Les nouveaux éléments constitutifs ont été utilisés pour synthétiser un polymère unique doté d’une structure cristalline et d’un point de fusion élevé. Crédit : Scripps Research
Les polymères peuvent être comparés à des trains : de la même manière qu’un train est composé de plusieurs wagons, les polymères sont constitués de plusieurs monomères, et les couplages entre les wagons sont similaires aux liaisons chimiques qui lient les monomères entre eux. Bien que les polymères aient une multitude d’applications, de l’administration de médicaments aux matériaux de construction, leurs structures et leurs fonctions sont limitées par les blocs de construction monomères chimiquement similaires dont ils sont composés.
Aujourd’hui, les chimistes de Scripps Research et d’autres collaborateurs ont développé une nouvelle réaction permettant de créer des monomères uniques de manière contrôlée. Cette réaction, qui utilise le nickel comme catalyseur, permet aux scientifiques de créer des polymères aux propriétés uniques et modifiables pour l’administration de médicaments, le stockage d’énergie, la microélectronique et bien plus encore. L’étude a été publiée dans Synthèse de la nature le 8 août 2024.
Le laboratoire Engle de Scripps Research se concentre sur le développement de nouvelles réactions chimiques pour créer une gamme large et diversifiée de petites molécules, généralement utilisées dans la découverte de médicaments. Dans cette étude, l’équipe de Scripps Research a collaboré avec des chercheurs en polymères du Georgia Institute of Technology et de l’Université de Pittsburgh pour tester si leurs méthodes pouvaient être étendues pour créer des polymères uniques.
« Les propriétés des polymères dépendent en grande partie du type de chimie qui les compose. Ainsi, si vous pouvez modifier la chimie des éléments constitutifs, vous pouvez facilement l’appliquer à la structure macromoléculaire que vous construisez », explique Anne Ravn, Ph.D., chercheuse postdoctorale au laboratoire Engle de Scripps Research et co-première auteure de l’article.
« Avec ce projet, nous voulions tester si notre stratégie de développement de petites molécules pouvait être appliquée à une échelle plus vaste pour fournir de nouveaux éléments de base pour la synthèse de polymères. »
Les autres premiers auteurs de l’article sont Van Tran, Ph.D., qui a travaillé sur le projet en tant qu’étudiant diplômé dans le laboratoire Engle; Camille Rubel, un étudiant diplômé actuel dans le laboratoire Engle; Mizhi Xu, Ph.D., un ancien étudiant diplômé dans le laboratoire Gutekunst du Georgia Institute of Technology; et Yue Fu, Ph.D., un ancien étudiant diplômé dans le laboratoire Liu de l’Université de Pittsburgh.
Pour créer les nouveaux monomères, l’équipe de recherche de Scripps a mis au point une réaction chimique qui modifie la structure d’une molécule de départ en utilisant le nickel comme catalyseur. La réaction catalysée par le nickel a ajouté deux nouveaux « groupes fonctionnels » à la molécule : de petites chaînes latérales qui confèrent différentes propriétés chimiques et physiques au polymère obtenu, par exemple sa souplesse, son élasticité ou sa solubilité.
Ensuite, les collaborateurs de l’équipe du Georgia Institute of Technology ont utilisé une autre réaction chimique pour lier les monomères ensemble par polymérisation, ce qui a donné naissance à des polymères avec une structure unique.
« La plupart des polymères commerciaux ont deux carbones entre chaque groupe fonctionnel qui ne sont décorés d’aucune chaîne latérale, mais dans ce cas, les groupes fonctionnels sont beaucoup plus proches dans l’espace, ce qui crée un matériau avec des propriétés différentes », explique Ravn.
À l’avenir, l’équipe prévoit d’explorer l’impact de la substitution de différents groupes fonctionnels sur les monomères.
« Notre stratégie nous permet de « décorer » la molécule avec beaucoup plus de flexibilité que d’autres méthodes, ce qui nous donne plus de liberté pour explorer différents types de fonctionnalités dans les blocs de construction », explique Ravn. « Nous travaillons maintenant à étendre la méthode pour étudier comment l’introduction d’autres types de groupes fonctionnels modifie les propriétés du matériau. »
Le nickel étant plus abondant que de nombreux autres catalyseurs métalliques utilisés dans ce type de réaction chimique, les chercheurs affirment que leur méthode est prometteuse en tant que méthode écologiquement durable pour la production de polymères. Ils étudient également des moyens de rendre les produits encore plus durables.
« D’un point de vue environnemental, nous souhaitons trouver une méthode pour dégrader ces longs polymères afin de pouvoir revenir aux éléments constitutifs d’origine, ce qui nous permettrait de les réutiliser », explique Ravn. « C’est un outil que nous espérons peaufiner à l’avenir pour finalement créer de nouvelles technologies utiles à la société. »
Plus d’information:
Van T. Tran et al, Dicarbofonctionnalisation catalysée par Ni pour la synthèse de monomères de cyclooctène codés par séquence, Synthèse de la nature (2024). DOI : 10.1038/s44160-024-00618-1
Fourni par le Scripps Research Institute
Citation: Des chimistes développent une nouvelle réaction durable pour créer des blocs de construction moléculaires uniques (2024, 8 août) récupéré le 8 août 2024 à partir de
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2024-08-08 18:20:36
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