Auto-assemblage du nœud moléculaire en trèfle Au₆ avec BCR = 18 (record actuel)

Les nœuds moléculaires sont caractérisés par le paramètre BCR (rapport de croisement de la colonne vertébrale), le quotient entre le nombre d’atomes le long du nœud divisé par le nombre de croisements. Le nœud trèfle est le nœud le plus simple, avec seulement trois croisements. Le record BCR pour les nœuds en trèfle avec des polymères organiques est de 25,3 et avec métalanudo (noeuds métalliques) avait 23 ans. Il est publié dans Nature Communications un métal nu d’or (Au₆) avec 54 atomes, il a donc un BCR de 18. La synthèse chimique des cristaux d’Au₆ est très simple, conduisant à des cristaux avec ses deux structures chirales. Ce métallanide record s’auto-assemble à partir de trois unités du complexe L-Au₂, le diacétylide L-dioro(I), en présence d’un ligand diphosphine. Ceci est très surprenant, car les calculs DFT prédisent la synthèse du complexe Au₂, plutôt que la trimérisation en Au₆. Les auteurs avouent qu’ils ne sont pas experts en DFT ou en synthèse chimique computationnelle, mais ils osent proposer une explication ; À la surface du réseau cristallin en croissance, le tassement du métallanide Au₆ pourrait être plus favorable que celui des anneaux ouverts (L-Au₂) ou fermés (Au₂). Les études futures devront élucider cette hypothèse.

Ceux d’entre nous qui ne sont pas chimistes n’apprécient pas la formule chimique des composés. Mais pour ceux que ça intéresse, la métalanode Au₆ a pour formule [Au₆{1,2-C₆H₄(OCH₂CC)₂}₃{Ph₂P(CH₂)₄PPh₂}₃], étant le résultat de la synthèse de trois unités L-Au₂, de formule 1,2-C₆H₄(OCH₂CCAu)₂, dans une solution de diphosphine Ph₂P(CH₂)₄PPh₂. Dans l’article, la structure de ce métallanide a été vérifiée par diffraction des rayons X et résonance magnétique nucléaire (je ne suis pas un expert, mais selon les relecteurs de l’article, les résultats présentés sont suffisants pour garantir que la synthèse a été réussie. ). À propos, les auteurs ont expliqué qu’une partie de leur motivation dans la recherche sur les nœuds métalliques réside dans le fait que les nœuds chinois rouges sont des symboles de chance, de prospérité et de bonheur, qui sont offerts en cadeau pendant le Nouvel An chinois et d’autres festivités. Bien entendu, sa beauté intrinsèque et son éventuelle utilité l’influencent également, même si l’article ne propose aucune application pratique ; Ils se limitent à affirmer que les progrès dans les nœuds moléculaires serrés pourraient aider à comprendre le comportement de certaines protéines dans les systèmes biologiques.

La vérité est que j’ai été étonné qu’il soit possible de synthétiser un nœud de trèfle moléculaire aussi compact et serré. L’article est Zhiwen Li, Jingjing Zhang,…, Richard J. Puddephatt, « Auto-assemblage du nœud de trèfle moléculaire le plus petit et le plus serré », Nature Communications 15 : 154 (2 janvier 2024), doi : https://doi.org/10.1038/s41467-023-44302-y; Au niveau public, je recommande de le lire aux auteurs dans Zhiwen Li, Jingjing Zhang, Gao Li, « Dynamic Assembly of Chiral Golden Knots », Chinese Journal of Structural Chemistry 2024 : 100300 (18 avril 2024), doi : https://doi.org/10.1016/j.cjsc.2024.100300.

Ce qui est fascinant avec la synthèse chimique par auto-assemblage, c’est qu’elle est souvent facile à comprendre, même pour les profanes. Cette figure illustre la voie de synthèse du complexe ouvert L-Au₂ au cycle Au₂ et au métallanide trimère Au₆. Par ailleurs, les groupes phényle sur le ligand diphosphine ont été omis de ces formules. L’article ne comprend pas d’image 3D de la reconstruction de cette molécule à l’aide de billes pour les atomes.

L’article rapporte d’autres structures synthétisées à partir du cycle Au₂, mais sans offrir plus de détails (qui, je suppose, apparaîtront dans les prochains articles). En plus du nœud en trèfle, Au₆, du nœud de Salomon, 2×Au₄, du double anneau Au₄ et du 2[catenano] 2×Au₂. Ce sont toutes des molécules très curieuses, mais seul Au₆ détient le record.