Ingénierie des cristaux pour la chimie verte
L'ingénierie des cristaux se prête aux pratiques de la chimie verte car les réactions effectuées dans un cristal limitent l'utilisation de solvants organiques toxiques puisqu'ils ne sont généralement pas nécessaires pour les réactions chimiques (c'est-à-dire sans solvant), les réactions sont économiques en atomes (c'est-à-dire que tous les réactifs sont transformés en produits) et hautement sélectives (c'est-à-dire qu'il n'y a pas de sous-produits), l'énergie utilisée pour les réactions est fournie par la lumière du soleil (c'est-à-dire les ultraviolets), et les composants qui guident les réactions sont des modèles et des catalyseurs recyclables (c'est-à-dire similaires aux enzymes biochimiques).
Chacune de ces caractéristiques fait partie des 12 principes de la chimie verte. Dans le cadre de nos recherches, nous développons également des méthodes permettant d'effectuer des réactions à l'état solide par le biais de processus mécano-chimiques et thermochimiques, ce qui pourrait permettre de produire des matériaux à grande échelle tout en continuant à limiter l'utilisation de solvants toxiques.
Notre objectif est de contrôler les réactions chimiques dans les cristaux organiques. Bien que l'on sache que des réactions se produisent dans les cristaux depuis plus d'un siècle, la capacité de l'état solide à être utilisé comme la phase liquide pour synthétiser régulièrement des molécules organiques n'a pas été réalisée.
Cela est dû à l'absence d'une méthode générale permettant d'assembler une grande variété de réactifs pour qu'ils réagissent dans les solides. Cela signifie que la véritable capacité des cristaux organiques à générer des variétés de molécules, et les nombreux avantages de la chimie verte qui en découlent, n'ont généralement pas été exploités.
Notre groupe a déjà montré que la cocristallisation (c'est-à-dire le processus de combinaison de molécules) du 1,3-benzènediol, ou résorcinol, avec un bis(pyridyl)éthylène génère un cristal multicomposant composé de deux molécules différentes, ou un cocristal binaire, dans lequel les alcènes ont été positionnés par des liaisons hydrogène pour subir une réaction de photodimérisation.
L'irradiation du cocristal par la lumière ultraviolette (UV) du laboratoire ou du soleil a généré un tétra(pyridyl)cyclobutane (CB) comme seul produit, avec un rendement quantitatif et en quantité de l'ordre du gramme. La clé de la méthode réside dans le fait que les molécules modèles isolent les réactifs des effets de l'empaquetage moléculaire. En outre, les molécules modèles peuvent être facilement récupérées et recyclées. Notre groupe s'est inspiré de cette méthode pour produire des CB riches en architecture et en énergie, tels que les ladderanes et les cubanes. L'idée est d'utiliser les cristaux organiques comme des laboratoires chimiques verts qui offrent des degrés de « liberté » synthétique réalisés en solution.