Test de saisie

L’oxydation verte du méthane, est-elle possible ?
Pour la première fois, des chimistes du CNRS (IRCELYON) ont réussi à réaliser l’oxydation du méthane
dans l’eau à 25-50°C sur des catalyseurs ferriques binucléaires de nouveau type.
L’oxydation douce du méthane est un défi majeur en chimie au niveau fondamental et industiel. Malgré
d’intenses d’efforts de recherches, aucun système chimique n’était jusqu’alors capable d’oxyder le
méthane dans les conditions physiologiques imitant les catalyseurs naturels (les méthane
monooxygénases),
Cette découverte fait l’objet d’une publication dans la revue Chemical Communications de mai 2008.
Le méthane est le principal composant du gaz naturel. Cette molécule organique, la plus simple mais la plus
difficile à transformer, est en effet «un gaz noble de la chimie organique». L’oxydation sélective du méthane à
basse température est donc l’une des problématiques les plus difficiles qui a une importance pratique significative
pour la synthèse d’intermédiaires.
Seules les enzymes, du type méthane monooxygénases (MMO), oxydent le méthane dans les conditions
physiologiques (eau, température ambiante). Le site actif de MMO soluble est composé d’un complexe avec deux
ions ferriques. Une somme considérable de travaux a été consacrée au développement de modèles chimiques
des MMO en utilisant les complexes binucléaires du fer «non-héminiques». Des complexes qui miment
l’organisation structurale et les propriétés spectroscopiques de MMO ont été proposés, mais des systèmes
modèles biomimétiques capables d’oxyder le méthane n’ont jamais été décrits.
Un chercheur de l’IRCELYON, Alexander Sorokin, a mis au point un nouveau concept : l’utilisation de complexes
macrocycliques binucléaires comme catalyseurs de l’oxydation. Jusqu’à présent, les complexes similaires ont été
complètement ignorés comme catalyseurs et ont même été considérés comme des formes inactives en catalyse.
Cette approche s’est avérée très fructueuse : le complexe binucléaire à base de phtalocyanine du fer possède des
propriétés catalytiques remarquables capables d’activer H2O2 pour former une espèce oxydante très forte
détectée à l’aide de différentes techniques spectroscopiques. Pour la première fois l’oxydation efficace du
méthane en méthanol, formaldéhyde et acide formique, dans l’eau pure et à température ambiante a été obtenue.
Cette découverte est une percée significative dans le domaine de l’oxydation avec un potentiel important pour des
développements futurs.
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C
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Fe
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L’eau
25-50°C
H2O2
Produits
Cet article a été sélectionné par la Royal Society of Chemistry comme ‘Hot Article’.
Ces travaux sont repris et commentés dans la revue ‘Chemical Technology’ qui recense les faits
marquants de la recherche en chimie. Continuer parge suivante.
Copie de la page de commentaire de la Royal Society of Chemistry :
http://www.rsc.org/Publishing/ChemTech/Volume/2008/06/methane_oxidation.asp
Chemical Technology
A magazine highlighting the latest applications and technological aspects of research across the chemical
sciences.
Catalyst mimics nature's methane oxidation
07 May 2008
Scientists in France have developed the first mild, enzyme-inspired method to convert methane to industrially
valuable products.
Alexander Sorokin and colleagues at the University of Lyon made an organometallic complex that oxidises
methane to methanol at low temperatures using hydrogen peroxide.
Methane is the main component of natural gas but also the least reactive. In certain types of bacteria, the enzyme
methane monooxygenase converts methane to methanol under very mild conditions. Essential for its activity is its
diiron centre, which forms a reactive oxygen-bridged species that can oxidise C-H bonds. Chemists have tried to
mimic this catalytic process but until now have not succeeded.
Using porphyrin-like ligands known as phthalocyanines, Sorokin made a diiron complex in which the two irons are
bridged with a nitrogen atom. He found that the complex activated hydrogen peroxide, forming a very strong
species that oxidised methane in water at temperatures as low as 25 degrees Celsius. Depending on the reaction
conditions, the resulting methanol could be oxidised further to formaldehyde and formic acid.
"This is a significant step in advancing one of the great problems: the direct partial oxidation of methane
to methanol"
- Robert Crabtree, Yale University, New Haven, US
'Dimeric structures are often considered as inactive in catalysis,' explains Sorokin. 'However, we hypothesised
that diiron porphyrin-like complexes could stabilise high oxidation state species due to delocalisation of charge at
the two irons and the ligands. The key point is the stability of the binuclear core during catalysis.'
Robert Crabtree, professor of inorganic chemistry at Yale University, New Haven, US, is impressed by the results.
'This is a significant step in advancing one of the great problems: the direct partial oxidation of methane to
methanol,' he says.
Sorokin says he believes that this novel catalyst presents great potential for further development. 'This finding
should initiate studies directed towards optimising its structure to tune its catalytic properties and increase its
scope towards the clean oxidation of other difficult-to-oxidise substrates to useful products,' he says.
Roxane Owen
Link to journal article
Bio-inspired oxidation of methane in water catalyzed by N-bridged diiron phthalocyanine complex
Alexander B. Sorokin, Evgeny V. Kudrik and Denis Bouchu, Chem. Commun., 2008
DOI: 10.1039/b804405h
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Catalysis in Application
Copyright: 2003
D Lennon
This book presents a snapshot of the most up-to-date developments in the field of applied catalysis.