L'extrême torsion d'un hydrocarbure polycyclique aromatique

Publié par Redbran le 02/04/2020 à 14:00
Source: CNRS INC

© Y. Coquerel.
La plupart des hydrocarbures polycycliques aromatiques se présentent sous forme de molécules plates. Elles peuvent se déformer et passer en 3D si on les contraint. Un consortium de chercheurs a ainsi obtenu, à l'intérieur de ces molécules, le cycle de benzène (Le benzène est un hydrocarbure aromatique monocyclique, de formule C6H6, également...) le plus tordu jamais observé. Ces travaux, publiés dans Angewandte Chemie International Edition, montrent de nouveaux cas de figure et ouvrent la voie à de nouveaux matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...).

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont en général des molécules 2D, dont les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) sont organisés en hexagones réguliers plats: les unités benzéniques. Les HAP sont souvent issus de l'industrie chimique et du pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de...) afin de préparer diverses molécules utiles: phénols, paracétamol (Le paracétamol, aussi appelé acétaminophène, est la substance active de...), trinitrotoluène (Le trinitrotoluène (TNT) est un explosif, utilisé dans plusieurs mélanges, notamment...) (TNT), etc. L'agencement des unités benzéniques peut cependant provoquer des contraintes géométriques et de tension (La tension est une force d'extension.), qui génèrent des hélices, appelées hélicènes. Le HAP passe alors en 3D et devient chiral: il existe alors sous forme de deux molécules aux images miroirs non superposables, différenciées par le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) de rotation droite ou gauche de l'hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme...). La chiralité (La chiralité (du grec ch[e]ir : main) est une importante propriété...) permet au HAP d'interagir avec la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) polarisée, par exemple pour des applications de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) de précision, ce qui n'est pas le cas de la majorité des HAPs planaires.

Dans de nouveaux travaux, des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) et d'universités de Marseille et de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) ont obtenu des HAP de plus d'un nanomètre (on parle alors de nanographènes) à six hélices, chiraux et stables. Des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) par diffraction (La diffraction est le comportement des ondes lorsqu'elles rencontrent un obstacle qui ne leur est...) de rayons X ont montré que ces nanographènes chiraux incorporent certaines unités benzéniques fortement distordues par rapport à un hexagone (Un hexagone (du grec hexi = six et gonia = angle) est un polygone à six sommets et six...) régulier. L'un d'eux a établi un nouveau record de torsion (La torsion est la déformation subie par un corps soumis à l'action de deux couples opposés...) pour une unité benzénique, à 36,9º, modifiant profondément ses propriétés magnétiques locales, c'est-à-dire son "aromaticité". Un autre s'est lié avec jusqu'à trois ions métalliques dans ses cavités, ce qui n'est pas possible sans torsion et qui permet d'incorporer des ions qui n'y trouveraient sinon pas leur place. Ces travaux ouvrent ainsi un large champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) vers des nanographènes 3D fonctionnels et des nouveaux matériaux.

Cette publication rassemble des coauteurs du Centre interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de nanoscience de Marseille (CINaM, CNRS/Aix-Marseille Université), de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) des sciences moléculaires de Marseille (ISM2, CNRS/Aix-Marseille Université/École Centrale Marseille), de l'Institut parisien de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) moléculaire (IPCM, CNRS/Sorbonne Université), de la Fédération des sciences chimiques de Marseille (FSCM, CNRS/Aix-Marseille Université/École Centrale Marseille) et de l'Institut de chimie radicalaire (ICR, CNRS/Aix-Marseille Université).


Sextuple hélicène de symétrie C2 incluant une unité benzénique montrant une torsion de 36,9º et un caractère non aromatique (en rouge). © Y. Coquerel.

Référence:
Myriam Roy, Veronika Berezhnaia, Marco Villa, Nicolas Vanthuyne, Michel Giorgi, Jean-Valère Naubron, Salomé Poyer, Valérie Monnier, Laurence Charles, Yannick Carissan, Denis Hagebaum-Reignier, Jean Rodriguez, Marc Gingras et Yoann Coquerel. Stereoselective Syntheses, Structures and Properties of Extremely Distorted Chiral Nanographenes Embedding Hextuple Helicenes. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, (8), 3264-3271.

DOI: 10.1002/anie.201913200.

Contacts:
- Yoann Coquerel - Institut des Sciences Moléculaires de Marseille (ISM2) - yoann.coquerel at univ-amu.fr
- Marc Gingras - Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINaM) - marc.gingras at univ-amu.fr
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