Accélération des réactions organiques grâce aux micro-ondes

Malgré cela, en 1982, les professeurs Frank Smith, du département de chimie de l’Université Laurentienne, et John Bozic, d’Inco Ltd., de Sudbury, en Ontario, ont commencé à analyser l’utilisation des fours à micro-ondes dans l’accélération de la dissolution de minerais, afin de déterminer plus rapidement quel pourcentage de métaux ils contiennent. Cette approche s’est révélée efficace et la longue étape de dissolution nécessaire à cette analyse a été réduite de façon significative. Plus tard, après avoir discuté avec Ken Westaway et Richard Gedye, deux professeurs du département de chimie de l’Université Laurentienne, nos deux chercheurs se sont demandé si les micro-ondes ne pouvaient pas servir à accélérer d’autres réactions. Comme MM. Gedye et Westaway étaient spécialistes en chimie organique, il a été décidé de voir si les micro-ondes ne pouvaient pas être utilisées pour accélérer les réactions dans leur domaine. Ce travail de pionnier a débuté à l’été de 1985 et a été suivi, au début de 1986, d’un article publié dans Tetrahedron Letters, journal qui fait état des nouveaux développements prometteurs en chimie organique. Cette recherche a démontré qu’on pouvait accélérer de plusieurs ordres de grandeur divers types de réactions organiques dans un contenant de Teflon® scellé placé dans un four à micro-ondes qu’en recourant aux techniques normales de chauffage au reflux du mélange réactif. On a utilisé des contenants de Teflon® parce que les micro-ondes peuvent traverser cette matière pour atteindre directement le mélange réactif. En fait, une des réactions, connue sous le nom de S_N2 entre un ion para-phénolate et du chlorure de benzyle s’est réalisée 1 200 fois plus vite dans le four à micro-ondes que sous chauffage habituel au reflux. Pour avoir une idée réelle de ce que cela signifie, une réaction qui aurait pris 16 heures sous chauffage au reflux s’est exécutée en 35 secondes dans le four à micro-ondes.

Cette méthode a montré qu’elle pouvait accroître la vitesse des réactions d’une grande variété de substances organiques et qu’elle pouvait fonctionner partout où des molécules polaires étaient en présence. C’est-à-dire que les micro-ondes ne se contentaient pas de simplement exciter (chauffer) les molécules d’eau responsables du réchauffement dans un four à micro-ondes, mais toute molécule qui avait une liaison polaire. Voici, de toute évidence, pourquoi cette méthode fonctionne pour une si grande variété de réactions.

Ces chercheurs ont également analysé les facteurs qui affectaient le taux d’accélération des réactions dans un four à micro-ondes, ainsi que démontré que les réactions étaient certainement plus propres (donnaient moins de sous-produits indésirables) et que les quantités résultant des réactions étaient habituellement légèrement supérieures à celles obtenues selon la méthode conventionnelle de chauffage au reflux.

Récemment, un article publié par MM. Westaway et Gedye a remporté le Prix d’article exceptionnel de 1995 de l’International Microwave Power Institute. Les résultats des recherches qu’on y trouve montrent que les micro-ondes n’ont aucun effet « activateur » spécial sur les molécules, mais que les réactions se déroulent plus rapidement dans un four à micro-ondes parce que i) le mélange réactif est chauffé très vite et ii) il est chauffé à une température plus élevée ; en fait, il se trouve surchauffé sous pression, dans les contenants de Teflon® scellés utilisés pour ces expériences.

Cette recherche a créé une nouvelle façon d’aborder la synthèse des composés organiques. Parmi ses plus importantes applications, notons la synthèse de molécules marquées avec des isotopes radioactifs à période courte qui peut servir à la préparation de traceurs pour les tests médicaux. Autre usage : l’élimination des déchets toxiques qui se décomposent difficilement dans les chaudières. Les micro-ondes sont également utilisées pour produire des polymères plus rapidement qu’avec les méthodes conventionnelles.