Catalyse sans métal

Les catalyseurs se retrouvent au cœur d’une majorité de procédés chimiques, allant de la pétrochimie à la synthèse de nouveaux médicaments, et permettent la diminution des consommations énergétiques et minimisent les déchets produits, tout en augmentant la sélectivité et le rendement des transformations. Même si la catalyse est un procédé durable, les catalyseurs eux ne le sont que très rarement. Les catalyseurs les plus efficaces utilisent des métaux nobles comme le rhodium, l’iridium et le platine, dont la production est coûteuse et polluante, tout en étant toxiques.

La présence de ces métaux fut longtemps considérée comme un mal nécessaire, mais au cours de la dernière décennie, un nouveau paradigme est apparu: la catalyse sans métal. Notre groupe s’intéresse à découvrir les fondements qui rendent possible l’utilisation de molécules organiques simples et peu toxiques afin de remplacer les catalyseurs métalliques. Principalement, nous utilisons la coopération entre des acides de Lewis et des bases de Lewis, qui jouent le même rôle que les orbitales moléculaires réactives dans les complexes métalliques. Ainsi, nous construisons des architectures moléculaires sur mesure à l’aide de prédictions computationnelles, d’une connaissance de la chimie des métaux, et d’une intuition chimique afin de produire des catalyseurs ayant les propriétés désirées.

Ref 69, 78

Activation des liens carbone-hydrogène (C-H)

La fonctionnalisation des liens C-H est l’une des réactions catalytiques la plus utile en synthèse organique, permettant de créer des molécules complexes à partir des liens C-H qui sont omniprésents dans les composés organiques. Nous développons présentement des catalyseurs dont l’efficacité est améliorée et nous ciblons dans nos études les molécules d’intérêt pour les industries pharmaceutiques et de l’électronique organique.

Ref 61, 77

Réduction du dioxyde de carbone (CO₂)

Plusieurs alternatives industrielles et énergétiques existent pour limiter l’utilisation de combustibles fossiles, mais les coûts sont importants, leur mise en place est lente et des impacts environnementaux secondaires sont souvent présents. Nous désirons développer des alternatives chimiques à la valorisation du CO₂ en matériaux énergétiques, notamment le méthanol. En contrôlant la nature des groupements acides et basiques de Lewis, nous avons démontré qu’il est possible pour cette paire de Lewis frustrée de faire le travail plus efficacement que les catalyseurs métalliques.

Ref 45, 54