Un complexe métallique rare d’oxyde nitreux, stable même à température ambiante

Utilisé comme médicament essentiel pour soulager la douleur, comme oxydant injecté dans les moteurs de course et comme propulseur d’aérosol, le N2O a une valeur indéniable pour l’homme. Il s’agit également d’un gaz à effet de serre nocif émis principalement par les activités agricoles. Bien qu’il soit présent dans l’atmosphère en concentrations beaucoup plus faibles que le CO2, le N2O est 300 fois plus efficace que ce dernier pour piéger la chaleur, ce qui en fait un dangereux facteur du changement climatique. Cela a conduit les scientifiques à rechercher des moyens de limiter les émissions de N2O et à étudier la décomposition catalytique de ce composé sur des métaux.

Une étude récente soutenue par le projet SMAC-MC, financé par l’UE, a montré que le N2O peut se lier aux métaux de la même manière que le CO2, en formant des liaisons comparables ou plus fortes que le CO2. Cette capacité ouvre la voie à l’utilisation du N2O dans la chimie de synthèse et à sa dégradation en substances qui ne nuisent pas à l’atmosphère. L’étude a été publiée dans la revue scientifique «Angewandte Chemie International Edition».

Le processus naturel de conversion de N2O en N2 et en eau peut être imité en laboratoire à l’aide de complexes métalliques catalytiques. Cependant, contrairement au CO2, les complexes bien définis de N2O avec des métaux de transition sont rares. Cela pourrait être dû au fait que le N2O est un mauvais ligand (une molécule qui se lie à un ion ou à un atome métallique) par rapport au CO2. Afin de comprendre comment et pourquoi, l’équipe de recherche a synthétisé des complexes métalliques comparables de N2O et de CO2 et a étudié l’interaction métal-ligand.L’étude a obtenu des résultats inattendus. Les chercheurs ont montré que la capacité du N2O à se lier au métal est en fait aussi bonne, voire meilleure, que celle du CO2. «Il semble que le caractère oxydant du N2O soit en grande partie, sinon entièrement, responsable de la rareté des complexes métalliques employant ce ligand», a précisé le professeur Heikki M. Tuononen de l’Université de Jyväskylä, coauteur de l’étude et chercheur principal du projet SMAC-MC, dans un communiqué de presse publié sur le site web «EurekAlert!». «Une fois que nous avons trouvé le bon partenaire métallique pour le N2O, leur liaison était suffisamment forte pour qu’un complexe rare à liaison latérale puisse être isolé et caractérisé, même à température ambiante», explique dans le même article le Dr Chris Gendy de l’Université de Jyväskylä, coauteur de l’étude.

Les recherches montrent que la conception de complexes de N2O plus stables est possible et ouvre la voie à l’utilisation de N2O dans la chimie de synthèse. «Le N2O est à bien des égards un excellent oxydant. Il est thermodynamiquement stable, relativement bon marché, et donne du N2 comme seul produit secondaire», a observé le professeur Tuononen. Le professeur Roland Roesler de l’Université de Calgary, coauteur de l’étude, ajoute: «Ce serait assurément une bonne chose que le N2O soit utilisé de manière plus répandue comme oxydant dans les réactions catalysées par les métaux. Dans le même temps, nous ne devons pas oublier le rôle qu’il joue dans l’atmosphère.»

«La nature a trouvé des voies enzymatiques élégantes pour convertir le N2O en produits inoffensifs pour l’atmosphère. Nous devrions poursuivre le même objectif pour nos émissions d’origine humaine en utilisant de nouveaux catalyseurs», ont conclu les chercheurs dans le même communiqué de presse. Les réalisations de l’équipe contribuent à l’objectif du projet SMAC-MC (Small Molecule Activation by Main-Group Compounds), qui consiste à promouvoir des percées dans la conception de nouveaux composés basés sur des éléments du groupe principal pour l’activation de petites molécules.

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projet SMAC-MC