Qu’elle soit enzymatique, homogène ou hétérogène, la catalyse intervient dans de nombreux procédés industriels, sans même compter toutes les réactions chimiques qui se produisent dans la matière vivante. Cet article reprend tout d’abord les théories de l’acido-basicité, ainsi que les mécanismes de transformation des hydrocarbures mis en jeu dans les interactions acide-base. Sont ensuite présentés les principes de quelques catalyseurs industriels et les applications qui en découlent.
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Michel GUISNET
: Professeur à l’Université de Poitiers Laboratoire de Catalyse en Chimie Organique (UMR CNRS 6503)
INTRODUCTION
Les interactions acide-base jouent un rôle prédominant dans les réactions chimiques, que celles-ci se produisent dans la matière vivante ou soient mises en œuvre par l’homme. Un grand nombre de ces réactions sont catalytiques. La catalyse enzymatique, n’intervient pas seulement dans les organismes vivants, mais aussi pour la synthèse des produits à haute valeur ajoutée et la dépollution. Dans les grands procédés industriels, la catalyse homogène acide, d’abord très utilisée a, pour des raisons économiques et écologiques, été progressivement remplacée par la catalyse hétérogène.
L’industrie pétrolière a beaucoup contribué au développement des catalyseurs acides solides. La majorité des procédés du raffinage du pétrole et de la pétrochimie utilise ces catalyseurs, essentiellement oxydes : silice-alumine, zéolithes, alumines chlorées. Ce n’est pas le cas en synthèse organique (chimie fine, chimie pharmaceutique) où la catalyse homogène est encore prépondérante. Un regain d’intérêt s’est d’ailleurs manifesté dans les années 1970 avec la découverte des possibilités d’activation à basse température d’espèces peu réactives par les milieux superacides.
Cet article est divisé en deux parties. La première rappelle les théories de l’acido-basicité et les mécanismes de transformation des hydrocarbures par catalyse acide et basique. La seconde présente quelques grandes applications de la catalyse acide, l’accent étant mis sur les catalyseurs utilisés et les mécanismes de réaction.
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C’est à la fin du XIXe siècle qu’Arrhenius propose la première véritable théorie de l’acido-basicité. Selon lui, les acides et les bases sont des composés qui, en solution aqueuse, donnent naissance respectivement à des protons (H+) ou à des ions hydroxyles (OH−).
Dans la théorie développée indépendamment par Brönsted et Lowry (1923), la réaction acido-basique est considérée comme un transfert d’un proton d’un acide vers une base :
( 1 )
Un acide est donc un composé capable de céder un proton à une base, une base un composé capable d’accepter un proton d’un acide. Cette définition est bien plus générale que la précédente : des composés tels que NH3 qui n’étaient pas des bases dans la théorie d’Arrhenius le deviennent dans celle de Brönsted-Lowry ; la présence de l’eau comme solvant n’est plus indispensable, etc.
Notons que, à l’équilibre de la réaction [1], le proton est présent sous les deux formes HA et BH+. A− capable d’accepter un proton est la base conjuguée de l’acide...
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Bibliographie & annexes
English
Catalyse acide et ses applications
