La chimie de l'astate, élément chimique rare et radioactif, est encore méconnue. Dans leur travail publié dans la revue Nature Chemistry, des chercheurs des laboratoires CEISAM (CNRS/Université de Nantes) et SUBATECH (CNRS/IMT Atlantique/Université de Nantes) ont mis en évidence la capacité de l'astate à former de spectaculaires interactions par
liaison halogène (La liaison halogène (XB) est une liaison de nature proche de la liaison hydrogène (HB)....). Une propriété qui pourrait avoir des implications dans le domaine de la
médecine nucléaire (La médecine nucléaire est l'ensemble des applications médicales des radiotraceurs,...), notamment pour le traitement des cancers.
Utilisé pour la production de radionucléides Astate-211, le cyclotron Arronax (ainsi nommé en référence au personnage du professeur Aronnax créé par Jules Vernes, originaire de Nantes) est unique au monde de par la variété des particules accélérées et des courants générés.
©Nicolas Galland
Découvert et produit en 1940 par synthèse nucléaire, l'astate (At) est l'un des éléments les plus rares à l'état naturel. On estime ainsi à moins de 30 g la
quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'astate présente dans la
croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre....). Difficile à étudier, les outils spectroscopiques usuels étant inadaptés aux infimes quantités produites, cet élément radioactif possède une chimie encore méconnue. Or des chercheurs des laboratoires CEISAM
(1) et SUBATECH
(2) ont mis en évidence une nouvelle propriété qui pourrait se révéler utile pour la
médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) nucléaire.
L'iode (I) était connu jusqu'à présent pour être à l'origine des liaisons halogène les plus fortes. Ces interactions attractives très directionnelles conduisent à des molécules aux structures bien définies et prévisibles, utiles par exemple pour l'élaboration de
cristaux liquides (Un cristal liquide est un état de la matière qui combine des propriétés d'un liquide...), de polymères conducteurs, de
matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) nanoporeux ou de médicaments.
De récentes expériences de radiochimie ont mis en évidence et quantifié pour la toute première fois ce type d'interaction pour un composé de l'astate: la molécule AtI qui combine iode et astate. Des
calculs relativistes (Cet article se veut volontairement calculatoire pour montrer que l'essentiel peut se déduire...) de
chimie quantique (La chimie quantique est l'application de la mécanique quantique aux problèmes de la chimie.) ont permis de caractériser ces interactions révélées par les expérimentateurs. Ils ont montré que, non seulement l'astate peut former des interactions par liaison halogène, mais que ces liaisons halogène sont plus fortes que celles formées par l'iode.
Cette interaction peut s'avérer intéressante pour l'utilisation de l'astate en médecine nucléaire. Son isotope 211 possède en effet les bonnes propriétés physiques (temps de demi-vie
(3), nature et énergie des particules émises) permettant en principe d'éliminer les cellules cancéreuses grâce au
rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) créé par la désintégration du noyau radioactif. Attachée à un agent
thérapeutique (La thérapeutique (du grec therapeuein, soigner) est la partie de la médecine qui...) de
transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus...) (qui permet de "vectoriser" l'isotope radioactif), l'astate peut atteindre les cellules tumorales à éradiquer. Adjoindre aux liaisons chimiques classiques une interaction par liaison halogène forte rendrait les protocoles de marquage plus fiables, en limitant le risque que l'astate ne se détache avant d'arriver à la cellule tumorale.
Ces travaux ont été soutenus par le CNRS et l'Agence nationale de la recherche dans le cadre du Programme d'investissements d'avenir (Labex "Innovative radiopharmaceuticals in oncology and neurology" et Equipex "ArronaxPlus").
Les liaisons halogène sont plus fortes avec l'astate qu'avec l'iode.
©Nicolas Galland
Notes:
(1) Laboratoire Chimie et Interdisciplinarité, Synthèse, Analyse, Modélisation (CNRS/Université de Nantes)
(2) Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (CNRS/IMT Atlantique/Université de Nantes)
(3) La demi-vie d'une source radioactive représente le temps au bout duquel la moitié des noyaux radioactifs de cette source se sont désintégrés.
Références publication:
Ning Guo, Rémi Maurice, David Teze, Jérôme Graton, Julie Champion, Gilles Montavon, Nicolas Galland
Experimental and computational evidence of halogen bonds involving astatine
Nature Chemistry – Mars 2018
DOI: 10.1038/s41557-018-0011-1
Contact chercheurs:
Nicolas Galland,
CEISAM UMR6230,
Université de Nantes