Les réactions dominos se produisent lorsque la transformation d'un groupe chimique stimule la réaction d'un autre groupe attaché, ou d'une autre molécule, entraînant un effet d'entraînement rapide à travers le système, comme une rangée de dominos qui tombent. Des chercheurs de l'Université d'Hokkaido ont réalisé le premier exemple de réaction domino dans le domaine de la chimie appelé chimie redox.
L'article est publié dans la revue Angewandte Chemie International Edition .
Le terme redox vient de « réduction », désignant le gain d’électrons, et « oxydation », désignant la perte d’électrons. Les réactions redox sont donc des processus de transfert d'électrons.
"Le problème avec la réalisation de réactions dominos dans les processus redox est que le transfert d'électrons, en particulier le transfert multi-électrons, produit des espèces chargées électriquement dont les interactions électrostatiques peuvent inhiber d'autres changements", explique le chimiste Yusuke Ishigaki de l'équipe d'Hokkaido.
Pour surmonter ces obstacles, les chercheurs ont conçu une molécule en deux parties qui subit un changement structurel important lorsqu'une partie est convertie entre ses états électriquement neutre (réduit) et chargé positivement (oxydé). Ce changement structurel transmet un effet chimique à l'autre partie de la molécule qui rend plus probable sa propre oxydation.
La molécule qu’ils ont conçue se compose de deux unités rédox-actives relativement grandes reliées par un lien flexible non plan formé d’atomes de soufre. Lorsque l’une des unités appariées perd des électrons (est oxydée), elle acquiert deux charges positives qui agissent comme un déclencheur provoquant la torsion de l’autre partie de la molécule autour du noyau. Un changement dans l'état des électrons dans cette forme torsadée par rapport à la forme pliée initiale facilite alors le processus d'oxydation dans le groupe voisin, obtenant ainsi l'effet domino.
Le premier déclenchement de la réaction peut être initié par une élévation de température, offrant un moyen de contrôle. Bien que cet effet n'ait jusqu'à présent été démontré qu'au sein d'une molécule en deux parties, les chercheurs suggèrent qu'il pourrait éventuellement être utilisé pour transmettre des transformations redox de type onde dans des molécules beaucoup plus grosses avec de nombreuses unités « domino » reliées entre elles.
Les applications de cette découverte pourraient être lointaines dans le futur, mais il existe clairement des possibilités générales. Les transformations électriques et structurelles traversant les chaînes moléculaires pourraient par exemple devenir les pièces mobiles à l’échelle nanométrique des systèmes de calcul chimique et des capteurs. Il existe également des applications possibles dans les nouveaux systèmes de batteries nécessaires pour soutenir la transition en cours vers les technologies d'énergie électrique renouvelable.
"Le contrôle offert par le chauffage et le refroidissement pourrait être utilisé dans de nombreux domaines pour fabriquer de nouveaux matériaux dotés de propriétés électroniques commutables, en particulier ceux impliquant un transfert multi-électrons", explique Ishigaki.
"C'était très difficile, mais aussi très satisfaisant, de démontrer ce que personne n'avait réalisé auparavant, et nous espérons maintenant passer à des systèmes plus grands et plus complexes impliquant un transfert d'électrons accru", conclut Ishigaki.
Plus d'informations : Takashi Harimoto et al, Réaction domino-redox induite par un changement conformationnel déclenché électrochimiquement, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI :10.1002/anie.202316753
Informations sur le journal : Angewandte Chemie International Edition
Fourni par l'Université d'Hokkaido
