Synthèse sur surface : quand l’aromaticité dicte la réactivité chimique

La synthèse sur surface (en anglais : on-surface synthesis) propose d’utiliser la surface plane d’un matériau support pour initier des réactions chimiques. Ce matériau, dont la structure et la composition sont parfaitement définies, agit comme catalyseur de la réaction et induit des mécanismes réactionnels inédits. Dans ce cas particulier où le réactif est composé de molécules cycliques planes dites aromatiques,  les contraintes géométriques limitent les possibilités d’interaction entre les réactifs et la surface bidimensionnelle. Ces interaction peut être visualisée  directement in situ, avec une résolution à l’échelle de l’atome et de la liaison chimique, à l’aide d’un microscope à champ proche (STM ou AFM).

Dans ce contexte, des scientifiques de l'Institut matériaux, microélectronique et nanosciences de Provence (CNRS/Aix-Marseille Université), de l’Institutdes Sciences Moléculaires de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université ), du laboratoire RIKEN au Japon et du synchrotron Elettra en Italie, ont étudié la réactivité chimique du carbazole en présence d’une surface métallique. Cette molécule se dimérise1  lorsqu’elle entre en contact avec une surface métallique. 

En utilisant un microscope à champ proche (STM ou AFM) qui offre une résolution à l’échelle de l’atome et de la liaison chimique, les scientifiques ont pu visualiser  directement in situ les interactions surface-réactif. Ils ont ainsi montré que la nature du support impacte directement la réactivité du carbazole. Déposé sur une surface de cuivre, une liaison N-H présente dans la structure cyclique est rompue alors qu’avec de l’or, cette liaison est conservée. Etant donnée la délocalisation électronique liée au caractère aromatique2  de la molécule, cette modification en apparence minime perturbe profondément la répartition des électrons sur l’ensemble de la structure. Ils montrent ainsi que c’est ce paramètre qui va orienter la réaction de dimérisation à la surface pour mener à la formation de deux composés complétement différents (voir figure). 

Cette étude met en évidence le lien entre la sélectivité d’une réaction sur suface et l’aromaticité du réactif, ouvrant ainsi des voies de synthèse originales pour concevoir de nouveaux composés chimiques sur des surfaces.

Rédacteur : CCdM

• 1Une réaction de dimérisation est une réaction chimique au cours de laquelle deux molécules identiques se combinent pour former une nouvelle molécule appelée dimère.
• 2Une molécule aromatique contient un ou plusieurs cycles d'atomes de carbone. Sa grande stabilité résulte de la délocalisation des électrons dans le cycle.