Synergie entre le magnétisme d'un ion métallique et la chimie d'une molécule
Publié par Redbran le 01/08/2018 à 12:00
Source: CNRS-INC
Certains stimuli peuvent changer l'état de spin d'un ion métallique. Des chercheurs de l'Institut de science et d'ingénierie supramoléculaires et du Centre de recherche Paul Pascal ont étudié cette conversion de spin afin de comprendre son influence sur 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 d'investigations communs ou proches.) de ces molécules. Ainsi, au sein d'un complexe moléculaire d'ions ferreux, ils ont montré l'existence d'une forte synergie entre l'état magnétique des ions fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou d'alliages. Le...) et les propriétés chimiques du complexe. Ces travaux, publiés dans le Journal of American Chemical Society, ouvrent la voie au contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de la réactivité de certains ligands organiques et à la conception de nouveaux matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) magnétiques.



Température, lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à...), pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) ou réaction chimique, de nombreux stimuli peuvent induire une conversion de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa...). Cette propriété d'origine quantique, qui est connue pour un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) limité d'ions métalliques tels que l'ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par « allant, qui va ».) ferreux (Fe(II)), permet de le stabiliser dans deux états électroniques. Dans son état de bas spin, tous les électrons sont par paires, alors qu'à l'état haut spin certains sont célibataires. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de...) et d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique...) supramoléculaires (CNRS/Université de Strasbourg) et du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) Paul Pascal (CNRS/Université de Bordeaux) ont étudié le phénomène au sein d'un carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même mesure. Un carré...) moléculaire composé de quatre ions Fe(II), reliés par quatre ligands organiques. En contrôlant l'ajout une base, ils ont retiré progressivement deux protons à chaque ligand, ce qui, d'une façon générale, entraîne la conversion continue des ions fer de l'état haut spin vers leur état bas spin. Lorsque les huit protons disponibles sont éliminés, tous les ions fer sont dans leur état bas spin.

Le résultat principal de leurs travaux est obtenu lorsqu'il ne reste que quatre protons et que le complexe possède deux ions fer dans chaque état magnétique. On pourrait s'attendre à ce que la perte de quatre protons se fasse de façon uniforme et qu'il ne reste qu'un proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.) sur chaque ligand autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent...) de chaque ion fer, mais ce n'est pas le cas. Ainsi les ligands autour des deux ions fer dans leur état bas spin perdent leurs deux protons alors que ceux entourant les ions fer dans leur état haut spin en conservent deux. Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation...), qui n'est visible que sur un carré moléculaire, démontre que l'état de spin du fer influence l'agencement des protons, et donc la constante d'acidité des ligands. Le phénomène se produit aussi bien dans un solide que lorsque le complexe est en solution. Ainsi, ces travaux pourraient être exploités pour le contrôle de la réactivité de certains ligands organiques et dans la conception de nouveaux matériaux moléculaires

Références publication:
Sébastien Dhers, Abhishake Mondal, David Aguilà, Juan Ramírez, Sergi Vela, Pierre Dechambenoit, Mathieu Rouzières, Jonathan R. Nitschke, Rodolphe Clérac & Jean-Marie Lehn.
Spin State Chemistry: Modulation of Ligand pKa by Spin State Switching in a [2×2] Iron(II) Grid-Type Complex
J. Am. Chem. Soc. 2018, 140 (26), pp 8218–8227, doi: 10.1021/jacs.8b03735

Contacts chercheurs:
- Rodolphe Clérac, Centre de Recherche Paul Pascal (CRPP), UMR 5031, Equipe "Matériaux Moléculaires & Magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces attractives ou répulsives d'un objet sur un autre, ou avec des charges électriques en mouvement. Ces objets,...)" 115 avenue (Une avenue est une grande voie urbaine. Elle est en principe plantée d'arbres, et conduit à un monument.) du Dr. Albert Schweitzer, 33600 Pessac, France.

- Jean-Marie Lehn, Institut de Science et d'Ingénierie Supramoléculaires (ISIS), UMR 7006, "Laboratoire de Chimie Supramoléculaire" 8 allée Gaspard Monge, 67000 Strasbourg, France.
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