Des molécules aromatiques et torsadées
La chimie organique est régie par de nombreuses règles, établies au fil des expériences. Aujourd’hui, les chimistes explorent les limites de ces lois. Comme Fabien Durola et son équipe du Centre de recherche Paul Pascal, qui avec leur cyclo-tris-[5]hélicène, prouvent qu’un composé aromatique peut être triplement torsadé, esthétique et atypique de par ses propriétés électroniques induites. Des travaux parus dans la revue Chemical Science.
Des huiles essentielles aux colorants en passant par les cristaux liquides, les composés aromatiques envahissent notre quotidien. Cette grande famille de molécules est facilement identifiable grâce aux travaux du chimiste allemand Erich Hückel réalisés dans les années 1930.
"À l’époque, on associait de nombreux critères aux composés aromatiques, de la stabilité au magnétisme en passant par le caractère plan de la molécule. Aujourd’hui la communauté scientifique se demande si l’exclusivité des critères est vraiment nécessaire pour caractériser l’aromaticité.", explique Fabien Durola, enseignant-chercheur à l’Université de Bordeaux au Centre de recherche Paul Pascal (CNRS/Université de Bordeaux)1.
Et ce, à juste titre, certaines molécules aromatiques, comme les hélicènes, vont à l’encontre de la planarité exigée par Hückel. C’est justement cette curiosité que Fabien Durola et son équipe ont souhaité explorer. "Ces molécules ne sont pas dotées que d’une belle esthétique d’hélices. Les hélicènes ont, par exemple, un très fort pouvoir rotatoire dû à leur chiralité2."
En effet, en plus d’être hors la loi d’Hückel et pourtant aromatique, la molécule cyclique synthétisée par cette équipe, le cyclo-tris-[5]hélicène, présente une géométrie de ruban de Möbius triple. C’est à dire que l’on retrouve un ruban fermé et triplement vrillé, à une seule face non seulement au niveau de ses orbitales mais aussi dans la forme elle-même de la molécule. "C’est cette complémentarité qui est nouvelle et laisse espérer la découverte de nouvelles propriétés électroniques et optiques intéressantes."
Aujourd’hui Fabien Durola envisage de condenser encore un peu la molécule synthétisée : "Avec ses trois liaisons simples entre les 3 fragments de [5]hélicènes, elle est encore triviale d’un point de vue topologique". L’objectif de cette fusion ? Produire un ruban de Möbius moléculaire parfaitement condensé dont les propriétés pourraient être davantage surprenantes.
1 En collaboration pour l’étude théorique avec l’équipe de Rainer Herges à l’Institut de Chimie Organique Otto-Diels, Université de Kiel, Allemagne.
2 Caractéristique d’une molécule qui n’est pas superposable à son image dans le miroir.
Référence
Guillaume Naulet, Ludmilla Sturm, Antoine Robert, Pierre Dechambenoit, Fynn Röhricht, Rainer Herges, Harald Bock et Fabien Durola
Cyclic tris-[5]helicenes with single and triple twisted Möbius topologies and Möbius aromaticity
Chemical Science - Novembre 2018
DOI: 10.1039/C8SC02877J