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Résultat scientifique | Chimie

Hélicènes : la famille s'agrandit


​Les hélicènes sont des molécules synthétiques aux propriétés séduisantes pour les physiciens des matériaux mais aussi pour les biologistes. Une collaboration dirigée par des chimistes du SCBM (Institut Joliot) et impliquant le NIMBE (CEA-Iramis) a permis la synthèse d’une classe particulière d’hélicènes. Ces travaux ont été publiés dans le Journal of the American Chemical Society.

Publié le 22 janvier 2019

​Les premiers hélicènes furent synthétisés au tout début du XXe siècle. Pour autant, l’intérêt pour ces composés n’a vraiment débuté que dans les années 50 – les difficultés rencontrées pour les synthétiser ayant probablement ralenti leur étude et la découverte de leurs propriétés physico-chimiques singulières. Les hélicènes constituent une famille de molécules articulées en hélice. Cette forme hélicoïdale est due au fait que le « squelette » de ces molécules est construit à partir d’une succession de structures cycliques planes (cycles aromatiques) qui, au-dessus d’un certain nombre, se gênent dans l’espace et s’enroulent tel un ressort. L’un des intérêts de ces molécules réside dans leurs propriétés optiques : elles peuvent notamment dévier une lumière polarisée ou changer d’état en absorbant de la lumière. Les principales applications entrevues concernent le domaine des matériaux « optiques » : les hélicènes pourraient par exemple entrer dans la composition des cellules photovoltaïques de nouvelle génération ou de polymères nanostructurés en électronique. Les hélicènes éveillent également la curiosité dans le domaine de la biologie. Certains étant capables d’interagir avec des molécules d’ADN, des chercheurs imaginent pouvoir les utiliser comme inhibiteurs d’enzymes qui agissent sur l’ADN et qui seraient des cibles potentielles de thérapies anticancéreuses. 

Mais la synthèse de ces composés reste complexe et souvent fastidieuse, avec plusieurs étapes. Elément important : lors d’une ou plusieurs étapes de synthèse, les molécules de départ peuvent être liées et s’agencer les unes par rapport aux autres de différentes manières. Au final, la synthèse peut aboutir à un mélange de composés qui ne sont pas tous des hélicènes. La sélectivité de la réaction, ou plutôt son absence, est une contrainte forte que les chimistes doivent pouvoir anticiper. Une équipe du SCBM a collaboré avec des équipes de l’Iramis (CEA-DRF) et de deux universités californiennes1 pour mettre au point la synthèse d’une nouvelle classe d’hélicènes, suffisamment divergente pour avoir accès à plusieurs « membres » en une seule étape. L’approche s’est avérée fructueuse. Au cours de leurs travaux, les chercheurs ont observé une sélectivité inattendue dans leur réaction. Les calculs théoriques leur ont permis de comprendre ce phénomène. A terme, leur procédé doit fournir un accès modulaire à des dérivés substitués de leur sous-classe d’hélicènes et pourrait permettre la synthèse d’autres classes d’hélicènes. 

​La synthèse d'hélicènes contenant du pyrazole par cycloaddition de deux composés (sydnone et aryne) est décrite pour la première fois. Une haute sélectivité pour le produit le plus contraint stériquement a été observée. Les calculs théoriques ont permis de comprendre l'origine de ce phénomène. © D. Audisio/CEA


1UCLA et l'Université de San José

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