Environ un tiers de toutes les exportations suisses résultent de découvertes fondamentales en chimie de synthèse. Certains médicaments et parfums, ainsi que les produits alimentaires et agricoles - et même la célèbre couleur rouge de Ferrari - sont dérivés de nouvelles structures moléculaires inventées par des scientifiques suisses. Chimistes à l'Université de Genève (UNIGE), La Suisse, viennent de découvrir que les liaisons chimiques à base d'antimoine, un élément oublié au milieu du tableau périodique, produire de nouveaux catalyseurs puissants qui peuvent être utilisés pour stimuler la transformation d'une molécule de l'intérieur. Ces liaisons complètent les interactions existantes telles que les liaisons hydrogène classiques ou les liaisons chalcogènes plus récentes avec le soufre. Cette trouvaille, publié dans la revue Angewandte Chemie , pourrait conduire à la création de nouveaux, matériaux innovants. Il a déclenché une petite révolution parmi les chimistes de synthèse, qui avait toujours cru qu'il y avait une limite au nombre de liaisons possibles pour construire de nouveaux catalyseurs.

La recherche fondamentale en chimie requiert de la créativité. Mais les chimistes ont besoin d'outils spécifiques. Pour induire une transformation moléculaire, la molécule substrat doit entrer en contact avec un élément du catalyseur. Sous des conditions normales, cette liaison est l'hydrogène. Mais les possibilités créatives sont réduites lorsqu'on les restreint à ce seul élément. Trouver de nouvelles façons d'initier le contact entre les molécules permettrait de les transformer différemment, permettant ainsi aux chimistes de créer de nouveaux matériaux. "C'est pourquoi mon équipe est constamment à la recherche de nouvelles liaisons pour la catalyse, " explique Stefan Matile, professeur au Département de chimie organique de la Faculté des sciences de l'UNIGE. "Après avoir découvert la liaison à base de soufre pour la catalyse, chalcogène, il y a deux ans, nous avons décidé de regarder une autre catégorie dans le tableau périodique, éléments pnictogènes, qui se distinguent par leurs composants métalliques." Azote, phosphore, arsenic, l'antimoine et le bismuth appartiennent tous à cette catégorie.

Dénicher de nouveaux liens pour la catalyse nécessite de l'innovation. "La recherche se concentre généralement sur l'étude des électrons des éléments. Nous avons adopté l'approche opposée - nous n'avons examiné que les espaces vides laissés par les électrons, qui sont essentiels à la construction moléculaire, afin que nous puissions rechercher de nouvelles interactions possibles, " dit le professeur Matile. Des éléments pnictogènes lourds, comme des fruits mûrs, sont plus souples et déformables que l'hydrogène, qui est très compact. Les espaces vides sont ainsi plus accessibles et intelligibles pour les chimistes.

Sept éléments ont été choisis par les scientifiques de l'UNIGE. "Les calculs théoriques permettent une meilleure visualisation des espaces vides, " dit Amalia I. Poblador-Bahamonde, chercheur au Département de chimie organique de la Faculté des sciences. "C'est pourquoi nous avons d'abord réalisé une modélisation informatique des sept éléments seuls afin de pouvoir visualiser où se trouvaient à la fois les électrons et les espaces vides. Nous l'avons ensuite refait avec les molécules à tester afin de mesurer la force de la nouvelle liaison ." Plus les espaces vides de la molécule sont devenus visibles, mieux le lien fonctionne, et meilleur est l'élément en tant que catalyseur. A ce stade théorique, l'antimoine s'est avéré être le meilleur des sept éléments testés. Les résultats ont encouragé les chimistes à se concentrer sur les éléments au bas du tableau périodique, domaine peu exploré en chimie organique.

Basant leurs travaux sur la modélisation théorique, les chimistes ont étudié les liaisons par résonance magnétique nucléaire, ce qui permet de visualiser les molécules et les transformations dans leur structure. "Nos résultats étaient parfaitement cohérents avec les prédictions théoriques, " dit Sébastien Benz, un doctorat étudiant dans l'équipe du professeur Matile. "L'antimoine s'est à nouveau avéré ultra-efficace, jusqu'à 4, 000 fois plus rapide que les autres éléments testés pour créer une nouvelle structure."

L'antimoine s'est avéré être une surprise pour les chercheurs de l'UNIGE. Il était utilisé comme maquillage des yeux dans l'Egypte ancienne avant de tomber dans l'oubli. Cette recherche remet l'élément sur le devant de la scène, tout cela grâce aux qualités exceptionnelles qu'il a montrées pour la transformation moléculaire. « L'antimoine est non seulement ultra-rapide mais aussi, contrairement aux autres catalyseurs qui agissent à la surface de la molécule, il agit de l'intérieur. Cela impacte tout l'environnement de la matière et permet au chimiste d'être plus précis dans les transformations, " dit le professeur Matile.

Les liaisons pnictogène avec l'antimoine sont les troisièmes liaisons catalytiques découvertes par les chimistes de l'UNIGE, suivant les liaisons anion-π et les liaisons chalcogènes avec le soufre. Tous trois introduisent de nouvelles manières d'appréhender les transformations moléculaires et ouvrent des perspectives inédites. "Nous n'avons pas l'intention de nous arrêter là, bien sûr. Nous allons continuer à chercher de nouveaux liens et des façons dont nous pouvons les utiliser, " explique le professeur Matile. Les chercheurs ont développé les premières enzymes qui fonctionnent avec des liaisons anion-π, réalisé au sein du Pôle National de Compétence en Recherche (NCCR) Ingénierie des Systèmes Moléculaires, et les premières sondes fluorescentes capables de visualiser les forces mécaniques dans les cellules vivantes grâce aux liaisons chalcogènes avec le soufre, réalisé au PRN Biologie Chimique de l'UNIGE.