Dévoiler le monde mystérieux des molécules : les scientifiques confirment une théorie vieille de plusieurs décennies

Les chercheurs ont vérifié expérimentalement une théorie de longue date selon laquelle la densité électronique est inégalement répartie dans les molécules aromatiques.

Des chercheurs de l’IOCB Prague, de l’Institut de physique de l’Académie tchèque des sciences et de l’Université Palatski d’Olomouc ont une fois de plus fait de grands progrès en perçant les mystères du monde des molécules et des atomes. Ils ont vérifié expérimentalement une théorie de longue date selon laquelle la densité électronique n’est pas uniformément répartie dans les molécules aromatiques.

Ce phénomène affecte grandement les propriétés physiques et chimiques des molécules et leurs interactions. Cette recherche élargit les possibilités de conception de nouveaux nanomatériaux et fait l’objet d’un article qui vient d’être publié. Communications naturelles.

La même équipe d’auteurs dans sa précédente étude pilote publiée dans les sciences Décrire la distribution irrégulière des électrons dans atome, ce qu’on appelle le trou σ. Les chercheurs ont désormais confirmé l’existence d’un trou dit π. Dans les hydrocarbures aromatiques, les électrons se trouvent dans les nuages ​​au-dessus et au-dessous du plan des atomes de carbone. Si nous remplaçons les atomes d’hydrogène environnants par des atomes ou des groupes d’atomes plus électronégatifs qui éloignent les électrons, les nuages ​​initialement chargés négativement se transforment en trous électroniques chargés positivement.

Professeur Pavel Hobza, président distingué et chef du groupe sur les interactions non covalentes à l’IOCB Prague. Crédit : Thomas Bellon/IOCB Prague

Les scientifiques ont utilisé la méthode avancée de microscopie électronique à balayage et ont poussé ses capacités encore plus loin. Cette méthode fonctionne avec une résolution subatomique et peut ainsi imager non seulement les atomes dans les molécules, mais également la structure de la couche électronique d’un atome. Comme le souligne l’un des co-auteurs, Bruno de la Torre de l’Institut tchèque de technologie avancée et de recherche (CATRIN) de l’Université Palatski d’Olomouc, le succès de l’expérience décrite ici est principalement dû aux excellentes installations de son institution d’origine. et l’excellente participation au doctorat de l’institut. étudiants.

« Grâce à notre expérience précédente avec la technologie de microscopie à force de sonde Kelvin (KPFM), nous avons pu améliorer nos mesures et obtenir des ensembles de données très complets qui nous ont aidés à approfondir notre compréhension non seulement de la façon dont la charge est distribuée dans les molécules. Mais aussi de ce qui peut être observé. en utilisant cette technique.

Les mesures expérimentales ont confirmé les prédictions théoriques de l’existence d’un trou π. De gauche à droite : structure chimique de la molécule étudiée, carte de potentiel électrostatique calculée de la molécule, micrographie expérimentale à force de sonde Kelvin (KPFM) et image KPFM simulée. Crédit : IOCB Prague

La microscopie à force moderne est depuis longtemps le domaine des chercheurs de l’Institut de physique. Non seulement dans le cas des structures moléculaires, ils ont utilisé au maximum une résolution spatiale sans précédent. Il y a quelque temps, ils ont confirmé l’existence d’une répartition irrégulière de la densité électronique autour des atomes d’halogène, appelés trous σ. Cette réalisation a été publiée en 2021 par les sciences. Les recherches précédentes et actuelles ont été grandement contribuées par l’un des scientifiques tchèques les plus cités aujourd’hui, le professeur Pavel Hobza de l’Institut de chimie organique et de biochimie de l’Académie tchèque des sciences (IOCB Prague).

« La confirmation de l’existence du trou π, ainsi que du trou σ qui le précède, illustre pleinement la qualité des prédictions théoriques de la chimie quantique, qui sont responsables de ces deux phénomènes depuis des décennies. Elle montre qu’elles peuvent être fiable même en l’absence d’expériences disponibles », déclare Pavel Hobza.

Les résultats des recherches des scientifiques tchèques aux niveaux subatomique et submoléculaire peuvent être comparés à la découverte des trous noirs cosmiques. Ils ont également été théorisés pendant des décennies avant que leur existence ne soit confirmée par des expériences.

Une meilleure connaissance de la distribution des charges des électrons aidera la communauté scientifique à comprendre de nombreux processus chimiques et biologiques. Sur le plan pratique, cela se traduira par la capacité de construire de nouvelles supermolécules et par la suite de développer des nanomatériaux avancés aux propriétés améliorées.

Référence : « Visualisation d’un trou π dans les molécules par microscopie à force Kelvin-Probe » par B. Mallada, M. Ondráček, M. Lamanec, A. Gallardo, A. Jiménez-Martín, B. de la Torre, P. Hobza et B. . Jelinek, 16 août 2023, disponible ici. Communications naturelles.
est ce que je: 10.1038/s41467-023-40593-3