31/05/2013 - Ils photographient pour la première fois les changements atomiques qu'une molécule subit dans une réaction chimique.

Menéame

Obtenir une image d’une molécule pendant qu’elle subit une réaction a été considéré comme l’un des saints graires de la chimie. Scientifiques de la Berkeley University et de la Université du Pays basque ont réussi, pour la première fois, à photographier avec une grande précision une molécule avant et immédiatement après une réaction organique complexe.

Les images permettent d’apprécier les processus de rupture et de création de liens entre les atomes qui composent la molécule. L’article intitulé Direct Imaging of Covalent Bond Structure in Single-Molecule Chemical Reactions, dont sont auteurs les groupes Felix Fischer (Département de chimie de l’Université de Berkeley) Michael Crommie (Département de physique de l’Université de Berkeley) Angel Rubio Le 30 mai, un professeur de l’UPV/EHU et chercheur du Centre de physique des matériaux CSIC-UPV/EHUD et du Donostia International Physics Center (Donostia) ont fait état de l’une des recherches mises en avant par l’édition en ligne. Science Express Et il sortira à la mi-juin dans l’édition papier de Science. Le premier auteur de l’article est Dimas Oteyza, qui vient de réintégrer le Centre de physique des matériaux CSIC-UPV/EHU après son séjour postdoctoral à Berkeley.

Image Source (UPV)

Les réactions chimiques organiques sont en général les processus fondamentaux qui sous-tendent toute la biologie, ainsi que les processus industriels extrêmement importants, tels que la production de combustible liquide. Les modèles structurels de molécules dans lesquels il a traditionnellement été confié pour comprendre ces processus proviennent de moyennes qui ont été calculées sur des mesures indirectes d’un grand nombre de molécules (de l’ordre de 1020), ainsi que de calculs théoriques. Personne n’avait jamais pris d’images de molécules individuelles avant et immédiatement après une réaction organique complexe.

"L’importance de notre découverte est que nous avons pu obtenir des images détaillées des structures dans lesquelles une molécule peut être transformée sur une surface, et ainsi nous avons pu déterminer les mouvements atomiques qui sous-tendent ces transformations chimiques," explique Angel Rubio. En particulier, les chercheurs ont saisi des images HD d’un oligo-enediyne (une molécule simple composée de trois anneaux de benzène liés par des atomes de carbone) déposés sur une surface plate d’or. La technique utilisée est l’appel non-contact Atomic Force Microscopy (nc-AFM), qui est basé sur un instrument avec une sonde tactile extrêmement sensible. Ce microscope de force atomique utilise une aiguille très fine qui peut détecter les plus petites bosses atomiques, de la même manière que celle que nous utilisons pour lire un mot écrit en Braille avec les jaunes d’orteils. Comme les molécules de oligo-enediyne Ils sont si petits (~10-9 m), la pointe de la sonde a été configurée pour qu’elle soit constituée dans un seul atome d’oxygène. Cet atome provenait d’une molécule unique de monoxyde de carbone, CO, adsorbée à la pointe du microscope AFM et agit comme " doigt " dans la lecture tactile.

En déplaçant ce " doigt " atomique en avant et en arrière le long de la surface, ils ont obtenu des profils correspondant aux positions précises des atomes et les liens chimiques du oligo-enediyne. Des progrès récents dans cette technique de microscopie l’ont rendue si précise que les chercheurs ont même pu distinguer si les liens entre les atomes de carbone étaient simples, doubles ou triples. Ensuite, ils ont chauffé la surface sur laquelle se trouvaient les molécules, entraînant une réaction chimique étroitement liée aux cyclisations. Les cyclisations, découvertes par le professeur Bergman, de l’Université de Berkeley, au début des années 70, consistent en la formation d’anneaux aromatiques, c’est-à-dire d’atomes de carbone liés à des chaînes se replient sous forme d’anneau. "Les profils que nous avons enregistrés après avoir fait réagir les molécules montrent clairement comment de nouveaux liens chimiques sont formés et comment les atomes à l’intérieur des molécules sont réorganisés pour former de nouvelles structures," explique Dimas Oteyza. Les résultats ont pu être interprétés et analysés microscopiquement grâce à des simulations réalisées dans le groupe d’Ange Rubio.

En plus d’obtenir une confirmation visuelle surprenante des mécanismes microscopiques qui sous-tendent les réactions chimiques organiques prédites théoriquement, ce travail est pertinent pour la fabrication de nouveaux matériaux et appareils électroniques de mesure de haute précision à échelle nanométrique.

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UPV/EHU

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