CASCADUS – CASCADe reactions in emulsion using JanUS nanocylinders bearing antagonist catalytics sites

Nom complet : CASCADe reactions in emulsion using JanUS nanocylinders bearing antagonist catalytics sites

Financeur : ANR

Montant du financement : 113 600 euro

Période de réalisation : 01/11/2025 – 31/10/2029

Laboratoire : URCOM

Responsable scientifique : Sébastien Comesse

Durée du projet : 48 mois

Descriptif du projet :  es chercheurs cherchent sans cesse à améliorer les stratégies employées afin de limiter les déchets et d’augmenter l’efficacité des réactions. Les transformations « en cascade » (ou domino) s’intègrent parfaitement dans cet esprit car elles permettent d’enchaîner plusieurs réactions sans changer les conditions expérimentales, jusqu’à obtenir le produit final sans avoir à isoler des composés intermédiaires. Certaines réactions cascades nécessitent à la fois l’emploi de molécules solubles dans des solvants différents (comme l’huile et l’eau) et l’utilisation de catalyseurs qui ne peuvent normalement pas coexister dans le même milieu (ils sont dits antagonistes comme par exemple les acides et les bases). C’est pourquoi les chimistes ont développé des stratégies innovantes comme compartimenter les catalyseurs dans différentes phases d’une émulsion (comme l’huile et l’eau). Pour autant à l’interface ils peuvent encore se neutraliser l’un l’autre.

Une solution proposée dans la littérature est basée sur l’utilisation des nanoparticules de silice dites de Janus (comme le dieu Romain « à deux visages ») qui peuvent être
fonctionnalisées différemment sur chaque face (une acide, une basique) qui offrent deux avantages mais aussi une grosse limitation :

• Elles stabilisent l’émulsion grâce à l’effet Pickering.
• Elles catalysent simultanément les étapes de la réaction en cascade dans les différentes phases.
• Par contre la répartition des fonctions acides et basiques est dissymétrique avec la présence de beaucoup plus des premières que des secondes.

Les points clés du projet ANR CASCADUS sont multiples et reposent sur l’utilisation de nanoparticules de Janus cylindriques appelées Janus NanoRods (JNR) plus petites que les particules de silice vues ci-dessus :

• Le procédé employé pour les obtenir (par auto-assemblage grâce à des liaisons hydrogène) devrait permettre une répartition extrêmement contrôlée des fonctions
  acides et basiques dans chaque phase de l’émulsion.
• La grande surface catalytique doit favoriser la cinétique de la transformation.
• La forme allongée doit JNR doit assurer une meilleure stabilité de l’émulsion que leurs équivalents sphériques.

Pour démontrer l’intérêt synthétique des JNR, les chercheurs visent à terme la transformation cascade du fructose biosourcé en γ-lactames polysubstitués de haute valeur
ajoutée, une réaction complexe impliquant à la fois une étape acide (conversion du fructose dans l’eau) et une cascade basique (formation des lactames en milieu organique). Les particules de Janus, et plus encore les nanocylindres de Janus, doivent ouvrir la voie à des procédés chimiques plus efficaces, plus propres et mieux adaptés à la valorisation de la biomasse.

Ce projet est portée par une collaboration entre des chercheurs de l’Institut des Molécules et Matériaux du Mans (IMMM), UMR CNRS 6283, Le Mans Université (porteur du
projet), de l’Institut Parisien de Chimie Moléculaire (IPCM), UMR CNRS 8232, Sorbonne Université et l’Unité de Recherche en Chimie Organique et Macromoléculaire (URCOM), UR 3038, de l’Université Le Havre Normandie.