Composés de l'or

L'or en tant que catalyseur

Avant les années 1980, on considérait que l’or avait une activité catalytique limitée. Cependant, les avancées menées par des pionniers tels que F. Dean Toste et Alois Fürstner ont permis à l’or de jouer un rôle clé dans la catalyse des métaux de transition. La catalyse médiée par l’or (parfois appelée « catalyse par acide pi ») repose généralement sur des complexes d’or(I) ligaturés par de la phosphine et s’est récemment imposée comme un catalyseur puissant pour la formation de liaisons C–C, capable de mener à bien diverses réactions dans des conditions douces, notamment les cyclopropanations, les isomérisations d’énynes, les réarrangements de Rautenstrauch, les réactions d’ènes et les expansions de cycles. Le système catalytique implique généralement un complexe de chlorure d’or(I) à ligands phosphine, associé à un co-catalyseur à base de sel d’argent, afin de générer in situ les espèces actives.

L’or a également dépassé son rôle purement décoratif pour devenir un catalyseur d’une importance remarquable dans les procédés pharmaceutiques. Les catalyseurs à base d’or jouent un rôle central dans la synthèse d’intermédiaires pharmaceutiques, améliorant ainsi l’efficacité de la fabrication des médicaments.

La catalyse à l’or s’est révélée être un outil de synthèse particulièrement puissant lorsqu’elle est associée à l’organocatalyse. La synergie entre les complexes d’or et les organocatalyseurs fait preuve d’une efficacité remarquable, favorisant diverses réactions, allant des additions de groupes carbonyle aux cycloadditions. Cette puissance catalytique accélère non seulement les vitesses de réaction, mais permet également la synthèse d’intermédiaires médicamenteux complexes avec une sélectivité exceptionnelle. À mesure que la recherche pharmaceutique progresse, les systèmes catalytiques binaires utilisant à la fois l’or et des organocatalyseurs continuent de redéfinir les stratégies de synthèse, ouvrant la voie à des processus de développement de médicaments plus rationalisés et plus durables.

Chlorure d’or

Le chlorure d’or (III), composé formé par la combinaison de l’or et du chlore, présente une structure monoclinique à l’état naturel. Il existe sous deux formes : hydratée et anhydre. Ces deux formes sont des solides hygroscopiques et photosensibles. Le chlorure d’or (III) est un acide de Lewis et réagit avec le HCl pour former du HAuCl₄.

Il sert de catalyseur en synthèse organique, facilitant la création de structures moléculaires complexes essentielles aux progrès pharmaceutiques. De plus, ses propriétés antimicrobiennes contribuent à la recherche sur de nouveaux antibiotiques, permettant ainsi de lutter contre les infections résistantes aux médicaments.

Par ailleurs, la décomposition thermique du chlorure d’or (III) produit du chlorure auroux, également appelé chlorure d’or (I). Celui-ci présente une structure cristalline tétragonale et est légèrement soluble dans l’eau. Le chlorure d’or(I) sert de catalyseur avec des amines pour mener une catalyse synergique lors de la fonctionnalisation des aldéhydes, permettant ainsi la formation d’aldéhydes alcynyliques et d’aldéhydes allényliques par α-alcynylation et α-allénylation.

Le chlorure d’or trihydraté est un composé cristallin associant des molécules d’or, de chlore et d’eau. Il sert de réactif en chimie analytique, facilitant l’identification et la quantification de substances, et est également utilisé dans la synthèse de divers composés de l’or. De plus, il joue un rôle crucial dans le processus de galvanoplastie, permettant le dépôt d’or sur d’autres surfaces métalliques. Par ailleurs, le chlorure d’or(III) trihydraté est utilisé comme précurseur essentiel pour la synthèse de nanoparticules d’or (Au NPs) selon différentes méthodes. Par exemple, le HAuCl₄ est utilisé dans la méthode de Turkevich pour synthétiser des particules de 20 nm. La méthode de Brust-Schiffrin a été mise au point pour contrôler la taille et la faible dispersité des nanoparticules d’or à l’aide d’une solution de HAuCl₄.

Nanoparticules d'or

Les nanoparticules colloïdales, appelées nanoparticules d’or (AuNPs), présentent diverses fonctions de surface ainsi que d’excellentes propriétés thermomécaniques, une grande surface spécifique et une faible toxicité. Les nanoparticules d’or sont généralement produites en milieu liquide par réduction de l’acide chloroaurique. Une fois l’acide dissous, il est rapidement mélangé à un agent réducteur. Ce processus entraîne la réduction des ions Au³⁺ en atomes d’or neutres. À mesure que ces atomes d’or se multiplient, la solution devient sursaturée, ce qui provoque la précipitation de particules d’or de taille inférieure au nanomètre.

En raison de leur structure sphérique, de leur rapport surface/volume élevé et de leur excellente biocompatibilité, les nanoparticules d’or sont largement utilisées dans des applications biomédicales, notamment dans les diagnostics par capteurs électrochimiques et l’administration de médicaments. Elles servent également à détecter des biomarqueurs dans le diagnostic des maladies cardiaques, des cancers et des agents infectieux. Les nanoparticules d’or sont également courantes dans les tests immunologiques à flux latéral ; un exemple courant dans la vie quotidienne est le test de grossesse à domicile. De plus, leur rapport surface/volume très élevé permet leur conjugaison avec des agents thérapeutiques. Les nanoparticules d’or peuvent générer de la chaleur lorsqu’elles sont exposées à une lumière comprise entre 700 et 800 nm. Cette propriété leur permet de détruire des tumeurs spécifiques. Lorsqu’une tumeur contenant des nanoparticules d’or est exposée à la lumière, celles-ci s’échauffent rapidement, tuant ainsi les cellules tumorales. Ce traitement est appelé « thérapie par hyperthermie ».

Les nanoparticules d’or sont également utilisées en microscopie à champ sombre à diffusion de résonance pour détecter les cellules microbiennes et leurs métabolites, réaliser l’imagerie biologique des cellules tumorales et identifier les récepteurs à leur surface. Elles sont également utilisées dans l’étude de l’endocytose. De plus, des nanoparticules d’or recouvertes d’ADN sont injectées dans des cellules végétales et des embryons afin d’assurer la pénétration et la modification du matériel génétique, améliorant ainsi la fonctionnalité des plastes végétaux.

Les nanoparticules d’or sont utilisées comme catalyseurs dans diverses transformations organiques. Les nanoparticules d’or (Au NP) fixées sur un support solide peuvent être des catalyseurs très actifs pour l’oxydation du CO et la catalyse hétérogène. Elles peuvent être utilisées pour des réactions organiques telles que les réactions d’oxydation/réduction et les réactions de couplage C-C.

Nanobâtonnets d’or

Les nanobâtonnets d’or (AuNR) présentent une structure en forme de bâtonnet, dotée de propriétés optiques uniques avec une forte bande d’absorption dans le spectre visible. Facilement ajustables sur différentes longueurs d’onde, les nanobâtonnets d’or sont largement utilisés en biologie pour les capteurs, la thérapie photothermique et les dispositifs d’imagerie. Tirant parti d’effets quantiques dépendants de leur taille et de leur forme, ces nanoparticules présentent des caractéristiques distinctives d’absorption par résonance plasmonique de surface, de diffusion, de fluorescence et de photothermie, ce qui les rend adaptées à diverses applications telles que la catalyse, la détection chimique, la biodétection, l’imagerie cellulaire et biologique, l’administration de médicaments et de gènes, ainsi que la thérapie photothermique. Leur marquage fluorescent renforce l’émission des fluorophores, les transformant en nanoprobes bimodales pour des applications combinées d’administration de médicaments et d’imagerie biologique.