Sujet de stage / Master 2 Internship

Ce projet du domaine de la chimie verte se propose de simuler à l'échelle atomique le mécanisme d'hydratation du benzonitrile en phase aqueuse à 80 °C en présence d'un catalyseur non toxique. L'approche théorique retenue couple dynamique moléculaire ab initio et métadynamique.

La catalyse est l’un des enjeux majeurs de la chimie verte. Par exemple, la conversion d’un nitrile vers un amide, qui donne lieu à de nombreuses applications industrielles, par hydratation nécessite un catalyseur efficace en raison de sa lente cinétique. L’utilisation d’un catalyseur sans métal de transition, ayant un impact réduit sur l’environnement (non toxique) et disponible à un coût modeste, est fortement recommandée dans le cadre de la chimie verte.

En collaboration avec l’équipe du professeur Biswal en Inde, à l’origine de l’utilisation de l’hydroxyde de choline (ChOH) pour catalyser cette réaction d’hydratation1, ce projet consistera à modéliser les différentes étapes du mécanisme réactionnel dans le cas du benzonitrile dans l’eau à 80 °C et de vérifier l’hypothèse du rôle crucial des liaisons hydrogène. L’approche théorique retenue est la simulation par dynamique moléculaire ab initio couplée à une méthode qui permet de reconstruire le paysage d’énergie libre de la réaction, la métadynamique. Cette approche a déjà été utilisée avec succès au sein de notre laboratoire pour décrire d’autres réactions chimiques en phase aqueuse2-4.

1 S. Choudhury, S. Mahapatra, Biswal, Himansu, Green Chemistry. 24 4981 (2022)
2 R. Pollet, W. Chin, J. Phys. Chem. B 125 2942 (2021)
3 R. Pollet, C. S. Bonnet, P. Retailleau, P. Durand, E. Toth, Inorg. Chem. 56 4317 (2017)
4 R. Pollet, N. Nair, D. Marx, Inorg. Chem. 50 4791 (2011)