Un projet de recherche dirigé par des chimistes de l'Université de Warwick a d'abord utilisé la microscopie à effet tunnel à ultra-haute résolution pour voir l'emplacement exact des atomes et des liaisons au sein d'une molécule, puis utilisé ces images incroyablement précises pour déterminer les interactions qui lient les molécules les unes aux autres.

À l'aide d'une aiguille super pointue à pointe de monoxyde de carbone congelée à 7 Kelvin (moins 266 degrés centigrades), les chercheurs pourraient identifier si les liaisons sont hydrogène ou halogène, et ont également pu détecter des défauts infimes dans ces matériaux. Ces résultats pourraient être d'une grande pertinence pour aider à créer de nouveaux produits pharmaceutiques plus purs que jamais.

Les chercheurs ont comparé le standard avec le STM à ultra haute résolution sur une molécule aromatique polycyclique bromée posée sur une surface en or. Ils ont pu démontrer que les mesures STM standard ne pouvaient pas établir de manière concluante la nature des interactions intermoléculaires, mais la nouvelle technique pourrait clairement identifier l'emplacement des anneaux de carbone et des atomes d'halogène, déterminer que la liaison halogène gouverne les assemblages.

Leurs recherches sont publiées aujourd'hui, 30 avril 2020, dans un article intitulé "Combinant la microscopie à effet tunnel à haute résolution et les simulations des premiers principes pour identifier la liaison halogène" dans Communication Nature .

L'un des principaux chercheurs de l'article, Professeur Giovanni Costantini, du Département de chimie de l'Université de Warwick a déclaré :

"Le physicien de renom Richard Feynman a dit un jour que le moyen le plus simple d'analyser une substance chimique compliquée serait "de la regarder et de voir où se trouvent les atomes".

"La microscopie à effet tunnel (STM) ne peut normalement révéler que la forme et la position globales des molécules dans un matériau, mais n'a pas la précision nécessaire pour déterminer leur structure atomique exacte.

"Toutefois, utilisant STM ultra haute résolution, nous pourrions localiser avec précision l'emplacement des anneaux de carbone et des atomes d'halogène, ce qui nous a permis d'établir que la liaison halogène plutôt que la liaison hydrogène régissait l'assemblage moléculaire de ce matériau.

"En suivant de près l'adjuration de Richard Feynman de "juste regarder la chose", notre visualisation claire des positions réelles des atomes au sein des molécules nous a permis de déduire la position et la nature de la liaison entre les molécules.

"Cela a été soutenu par des calculs théoriques qui ont révélé un certain nombre de caractéristiques électroniques que l'Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) reconnaît comme identifiant des traits de liaison halogène. Nous pensons qu'une fraction importante des structures moléculaires difficiles ou controversées qui ont été discutées dans la littérature au cours des dernières décennies pourrait être rapidement et clairement résolue en utilisant cette approche et nous prédisons son utilisation croissante dans les nanosciences moléculaires sur les surfaces."

Un autre des chercheurs principaux sur le papier, Professeur adjoint Gabriele Sosso, du Département de chimie de l'Université de Warwick souligne également que :

« La capacité de discerner et d'identifier clairement la position des liaisons halogènes sera particulièrement précieuse pour les chercheurs qui tentent de comprendre la reconnaissance biomoléculaire et de concevoir de nouveaux médicaments pharmaceutiques.

"En réalité, la majeure partie de la chimie médicinale jusqu'à présent s'est concentrée sur le rôle des liaisons hydrogène, car ils sont omniprésents à la fois en biochimie et en science des matériaux :comprendre la liaison halogène fournira ainsi un outil supplémentaire pour concevoir la prochaine génération de systèmes moléculaires pour la conception de médicaments.

"À cette fin, il est essentiel que, comme nous l'avons fait dans ce travail, nous rassemblons des expériences et des simulations afin de fournir une image complète de cette interaction moléculaire encore largement inexplorée. »