Céline Dorval, récompensée pour ses travaux sur la catalyse au cobalt

La catalyse joue un rôle très important en chimie car elle favorise et accélère certaines réactions. En particulier la catalyse organométallique, qui emploie des catalyseurs à base de métaux, est aujourd’hui largement déployée. Cependant, les métaux encore les plus utilisés – le palladium, le rhodium ou le ruthénium - sont rares, chers et leur extraction pose des problèmes environnementaux. « Le cobalt est un métal plus abondant et, s’il n’est pas le métal miracle, permet de contourner certains de ces problèmes » explique Céline Dorval, qui a effectué sa thèse au Laboratoire de chimie moléculaire (LCM*) dans le groupe de Corinne Gosmini, une des spécialistes de la catalyse au cobalt.

Céline Dorval s’est penchée sur la mise en place de réactions de couplage catalysées au cobalt qui consistent à assembler deux molécules entre elles par la création d’une liaison entre deux atomes de carbone. Ces réactions de couplage impliquent notamment des molécules électrophiles, c’est-à-dire pauvres en électrons. Les molécules électrophiles encore majoritairement utilisées pour ces réactions couplage sont dites « halogénées » car elles comprennent au moins une liaison entre un atome de carbone un atome d’halogène tel que le brome ou l’iode. « Or ces espèces ne sont pas très abondantes dans la nature, précise Céline Dorval, il faut les synthétiser, parfois dans des conditions réactionnelles drastiques, ce qui limite la diversité des molécules utilisables. »

Pour contourner ce problème, la jeune chercheuse s’est particulièrement penchée sur l’utilisation de deux types d’électrophiles. D’une part les espèces possédant des fonctions amides, qui sont très répandues dans les protéines par exemple. Elle a montré que le cobalt pouvait « activer » cette liaison dans des conditions particulières, permettant ensuite d’utiliser ces composés amides lors d’une réaction de couplage pour créer une liaison carbone–carbone. D’autre part, Céline Dorval a étudié des électrophiles de type « nitriles ». Cela a abouti à la toute première démonstration d’une réaction catalysée à l’aide de cobalt capable de former une liaison carbone–carbone à partir de ce type de molécule électrophile.

Intriguée par cette réaction, la chimiste a essayé d’en comprendre plus en détail le processus. « Malheureusement en chimie, on ne peut pas prendre une petite loupe et regarder ce qu’il se passe dans le milieu réactionnel ! » Céline Dorval a donc conduit des calculs théoriques en appui d’une multitude d’études expérimentales, en collaboration avec Vincent Gandon, afin de lever le voile en particulier sur la nature des complexes de cobalt capables d’activer ces électrophiles nitriles. L’ensemble de ce travail de doctorat a donc été récompensé par un prix de thèse de chimie organique remis lors de la Journée des Jeunes Talents de la Chimie en Ile-de-France 2021 organisée par la section Île-de-France de la Société chimique de France. La chercheuse projette désormais de poursuivre son travail en post-doctorat aux Etats-Unis dans le domaine de la catalyse par photochimie.

*LCM : une unité mixte de recherche CNRS, École polytechnique – Institut Polytechnique de Paris