L'identification des molécules droitières et gauchers est une étape cruciale pour de nombreuses applications en chimie et en pharmacie. Une équipe de recherche internationale (CELIA-CNRS/INRS/Berlin Max Born Institute/SOLEIL) vient de présenter une nouvelle méthode originale et très sensible. Les chercheurs utilisent des impulsions laser de durée extrêmement courte pour exciter les électrons des molécules dans un mouvement de torsion, dont la direction révèle la maniabilité des molécules. Les résultats de la recherche apparaissent dans Physique de la nature .

Êtes-vous droitier ou gaucher ? Non, nous ne vous demandons pas, Cher lecteur; nous demandons vos molécules. Il va sans dire que, selon la main que vous utilisez, vos doigts s'enrouleront dans un sens ou dans l'autre autour d'un objet lorsque vous le saisirez. Il se trouve que cette sévérité, ou "chiralité", est également très important dans le monde des molécules. En réalité, nous pouvons affirmer que la maniabilité d'une molécule est bien plus importante que la vôtre :certaines substances seront soit toxiques, soit bénéfiques selon le "jumeau-miroir" présent. Certains médicaments doivent donc contenir exclusivement du jumeau droitier ou gaucher.

Le problème réside dans l'identification et la séparation des molécules droites et gauchers, qui se comportent exactement de la même manière à moins qu'ils n'interagissent avec un autre objet chiral. Une équipe de recherche internationale vient de présenter une nouvelle méthode extrêmement sensible pour déterminer la chiralité des molécules.

Nous savons que les molécules peuvent être chirales depuis le 19ème siècle. L'exemple le plus célèbre est peut-être l'ADN, dont la structure ressemble à un tire-bouchon droitier. Classiquement, la chiralité est déterminée à l'aide d'une lumière dite à polarisation circulaire, dont les champs électromagnétiques tournent dans le sens horaire ou antihoraire, formant un « tire-bouchon » droit ou gauche, avec l'axe suivant la direction du rayon lumineux. Cette lumière chirale est absorbée différemment par des molécules de sens opposé. Cet effet, cependant, est petite parce que la longueur d'onde de la lumière est beaucoup plus longue que la taille d'une molécule :le tire-bouchon de la lumière est trop gros pour détecter efficacement la structure chirale de la molécule.

La nouvelle méthode, cependant, amplifie considérablement le signal chiral. "L'astuce consiste à tirer un très court, impulsion laser polarisée circulairement au niveau des molécules, " dit Olga Smirnova de l'Institut Max Born. Cette impulsion ne dure que quelques dixièmes de billionième de seconde et transfère de l'énergie aux électrons de la molécule, les exciter dans un mouvement hélicoïdal. Le mouvement des électrons suit naturellement une hélice droite ou gauche dans le temps en fonction de l'orientation de la structure moléculaire dans laquelle ils résident.

Leur mouvement peut maintenant être sondé par une seconde impulsion laser. Cette impulsion doit également être courte pour capter la direction du mouvement des électrons et avoir suffisamment d'énergie photonique pour faire sortir les électrons excités de la molécule. Selon qu'ils se déplaçaient dans le sens horaire ou antihoraire, les électrons sortiront de la molécule le long ou à l'opposé de la direction du rayon laser.

Cela permet aux expérimentateurs de CELIA de déterminer très efficacement la chiralité des molécules, avec un signal 1000 fois plus fort qu'avec la méthode la plus couramment utilisée. Quoi de plus, cela pourrait permettre d'initier des réactions chimiques chirales et de les suivre dans le temps. Il s'agit d'appliquer des impulsions laser très courtes avec juste la bonne fréquence porteuse. Cette technologie est l'aboutissement de la recherche fondamentale en physique et n'est disponible que depuis peu. Il pourrait s'avérer extrêmement utile dans d'autres domaines où la chiralité joue un rôle important, comme la recherche chimique et pharmaceutique.

Ayant réussi à identifier la chiralité des molécules avec leur nouvelle méthode, les chercheurs songent déjà à développer une méthode de séparation laser de molécules droitiers et gauchers.