Une étude, dont les résultats intitulés «Diastereoselective synthesis of [1]rotaxanes via an active metal template strategy» sont publiés dans la revue Chemical Science, a permis de mettre au point la première synthèse stéréosélective de lassos moléculaires chiraux : des molécules entrelacées pour mimer les processus du vivant.

Relevons tout d'abord que «tous les êtres vivants sont constitués de briques élémentaires chirales (acides aminés, sucres, ADN...) car si «de nombreuses molécules sont ambidextres», certaines molécules sont chirales, c'est-à-dire «exclusivement gauchères ou droitières».

Concrètement, au milieu du 19 ème siècle, Louis Pasteur a découvert que les organismes vivants utilisent des molécules à la chiralité bien définie», une propriété essentielle à leur survie du fait que certains processus biologiques «dépendent d’interactions chimiques qui ne peuvent être réalisées que grâce à des molécules spécifiquement 'gauchères' ou au contraire 'droitières', un peu à l’image d’une poignée de main qui ne peut se faire qu’entre deux mains droites ou deux mains gauches».

Depuis cette découverte, «de nombreuses méthodes de synthèse ont été développées afin de préparer des molécules chirales de manière sélective (on utilise le terme de synthèse stéréosélective), que ce soit dans le but de mimer le vivant, ou de mieux interagir avec lui», car «une même molécule peut par exemple avoir un effet thérapeutique sous une forme (disons 'gauchère') et être inactive voire même toxique sous sa forme 'opposée' ('droitière' dans cet exemple)». Cependant, «pour certaines molécules, dont certaines 'machines moléculaires', il était encore impossible de synthétiser l’une d’elle sans synthétiser une petite proportion de l’autre».

En fait, «au cours des trente dernières années, un nombre impressionnant d’architectures moléculaires entrelacées ont été synthétisées». Cette classe de molécules, dans laquelle figurent les rotaxanes qui sont des molécules constituées «d'un macrocycle lié mécaniquement à un fragment moléculaire linéaire qui le traverse de part en part», a «principalement été utilisée pour la conception de machines moléculaires, domaine récompensé par le prix Nobel de Chimie en 2016».

Notons ici que les machines moléculaires, «à l’instar de leurs homologues macroscopiques», sont «capables de réaliser des tâches spécifiques à l’échelle microscopique» et que «leur fonctionnement est généralement contrôlé grâce à un stimulus physique ou chimique, tel un bouton 'on/off' qui déclenche le mouvement d’une partie de la molécule par rapport à une autre (rotation, étirement, contraction)».

Les machines moléculaires sont très souvent «constituées d’unités enchevêtrées ou entrelacées l’une dans l’autre (tels deux maillons d’une chaine)», un type de lien, appelé liaison mécanique, qui «assure l’assemblage des différentes unités de la machine tout en leur offrant une liberté de mouvement l’une vis-à-vis de l’autre».

Comme «les machines moléculaires se retrouvent dans la nature et notamment dans notre organisme, par exemple sous la forme de protéines motrices qui semblent posséder des 'pieds moléculaires' leur permettant d’avancer», elles pourraient par exemple être employées à terme, «pour former des muscles artificiels, transporter des médicaments ou encore avoir des applications en électronique grâce à leur propriété binaire 'on/off'». De la sorte, «les molécules chirales et les machines moléculaires sont deux pans importants dans la constitution et le fonctionnement du vivant».

Alors que, jusqu'ici, «rares sont les méthodes permettant de synthétiser des machines moléculaires exclusivement droitière ou gauchère», l'étude en question ici rapporte la mise au point de «la première synthèse de rotaxanes, connus également sous l’appellation de lassos moléculaires, présentant une chiralité mécanique parfaitement définie». Pour obtenir ce résultat, «l’enfilement de la partie linéaire au sein du macrocycle», a été effectué «en contrôlant à l’échelle moléculaire, la face par laquelle se déroule ce processus».

Comme «cette stratégie a permis de préparer des lassos moléculaires images l’un de l’autre dans un miroir avec une grande sélectivité», ce travail «ouvre une nouvelle voie pour la préparation d'une grande variété de lassos moléculaires chiraux, permettant ainsi l'étude des propriétés et des applications potentielles de cette classe de molécules entrelacées».