Structure cristalline du composé métallocène à 21 électrons nouvellement synthétisé montrant les atomes d’azote (bleu), de cobalt (rouge), d’hydrogène (vert) et de carbone (gris). Crédit : Takebayashi et al., 2023
Cette découverte pourrait ouvrir de nouvelles directions en médecine, en catalyse et en énergie.
Les composés organométalliques, molécules constituées d’atomes métalliques et de molécules organiques, sont souvent utilisés pour accélérer les réactions chimiques et ont joué un rôle important dans l’avancement du domaine de la chimie.
Métallocènes
Les métallocènes, un type de composé organométallique, sont connus pour leur polyvalence et leur structure particulière en « sandwich ». Leur découverte a constitué une contribution significative au domaine de la chimie organométallique et a conduit à l’attribution du prix Nobel de chimie en 1973 aux scientifiques qui ont découvert et expliqué leur structure sandwich.
La polyvalence des métallocènes est due à leur capacité à « prendre en sandwich » de nombreux éléments différents pour former une variété de composés. Ils peuvent être utilisés dans diverses applications, notamment la production de polymères, de glucomètres (utilisés pour mesurer la quantité de glucose dans le sang), de cellules solaires à pérovskite et, comme catalyseur, d’une substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans être consommée ou consommée. modifié par la réaction elle-même.
Exemples de composés chimiques métallocènes, leur nombre d’électrons et leurs applications. Crédit : Takebayashi et al., 2023
Développement récent à l’OIST
Dr Satoshi Takebayashi, chercheur au groupe science et technologie de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST), en collaboration avec le Dr Hyung-Been Kang, scientifique à la section d’ingénierie de l’OIST, et des scientifiques d’Allemagne, de Russie et du Japon. , a développé avec succès un nouveau composé métallocène à l’OIST.
La structure chimique des métallocènes peut s’adapter à une variété de comptes d’électrons, permettant la formation de complexes contenant jusqu’à 20 électrons. Cependant, la structure à 18 électrons est la plus appréciée car c’est la version la plus stable.
« Avoir plus de 18 électrons est connu pour être rare car si vous vous écartez de 18, les liaisons chimiques des métallocènes commencent à s’allonger, à se briser et à changer de structure. Cependant, nous avons ajouté deux électrons supplémentaires à un métallocène de 19 électrons et créé un métallocène de 21 électrons. Je pense que la plupart des gens ne pensaient pas que cela était possible, mais notre métallocène à 21 électrons est stable en solution et à l’état solide et peut être stocké pendant une longue période », a expliqué le Dr Takebayashi.
Avec ce nouveau métallocène, nous pouvons potentiellement créer de nouveaux matériaux pouvant être utilisés pour des applications en médecine, en catalyse et dans le secteur de l’énergie, contribuant ainsi à résoudre d’importants problèmes mondiaux et à améliorer notre qualité de vie.
Défis et collaboration en recherche
Étant donné que la structure sandwich des métallocènes peut être facilement modifiée, la partie la plus difficile de la recherche consistait pour les scientifiques à démontrer que l’azote s’était lié avec succès au cobalt sans altérer la structure sandwich. Ils ont dû prouver rigoureusement que le métallocène était correctement lié à tous les atomes de carbone voisins et que l’azote atome était attaché à l’atome de cobalt. Pour ce faire, le Dr Takebayashi a organisé une solide équipe de chercheurs avec différentes spécialités et a montré sans ambiguïté que tous les éléments s’étaient bien liés.
« Cette avancée n’aurait pas été possible sans la participation de mes collaborateurs qui ont réalisé un travail substantiel », a ajouté le Dr Takebayashi. Le Dr Satoshi Takebayashi, Jama Ariai, le Dr Urs Gellrich, Sergey Kartashov, le Dr Robert Fayzullin, le Dr Hyung-Been Kang, le Dr Takeshi Yamane, le Dr Kenji Sugisaki et le professeur Kazunobu Sato ont co-écrit un article publié dans le journal Communications naturelles détaillant leur découverte.
Regarder vers l’avant
Les recherches futures du Dr Takebayashi se concentreront sur l’utilisation du métallocène à 21 électrons pour des sciences plus applicables telles que la catalyse et la science des matériaux, ainsi que sur la découverte d’une chimie organométallique sans précédent basée sur cette découverte.
