Des astuces pour contrôler les réactions dans une seule molécule
Les impulsions d'une pointe acérée permettent aux chercheurs de briser et de former des liaisons chimiques à volonté.
Les réactions chimiques produisent souvent des mélanges désordonnés de différents produits. C'est pourquoi les chimistes passent beaucoup de temps à faire en sorte que leurs réactions soient plus sélectives pour produire des molécules cibles particulières. Une équipe internationale de chercheurs a réussi à obtenir ce type de sélectivité en envoyant des impulsions de tension à une seule molécule par le biais d'une pointe incroyablement pointue.
Une équipe internationale de scientifiques a mis au point une méthode permettant de rompre et de former des liaisons moléculaires en appliquant une tension à une molécule à l'aide d'une pointe acérée de quelques atomes seulement.
© 2022 KAUST; Anastasia Serin
"Le contrôle de la voie d'une réaction chimique, en fonction des impulsions de tension utilisées, est sans précédent et très intéressant pour les chimistes", déclare Shadi Fatayer, de KAUST.
L'équipe a utilisé un instrument qui combine la microscopie à effet tunnel (STM) et la microscopie à force atomique (AFM). Ces deux techniques permettent de cartographier la position des atomes au sein de molécules individuelles à l'aide d'une pointe qui peut n'avoir que quelques atomes de large. Mais la tension peut également être utilisée pour rompre les liaisons au sein d'une molécule, permettant potentiellement la formation de nouvelles liaisons.
"Des réactions contrôlées par la pointe ont déjà été réalisées, mais il n'y avait aucun contrôle sur le produit final", explique Fatayer. "La sélectivité est l'élément clé ici - selon la polarité et la valeur des impulsions de tension, nous pouvons former et rompre différentes liaisons internes à volonté."
Les chercheurs ont utilisé cette approche pour étudier le tétrachlorotétracène, une molécule qui contient quatre atomes de chlore attachés à une rangée de quatre anneaux hexagonaux d'atomes de carbone. L'application d'une tension d'environ 3,5 V a éliminé deux atomes de chlore et a incité la molécule à se réarranger. L'augmentation de la tension a éliminé les atomes de chlore restants, déclenchant d'autres réarrangements qui ont formé trois produits différents.
Le premier produit comporte quatre anneaux hexagonaux disposés en zigzag ; le deuxième comporte un anneau à 10 chaînons flanqué de deux anneaux à six chaînons ; et le troisième contient un anneau à quatre chaînons, un anneau à huit chaînons et deux anneaux à six chaînons.
De petites impulsions de tension pourraient être utilisées pour interconvertir ces produits. En réglant avec précision la tension, les chercheurs ont pu contrôler quelles liaisons étaient rompues et quel produit de réarrangement était formé.
En combinant leurs résultats avec des calculs théoriques, les chercheurs ont montré que la sélectivité de la méthode dépend du paysage des états d'énergie que les molécules adoptent lorsqu'elles portent des charges électriques différentes, connu sous le nom d'état d'oxydation. Comme l'état d'oxydation initial d'une molécule peut être contrôlé par un champ électrique, cette approche pourrait aider les chimistes à concevoir de nouvelles réactions chimiques et de nouveaux produits, explique M. Fatayer.
Son groupe développe actuellement des moyens d'ajouter ou de retirer des électrons uniques à des molécules individuelles, et d'appliquer des impulsions de tension à des parties spécifiques d'une molécule pour contrôler la réaction chimique qui se produit.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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