Les molécules chirales peuvent avoir des propriétés fonctionnelles radicalement différentes tout en partageant des formules chimiques identiques et des structures presque identiques. La structure moléculaire de deux types de molécules chirales – appelées énantiomères – sont des images miroir l’une de l’autre où l’une ne peut pas être superposée à l’autre, pas plus que votre main droite ne peut s’adapter d’avant en arrière sur la gauche. Alors que de nombreuses molécules chirales sont traditionnellement considérées comme fixes, à gauche ou à droite, les molécules chirales basées sur des hélices sont connues pour être capables de changer en réponse aux changements de leur environnement.
Aujourd'hui, des chercheurs dirigés par Shigehisa Akine de l'Université de Kanazawa ont démontré comment les changements environnementaux peuvent également accélérer ou ralentir ce processus d'inversion chirale, fournissant ainsi un nouveau système commutable programmable dans le temps. La recherche est publiée dans la revue Science Advances .
Les chercheurs ont concentré leur étude sur le métallocryptand (R6 )-LNi3 , une molécule organique contenant des atomes métalliques dans une structure moléculaire en forme de cage qui peut exister sous l'une des deux formes possibles décrites comme le type P ou M (droitier et gaucher, respectivement) (Fig. 1). Sous sa forme pure (R6 )-LNi3 a un rapport préféré du type P au type M de 12:88.
À partir d’un rapport 50:50, les molécules basculeront entre une forme et l’autre avec une préférence pour le type M pour respecter ce rapport. Les chercheurs ont mesuré ce changement de rapport en utilisant la RMN et la spectroscopie dichroïque circulaire. Cependant, ajoutez un métal alcalin dans la cavité de la cage et cette préférence peut changer.
En ajoutant des ions de métaux alcalins à la solution du (R6 )-LNi3 les chercheurs ont pu confirmer que les ions métalliques se sont facilement liés au métallocryptand grâce aux changements dans les signatures spectroscopiques des molécules. De plus, l'ion lié a également modifié le rapport préféré d'une marge et à une vitesse qui dépend du métal alcalin utilisé.
Les chercheurs attribuent les différents taux et ratios aux différences de constantes de liaison non seulement entre l'ion métallique et les deux formes de la molécule, mais également à une constante de liaison virtuelle pour la molécule faisant la transition entre les deux. La liaison entre l'ion césium et la molécule de type P était plus de 20 fois supérieure à celle du type M, de sorte que la solution est finalement passée à une proportion plus élevée de type P avec un rapport P:M de 75:25 en 21 heures. heures.
Le rapport final avec l'ion rubidium était similaire à celui du type P, atteignant un rapport légèrement inférieur de 72:28, mais en seulement 100 minutes. Avec l'ion potassium, le rapport d'équilibre était encore plus faible à 68 : 32, mais il atteignait en seulement une minute, soit trois ordres de grandeur plus rapidement que pour l'ion césium (Fig. 2). Les chercheurs attribuent cette vitesse à la grande constante de liaison virtuelle avec la molécule en transition.
Avec des ions plus petits – les ions lithium et sodium – le type moléculaire préféré n’a pas réellement changé, mais le rapport final a été atteint beaucoup plus rapidement. C'est la première fois que des chercheurs démontrent qu'une telle inversion chirale peut être accélérée et ralentie en ajustant l'environnement des molécules.
"Cette recherche peut fournir un nouvel aperçu du développement d'une horloge moléculaire programmable dans le temps pour les technologies chimiques de nouvelle génération", concluent les chercheurs, citant comme technologies futures possibles un dispositif de mémoire avec un temps de traitement des informations chimiques contrôlable, ainsi ainsi que des capteurs chiraux dont la sélectivité est inversible selon les situations.
Plus d'informations : Sk Asif Ikbal et al, Accélération et décélération des vitesses d'inversion de chiralité dans un métallocryptand hélicoïdal dynamique par liaison d'ions de métaux alcalins, Science Advances (2023). DOI :10.1126/sciadv.adj5536
Informations sur le journal : Progrès scientifiques
Fourni par l'Université de Kanazawa
