Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La photochimie présente un grand intérêt en synthèse organique, des molécules complexes hautement fonctionnalisées pouvant être obtenues en une seule étape en utilisant la lumière comme réactif. L’utilisation des technologies fluidiques a permis la résurgence et l’expansion de ce domaine de recherche notamment grâce à un meilleur contrôle des conditions opératoires. Cet article a pour objectif de présenter les principes fondamentaux de la photochimie, des technologies fluidiques appliquées à la photochimie ainsi que certaines applications photochimiques majeures en flux continu en synthèse organique.
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Photochemistry is particularly appealing in organic synthesis, since highly functionalized complex molecules can be synthesized in a single step via light as reagent. The use of fluidic technologies induced the resurgence and the expansion of the research field notably through a better control of the reaction conditions. This article aims to present a general description of the fundamental principles of photochemistry, fluidic technologies applied to photochemistry and to detail some major photochemical applications in continuous flow in organic synthesis.
Auteur(s)
-
Laëtitia CHAUSSET-BOISSARIE : Ingénieur de l’École Supérieure de Chimie, Physique, électronique de Lyon (CPE Lyon) - Docteur de l'Université de Genève - Chargée de recherche au CNRS, Laboratoire Miniaturisation pour la Synthèse, l’Analyse et la Protéomique (MSAP) - USR CNRS 3290, Université de Lille
INTRODUCTION
Les procédés en continu, ou procédés en flux, sont depuis longtemps mis en place dans les industries de chimie lourde ou pétrochimique. Cependant, le développement de l’utilisation de la chimie en flux continu par les chimistes de synthèse pour la préparation de petites molécules multifonctionnelles a été plus lent. Ce n’est qu’au cours de ces 10 dernières années qu’un intérêt croissant a été porté à la technologie des réacteurs structurés fluidiques pour la synthèse organique grâce aux avantages en termes de mélange, de transfert de chaleur et de sécurité liés à l’utilisation de ces dispositifs par rapport aux réacteurs conventionnels. La photochimie offre aux chimistes de synthèse une excellente opportunité d’introduire un niveau élevé de complexité moléculaire dans un environnement « sans réactif ». Cependant, la photochimie en réacteur conventionnel a souvent été sous exploitée car jugée trop difficile à mettre en œuvre. En conséquence, de nombreux processus sans équivalent via des méthodes d’activation classique ont été largement sous-utilisés. Il est intéressant de noter que les photochimistes ont adopté la technologie fluidique relativement précocement, reconnaissant les avantages des microsystèmes notamment en termes de pénétration de la lumière, d’amélioration de la sécurité, des sélectivités et de la reproductibilité des procédés ainsi qu’une montée en échelle facilitée en association avec des sources lumineuses modernes et puissantes. Une large gamme de réacteurs photochimiques fluidiques est disponible allant des réacteurs offrant un contrôle très précis des flux mis en jeu jusqu’aux réacteurs compacts permettant la synthèse de quantités de matériaux avec une production de quelques kilogrammes par jour. La disponibilité d’une grande variété de dispositifs fluidiques photochimiques faciles à mettre en œuvre à l’échelle du laboratoire ainsi que la mise sur le marché de système prêt à l’emploi fiables et robustes ont permis un renouveau de la photochimie tant au niveau industriel qu’académique. L’objectif de cet article est d’introduire les notions fondamentales de la photochimie ainsi que de présenter les différentes technologies fluidiques disponibles appliquées à la photochimie. Finalement des exemples de dispositifs photochimiques fluidiques appliqués à la synthèse organique sont discutés afin de démontrer leurs intérêts et leurs apports pour la synthèse de molécules complexes.
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KEYWORDS
organic synthesis | microreacteur | continuous flow | radiometry
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Technologies photochimiques fluidiques
En anglais
1. Principes fondamentaux de la photochimie
1.1 Introduction
Lors des processus photochimiques, les réactifs ou les catalyseurs sont activés par l’absorption de photons, caractérisés par leur énergie, les molécules passant de l’état fondamental à l’état excité (singulet ou triplet). Ce type d’activation est un processus vert car la lumière peut être considérée comme un « réactif fantôme ». En photochimie préparative, il est plus adapté de considérer l’énergie d’une mole de photons (l'einstein) de longueur d'onde λ :
( 1 )
avec :
- ΔE :
- quantum d'énergie associé au photon (J),
- NA :
- nombre d'Avogadro (= 6,022 x 1023 mol−1),
- h :
- constante de Planck (= 6,626 x 10−34 J.s),
- c :
- vitesse de la lumière (= 3 x 108 m.s−1).
À l’état excité, la molécule perd son énergie suivant divers mécanismes de désactivation, via des transitions radiatives (phénomène de fluorescence ou phosphorescence) ou via des transitions non radiatives (conversion interne ou croisement intersystème) d’une surface d’énergie potentielle vers une autre. La durée de vie des espèces excitées est faible (10−12 à 10−6 s pour un état singulet, 10−6 à 10−3 pour un état triplet) et est fonction de la structure de la molécule et du milieu réactionnel. De plus, la formation des espèces excitées est proportionnelle à la puissance de la source lumineuse utilisée. Finalement, l’espèce excitée est transformée en produit d’intérêt.
Le rendement quantique Φ [défini par l'équation (2)],...
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Principes fondamentaux de la photochimie
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CISMESIA (M.A.), YOON (T.P.) - Characterizing chain processes in visible light photoredox catalysis. - Chem Sci. 6, 5426 (2015).
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(5) - SHVYDKIV (O.), LIMBURG (C.), NOLAN (K.), OELGEMOLLER (M.) - Synthesis of Juglone (5-hydroxy-1,4-naphthoquinone) in a falling film microreactor. - J. Flow Chem. 2, 52 (2012).
-
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