Nouvelle découverte scientifique : La lumière peut être utilisée pour contrôler la manualité moléculaire
Ce nouveau procédé pourrait être particulièrement utile pour synthétiser chimiquement des composés
Dans une étude récente, des chercheurs de l'université libre de Berlin, du centre de recherche DESY de Hambourg, de l'université de Kiel et de l'université d'État du Kansas ont montré comment la lumière peut transformer une molécule plane en une molécule chirale avec une seule main particulière, apportant ainsi une solution au problème de longue date de la synthèse asymétrique absolue. Ce nouveau procédé pourrait être particulièrement utile pour la synthèse chimique de composés. L'étude, qui a été réalisée dans le cadre du centre de recherche collaboratif 1319 "Extreme Light for Sensing and Driving Molecular Chirality (ELCH)", a été publiée début décembre dans la revue scientifique de renommée internationale Science Advances.
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"Les molécules composées de quatre atomes ou plus sont souvent chirales - ce qui signifie que leur disposition spatiale atomique est soit gauchère, soit droitière. Chaque molécule chirale possède une molécule jumelle d'un monde miroir, de sens opposé", explique le professeur Christiane Koch, du département de physique de la Freie Universität de Berlin. Les versions gauchère et droitière de la molécule (également appelées énantiomères) sont totalement équivalentes l'une à l'autre, sauf qu'elles interagissent très différemment avec leur environnement et entre elles en fonction de la chiralité. C'est exactement comme lorsque deux mains entrent en contact dans le monde des interactions sociales humaines ; si deux mains droites sont tendues, les deux participants se serrent la main, alors que si une main droite et une main gauche se rencontrent, les deux participants se tiennent la main, ce qui est un geste très différent.
Les scientifiques découvrent encore de nouvelles informations sur la manière dont les molécules s'organisent en configuration gauchère ou droitière. "Les molécules biologiquement pertinentes sont principalement homochirales, ce qui signifie que dans les cellules vivantes, un seul des deux énantiomères possibles est présent. Bien qu'elles soient composées exactement des mêmes atomes, les deux images miroir d'une molécule diffèrent par de nombreuses propriétés", explique Koch. Par exemple, un énantiomère peut sentir l'orange, tandis que l'autre sent le citron. "Ou pire encore, un énantiomère sera un remède pour une maladie, tandis que l'autre sera un dangereux poison. Contrôler la formation d'une main spécifique de molécules chirales est donc un objectif important de la synthèse chimique", ajoute M. Koch. Habituellement, les chimistes s'appuient sur le contrôle de la chiralité avec des produits chimiques chiraux. Cependant, il existait une alternative qui n'avait pas encore été réalisée : la synthèse asymétrique absolue, qui consiste à contrôler la chiralité du produit en utilisant uniquement des champs lumineux. Auparavant, on ne savait pas exactement comment y parvenir.
Dans leur travail, Denis Tikhonov, Alexander Blech, Monika Leibscher, Loren Greenman, Melanie Schnell et Christiane Koch ont conçu une procédure de synthèse asymétrique absolue qui peut être testée dans une expérience. En partant d'un ensemble gazeux de la molécule plane COFCl comme réactif non chiral, les molécules de carbone sont rendues chirales en excitant un mouvement vibratoire hors du plan moléculaire. Cette étape de préparation est appelée pompe. Lorsque la molécule vibre d'avant en arrière, du haut vers le bas du plan, la chiralité moléculaire change. Ce changement peut être mesuré en ionisant les molécules et en faisant varier le délai entre les étapes de pompe et de sonde.
Afin de pouvoir mesurer l'orientation de l'ensemble moléculaire en fonction du temps, l'étape de pompage doit être constituée de trois champs électriques différents qui doivent être perpendiculaires les uns aux autres. Sinon, les molécules d'une orientation donnée commenceront dans une configuration gauchère tandis que les molécules d'une autre orientation partiront d'une configuration droitière, ne laissant aucun signal net. La combinaison de champs électriques que l'équipe a identifiée garantit que toutes les molécules, quelle que soit leur orientation, partent avec la même configuration. En termes plus techniques, la combinaison requise de champs électriques pour l'étape de pompage peut être réalisée par une impulsion polarisée circulairement à gauche et à droite, qui induisent ensemble ce que l'on appelle une transition Raman, ainsi que par un champ électrique statique. L'étape de la sonde consiste à ioniser les molécules. En mesurant les directions dans lesquelles les électrons sont émis, il est possible de déduire l'orientation des molécules. Les auteurs affirment que l'expérience proposée est réalisable avec des installations déjà existantes, par exemple, au moyen de la polarisation circulaire fournie par FLASH à DESY.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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