Les spectromètres de masse sont des machines de haute technologie qui jouent un rôle important dans notre société. Ce sont des instruments d'analyse très sensibles, indispensables dans des domaines tels que le diagnostic médical, le contrôle de la qualité des aliments et la détection de substances chimiques dangereuses.
Le groupe de recherche dirigé par le Dr Jonas Warneke de l'Institut Wilhelm-Ostwald de chimie physique et théorique de l'Université de Leipzig travaille à modifier les spectromètres de masse afin qu'ils puissent être utilisés à des fins complètement différentes :la synthèse chimique de nouvelles molécules. Ces spectromètres de masse préparatifs peuvent être utilisés pour produire des composés chimiques d'une nouvelle manière.
Les chercheurs ont récemment synthétisé un nouveau composé à partir d’un fragment moléculaire chargé et de l’azote de l’air, qui présente un large éventail d’applications potentielles dans la construction de nouvelles structures moléculaires. Ils ont publié leurs nouvelles découvertes dans la revue Angewandte Chemie . La couverture du journal visualise le concept de « récolte » de molécules composées de fragments dans une approche semblable à une boîte à graines dans la phase gazeuse d'un spectromètre de masse directement dans un flacon chimique qui serait généralement utilisé pour la synthèse conventionnelle.
Développer de nouvelles façons de rompre et de reformer les liaisons chimiques est l'une des tâches principales de la recherche chimique fondamentale.
« Lorsqu'une liaison dans une molécule chargée est rompue, le résultat est souvent un fragment chimiquement « agressif », que nous appelons un fragment réactif. Ces fragments sont difficiles à contrôler à l'aide de méthodes établies de synthèse chimique. Vous pouvez les considérer comme des bêtes indomptées. qui attaquent tout ce qui se trouve sur leur passage. Dans un spectromètre de masse, il existe de nombreuses façons de rompre certaines liaisons et de générer des fragments", explique le Dr Warneke, décrivant les processus dans les spectromètres de masse.
Selon lui, les « bêtes » sont gardées dans des conditions particulières car il y a un vide à l’intérieur du spectromètre de masse. Cela signifie qu’ils n’ont rien à attaquer, empêchant ainsi les réactions chimiques incontrôlées. "Si nous proposons ensuite une certaine molécule, par exemple l'azote, qui est normalement peu réactive et ne se lie pas, la bête s'en contente car elle n'a pas d'autre choix", dit-il. De cette manière, des molécules très difficiles à lier, comme l'azote, peuvent être facilement incorporées dans une nouvelle substance", poursuit Warneke.
Dans le passé, l’équipe de recherche a utilisé cette approche pour amener des fragments réactifs dans des réactions très inhabituelles, par exemple avec des gaz rares, qui sont les éléments chimiques les plus difficiles à lier. "La stratégie de base consistant à contrôler les bêtes chimiques dans les spectromètres de masse n'est pas nouvelle", explique Warneke. Il est utilisé depuis des décennies pour analyser les propriétés des fragments réactifs. Cependant, les nouveaux composés ainsi découverts n'ont pas pu être utilisés davantage.
Les spectromètres de masse montrent ce qui se passe à l’intérieur, mais les nouvelles substances ne sont produites qu’en quantités infimes et ne peuvent généralement pas être extraites. Ils sont souvent simplement détruits lors de la génération du signal utilisé pour les analyses.
C'est pourquoi les chercheurs repartent généralement des expériences avec des spectromètres de masse avec « de grandes connaissances » mais « les mains vides ». "Ils ont la bête sous contrôle. Exactement ce qu'ils espéraient se produit, ils observent la nouvelle molécule aux propriétés potentiellement fascinantes, et puis elle disparaît", explique Warneke, décrivant les expériences chimiques réalisées avec des spectromètres de masse conventionnels.
La nouvelle publication pourrait changer fondamentalement cette vision des réactions chimiques dans les spectromètres de masse. L'équipe de recherche a produit une nouvelle substance à partir d'un fragment agressif et d'azote non réactif et l'a collectée avec des spectromètres de masse préparatifs en quantités suffisantes pour qu'elle puisse être vue à l'œil nu, manipulée et expérimentée davantage.
La quantité de substance produite par cette méthode restera limitée aux applications de la technologie des couches minces pendant un certain temps encore. Cependant, la spectrométrie de masse préparative pourrait bientôt ouvrir de toutes nouvelles possibilités pour ces applications, par exemple dans la production de micropuces, de cellules solaires ou de revêtements biologiquement actifs.
Plus d'informations : Markus Rohdenburg et al, Synthèse chimique avec des ions moléculaires gazeux :récolte [B12 Br11 N2 ] − à partir d'un spectromètre de masse, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI :10.1002/anie.202308600
Informations sur le journal : Angewandte Chemie International Edition , Angewandte Chemie
Fourni par l'Université de Leipzig
