans des cavités hydrophobes qui détestent l'eau seront utilisées dans de nombreuses réactions intéressantes d'un point de vue industriel dans les solvants à base d'eau.
Des polymères fonctionnalisés similaires aux enzymes pour la catalyse industrielle
Les catalyseurs sont des substances qui accélèrent le rythme d'une réaction en réduisant la quantité d'énergie nécessaire pour que la réaction se déroule. Les réactions industrielles dépendent fortement des catalyseurs. En accélérant la vitesse de réaction, les catalyseurs augmentent le rendement. À cause de leur spécificité, ils peuvent également produire les composés souhaités avec une très grande pureté, ce qui réduit le nombre d'étapes de traitement ultérieures. De plus, les réactions catalytiques en cascade qui imitent la façon dont la nature produit des molécules sont devenues des acteurs en vogue en chimie organique «verte» pour synthétiser une variété de produits naturels.

La nature sert souvent de source d'inspiration pour les chercheurs et les ingénieurs et les catalyseurs que l'on trouve dans la nature ne dérogent pas à cette règle. Les enzymes sont des protéines, de longues chaînes de sous-unités (acides aminés) qui se replient de manière complexe pour créer des structures 3D qui transmettent une fonction. En se basant sur la ressemblance des protéines avec les copolymères séquencés, les scientifiques qui travaillent sur le projet 'Single chain polymer nanoparticles' (SCPNANOPART), qui était financé par l'UE, ont créé des nanoparticules synthétiques imitant les protéines. Pour accomplir la tâche, des copolymères (polymères constitués de plusieurs sous-unités ou monomères) ont été fonctionnalisés avec des groupes caractéristiques supramoléculaires qui stimulent le pliage lorsqu'ils sont déclenchés.

Parmi les diverses architectures créées et étudiées afin de développer la procédure de synthèse des copolymères séquencés avec fonctionnalisation, l'équipe a synthétisé des nanoparticules avec des sites catalytiquement actifs situés dans des intérieurs hydrophobes pour la catalyse en milieu aqueux.

Les connaissances acquises ont été exploitées dans des études orientées vers deux types de réactions ayant une importance industrielle. La réaction de condensation aldol est essentielle en chimie organique synthétique car elle forme des liaisons carbone-carbone. Les dérivés d'acide boronique catalysant un certain nombre de réactions importantes d'un point de vue industriel, les chercheurs ont également étudié la fonctionnalisation de polymères avec de l'acide phénylboronique pour la catalyse dans des solvants aqueux ou organiques.

Les polymères fonctionnalisés pour la réaction aldol ont présenté une activité remarquable dans l'eau, similaire à celle des enzymes naturels. Une nouvelle méthode pour contrôler le positionnement de site actif de catalyseur a également permis une sélectivité impressionnante. Les polymères fonctionnalisés à l'acide phénylboronique ont présenté une haute activité dans deux réactions différentes (amidation directe dans un solvant organique et réactions Diels-Alder dans l'eau).

Le projet SCPNANOPART a permis de synthétiser avec succès de nouveaux systèmes catalytiques compartimentalisés avec le site actif situé dans l'intérieur hydrophobe pour les réactions en milieu aqueux. Ces structures de nanoparticules similaires à des enzymes, hautement actives et spécifiques, devraient avoir un impact majeur en chimie synthétique, en particulier pour les composés organiques incluant des réactions en cascade.

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