Des scientifiques découvrent un nouveau phénomène de brisure de symétrie chirale
Une nouvelle transition à l'état solide offre des indices sur l'origine de l'homochiralité
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Des chercheurs de l'université d'Osaka ont découvert un nouveau type de brisure de symétrie chirale (CSB) dans un composé organique cristallin. Ce phénomène, qui implique une transition structurelle à l'état solide d'un cristal achiral à un cristal chiral, représente une avancée significative dans notre compréhension de la chiralité et offre un modèle simplifié pour étudier l'origine de l'homochiralité. Cette transformation active également la luminescence à polarisation circulaire, ce qui permet de créer de nouveaux matériaux optiques aux propriétés lumineuses accordables.
Nouvelle rupture spontanée de la symétrie chirale dans un cristal unique
Ryusei Oketani et al., Spontaneous chiral symmetry breaking in a single crystal, Chemical Science 2025, Ryusei Oketani et al., Spontaneous chiral symmetry breaking in a single crystal, Chemical Science
La chiralité est une propriété fondamentale des objets, des galaxies aux molécules, et joue un rôle crucial dans les systèmes biologiques. Cependant, les composés chiraux présents dans les organismes vivants, tels que les sucres et les acides aminés, existent presque exclusivement sous une seule forme. Ce phénomène, connu sous le nom d'"homochiralité biologique", intrigue depuis longtemps les scientifiques, et son mécanisme sous-jacent reste insaisissable. Il est essentiel de comprendre comment se produit la préférence pour une forme chirale plutôt qu'une autre pour comprendre l'origine de la vie elle-même.
Auparavant, deux types de phénomènes de CSB, l'enrichissement préférentiel et le mûrissement de Viedma, ont été observés dans des solutions. Toutefois, la complexité de ces systèmes en solution rend difficile la mise en évidence des mécanismes précis à l'origine de la CSB. La découverte par l'équipe de l'université d'Osaka d'un CSB à l'état solide fournit un modèle radicalement simplifié pour l'étude de ce phénomène. Ils ont constaté qu'un dérivé chiral de la phénothiazine peut passer d'une forme cristalline achirale à une forme chirale tout en conservant une cristallinité unique. Cette transition implique l'inversion de la chiralité moléculaire au sein du réseau cristallin sans aucune influence extérieure telle que des solvants ou des impuretés.
Ce CSB unique à l'état solide offre des avantages significatifs pour l'étude des principes fondamentaux régissant la sélection chirale. La simplicité du système permet une analyse structurelle détaillée à l'aide de techniques telles que la diffraction des rayons X, ce qui permet aux chercheurs de visualiser les mouvements moléculaires au cours de la transition. Cela fournit des informations précieuses sur la dynamique de la CSB, révélant potentiellement les mécanismes sous-jacents responsables de l'homochiralité dans les systèmes biologiques. En outre, la transition déclenche une "activation" de la luminescence à polarisation circulaire (CPL), ce qui ouvre la voie à la mise au point de nouveaux matériaux optiques aux propriétés CPL commutables.
Cette découverte a de profondes implications pour la compréhension de l'origine de l'homochiralité et de son rôle dans le développement de la vie. En outre, cette recherche pourrait ouvrir la voie au développement de matériaux avancés dotés de propriétés chirales sur mesure pour des applications dans les domaines pharmaceutique, électronique et autres.
"Il est fascinant de constater que la vie est composée d'un seul énantiomère d'acides aminés et que cette chiralité se manifeste dans notre corps", a déclaré le Dr Ryusei Oketani de l'université d'Osaka, qui a dirigé la recherche. "Cette étude représente une étape importante dans la compréhension de la manière dont les molécules chirales sont orientées vers une forme et dont leurs structures assemblées se développent. Bien que cela semble être de la recherche fondamentale, les molécules chirales sont des composants clés des produits pharmaceutiques et des matériaux de nouvelle génération. Ce travail jette les bases d'une production efficace de ces substances essentielles".
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