Sur des milliards d'années, l'évolution a trouvé des moyens intelligents de plier les protéines pour effectuer de nombreux travaux. Les gens ne peuvent pas attendre aussi longtemps. La chasse à de nouveaux matériaux synthétiques - comme des polymères plus résistants et des médicaments plus ciblés - pousse les chimistes à rechercher de meilleurs moyens de contrôler la forme des molécules. Le chimiste de l'Université du Vermont, Severin Schneebeli, en a trouvé un révolutionnaire. Crédit :Joshua Brown
Levez vos deux mains. Ils sont de structure identique, mais les opposés miroirs. Peu importe à quel point vous essayez, ils ne peuvent pas être superposés les uns aux autres. Ou, comme diraient les chimistes, ils ont la « chiralité, " du mot grec pour main. Une molécule chirale se présente sous deux formes identiques, mais en face, formes, tout comme une main gauche et une main droite.
Le chimiste de l'Université du Vermont, Severin Schneebeli, a inventé une nouvelle façon d'utiliser la chiralité pour fabriquer une clé. Une clé nanométrique. La découverte de son équipe leur permet de contrôler avec précision des formes à l'échelle nanométrique et est prometteuse en tant que méthode très précise et rapide pour créer des molécules personnalisées.
Cette utilisation de la "synthèse assistée par chiralité" est une approche fondamentalement nouvelle pour contrôler la forme de grosses molécules - l'un des besoins fondamentaux pour la fabrication d'une nouvelle génération de matériaux synthétiques complexes, y compris les polymères et les médicaments.
Les résultats de l'équipe UVM ont été présentés en ligne, 9 septembre dans la revue de chimie la mieux classée Angewandte Chemie .
Comme les Lego
Expérimenter avec l'anthracène, une substance trouvée dans le charbon, Schneebeli et son équipe ont assemblé des bandes de molécules en forme de C qui, à cause de leur chiralité, peuvent se rejoindre dans une seule direction. "Ils sont comme des Legos, " explique Schneebeli. Ces bandes moléculaires forment une structure rigide qui est capable de contenir des anneaux d'autres produits chimiques "d'une manière similaire à la façon dont une tête de boulon à cinq côtés s'insère dans une clé pentagonale, " écrit l'équipe.
Les bandes en forme de C peuvent se joindre les unes aux autres, avec deux liens, dans une seule orientation géométrique. Donc, contrairement à de nombreuses structures chimiques - qui ont la même formule générale mais sont flexibles et peuvent se tordre et tourner dans de nombreuses formes possibles différentes - "cela n'a qu'une seule forme, " dit Schneebeli. " C'est comme une vraie clé à molette, " dit-il - avec une ouverture cent mille fois plus petite que la largeur d'un cheveu humain :1,7 nanomètre.
Une clé bleue (de molécules) pour ajuster un boulon vert (un anneau de pilier) qui lie un "invité" chimique jaune. Il s'agit d'un nouvel outil - à peine 1,7 nanomètre de large - qui pourrait aider les scientifiques à catalyser et à créer une multitude de nouveaux matériaux utiles. Crédit :Séverin Schneebeli, UVM
"Il garde complètement sa forme, " il explique, même dans divers solvants et à de nombreuses températures différentes, "ce qui le rend pré-organisé pour se lier à d'autres molécules d'une manière spécifique, " il dit.
Cette clé, la nouvelle étude montre, peut se lier de manière fiable à une famille de grosses molécules bien connues appelées « macrocycles de pillarène ». Ces anneaux de pilier ont, eux-mêmes, souvent été utilisé comme « hôte, " en chimie, pour entourer et modifier d'autres produits chimiques "invités" en leur milieu - et ils ont de nombreuses applications possibles, de l'administration contrôlée de médicaments aux substances électroluminescentes organiques.
"En embrassant les piliers, " écrit l'équipe du Vermont, "les bandes en forme de C sont capables de réguler les interactions des hôtes piliers avec les invités conventionnels." En d'autres termes, les chimistes peuvent utiliser leur nouvelle clé pour ajuster à distance l'environnement chimique à l'intérieur du pilier de la même manière qu'un mécanicien peut tourner un boulon extérieur pour ajuster les performances à l'intérieur d'un moteur.
La nouvelle clé peut rendre la liaison à l'intérieur des anneaux de pilier "environ cent fois plus forte, " que ce ne serait sans la clé, dit Schneebeli.
Faire des modèles
Aussi, "parce que ce genre de molécule est rigide, nous pouvons le modéliser dans l'ordinateur et projeter à quoi il ressemble avant de le synthétiser en laboratoire, " dit le chimiste théoricien de l'UVM Jianing Li, Le collaborateur de Schneebeli sur la recherche et un co-auteur sur la nouvelle étude. C'est exactement ce qu'elle a fait, créer des simulations détaillées du fonctionnement de la clé, en utilisant des processeurs informatiques dans le Vermont Advanced Computing Core.
