Les chimistes conçoivent une « mer de drapeaux moléculaires » comme base pour de nouveaux types de catalyseurs


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Modèle d’une molécule d’étoile Mercedes moléculaire. Un fullerène est attaché au mât du drapeau ci-dessus, dont le mouvement est également visualisé ici par un effet de bavure. Le modèle est également sur la couverture du numéro actuel de. voir chimie appliquée. Crédit photo : Joshua Bahr / Uni Bonn

Des chercheurs de l’Université de Bonn ont développé une structure moléculaire capable de recouvrir les surfaces en graphite d’une mer de minuscules mâts. Les propriétés de ce revêtement sont très variables. Il peut être une base pour le développement de nouveaux catalyseurs. Les composés pourraient également convenir pour mesurer les propriétés nanomécaniques des protéines. Les résultats ont été publiés en ligne à l’avance dans la revue chimie appliquée. Maintenant, l’édition imprimée a été publiée, qui montre une partie de la mer de drapeaux photo de couverture.

Le bloc de construction de base du revêtement de surface est un grand anneau moléculaire. Elle est stabilisée à l’intérieur par des rayons et a donc une certaine ressemblance avec une étoile Mercedes. L’anneau a également trois petits bras qui pointent vers l’extérieur. Chacun d’eux peut saisir le bras d’un autre anneau. Cela permet aux molécules de se réunir pour former un énorme tissu en forme de feuille sans intervention extérieure. Tout ce que vous avez à faire est de tremper un morceau de graphite (qui est composé, par exemple, de mines de crayon) dans une solution de ces anneaux. Comme par magie, ceux-ci recouvrent ensuite rapidement la surface du graphite d’une structure en forme de réseau.

La taille des mailles du filet peut être ajustée avec précision en modifiant la longueur des bras. Le véritable point fort du revêtement réside cependant dans une autre possibilité de modification : « Nous pouvons attacher de minuscules pôles de différentes longueurs au milieu des anneaux », explique le professeur Dr. Sigurd Höger de l’Institut Kekulé de chimie organique et de biochimie de l’Université de Bonn. Il a dirigé l’étude avec le Dr. Stefan-Sven Jester (également Institut Kekulé) et Prof. Dr. Stefan Grimme du Mulliken Center for Theoretical Chemistry. « Nous pouvons ensuite y attacher d’autres molécules, comme des drapeaux sur un mât de drapeau. »

Une mer miniature de drapeaux

Les distances entre les pôles sont si grandes que même des molécules très volumineuses peuvent être attachées à leurs extrémités sans se gêner les unes les autres. Vous êtes alors tenu par les poteaux d’une part, mais en même temps pouvez vous déplacer librement comme un drapeau dans le vent. De plus, ils sont facilement accessibles aux substances présentes dans la solution et peuvent réagir avec elles. « Cela peut permettre de réaliser de nouveaux types de catalyseurs », spécule Höger. « Cela peut rendre possibles des réactions chimiques qui n’étaient pas possibles auparavant ou qui n’étaient possibles qu’avec beaucoup d’efforts. »

En principe, toutes les molécules peuvent être attachées aux extrémités des mâts de drapeau. À l’avenir, il devrait également être possible, par exemple, de mesurer les propriétés nanomécaniques des protéines. Pour ce faire, la molécule de protéine serait maintenue par le mât du drapeau puis séparée avec une sorte de « bras de préhension ». « Les protéines sont constituées de longs filaments, mais la plupart d’entre eux sont pliés en sphères compactes, ce qui leur donne leur forme caractéristique », explique Höger. « Les forces agissant dans la formation de ces derniers pourraient être déterminées plus précisément par de telles expériences. »

Dans Dr. Jester, les molécules produites par Höger et ses collègues ont été appliquées au graphite et examinées avec un microscope à effet tunnel. De plus, les motifs de surface des molécules de drapeau ont été simulés sur ordinateur. « Nous avons pu montrer que les molécules s’organisent réellement et se comportent exactement comme nos concepts et notre théorie le prédisent », explique Jester, qui, comme Höger et Grimme, est membre du domaine de recherche transdisciplinaire « Building Blocks of Matter and Fundamental Interactions » « (TRA Matter) à l’Université de Bonn.

La simulation de la dynamique de molécules aussi grandes et complexes nécessite d’énormes ressources informatiques. Ces dernières années, le groupe de travail du professeur Grimme a développé des méthodes sophistiquées qui rendent encore cela possible. « Avec ces méthodes, nous pouvons, par exemple, différencier les molécules connectées de manière flexible et rigide dans la simulation et prédire leur comportement », explique Grimme.

Entre autres choses, l’équipe de Bonn a attaché une structure semblable à un ballon de football, un soi-disant fullerène, aux mâts de drapeau. Là, il pouvait se balancer librement autour du sommet de chaque mât, qui était maintenu par une sorte de nano corde. « Nous pouvons réellement voir ce mouvement des fullerènes, qui a été prédit par des simulations informatiques, dans nos images au microscope à effet tunnel », explique Jester. Parce que les images des ballons de football moléculaires ne sont pas nettes, mais plutôt floues : semblable à photographier une vraie balle sur une ficelle qui se déplace d’avant en arrière dans le vent dans une faible lumière. Les molécules de référence rigidement liées, d’autre part, peuvent être clairement vues dans les images du microscope à effet tunnel.


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Plus d’information:
Georgiy Poluektov et al., Nanopatterns supramoléculaires de roues à rayons moléculaires avec colonnes orthogonales : l’observation d’une brume de fullerène, Angewandte Chemie édition internationale (2021). DOI : 10.1002 / anie.202111869

Fourni par l’Université de Bonn

Citation: Les chimistes conçoivent une « mer de drapeaux moléculaires » comme base pour de nouveaux catalyseurs (2021, 29 novembre), consulté le 1er décembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-11-chemists-molecular- base-drapeaux-marins .html

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