Les chercheurs ont déchiffré le comportement unique de l’azulène, ouvrant la voie aux progrès de la chimie organique et à la capture efficace de l’énergie lumineuse. Ci-dessus, une représentation artistique du comportement inhabituel de l’azulène. Crédit : Tomáš Belloň / IOCB Prague
Les scientifiques de l’IOCB Prague sont les premiers à décrire les causes du comportement de l’une des molécules aromatiques fondamentales, l’azulène. Cette molécule a captivé la communauté scientifique non seulement par sa teinte bleue distincte, mais aussi par ses propriétés uniques.
Leur projet actuel influencera les fondements de la chimie organique dans les années à venir et contribuera en pratique à exploiter au maximum le potentiel de l’énergie lumineuse capturée. Leurs conclusions ont été récemment publiées dans le Journal de l’American Chemical Society (JACS).
L’azulène pique la curiosité des chimistes depuis de nombreuses années. La question de savoir pourquoi il est bleu, même s’il n’y a aucune raison évidente à cela, a été résolue il y a près de cinquante ans par un scientifique d’importance mondiale, qui, par hasard, entretenait des liens étroits avec l’IOCB de Prague, le professeur Josef Michl.
Aujourd’hui, le Dr Tomáš Slanina suit ses traces et propose à ses collègues du secteur la solution à une autre énigme. Lui et ses collègues ont décrit de manière convaincante pourquoi la minuscule molécule d’azulène viole la règle universelle de Kasha.
Cette règle explique comment les molécules émettent de la lumière lors de la transition vers divers états excités. Si l’on utilise l’analogie d’un escalier montant, alors la première marche, c’est-à-dire le premier état excité de la molécule, est haute, et chaque marche suivante est plus basse et donc plus proche de la précédente. Plus la distance entre les marches est petite, plus la molécule a tendance à tomber rapidement de la marche vers les niveaux inférieurs. Il attend ensuite le plus longtemps sur la première marche avant de revenir au niveau de base, après quoi il peut émettre de la lumière. Mais l’azulène se comporte différemment.
Pour expliquer le comportement de l’azulène, les chercheurs de l’IOCB Prague ont utilisé le concept d'(anti)aromaticité. Encore une fois, en termes simples, une substance aromatique ne se caractérise pas par une odeur aromatique mais par le fait qu’elle est stable, ou satisfaite, si vous préférez. Certains chimistes y font même référence de manière informelle avec l’émoticône familière du visage souriant.
Dr Tomáš Slanina, chef du groupe de photochimie Redox à l’IOCB Prague. Crédit : Tomáš Belloň / IOCB Prague
En revanche, une substance antiaromatique est instable et la molécule tente de sortir de cet état le plus rapidement possible. Il quitte l’état d’énergie supérieur et tombe vers le bas. Dans un premier temps, l’azulène est insatisfait, c’est à dire antiaromatique, et tombe donc vers le bas de l’ordre de la picoseconde sans avoir le temps d’émettre de la lumière.
Mais dans un deuxième temps, il se comporte comme une substance aromatique satisfaite. Et c’est important ! Il peut exister dans cet état excité même pendant une nanoseconde complète, et cela est suffisamment long pour émettre de la lumière. Par conséquent, l’énergie de cet état excité n’est perdue nulle part et est complètement convertie en un état de haute énergie. photon.
Avec leurs recherches, l’équipe de Slanina répond aux besoins du présent, qui cherche un moyen de garantir que l’énergie des photons (par exemple du Soleil) capturée par une molécule ne soit pas perdue et qu’elle puisse être utilisée davantage (par exemple pour transférer énergie entre molécules ou pour la séparation des charges dans les cellules solaires). L’objectif est de créer des molécules capables de gérer l’énergie lumineuse le plus efficacement possible. De plus, dans le présent article, les chercheurs montrent dans de nombreux cas que la propriété de l’azulène est transférable ; il peut être simplement attaché à la structure de n’importe quelle molécule aromatique, grâce à laquelle cette molécule obtient les propriétés clés de l’azulène.
Tomáš Slanina ajoute : « J’aime les théories si simples qu’on peut facilement les imaginer, s’en souvenir, puis les mettre en pratique. Et c’est exactement ce que nous avons réussi à faire. Nous avons répondu à la question de savoir pourquoi les molécules se comportent d’une certaine manière, et nous l’avons fait en utilisant un concept très simple.
Dans leurs recherches, les scientifiques de l’IOCB Prague ont utilisé plusieurs programmes uniques capables de calculer le comportement des électrons d’une molécule dans les états excités supérieurs susmentionnés. On sait peu de choses sur ces états en général, ce travail est donc également révolutionnaire car il ouvre la porte à des études plus approfondies. Par ailleurs, l’article publié dans JACS n’est pas seulement informatique mais aussi expérimental.
Les chercheurs du groupe de Tomáš Slanina ont étayé leurs conclusions par une expérience qui a confirmé avec précision l’exactitude des données calculées. Ils ont également collaboré avec l’une des autorités les plus respectées au monde dans le domaine des molécules (anti)aromatiques, le professeur Henrik Ottosson de l’Université d’Uppsala en Suède. Et c’est la deuxième fois JACS s’est intéressé à leur collaboration; la première fois était liée à la recherche sur une autre molécule primaire – le benzène.
Pourtant, l’histoire de l’azulène est encore plus complexe. Cela concerne non seulement la photochimie mais aussi la médecine. Comme le premier domaine, le second porte également le sceau de l’IOCB Prague : l’un des premiers médicaments développés dans ses laboratoires était une pommade à base d’huile de camomille contenant un dérivé de l’azulène. Au fil des décennies, la petite boîte baptisée Dermazulen, qui contient une préparation aux effets cicatrisants et anti-inflammatoires, a trouvé sa place dans les trousses de premiers secours de tout le pays.
