Des chercheurs de l'ICN2 et de l'UAB ont développé une nouvelle stratégie pour obtenir différents types de molécules organiques en décomposant leurs structures moléculaires. Cette technique permet une production rapide et précise de ces molécules sans avoir à utiliser la synthèse chimique traditionnelle. Les résultats ouvrent la voie à une production simple et efficace de molécules complexes, avec des applications prometteuses dans des domaines tels que le développement de nouveaux matériaux.
L'étude introduit une méthode d'extraction de macrocycles, qui sont des molécules organiques cycliques qui sont déjà utilisées dans plusieurs industries, telles que la nourriture, les cosmétiques et l'administration de médicaments. Pour les obtenir, l'équipe a commencé avec des structures cristallines poreuses plus grandes appelées COF (cadres organiques covalents), qui contenait les macrocycles souhaités dans leur cadre moléculaire. Les COF sont des molécules largement étudiées en raison de leurs applications potentielles dans des zones telles que le stockage du gaz et les processus de séparation chimique.
L'œuvre, publiée dans la revue Scienceest le résultat d'une collaboration internationale impliquant des chercheurs de plusieurs institutions, dont l'Universitat Autònoma de Barcelone (UAB), l'Université de Gérone, l'Université de Californie à Berkeley et l'Institut de science des matériaux de Barcelone (ICMAB-CSIC).
Clip-off Chemistry: l'art de la «coupe» des molécules
La technique est basée sur le concept de chimie des clips, développé sous la direction du professeur ICREA Daniel Maspoch, chef du groupe supramoléculaire de nanochimie et de matériaux supramoléculaire, chercheur du Département de chimie de l'UAB et auteur principal de l'étude. Cette stratégie repose sur des matériaux qui incorporent déjà les molécules cibles dans leur structure, qui sont ensuite sélectivement « coupées » et libérées.
Les COF utilisés dans l'étude ont été conçus à l'avance en utilisant des précurseurs moléculaires simples, avec des liaisons chimiques spécifiques incorporées à des positions stratégiques, telles que les liaisons doubles et triples entre les atomes de carbone qui peuvent être sélectivement brisées.
Une fois les COFS synthétisées, l'étape suivante a été de libérer les macrocycles. Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé du gaz d'ozone comme «scalpel» moléculaire. Ce gaz est composé de trois atomes d'oxygène et peut briser ces liaisons réactives par un processus appelé ozonolyse. Cela libère les macrocycles rapidement et efficacement, éliminant le besoin de voies de synthèse lents et complexes.
Comme l'explique le professeur Maspoch, « nous concevons des matériaux qui contiennent déjà les anneaux que nous visons, en utilisant des blocs de construction simples – comme les pièces LEGO – puis nous les libérons avec une précision chirurgicale. »
Énorme potentiel à travers les champs
En utilisant cette stratégie, les chercheurs ont synthétisé avec succès neuf types différents de macrocycles, dont certains contenaient jusqu'à 162 atomes. Ceux-ci comprenaient plusieurs structures chimiques et divers groupes fonctionnels, tels que les aldéhydes et les acides carboxyliques, qui démontre la polyvalence de la technique.
La structure des macrocycles résultante a été confirmée en utilisant des techniques avancées telles que la spectrométrie de masse et la microscopie à tunneling à balayage. Des contributions significatives à ces analyses ont été faites par le groupe de manipulation atomique et de spectroscopie ICN2, dirigée par le professeur IREA Aitor Mugarza.
Selon les auteurs, « cette méthode ouvre la voie à une approche nouvelle et polyvalente pour obtenir des molécules complexes. Il a un énorme potentiel d'utilisation dans divers domaines tels que la chimie organique, la nanotechnologie et le développement de nouveaux matériaux, appareils, biocapteurs, etc. »
