Les photocommutateurs Fulgimide peuvent exister sous trois formes différentes. Cette étude a développé une méthode permettant de basculer quantitativement entre les différentes formes en contrôlant la multiplicité et les conditions de photoisomérisation. Crédit : Lucie Wohlrábová / IOCB Prague
Certaines molécules répondent aux impulsions lumineuses externes en modifiant leur structure et en conservant certains états qui peuvent passer de l’un à l’autre. Ceux-ci sont communément appelés photocommutateurs et ont généralement deux états possibles. Cependant, des scientifiques de l'Institut de chimie organique et de biochimie de l'Académie tchèque des sciences (IOCB Prague) ont récemment développé une molécule qui pousse encore plus loin les possibilités des photocommutateurs. La nouvelle molécule peut basculer non pas entre deux, mais entre trois états distincts. Cela lui donne la capacité de contenir des informations beaucoup plus complexes dans sa structure moléculaire que ce qui était possible jusqu'à présent.
Même si les scientifiques savaient que des molécules similaires pouvaient entrer dans un troisième état, ils ont choisi de ne pas l’étudier. Le raisonnement était qu’ils ne pouvaient pas contrôler les transitions entre les formes moléculaires individuelles et que la présence d’une troisième forme ne faisait que compliquer le comportement des molécules. Aujourd’hui, les chercheurs du groupe dirigé par le Dr Tomáš Slanina ont surmonté cet obstacle. Un article sur le sujet, co-écrit par le doctorant Jakub Copko et le Dr Tomáš Slanina, a été publié dans la revue Communications chimiques.
« Nous sommes capables de basculer de manière précise et sélective les molécules entre trois états à notre guise », explique l'un des auteurs de l'article, Jakub Copko.
Les changements structurels dans les photocommutateurs se manifestent généralement par des altérations de leurs propriétés macroscopiques. Lorsqu’elle est exposée à une lumière présentant certains paramètres, une molécule peut, par exemple, changer de couleur, qui peut même être visible à l’œil nu. Par exemple, le bleu peut se transformer en jaune et vice versa, et les deux couleurs peuvent être traitées respectivement comme des zéros et des uns. Les molécules individuelles fonctionnent ainsi de la même manière que des bits de mémoire et sont également faciles à lire.
« Il y a cependant une différence : grâce à leur taille minuscule, elles peuvent stocker un ordre de grandeur plus d'informations que les puces à base de silicium », explique le Dr Tomáš Slanina, soulignant que : « Tout cela ne fonctionne qu'avec des photocommutateurs qui sont suffisamment stables pour ne pas basculer spontanément entre les états individuels en l’absence de lumière. C'est précisément cette exigence qui a été si difficile à satisfaire jusqu'à présent, que les experts n'ont même jamais tenté de réaliser une transition vers un état tiers au sein d'une molécule. Cela n’est possible que grâce à notre découverte actuelle.
Lors du passage du deuxième état au troisième, ce n’est pas la couleur, mais la géométrie de la molécule qui change de manière significative. Ceci est particulièrement pratique lorsqu'il convient de « façonner » une molécule de manière à ce qu'elle s'insère dans un centre actif cible ou, à l'inverse, qu'elle en soit poussée hors de celui-ci. Tout cela est déclenché par une impulsion lumineuse d’une longueur d’onde spécifique. L’éventail des applications pratiques possibles est large. Cependant, comme il s’agit d’une découverte très récente, les experts commencent seulement à découvrir son potentiel.
Jakub Copko (à gauche) et Tomáš Slanina, chef du groupe Redox Photochemistry à l'IOCB Prague. Crédit : Tomáš Belloň / IOCB Prague
Les scientifiques du groupe Tomáš Slanina étudient depuis longtemps les photocommutateurs. Plus précisément, ils se sont concentrés sur des substances connues sous le nom de fulgids, qui ne sont étudiées que par une poignée de laboratoires à travers le monde, même si elles possèdent généralement de meilleures propriétés que les autres photocommutateurs. La raison est simple : leur préparation a été jusqu’à présent très compliquée.
Mais Jakub Copko a lui aussi réussi à lever cet obstacle. Il explique : « Quand j'ai commencé mes études doctorales, il me fallait jusqu'à un mois pour préparer un seul fulgid. Maintenant, grâce à notre raccourci chimique, c'est prêt en un après-midi.
Il utilise ce qu'on appelle une réaction en un seul pot, ce qui signifie que toutes les transformations chimiques ont lieu dans un seul flacon, éliminant ainsi le besoin d'isoler et de purifier tous les produits intermédiaires. Cela accélère non seulement considérablement la préparation, mais entraîne également une réaction plus propre avec un rendement plus élevé et diminue l'impact environnemental.
Tomáš Slanina ajoute : « Nous nous efforçons de faire en sorte que les fulgides ne soient pas seulement un groupe de substances reléguées dans les manuels scolaires, mais qu'elles soient plus largement exposées. Cela peut faire progresser le domaine des photocommutateurs à l’échelle mondiale.
Grâce au travail de son groupe, la préparation de ce type de photocommutateurs est désormais si simple qu'elle peut être réalisée dans n'importe quel laboratoire de chimie de synthèse, même sans aucune expérience préalable en chimie des photocommutateurs.
