Les catenanes sont des composés organiques avec des molécules annulaires qui sont mécaniquement verrouillées. Le système de verrouillage mécanique dans de telles molécules est si robuste qu'ils ne peuvent être démêlés que par le clivage de la liaison covalente. Une étude récente a présenté une nouvelle stratégie pour contrôler la chiralité – la propriété où une molécule a des images miroir non superprimables – de molécules mécaniquement entrelacées (MIM) comme les catenanes, sans modifier sa forme globale par des moyennes non covalentes.
Les chercheurs ont démontré avec succès la synthèse d'un caténane compact, BPHC4+ avec chiralité mécanique accordable, comme indiqué dans Synthèse de la nature.
Contrairement à la chiralité traditionnelle qui provient de liaisons covalentes formant des centres asymétriques, dans MIMS, la chiralité peut provenir de la façon dont les parties de la molécule sont liées mécaniquement et non la chiralité des anneaux individuels qui sont entrelacés ensemble. Ceci est connu sous le nom de chiralité mécanique.
Cette forme de chiralité dépend également de la façon dont les anneaux verrouillés se déplacent ou s'organisent, et quand il le fait, il est appelé chiralité mécanique co-informationnelle. Cette capacité des molécules à basculer entre les formes a attiré beaucoup d'attention en raison de leur potentiel en tant que machines moléculaires artificielles.
Des études ont montré que les MIM chiraux peuvent être construits en utilisant des composants aciraux en tirant parti des liaisons mécaniques de la bonne manière. Étant donné que la chiralité apparaît uniquement à partir de co-conformes spécifiques, un contrôle précis de ces conformations est essentiel pour synthétiser les MIM chiraux. La nature compacte des MIM comme Catenane restreint le mouvement des parties verrouillées, ce qui permet un meilleur contrôle des conformations.
Profitant de ce phénomène, les chercheurs de cette étude ont inséré la chiralité dans un composé acural à l'origine et ont créé un catenane compact avec une chiralité mécanique.
La technique est appelée désymétrisation isostructurale. Il s'agit d'une stratégie de conception moléculaire où les MIM chiraux sont créés à partir de blocs de construction Achiral en réduisant la symétrie des blocs de construction tout en conservant la même forme globale et la structure compacte entre verrouillée.
Leur molécule de départ était une molécule en forme d'anneau achiral (bpbox²⁺) par une forme en forme de boîte qui a été synthétisée en remplaçant les deux unités de bipyridinium dans CBPQT⁴⁺ par des groupes phénylène-pyridinium légèrement différents (symétrique monocylène-pyridinium afin de réduire sa symétrie C₂V (symétrique monocylène-axe 2 coule-axe et deux plantes miroir).
La conception isostructurale a permis aux deux bpbox polarisés2+ Anneaux à verrouillage, résultant en Catenane BPHC⁴⁺ qui présentait une co-conformation similaire à un catenane compact précédemment signalé8+qui était également l'inspiration moléculaire de ce nouveau catenane. Cet arrangement spécifique a donné naissance à la chiralité mécanique, car la structure a conservé un axe c₂ tout en perdant toute symétrie miroir et inversion.
Les chercheurs ont découvert que grâce aux changements de co-conformation, BPHC⁴⁺ peut basculer entre ses deux chiraux (images miroir) dans une solution à température ambiante, résultant en un mélange racémique – des quantités égales de formes chirales. L'ajout d'anions de disulfonate chiral peut influencer cet équilibre, provoquant une chiralité induite et une activité optique en solution. Cette chiralité induite en solution entraîne un excès de 18% d'une forme chirale, qui est la seule forme qui cristallise à l'état solide.
Cette étude présente la chiralité mécanique comme un principe de conception prometteur avec des applications potentielles dans les produits pharmaceutiques et les sciences des matériaux.
