Les chimistes de la Ruhr-Universität Bochum espèrent découvrir à quel point les molécules chimiques à image miroir – appelées composés chiraux – interagissent avec leurs partenaires d'interaction. Ils se concentrent sur les liaisons halogènes que les molécules avec un atome de brome ou d'iode peuvent former. Ces interactions sont actuellement étudiées dans de nombreux domaines de la chimie en tant qu'éléments de conception de molécules fonctionnelles, tels que les catalyseurs modernes et les nouveaux matériaux ou composés pharmaceutiquement actifs. Les travaux des chercheurs dirigés par le Dr Christian Merten du Département de chimie organique II sont financés par la Fondation Boehringer Ingelheim dans le cadre du programme de perspectives « Plus 3 » avec environ 760, 000 euros pour trois ans. Le projet démarre en novembre 2018.

Les images miroir chimiques peuvent avoir des effets très différents

De nombreuses molécules, tels que les acides aminés et les sucres, existent dans deux arrangements spatiaux en miroir, mais généralement un seul d'entre eux se produit dans la nature. « Biologiquement, l'effet des molécules chirales peut être très différent, " dit Christian Merten, membre du Cluster of Excellence Ruhr Explores Solvation, Résoudre pour faire court. "Cela est principalement dû au fait que les formes d'image miroir interagissent de différentes manières avec les biomolécules telles que les enzymes."

Les chimistes poursuivent donc l'objectif de produire spécifiquement l'une des formes miroir et de pouvoir comprendre et prédire précisément ses interactions avec d'autres molécules. Le projet "Communication stéréochimique comme sonde pour les interactions de liaison halogène" des chercheurs basés à Bochum est principalement dédié au deuxième aspect, la force de l'interaction.

Les liaisons halogènes sont difficiles à étudier

Une liaison halogène se forme entre l'extrémité polarisée positivement d'une liaison carbone-brome ou carbone-iode d'une molécule et un partenaire d'interaction. L'énergie de cette interaction faible est particulièrement difficile à quantifier. "Les énergies d'interaction des substances modèles, que nous pouvons bien décrire avec les méthodes théoriques modernes, sont difficiles à déterminer expérimentalement car les substances sont souvent gazeuses, " explique Christian Merten. " Mais les substances modèles que nous pouvons facilement manipuler expérimentalement sont généralement beaucoup trop grandes et complexes pour les modèles informatiques les plus précis d'aujourd'hui. " De plus, les interactions de liaison halogène en solution sont souvent en concurrence avec d'autres interactions intermoléculaires, comme les interactions avec les solvants.

L'équipe espère contourner ce problème avec une nouvelle configuration expérimentale. Les chercheurs remplacent le solvant par des gaz nobles liquéfiés sous pression et à basse température. Ils sont inertes et ne peuvent former aucune interaction perturbatrice.

Les prédictions comme objectif

Pour un certain nombre de systèmes modèles, les chimistes veulent savoir si les liaisons halogènes entre les molécules chirales ont des énergies différentes. Ils s'intéressent principalement à ce qui se passe lorsque deux substances chirales différentes interagissent l'une avec l'autre. Le facteur décisif ici est la rencontre des images miroir. "C'est comme si deux mains se serraient, " explique Christian Merten. " La poignée de main fonctionne de manière optimale avec deux mains droites ou deux mains gauches; avec une main droite et une main gauche, ce n'est pas le cas." Les deux types d'interaction diffèrent par l'énergie qu'ils contiennent, selon la façon dont les molécules s'emboîtent. Les scientifiques veulent mesurer l'ampleur de la différence.

"Notre objectif est de pouvoir un jour prédire quels éléments structurels sont nécessaires pour rendre ce processus de reconnaissance chirale aussi efficace que possible, " dit Merten.