Les scientifiques ont confirmé une théorie vieille de plusieurs décennies sur la distribution non uniforme de la densité électronique dans les molécules aromatiques, élargissant ainsi les possibilités de conception de nouveaux nanomatériaux. Cette recherche s’appuie sur leurs travaux antérieurs et a utilisé la microscopie électronique à balayage avancée pour une résolution subatomique.
Les chercheurs ont vérifié expérimentalement une théorie de longue date selon laquelle la densité électronique est inégalement répartie dans les molécules aromatiques.
Des chercheurs de l’IOCB de Prague, de l’Institut de physique de l’Académie tchèque des sciences et de l’Université Palacký d’Olomouc ont une fois de plus réalisé des progrès significatifs dans la découverte des mystères du monde des molécules et des atomes. Ils ont vérifié expérimentalement une théorie de longue date suggérant que la densité électronique n’est pas uniformément répartie dans les molécules aromatiques.
Ce phénomène affecte de manière significative les propriétés physico-chimiques des molécules et leurs interactions. Ces recherches élargissent les possibilités de conception de nouveaux nanomatériaux et font l’objet d’un article qui vient d’être publié dans Communications naturelles.
La même équipe d’auteurs dans sa précédente étude révolutionnaire publiée dans Science décrit la distribution non uniforme des électrons dans un atome, ce qu’on appelle le trou σ. Les chercheurs ont désormais confirmé l’existence de ce qu’on appelle le trou π. Dans les hydrocarbures aromatiques, nous trouvons des électrons dans les nuages au-dessus et au-dessous du plan des atomes de carbone. Si nous remplaçons les hydrogènes périphériques par des atomes ou des groupes d’atomes plus électronégatifs qui éloignent les électrons, les nuages initialement chargés négativement se transforment en trous d’électrons chargés positivement.
Professeur Pavel Hobza, président distingué et chef du groupe Interactions non covalentes à l’IOCB Prague. Crédit : Tomáš Belloň / IOCB Prague
Les scientifiques ont adopté la méthode avancée de microscopie électronique à balayage et ont poussé ses capacités plus loin. La méthode fonctionne à une résolution subatomique et peut donc imager non seulement les atomes dans les molécules, mais également la structure de la couche électronique d’un atome. Comme le souligne l’un des chercheurs impliqués, Bruno de la Torre de l’Institut tchèque de technologie avancée et de recherche (CATRIN) de l’Université Palacký d’Olomouc, le succès de l’expérience décrite ici est principalement dû aux excellentes installations de son institution d’origine et à la participation d’excellents doctorants. étudiants.
« Grâce à notre expérience précédente avec la technique Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM), nous avons pu affiner nos mesures et acquérir des ensembles de données très complets qui nous ont aidés à approfondir notre compréhension non seulement de la façon dont la charge est distribuée dans les molécules. mais aussi des observables obtenus avec la technique », explique Bruno de la Torre.
Les mesures expérimentales ont confirmé les prédictions théoriques de l’existence du trou π. De gauche à droite : structure chimique de la molécule étudiée, carte de potentiel électrostatique calculée de la molécule, image expérimentale de microscopie à force de sonde Kelvin (KPFM) et image KPFM simulée. Crédit : IOCB Prague
La microscopie à force moderne est depuis longtemps le domaine des chercheurs de l’Institut de physique. Ce n’est pas seulement dans le cas des structures moléculaires qu’ils ont utilisé pleinement la résolution spatiale sans précédent. Il y a quelque temps, ils ont confirmé l’existence d’une distribution non uniforme de la densité électronique autour des atomes d’halogène, appelés trous σ. Cette réalisation a été publiée en 2021 par Science. L’un des scientifiques tchèques les plus cités d’aujourd’hui, le professeur Pavel Hobza de l’Institut de chimie organique et de biochimie de l’Académie tchèque des sciences (IOCB Prague), a contribué de manière significative aux recherches anciennes et actuelles.
« La confirmation de l’existence du trou π, ainsi que du trou σ qui l’a précédé, démontre pleinement la qualité des prédictions théoriques de la chimie quantique, qui expliquent ces deux phénomènes depuis des décennies. Cela montre qu’on peut s’y fier même en l’absence d’expériences disponibles », déclare Pavel Hobza.
Les résultats des recherches des scientifiques tchèques aux niveaux subatomique et submoléculaire peuvent être comparés à la découverte des trous noirs cosmiques. Ils avaient également été théorisés pendant des décennies avant que leur existence ne soit confirmée par des expériences.
Une meilleure connaissance de la distribution de la charge électronique aidera la communauté scientifique à comprendre de nombreux processus chimiques et biologiques. Sur le plan pratique, cela se traduira par la capacité de construire de nouvelles supramolécules, puis par le développement de nanomatériaux avancés aux propriétés améliorées.
