• Chimie: la mise au point d'une technique simple et efficace pour nouer des molécules a permis de révéler les changements de propriétés qui découlent de ces entrelacs!____¤202003

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «Cover Feature: Untying the Photophysics of Quinolinium‐Based Molecular Knots and Links» sont publiés dans la revue Chemistry A European Journal, a abouti à la mise au point d'une technique simple et efficace permettant de nouer des molécules, ce qui a permis de mettre en évidence, pour la première fois, les changements de propriétés qui découlent de ces entrelacs.

     

    Relevons tout d'abord qu'en mathématiques, «on ne dénombre pas moins de six billions de possibilités différentes de nœuds». Pour ce qui concerne le domaine de la chimie, l’idée de nouer des molécules entre elles «apparaît en 1971, avec pour objectif la création de nouveaux matériaux induits pas les changements de propriétés mécaniques et physiques qui découleraient de ces entrelacs». Néanmoins, il a fallu «attendre 1989 pour que le français Jean-Pierre Sauvage, Prix Nobel de chimie 2016, y parvienne».

     

    Concrètement, «pour nouer des molécules entre elles, il faut utiliser des métaux qui s’attachent à la molécule et la dirigent sur un chemin très précis qui permettra de faire les croisements nécessaires à la confection du nœuds», mais «ce procédé complexe aboutit souvent à une perte de matière première de plus de 90%» de sorte que «les nœuds moléculaires ne constituent plus que quelques milligrammes au maximum, pas de quoi confectionner de nouveaux matériaux».

     

    Dans ce contexte, l'étude ici présentée a élaboré «une nouvelle technique qui permet de créer des entrelacs moléculaires facilement», en utilisant des molécules huileuses trempées dans de l’eau chauffée à 70 degrés. Comme elles sont hydrophobes, ces molécules «cherchent à fuir à tout prix l’eau, se rassemblent et forment un nœud par auto-assemblage».

     

    Cette nouvelle technique permet ainsi de réaliser «des nœuds moléculaires sans effort, et surtout sans perte de matière»: en effet «jusqu’à 90% des réactifs de base» sont transformé en nœud, «ce qui permet d’envisager une véritable analyse des changements de propriétés mécaniques induits par les nœuds, ce qui n’a encore jamais été fait». S'il n'est pas possible de «choisir comment les molécules se nouent entre elles», on peut cependant «reproduire un même nœud à volonté, car une même structure chimique formera toujours un nœud identique sous l’action de l’eau».

     

    Pour évaluer l’impact des entrelacs, l'étude s'est focalisée sur «une famille de molécules qui contiennent toutes un même motif: elles absorbent l’ultra-violet, sont fluorescentes et très sensibles à l’environnement général, notamment à la présence d’eau». Quatre nœuds ont été créés «du plus simple au plus complexe (0, 2, 3 et 4 croisements)» et «comparé à une molécule de référence qui constitue leur base».

     

    Pour effectuer cette comparaison, la résonance magnétique nucléaire (RMN) a été utilisée en premier lieu pour «observer la rigidité des différentes parties des nœuds et la vitesse et la façon dont elles bougent les unes par rapport aux autres». Il a été ainsi constaté que «plus les nœuds sont complexes, moins ils bougent».

     

    En second lieu, la spectroscopie a été employée «pour comparer les spectres des quatre nœuds entre eux. Il est alors apparu «que les nœuds simples (0 et 2 croisements), plus lâches, se comportaient de la même manière que la molécule source», alors que «dès que les nœuds se complexifient, les molécules, plus serrées, changent de propriétés physiques et changent de couleur», car les manières d’absorber et d’émettre de la lumière sont différentes de celles de la molécule source.

     

    Ce changement de couleur a permis «de visualiser les propriétés mécaniques propres à chaque assemblage, que ce soit son élasticité, sa conformation, ou encore son mouvement ou sa position». Il a été ainsi prouvé, pour la première fois, «que les molécules nouées changeaient de propriétés mécaniques».

     

    Au bout du compte, cette technique pour fabriquer des nœuds ouvrent de nouvelles perspectives. Par exemple, le contrôle des changements mécaniques de ces nœuds pourrait servir «d’indicateurs des propriétés de l’environnement». De nouveaux matériaux, par exemple élastiques, pourraient également être fabriqués «à partir de ces réseaux de nœuds, maintenant qu’il n’y a plus de perte de matière lors de la confection des entrelacs». Enfin, on peut envisager un transfert de l’information «à l’intérieur même d’un nœud grâce à un simple changement de position sur une partie du nœud qui se répercuterait dans toute la structure et ferait passer l’information».

     

     


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