Des scientifiques découvrent une nouvelle façon pour les métaux de se lier à l'oxygène, ce qui pourrait ouvrir un "nouveau chapitre" de la chimie
Le néodyme lie le dioxygène par des interactions pi - une première pour la chimie des lanthanides
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Le fer et l'oxygène se lient dans tout l'organisme. Le fer le plus connu est celui qui lie le dioxygène, c'est-à-dire deux oxygènes appariés l'un à l'autre, dans l'hémoglobine qui transporte l'oxygène dans le sang. Mais les composés fer-oxygène, comme on les appelle, se retrouvent dans de nombreux autres endroits de l'organisme. Par exemple, le fer-oxo hautement réactif est utilisé dans les enzymes hépatiques qui métabolisent les médicaments.
L'environnement du ligand octacoordonné utilisé pour créer des interactions pi entre le néodyme et le dioxygène
Raúl Hernández Sánchez/Rice University
Le chimiste Raúl Hernández Sánchez de l'université Rice s'est intéressé à la manière dont l'oxygène pouvait réagir avec d'autres types de métaux, ceux qui se trouvent dans la partie la plus basse du tableau périodique, appelés métaux du bloc f, avec les lanthanides dans la rangée supérieure et les actinides dans la rangée inférieure. Selon sa théorie, si les lanthanides pouvaient se lier à l'oxygène, ils formeraient un composé lanthanide-oxo très réactif qui pourrait être utilisé comme substitut synthétique du fer-oxo.
Le seul problème est que les métaux à bloc f, en particulier les lanthanides, ne peuvent pas s'engager avec de petites molécules comme l'oxygène par le biais d'interactions pi, un type d'interaction essentiel pour les matériaux biologiques tels que les protéines. Dans une récente publication dans le Journal of the American Chemical Society, Hernández Sánchez et son équipe ont décrit un moyen d'activer les interactions pi entre le dioxygène et un métal lanthanide appelé néodyme, permettant ainsi la création de lanthanide-oxos.
"Nous disposions d'une plate-forme de ligands que nous avions développée il y a quelques années", explique Hernández Sánchez, professeur adjoint de chimie. "On peut la considérer comme un panier qui nous permet de capturer des métaux et de les positionner de manière à favoriser des types de liaisons spécifiques.
Le panier était juste assez grand pour contenir un atome de métal du bloc f. L'équipe de recherche a placé deux paniers de part et d'autre du panier. L'équipe de recherche a placé deux paniers l'un en face de l'autre en intercalant six atomes soigneusement placés, dont une molécule de dioxygène, pour relier les deux atomes de néodyme. Cela crée un environnement de ligand octacoordonné, qui peut être utilisé pour ajuster les positions des métaux.
"Une fois le lanthanide dans notre panier de ligands, nous avons commencé à explorer sa réactivité aux substrats de petites molécules jusqu'à ce que nous trouvions les bonnes conditions pour trouver le dioxygène d'une manière sans précédent", a déclaré Hong-Lei Xu, chercheur postdoctoral et premier auteur de l'article.
Contrairement à ce que l'on pensait, les bonnes conditions ont permis des interactions pi entre le néodyme et le dioxygène, ce qui a donné naissance à une molécule de lanthanide-oxo. Les chimistes peuvent maintenant commencer à faire des essais pour voir si ces molécules très réactives peuvent être utilisées comme substitut synthétique du fer-oxo et, dans l'affirmative, quelles sont les options qu'elles offrent et que le fer-oxo n'offre pas.
Bien que l'article n'ait porté que sur le néodyme, l'équipe d'Hernández Sánchez suppose qu'une chimie similaire peut être étendue à la plupart des lanthanides et probablement aux actinides en utilisant le même échafaudage de ligands.
"La capacité de lier le dioxygène aux métaux à bloc f et de couper la liaison entre les deux atomes d'oxygène nous permet potentiellement de dévoiler des oxydes de lanthanide très réactifs et de former des produits chimiques à haute valeur ajoutée. Nous pourrions ouvrir un nouveau chapitre dans la chimie des lanthanides", a déclaré M. Hernández Sánchez.
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