Les composés organométalliques de lanthanides s'alignent enfin
Publié par Redbran le 06/12/2018 à 14:00
Source: CNRS-INC
[url][/url]Faits d'atomes de métal et de carbone, les composés organométalliques voient leurs propriétés très variées, comme la catalyse ou le magnétisme, se renforcer lorsqu'ils présentent une géométrie bien alignée. La famille des lanthanides, composante principale des terres rares (Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines comprenant le scandium 21Sc, l'yttrium 39Y et les quinze lanthanides.), forme cependant des composés organométalliques coudés. Des chercheurs du Laboratoire de 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...) Moléculaire (LCM, CNRS/École polytechnique) et du Laboratoire de Chimie Physique (La chimie physique est l’étude des bases physiques des systèmes chimiques et des procédés. En particulier, la description énergétique des diverses transformations fait partie de la chimie physique. On y trouve des...) (LCP, CNRS/Université Paris-Sud) ont synthétisé la toute première série de molécules organométalliques sandwich, c'est-à-dire parfaitement rectilignes, contenant des lanthanides: les lanthanidocènes. Ces travaux, publiés dans la revue Journal of the American Chemical Society, ouvrent la voie à la découverte de nouveaux composés aux propriétés exacerbées.


À gauche: Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) des sandwichs organométalliques de lanthanides avec le ligand cyclononatétraényle.
À droite: Structure obtenue par diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est pas complètement transparent ; le phénomène peut...) des rayons X de l'ytterbocène, montrant l'alignement parfait des deux ligands parallèles et de 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....) d'ytterbium.
© Grégory Nocton

Très prisés pour leurs propriétés optiques et magnétiques, les lanthanides sont utilisés pour des applications telles que les aimants des éoliennes et des voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence. C'est un...) électriques, ou encore dans les disques durs. Afin d'augmenter leurs propriétés ou de les rendre plus facilement recyclables, le monde (Le mot monde peut désigner :) de la chimie tente depuis soixante ans de développer leur usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) dans des composés organométalliques, contenant des atomes de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) et de lanthanides qui, malgré leur surnom de terres rares, sont bien des métaux. Or, les composés jusqu'ici obtenus présentent une géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces (géométrie...) coudée (La coudée (lat. cubitus) est une unité de longueur vieille de plusieurs milliers d'années. Elle a comme base la longueur allant du coude jusqu'à...), alors que la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une...) prédit que des molécules rectilignes auraient de meilleures propriétés. Des chercheurs du Laboratoire de Chimie Moléculaire (LCM, CNRS/École polytechnique) et du Laboratoire de Chimie Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) (LCP, CNRS/Université Paris-Sud, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) Paris-Saclay) viennent cependant de synthétiser des lanthanidocènes: premiers composés organométalliques linéaires, aussi appelés sandwich, à base de lanthanides.

Ils ont réussi ce tour de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les...) en contrôlant et modifiant les conditions de formation du ligand, la partie 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.) des composés organométalliques. Cette opération était jusqu'alors gênée par les propriétés intrinsèques des lanthanides, qui compliquent la prédiction de l'impact du ligand sur la géométrie finale de la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite...). Les chercheurs ont obtenu un composé linéaire en jouant sur des isomères du ligand, qui possèdent les mêmes atomes mais dans une organisation (Une organisation est) différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une...). Avec leur approche qui rationalise l'étude de la géométrie des lanthanides, les chercheurs souhaitent à présent synthétiser davantage de ces architectures (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans, diffusé sur Arte depuis 1995.) nouvelles afin de les explorer.

Références publication:
Mathieu Xémard, Sébastien Zimmer, Marie Cordier, Violaine Goudy, Louis Ricard, Carine Clavaguéra et Grégory Nocton.
Lanthanidocenes: Synthesis, Structure and Bonding of Linear Sandwich Complexes of Lanthanides.
J. Am. Chem. Soc. – Octobre 2018
DOI: 10.1021/jacs.8b09081

Contacts chercheur:
Grégory Nocton, LCM UMR 9168, École polytechnique
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