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Posté par Isabelle le Mercredi 21/12/2016 à 12:00
La face cachée du soufre
La chimie de synthèse consiste à transformer des molécules existantes afin de créer de nouveaux assemblages moléculaires. Ceux-ci sont ensuite utilisés dans tout ce qui constitue notre quotidien: santé publique, énergie, environnement, médicaments, cellules solaires ou encore parfums. Habituellement, l'élément qui permet d'activer la transformation d'une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente...), nommé catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans l'équation-bilan de cette...), est l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.). Mais des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et...) de Genève (UNIGE) ont découvert que l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué d'un noyau...) de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.), intégré avec précaution dans une molécule, permet non seulement d'effectuer ce rôle de catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des...), mais qu'il en découle également une précision largement accrue. Cette découverte, publiée dans la revue Angewandte Chemie, a le potentiel de révolutionner la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces...) de synthèse. Elle ouvre la voie à la création de nouvelles molécules qui pourront être exploitées dans notre quotidien.


La face cachée du soufre - Des trous bleu foncé, très pauvres en électrons, apparaissent sur la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) des atomes de soufre dans la molécule SF2 (en haut) et dans un des meilleurs catalyseurs "sulfuriques" crée par l'équipe du professeur Matile (en bas). ©UNIGE

La créativité dans la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche...) en chimie consiste notamment à trouver différentes voies de transformation des molécules qui permettent de construire de nouvelles structures moléculaires. Pour ce faire, des molécules de départ subissent plusieurs séquences de transformation avant de former une nouvelle architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) stable. Toutefois, une molécule ne se transforme pas d'elle-même, elle doit y être poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de...) par une autre molécule, nommée catalyseur. Dans la nature, ce rôle est joué par les enzymes. En chimie et en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et...), le catalyseur principalement utilisé par les scientifiques est l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. La théorie...) le plus petit qui existe: l'hydrogène.

"Lorsque nous souhaitons effectuer une transformation moléculaire, nous utilisons fréquemment la liaison hydrogène. Cela signifie que nous mettons en contact la molécule que nous souhaitons changer, dite substrat, avec de l'hydrogène. Ce catalyseur enlève progressivement les charges négatives contenues dans le substrat, jusqu'à ce que la molécule soit trop pauvre en charges négatives et se voit obligée de se mettre en contact avec un autre substrat pour retrouver de la stabilité, d'où sa transformation", explique Stefan Matile, professeur au Département de chimie organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) de la Faculté des sciences de l'UNIGE et directeur de l'étude. L'hydrogène peut ainsi être considéré comme un aspirateur de charges négatives qui pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) les molécules à s'assembler afin de compenser ces pertes.

Une précision accrue par le soufre

L'équipe du professeur Matile s'intéresse à d'autres liaisons qui n'utilisent pas l'hydrogène comme catalyseur. Celles-ci sont considérées comme exotiques par les chimistes et revêtent en général peu d'intérêt dans la transformation moléculaire. Toutefois, en analysant de plus près l'atome de soufre présent dans certaines molécules, les chercheurs de l'UNIGE ont constaté que celui-ci possède une déficience en électrons, un "trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à...)" sur sa surface à un endroit bien délimité. Ils se sont alors demandés si ce trou, extrêmement pauvre en charges négatives, jouerait le même rôle d' "aspirateur" que l'hydrogène si on le mettait en contact avec un substrat. Si tel est le cas, le soufre pourrait servir de catalyseur et pousser les molécules à se transformer. Cette liaison peu orthodoxe, nommée chalcogène, remplacerait ainsi la liaison hydrogène conventionnelle.

"Afin de vérifier notre hypothèse, nous avons créé et testé plusieurs structures moléculaires en utilisant des liaisons chalcogène de plus en plus fortes. Et nous avons constaté que non seulement celles-ci fonctionnent et accélèrent les transformations avec une vitesse (On distingue :) mille fois supérieure qu'en l'absence de catalyseur, mais que de surcroît, nous atteignons un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) de précision impossible à avoir avec une liaison hydrogène", ajoute Stefan Matile. En effet, l'hydrogène est pauvre en électrons sur toute sa surface. Lorsqu'il joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et...) le rôle de catalyseur, l'atome entier peut entrer en contact avec le substrat et aspirer de toutes parts les charges négatives. Mais avec le soufre, seul un espace délimité peut jouer ce rôle d'aspirateur. Cela permettra au chimiste (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la matière à l'échelle moléculaire ou atomique...) d'être plus précis dans l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) du contact entre le substrat et le catalyseur, et de contrôler ainsi plus exactement une transformation. Une révolution dans la chimie de synthèse.

Cette découverte représente un nouvel instrument à disposition du chimiste et prouve qu'il est dorénavant possible de procéder de différentes manières pour faire de la transformation moléculaire, ce qui ouvre des voies inaccessibles jusqu'alors à la chimie de synthèse. L'équipe du professeur Matile va à présent tenter de créer des molécules de synthèse inédites qui seraient impossibles à obtenir à l'aide d'une liaison hydrogène conventionnelle. La porte à la création de nouveaux matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) est ouverte.

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Source: UNIGE - Université de Genève