Des polymères inorganiques obtenus sans solvant ni métal

À l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes, des chercheurs ont mis au point une nouvelle voie de synthèse des polyaminoboranes, polymères inorganiques à fort potentiel de développement. Publication dans Angewandte Chemie.

Gilles Alcaraz - Photo A. Vettoretti
  1. Brevet en cours
  2. Procédé inédit
  3. Polymérisation spontanée
  4. Collaboration
  5. Perspectives
  6. Référence

Brevet en cours

Cette voie de synthèse nouvelle, identifiée par Gilles Alcaraz, chercheur CNRS et par le doctorant Carlos Pinheiro, présente de nombreux avantages. D’une part, l’absence de catalyseur métallique permet d’éviter la présence de traces de métal dans le polymère final. D’autre part, contrairement aux méthodes existantes, cette réaction présente l’avantage de ne pas générer d’hydrogène, qui est inflammable et explosif.
 

Le polymère polybutylaminoborane - Polymère polybutylaminoborane obtenu sans solvant ni métal par G. Alcaraz et C. Pinheiro à l'Institut des Sciences chimiques de Rennes. Brevet en cours. - © A. Vettoretti

Procédé inédit

Or, pour créer un polymère de type polyaminoborane, la voie de synthèse classique nécessite de travailler en solution, avec un catalyseur métallique, associé à des températures optimisées pour chaque catalyseur. Le polymère ainsi obtenu est constitué d’une chaîne d'aminoboranes identiques qui sont des molécules associées "tête-queue" par des liaisons entre l'atome de bore et l'atome d'azote de ces molécules.

La méthode inédite de synthèse de ces polymères, mise au point à Rennes par Gilles Alcaraz et Carlos Pinheiro avec la collaboration des ingénieurs Claire Roilan et Philippe Jehan, est opérante à -40°C, sans solvant ni catalyseur métallique.

Polymérisation spontanée

Depuis plus d'une dizaine d’années, Gilles Alcaraz s'intéresse à la chimie du bore et étudie entre autres l'ingénierie de la liaison bore-azote avec comme molécule modèle le diisopropylaminoborane (ou DIAB) qu'il a contribué à développer. Le DIAB est lui aussi une molécule de la famille des aminoboranes ; il se présente sous la forme d'un liquide très stable. Sa récente découverte est que ce DIAB, en présence d'une amine primaire (c’est-à-dire une molécule comprenant du carbone et un radical azoté –NH2), échange son radical azoté avec celui de l'amine pour obtenir un nouvel aminoborane qui cette fois n'est pas stable et polymérise spontanément. Cette réaction permet d’obtenir facilement une grande diversité de polymères d’aminoboranes.

« Le polymère obtenu peut être solide ou liquide, selon l’amine utilisée pour la réaction », complète le chimiste.
 

n-butylamine et diisopropylaminoborane - n-butylamine et diisopropylaminoborane permettent d'obtenir le polybutylaminoborane - © A. Vettoretti

Collaboration

Gilles Alcaraz développe son travail de recherche en utilisant diverses amines comme précurseurs et étudie les propriétés des différents polymères ainsi obtenus, en collaboration avec Philippe Jehan, ingénieur au CRMPO, qui caractérise la structure chimique des polymères obtenus par spectrométrie de masse et avec Claire Roiland, ingénieure de recherche à l'ISCR qui les étudie par résonnance magnétique nucléaire en phase solide.

Perspectives

Ces polymères à base d’aminoboranes présentent un fort potentiel de développement. Ils permettent par exemple d’obtenir, par chauffage, des céramiques à base de nitrure de bore. Ces matériaux très résistants sont utilisés dans des domaines variés, par exemple l’aérospatiale. Pour permettre le développement de cette nouvelle voie de préparation, un dépôt de brevet est en cours avec l’appui de la SATT Ouest Valorisation.

Référence

Solventless and Metal-Free Synthesis of High-Molecular-Mass Polyaminoboranes from Diisopropylaminoborane and Primary Amines
De Albuquerque Pinheiro, Carlos Antonio | Roiland, Claire | Jehan, Philippe | Alcaraz, Gilles
Angewandte Chemie International Edition, Volume 57, Issue 6, February 5, 2018, Pages 1519–1522
DOI: 10.1002/anie.201710293

Article et visuels réalisés avec la contribution d'Alice Vettoretti (Plume & Sciences)