Click & Try : Une expérience ratée et le hasard ont ouvert de nouvelles voies à une réaction établie pour les chimistes
S'affranchir de la niche avec Click Chemistry
Le projet initial consistait à développer un nouveau ligand, l'enveloppe d'un catalyseur en quelque sorte. Plus précisément, les groupes de recherche du Dr. habil. Christian Hering-Junghans et du professeur Torsten Beweries au LIKAT de Rostock devaient développer un ligand à base de phosphore. Cependant, les synthèses effectuées dans le cadre d'un doctorat ont abouti à une substance différente de celle attendue, à savoir un triazabutadiène.
En fin de compte, la voie de synthèse s'est avérée être une nouvelle forme d'un processus chimique établi : la réaction de Wittig, qui a été récompensée par un prix Nobel en 1979. La nouvelle synthèse est appelée "réaction Azide-Wittig" et l'article a été publié dans la revue de Wiley ANGEWANDTE CHEMIE. Ce travail a suscité un vif intérêt parmi les experts.
Avant même la publication de l'édition imprimée, le message des auteurs concernant leur article a été consulté dix mille fois et partagé plusieurs fois en ligne. Rien d'étonnant à cela. "La réaction de Wittig est un nom familier pour les chimistes, personne ne l'ignore au cours de ses études", explique le Dr Hering-Junghans. Elle est indispensable pour produire des molécules fonctionnelles comportant des doubles liaisons entre atomes de carbone (C=C). Il s'agit de "motifs structurels omniprésents" dans la synthèse organique.
Le candidat au doctorat s'intéressait également à ces doubles liaisons : Kushik, chimiste indien, auteur principal de l'article. Pour le nouveau ligand, il voulait à l'origine incorporer des doubles liaisons phosphore-carbone (P=C) dans un di-aldéhyde. Brève parenthèse sur la chimie, 10e année : Les aldéhydes sont des molécules qui contiennent un groupe aldéhyde composé d'un atome de carbone, d'un atome d'hydrogène et d'un atome d'oxygène. Les molécules contenant deux de ces groupes sont appelées di-aldéhydes.
Avec sa réaction, Kushik n'a pas dépassé la première étape. Seul un groupe aldéhyde a été converti en la liaison P=C souhaitée. L'autre est resté libre.
Les perturbations ont la priorité
Si toute l'attention de la recherche est concentrée sur un nouveau produit ou un nouveau procédé, on ne quitterait pas le chemin de la réaction dans de telles circonstances. Ce n'est pas le cas dans la recherche fondamentale. Christian Hering-Junghans, l'un des directeurs de thèse de Kushik, explique : "De telles perturbations nous incitent à en explorer la cause. Elles peuvent conduire à des découvertes fondamentales." Ce travail est donc devenu un projet commun dans le domaine du professeur Torsten Beweries, "Nouveaux produits et processus". Après concertation, Kushik s'est écarté de sa voie.
Christian Hering-Junghans, par exemple, a vu dans le groupe aldéhyde libre la possibilité d'insérer une double liaison azote-carbone (N=C) en plus de la double liaison P=C. À cette fin, Kushik a utilisé une dérivation de la réaction de Wittig, à savoir la réaction d'Aza-Wittig.
Le plan était le suivant : Un azoture organique, dont la structure caractéristique comprend trois atomes d'azote dans des liaisons différentes, et une base sont mis en réaction avec l'aldéhyde, qui est si obstinément libre, pour former une unité imine, libérant de l'azote en plus de l'incorporation de la double liaison N=C.
Cela semblait fonctionner, du moins la spectrométrie RMN indiquait l'incorporation d'une double liaison N=C. Lorsque Kushik a également examiné son produit de réaction, des cristaux de couleur orange, au diffractomètre à rayons X, une surprise est apparue. Au lieu d'une unité imine, la réaction avait produit une unité triazabutadiène, ce qui donnait une substance complètement différente. Cela s'explique également par le fait qu'aucun azote n'a été libéré, mais qu'il est resté lié au produit.
Point de départ de l'étude
La question du pourquoi a été le point de départ de l'étude, dont les résultats spectaculaires viennent d'être publiés. Les auteurs décrivent en détail comment ils ont modifié la réaction d'Aza-Wittig établie dans leur approche essentiellement aléatoire.
Le résultat est une nouvelle réaction dans laquelle non seulement l'azide est transféré, mais aussi l'unité moléculaire entière à laquelle l'azide est lié. Les chimistes ont choisi comme unité moléculaire un groupe appelé Mes*, "un groupe qui remplit beaucoup d'espace", comme le dit Christian Hering-Junghans, "stériquement très exigeant". En raison de sa taille, le Mes* protège l'azide de la séparation de l'azote (N2 ) et l'azide a donc été complètement incorporé dans le produit.
Les chimistes de LIKAT ont appelé leur voie de synthèse la réaction Azide-Wittig. Ce n'est que plus tard qu'ils ont appris qu'une telle réaction avait été publiée pour la première fois en 2019. Mais seulement comme un résultat curieux qui n'a pas fait l'objet d'une étude systématique.
La chimie par clic libère de la niche
Le produit surprise de Kushik, le triazabutadiène, ou TBD en abrégé, a été signalé pour la première fois en 1965. Les TBD contiennent des groupes de doubles liaisons (N=C, N=N), elles-mêmes reliées entre elles par des liaisons simples.
Les TBD ont longtemps mené une existence de niche. Ce n'est qu'en 2005 qu'une voie de synthèse générale a été identifiée pour cette classe de substances. Les TBD peuvent être littéralement "assemblés" à partir de deux éléments de synthèse, un azoture organique et un N-hétérocycle, comme des briques de Lego. Ces TBD ne sont pas facilement clivés dans des conditions physiologiques, c'est-à-dire dans l'organisme, ce qui explique pourquoi ils conviennent au marquage des biomolécules en médecine, par exemple.
TBD de Rostock sans N-hétérocycle
Selon le Dr Hering-Junghans, l'hétérocycle N, l'un des deux éléments de synthèse dans la structure des TBD, a été un facteur limitant dans l'application jusqu'à présent : "Il bloque une région à laquelle rien d'autre ne peut s'arrimer". Les TBD du laboratoire de Rostock ne contiennent plus cet hétérocycle N et ont donc été modifiés de manière avantageuse. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour un large éventail d'applications de cette classe de substances. L'équipe dirigée par le Dr Christian Hering-Junghans et le Prof. Torsten Beweries utilisera la réaction azide-Wittig elle-même pour développer de nouveaux ligands. "Nous disposons d'un certain nombre d'éléments qui conviennent à cette réaction, par exemple trois atomes d'azote qui peuvent servir d'atomes de liaison pour le centre métallique.
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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