Pendant plus d'une décennie au milieu du 20e siècle, les chimistes ont débattu de ce à quoi ressemblaient exactement les « carbocations », des molécules avec un atome de carbone chargé positivement. Ce qu'on appelle la "vue classique, " qui a été enseigné au début de ce siècle, a déclaré que le carbone dans ces molécules tenait la charge; la "vue non classique" soutenait que la charge pouvait également être partagée par d'autres atomes voisins. La théorie et l'expérience ont finalement prouvé que les carbocations non classiques existaient, et le débat s'est évanoui. Même si ces structures existent, la plupart des chimistes croyaient, ils n'avaient aucune pertinence pratique.

Maintenant, Des chercheurs de l'UCLA ont découvert une réaction chimique, qui pourrait un jour être utilisée pour transformer le pétrole en composés utiles, dans laquelle les carbocations non classiques jouent un rôle clé. Les résultats, publié le 27 juillet dans la revue Science , souligner l'importance des cations non classiques - des ions avec moins d'électrons que de protons, et donc une charge positive. Les résultats offrent également une nouvelle réaction pour traiter les alcanes, produits chimiques trouvés dans les gaz méthane et propane qui sont notoirement difficiles à convertir en d'autres produits.

"Il y a à la fois cette réaction avec beaucoup de potentiel pratique, et cette chimie surprenante derrière la réaction, " dit Osée Nelson, un professeur adjoint de chimie et de biochimie à l'UCLA et auteur principal de l'étude.

"Maintenant, nous avons montré l'importance de ces espèces dans l'explication de la réactivité et de la sélectivité, " a déclaré Kendall Houk, Le professeur Saul Winstein de l'UCLA en chimie organique, un co-auteur de la nouvelle recherche. Winstein était un professeur de l'UCLA et un champion du concept d'ion non classique. A travers son travail, L'UCLA est devenue une université de premier plan pour l'étude des carbocations, a déclaré Miguel García-Garibay, doyen de la Division des sciences physiques de l'UCLA et professeur de chimie et de biochimie.

Le laboratoire de Nelson se concentre sur le développement de nouvelles réactions chimiques qui ont des utilisations pratiques dans la création de médicaments et le traitement des déchets indésirables.

"Notre objectif est de récupérer les déchets de cheminée d'une raffinerie et de les transformer en produits pharmaceutiques, " a déclaré Nelson. Les alcanes de ce type de déchets ont posé un problème particulier car ils sont très stables chimiquement, il a dit. Cela signifie qu'il est difficile de briser les liaisons qui maintiennent ces molécules ensemble.

L'année dernière, cependant, Nelson et ses collègues ont découvert une réaction chimique qui semblait transformer efficacement les alcanes en un sous-produit chimiquement plus utile. Il y avait juste un problême, dit Nelson. "Voici cette réaction très puissante, mais nous ne pouvions pas expliquer comment ou pourquoi cela fonctionnait, " dit-il. Il a fait équipe avec Houk pour obtenir une explication.

Lorsque les chercheurs ont analysé plus en détail la réaction avec des méthodes de calcul modernes, ils ont découvert que la réaction implique la formation d'un carbocation non classique.

"C'était une découverte fondamentale surprenante, " a déclaré Nelson. " Cela introduit beaucoup d'autres questions, et nous pensons que la non-classicité de ces réactions va nous permettre de casser beaucoup de règles de synthèse chimique pour développer de nouveaux types de réactions."

Étant donné que la charge est partagée entre plusieurs atomes - le modèle non classique - la molécule a plus de flexibilité pour subir un large éventail de réactions, y compris ceux nécessaires pour briser les liens forts des alcanes. Seulement en regardant les réactions avec la dynamique moléculaire, suivre les mouvements des atomes au fur et à mesure que les réactions se produisent, les réactions pourraient-elles être comprises.

« Nous avons développé une toute nouvelle façon de penser les réactions grâce à nos simulations de dynamique moléculaire, " dit Houk.

Pour l'instant, les alcanes ne sont pas directement transformés en médicaments, mais plutôt en d'autres produits chimiques qui pourraient être utiles dans le traitement des molécules médicamenteuses. Nelson soupçonne que la réaction a également une utilité pour briser les longues molécules d'alcane trouvées dans certains plastiques non biodégradables. Son groupe étudie les deux applications plus en détail.