Les scientifiques décryptent la contribution des électrons à la chiralité moléculaire
Les courants chiraux générés lors de l'expérience ouvrent des perspectives importantes pour le contrôle photochimique
Une nouvelle approche expérimentale fournit les outils tant attendus pour comprendre le rôle des électrons dans la réactivité moléculaire chirale et offre un moyen de contrôler les propriétés physiques et chimiques qui résultent des interactions chirales. L'étude, publiée dans la revue "Nature", a été menée par l'Universität Hamburg et DESY dans le cadre d'une collaboration avec le Centre Laser Intense et Applications (CELIA) et le Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ) en France et l'Institut Max Born à Berlin.
La chiralité moléculaire est d'une importance capitale dans la nature : deux molécules qui sont des images miroir l'une de l'autre et qui ne peuvent pas être superposées forment une paire d'énantiomères, dont chacun est dit chiral. Tout comme le choix entre notre main gauche ou droite chirale pour une poignée de main, le choix de l'un des énantiomères pour interagir avec une autre entité chirale aboutira à un résultat différent. La vie étant homochirale, c'est-à-dire structurée et configurée de la même manière, il n'existe qu'une seule forme énantiomérique dominante pour chaque classe de nos propres biomolécules - acides aminés et sucres -, ce qui fait de la chiralité une propriété essentielle pour la conception de médicaments, entre autres applications.
Les propriétés statiques et dynamiques des molécules chirales peuvent être modelées à l'aide de la lumière. Jusqu'à présent, seule la dynamique structurelle activée par la lumière a été considérée comme affectant la réponse chirale des molécules. Une question fondamentale reste donc sans réponse : Quel est l'impact de la dynamique des électrons sur la chiralité moléculaire ?
En utilisant des impulsions ultrabrèves de lumière ultraviolette, l'équipe a déclenché une migration ultrarapide des électrons dans des molécules chirales neutres. Ils ont découvert que le mouvement électronique cohérent activé peut moduler la réponse chirale moléculaire et même induire un renversement de signe, sur une échelle de temps inférieure à 10 femtosecondes. "En modifiant l'excitation induite par la lumière, nous pouvons faire en sorte que l'énantiomère de droite se comporte périodiquement comme l'énantiomère de gauche et vice versa, sans modifier sa structure", explique le premier auteur, Vincent Wanie, scientifique au sein du groupe Attosecond Science du Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) à DESY. Ce phénomène a été observé en mesurant dans le temps la direction d'émission des photoélectrons produits lors de l'ionisation de molécules chirales avec de la lumière polarisée circulairement, qui est également chirale, une technique appelée dichroïsme circulaire des photoélectrons (PECD).
"Grâce à des calculs numériques complétant le travail expérimental, nous avons également découvert que le mouvement photoinduit des électrons dans les molécules chirales génère des courants électroniques chiraux transitoires", explique Francesca Calegari, chef du groupe Attosecond Science, professeur à l'Universität Hamburg et à DESY, et porte-parole du pôle d'excellence "CUI : Imagerie avancée de la matière". Ce concept a été conçu en collaboration avec la lauréate du prix Mildred Dresselhaus du pôle d'excellence, le professeur Olga Smirnova de l'Institut Max Born et de l'Université technique de Berlin. Les courants chiraux générés dans l'expérience ouvrent des perspectives importantes pour le contrôle photochimique, par exemple pour dicter la direction de fragmentation des molécules chirales pendant la photolyse, permettant ainsi un nouveau protocole pour la chimie dirigée par la charge.
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.
Publication originale
Vincent Wanie, Etienne Bloch, Erik P. Månsson, Lorenzo Colaizzi, Sergey Ryabchuk, Krishna Saraswathula, Andres F. Ordonez, David Ayuso, Olga Smirnova, Andrea Trabattoni, Valérie Blanchet, Nadia Ben Amor, Marie-Catherine Heitz, Yann Mairesse, Bernard Pons, Francesca Calegari; "Capturing electron-driven chiral dynamics in UV-excited molecules"; Nature, 2024-5-22
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