Des "bêtes moléculaires" chargées à la base de nouveaux composés
Des chercheurs utilisent des fragments "agressifs" d'ions moléculaires pour la synthèse chimique
Les spectromètres de masse sont des machines de haute technologie qui jouent un rôle important dans notre société. Ce sont des instruments d'analyse très sensibles, indispensables dans des domaines tels que le diagnostic médical, le contrôle de la qualité des aliments et la détection de substances chimiques dangereuses. Le groupe de recherche dirigé par le Dr Jonas Warneke à l'Institut Wilhelm-Ostwald de chimie physique et théorique de l'université de Leipzig travaille à la modification des spectromètres de masse afin qu'ils puissent être utilisés à des fins totalement différentes : la synthèse chimique de nouvelles molécules. Ces spectromètres de masse préparatifs peuvent être utilisés pour produire des composés chimiques d'une nouvelle manière. Les chercheurs ont récemment synthétisé un nouveau composé à partir d'un fragment moléculaire chargé et de l'azote de l'air, qui présente un large éventail d'applications potentielles dans la construction de nouvelles structures moléculaires. Ils ont publié leurs nouvelles découvertes dans la revue "Angewandte Chemie". La couverture de la revue illustre le concept de "récolte" de molécules composées à partir de fragments dans une approche de type "boîte à graines" dans la phase gazeuse d'un spectromètre de masse, directement dans un flacon chimique qui serait généralement utilisé pour la synthèse conventionnelle.
Couverture de la revue Angewandte Chemie.
Leipzig University
L'une des principales tâches de la recherche chimique fondamentale consiste à trouver de nouveaux moyens de rompre et de reformer les liaisons chimiques. Lorsqu'une liaison dans une molécule chargée est rompue, il en résulte souvent un fragment chimiquement "agressif", que nous appelons un fragment réactif. Ces fragments sont difficiles à contrôler à l'aide des méthodes établies de synthèse chimique. On peut les considérer comme des bêtes sauvages qui attaquent tout ce qui se trouve sur leur chemin. Dans un spectromètre de masse, il existe de nombreuses façons de rompre certaines liaisons et de générer des fragments", explique le Dr Warneke en décrivant les processus des spectromètres de masse. Selon lui, les "bêtes" sont maintenues dans des conditions particulières, car il y a un vide à l'intérieur du spectromètre de masse. Cela signifie qu'elles n'ont rien à attaquer, ce qui empêche les réactions chimiques incontrôlées. "Si l'on propose alors une certaine molécule, par exemple de l'azote, qui n'est normalement pas réactive et ne se lie pas, la bête s'en contente parce qu'elle n'a pas d'autre choix", explique-t-il. De cette manière, des molécules très difficiles à lier, comme l'azote, peuvent être facilement incorporées dans une nouvelle substance", poursuit M. Warneke.
Dans le passé, l'équipe de recherche a utilisé cette approche pour faire entrer des fragments réactifs dans des réactions très inhabituelles, par exemple avec des gaz nobles, qui sont les éléments chimiques les plus difficiles à lier. "La stratégie de base consistant à contrôler les bêtes chimiques dans les spectromètres de masse n'est pas nouvelle", explique M. Warneke. Elle est utilisée depuis des décennies pour analyser les propriétés des fragments réactifs. Cependant, les nouveaux composés découverts de cette manière ne pouvaient pas être utilisés ultérieurement. Les spectromètres de masse montrent ce qui se passe à l'intérieur, mais les nouvelles substances ne sont produites qu'en très petites quantités et ne peuvent généralement pas être extraites. Elles sont souvent simplement détruites lorsque le signal utilisé pour les analyses est généré.
C'est pourquoi les chercheurs sortent généralement des expériences avec les spectromètres de masse avec de "grandes connaissances" mais "les mains vides". "Ils maîtrisent la bête. Il se passe exactement ce qu'ils espéraient, ils observent la nouvelle molécule aux propriétés potentiellement fascinantes, puis elle disparaît", explique M. Warneke en décrivant les expériences chimiques réalisées avec des spectromètres de masse conventionnels. La nouvelle publication pourrait changer radicalement cette vision des réactions chimiques dans les spectromètres de masse. L'équipe de recherche a produit une nouvelle substance à partir d'un fragment agressif et d'azote non réactif et l'a recueillie à l'aide de spectromètres de masse préparatifs en quantités suffisantes pour pouvoir la voir à l'œil nu, la manipuler et la soumettre à d'autres expériences.
La quantité de substance produite par cette méthode restera limitée aux applications de la technologie des couches minces pendant un certain temps encore. Cependant, la spectrométrie de masse préparative pourrait bientôt ouvrir de toutes nouvelles possibilités pour ces applications, par exemple dans la production de micropuces, de cellules solaires ou de revêtements biologiquement actifs. Le groupe de recherche junior a maintenant franchi une étape importante dans son projet, qui a été financé par la bourse Freigeist de la Fondation Volkswagen depuis 2020.
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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