Oxydation ménagée ; vers une valorisation bio-inspirée du méthane ?
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Publié le 15/02/2009
Résumé

Tous les chimistes rêveraient de pouvoir oxyder, dans des conditions douces (basse température, sans solvant organique) le méthane en méthanol, composé très utilisé dans l’industrie. Ce rêve pourrait peut-être devenir bientôt réalité grâce aux travaux menés par des chimistes de l’Institut de recherches sur la catalyse et l’environnement de Lyon (IRCELYON, CNRS / Université Lyon 1).

 

Article rédigé par Christophe Cartier dit Moulin & Martine Hasler (communication du CNRS-Chimie), à partir d'un texte de Alexander Sorokin (chercheur à l'IRCELYON, CNRS/Université Lyon I) sur ses travaux. Il est édité par Nicolas Lévy (professeur agrégé responsable du site ENS-DGESCO CultureSciences-Chimie).

 


1. Présentation

Tous les chimistes rêveraient de pouvoir oxyder, dans des conditions douces (basse température, sans solvant organique) le méthane en méthanol, composé très utilisé dans l’industrie. Ce rêve pourrait peut-être devenir bientôt réalité grâce aux travaux menés par des chimistes de l’Institut de recherches sur la catalyse et l’environnement de Lyon (IRCELYON, CNRS / Université Lyon 1). Pour la première fois, ils ont réussi à réaliser l’oxydation du méthane dans de l’eau à 25-50°C en utilisant de nouveaux catalyseurs. Ces travaux, publiés dans la revue Chemical Communications de mai 2008, ont été sélectionnés par la Royal Society of Chemistry en qualité de « Hot article » et sont repris et commentés dans la revue « Chemical Technology ».

 

2. Une oxydation douce

1. L'enjeu

Le méthane est le principal composant du gaz naturel. Cette molécule organique très simple, composée d’un atome de carbone et de quatre atomes d’hydrogène est cependant très difficilement oxydable[1]. Actuellement, les conditions de conversion du méthane en méthanol sont très lourdes (haute température et haute pression). Seules les enzymes naturelles, appelées méthane monooxygénases (MMO), sont capables d’oxyder le méthane dans des conditions douces, c’est-à-dire dans l’eau et à température ambiante.

Pendant de nombreuses années, les chimistes ont développé différents modèles chimiques des MMO. Ces derniers permettaient de mimer l’organisation structurale et les propriétés spectroscopiques des MMO mais n’étaient pas utilisés en tant que catalyseurs car incapables d’oxyder le méthane.

 

2. Un nouveau concept

Les chimistes de l’IRCELYON (CNRS / Université Lyon 1), l’équipe d’Alexander Sorokin, ont mis au point un nouveau concept : l’utilisation de complexes bioinspirés des MMO comme catalyseurs de la réaction d’oxydation du méthane. Cette approche s’est avérée très fructueuse car le complexe dimérique à base de phtalocyanine du fer possède des propriétés catalytiques remarquables. Il est en effet capable d’activer l’eau oxygénée (H2O2) pour former une espèce oxydante très forte pouvant ensuite réagir avec le méthane.

 

Figure 1. Oxydation douce grâce au catalyseur type-MMO (complexe dimérique à base de phtalocyanine du fer).

Oxydation douce grâce au catalyseur type-MMO (complexe dimérique à base de phtalocyanine du fer).
 

 

Cette forme oxydante a pu être détectée à l’aide de différentes techniques spectroscopiques. Pour la première fois, l’oxydation efficace du méthane en méthanol, formaldéhyde et acide formique[2], dans l’eau oxygénée et à température ambiante a été obtenue.

 

3. Les perspectives

Actuellement, le produit majoritaire de l’oxydation bioinspirée du méthane est l’acide formique. L’objectif des chimistes serait de s’arrêter au stade méthanol, ce qui constituerait une avancée considérable dans sa production industrielle. Quoi qu’il en soit, cette découverte constitue une percée significative dans le domaine de l’oxydation en conditions douces et représente une véritable avancée d’un point de vue fondamental. Outre la production de méthanol, ces catalyseurs pourraient servir à oxyder d’autres composés inertes chimiquement dans des conditions douces respectant l’environnement.

 

3. Références

Alexander B. Sorokin, Evgeny V. Kudrik, Denis Bouchu, Bio-inspired oxidation of methane in water catalysed by N-bridged diiron phtalocyanine complex, Chemical Communications, 2008, DOI: 10.1039/b804405h.

 

Cet article provient de l'espace communication du CNRS-Chimie "en direct des laboratoires".

 


[1] Une molécule est oxydable lorsqu’elle peut perdre un ou plusieurs électrons.

[2] Le méthane s’oxyde d’abord en méthanol ; le méthanol étant plus réactif que le méthane, il s’oxyde, à son tour, en formaldéhyde qui s’oxyde en acide formique, produit ultime de l’oxydation.

 

 
 
 
 
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