Structure 3D de gigantesques cages organiques à base de porphyrines composées d'unités multi-porphyrines. Crédit :IBS
Le célèbre architecte catalan Antoni Gaudí a dit un jour :"Tout ce qui est créé par les êtres humains est déjà dans le grand livre de la nature." Parmi les différentes architectures et arts artificiels, les structures et les formes sphériques ont été la forme géométrique la plus fantastique qui a fasciné les créations de l'imagination humaine. La réalisation d'architectures sphériques parfaites est un défi en raison de leur pureté géométrique et de leur complexité technique. Par conséquent, ces structures sont à la fois enchanteresses et rares. D'une part, peut-être inspiré par les énormes corps célestes, des architectes comme Fuller ont conçu des structures de dôme géodésique comme la Biosphère de Montréal; d'un autre côté, il y a des chimistes qui sont les architectes des structures esthétiques les plus miniatures du monde.
Ces derniers tirent l'essentiel de leur inspiration des structures complexes auto-assemblées présentes dans la nature, telles que les capsides virales sphériques creuses hautement symétriques et les cages protéiques. Faire de tels purement organiques, sphères ou cages moléculaires creuses atomiquement précises est un défi synthétique. Les approches antérieures pour la construction de cages organiques pures permettaient généralement la formation de cages organiques de petite taille (diamètre de la cavité <2 nm), limitant ainsi leurs applications. Jusque là, l'un des rares exemples de réussite rapportés en 2014 est la synthèse d'une cage organique poreuse à base d'ester boronique (~3 nm de diamètre). Une cage organique plus grande n'a pas été signalée par la suite jusqu'à ce jour en raison de la nature complexe et fastidieuse des techniques de synthèse nécessaires pour construire de telles structures.
Maintenant, une équipe dirigée par le directeur KIM Kimoon au Center for Self-assembly and Complexity au sein de l'Institute for Basic Science (IBS) à Pohang, La Corée du Sud a développé avec succès un modèle sans modèle, synthèse en un seul pot d'une gigantesque cage organique à base de porphyrine composée d'unités multi-porphyrines (voir animation). En général, la progression d'une réaction ou d'un processus chimique est favorisée par une augmentation du caractère aléatoire ou de l'entropie du système. Cependant, lors de la formation de la cage, lorsque plusieurs sous-unités de cage dispersées au hasard s'organisent pour former une structure 3-D unique, le processus devient entropiquement défavorable. Pour contraindre plusieurs molécules à s'assembler dans un espace sphérique 3-D et les fusionner en une seule molécule sphérique par des liaisons covalentes, les chercheurs ont déjà synthétisé et utilisé d'autres molécules spécifiquement pour agir comme modèles pour promouvoir le processus de pré-organisation.
