Les chercheurs ont démontré que les gaz résiduaires de l’industrie sidérurgique peuvent être utilisés pour préparer des produits pharmaceutiques et des produits chimiques fins.¹

La fabrication de l’acier est l’un des processus industriels les plus émetteurs de carbone du monde moderne.² La principale étape de raffinage utilise un haut fourneau pour chauffer le minerai de fer avec du carbone, ce qui le réduit en acier et génère des gaz résiduaires dans le processus. Ce gaz dit de convertisseur est principalement constitué de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone et d’azote. Dans la plupart des usines de production, le monoxyde de carbone réagit avec l’oxygène pour générer de la chaleur et davantage de dioxyde de carbone. Le mélange résultant de dioxyde de carbone et d’azote est ensuite rejeté dans l’atmosphère.

Aujourd’hui, des chercheurs dirigés par Matthias Beller et Rajenhally Jagadeesh de l’Institut Leibniz de catalyse, en Allemagne, et Denis Chusov de l’Institut Nesmeyanov des composés organoéléments, en Russie, ont montré que le gaz de conversion peut fonctionner comme matière première pour les transformations organiques clés. «Nous avons pensé que ce déchet pourrait être utilisé pour certains processus», explique Chusov. «Le monoxyde de carbone en tant qu’agent réducteur est très sélectif car il ne peut pas hydrogéner les groupes fonctionnels. Au cours de nos recherches, nous avons été agréablement surpris de constater que le gaz du convertisseur s’est avéré nettement meilleur que prévu.

Le groupe s’est initialement concentré sur le couplage de nitroarènes avec des acides carboxyliques dans une réaction d’amidation utilisant un catalyseur à base de ruthénium. La réalisation de la réaction sous une atmosphère de gaz convertisseur a conduit à des rendements très élevés des molécules cibles souhaitées, notamment le paracétamol et le vorinostat, qui est utilisé pour traiter le lymphome cutané à cellules T. De plus, le processus n’a pas été significativement inhibé par les impuretés à base de soufre couramment présentes dans le gaz.

La même atmosphère de gaz de convertisseur s’est également avérée efficace pour effectuer un processus alternatif de formation de liaison carbone-azote par amination réductrice avec un catalyseur au rhodium. L’agent antifongique buténafine pourrait être préparé avec un rendement élevé avec une gamme d’autres composés.

L’équipe affirme que son concept ne nécessite pas de soucis de sécurité extraordinaires. Contrairement aux agents réducteurs à base de métaux ou d’hydrures, il ne génère pas de sous-produits solides, ce qui peut compliquer la purification.

On ne sait pas exactement comment les réactions d’amidation se déroulent, mais les chercheurs pensent que le gaz du convertisseur réagit avec les catalyseurs métalliques pour former des espèces métal-carbonyle hautement actives qui se couplent ensuite avec les réactifs pour former de nouvelles liaisons carbone-azote. Le dioxyde de carbone dans le gaz du convertisseur semble également accélérer la réaction.

«Chaque fois que vous pouvez prendre un déchet et le transformer en quelque chose d’utile, c’est une avancée vraiment importante», commente Jennifer Love de l’Université de Calgary, au Canada, dont les recherches consistent à développer de nouvelles transformations catalytiques. « Synthétiser autant de molécules d’importance réelle est particulièrement convaincant et, dans l’ensemble, j’ai été vraiment enthousiasmé par cette étude. »

L’équipe espère que le gaz de convertisseur pourra être utilisé pour d’autres transformations réductrices à grande échelle à l’avenir. «En particulier, le gaz de conversion des aciéries pourrait remplacer les sources de gaz naturel dans des processus industriels à grande échelle bien connus tels que la synthèse de l’acide acétique et de l’urée», ajoute Chusov.