Nanorings Découvertes: Étonnants Nouveaux Blocs de Construction pour la Chimie

La nouvelle structure moléculaire dans laquelle les complexes sandwich forment un anneau de taille nanométrique est appelée « cyclocène ». Source : Nature / AOC, KIT

Nouveaux Composés pour la Chimie Organométallique - Les complexes sandwich se présentent sous forme d'anneaux maintenus ensemble par leur propre énergie

Les complexes sandwich sont des composés chimiques spéciaux utilisés comme éléments de base en chimie organométallique. Jusqu'à présent, leur structure était toujours linéaire. Récemment, des chercheurs de l'Institut de Technologie de Karlsruhe (KIT) et de l'Université de Marburg ont été les premiers à former des complexes sandwich empilés en un anneau de taille nanométrique. Les propriétés physiques et autres de ces structures de cyclocène seront maintenant étudiées plus en détail.

Les complexes sandwich ont été développés il y a environ 70 ans et ont une structure similaire à celle d'un sandwich. Deux cycles organiques aromatiques plats (les "tranches de pain") sont remplis d'un seul atome de métal central. Comme les tranches de pain, les deux cycles sont disposés en parallèle. L'ajout de couches supplémentaires de "pain" et de "garniture" produit des sandwichs triples ou multiples.

"Ces composés sont parmi les complexes les plus importants utilisés en chimie organométallique moderne", déclare le professeur Peter Roesky de l'Institut de Chimie Inorganique du KIT.

L'un d'eux est le ferrocène hautement stable, pour lequel ses "pères", Ernst Otto Fischer et Geoffrey Wilkinson, ont reçu le prix Nobel de chimie en 1973. Le ferrocène se compose d'un ion fer et de deux cycles organiques aromatiques à cinq chaînons. Il est utilisé en synthèse, en catalyse, en électrochimie et en chimie des polymères.

Depuis un certain temps maintenant, les chercheurs du KIT et de l'Université de Marburg ont essayé de disposer les complexes sandwich en un anneau. "Nous avons réussi à produire des chaînes, mais pas des anneaux", explique Roesky, qui a coordonné les travaux de trois équipes des deux universités.

"Grâce au choix de la bonne 'tranche de pain' ou feuillet organique intermédiaire, nous avons maintenant réussi à former des anneaux de taille nanométrique pour la première fois", déclare le professeur Manfred Kappes, qui dirige la division de chimie physique des systèmes microscopiques au KIT, et le professeur Florian Weigend, chef de l'unité de chimie quantique appliquée de l'Université de Marburg.

Le nouvel anneau nanométrique se compose de 18 blocs de construction et a un diamètre extérieur de 3,8 nanomètres. Selon le métal utilisé comme "garniture" du sandwich, il en résulte une photoluminescence de couleur orange. Le nouveau composé chimique a été appelé "cyclocène" par les chercheurs.

Les trois groupes de travail ont réalisé des calculs chimiques quantiques élaborés pour comprendre pourquoi les molécules pouvaient s'arranger en un anneau et ne formaient plus une chaîne de complexes sandwich. Ces calculs ont révélé que la force motrice de la formation de l'anneau est l'énergie gagnée par la fermeture de l'anneau.

« Notre défi était initialement de former un anneau. D'autres tailles d'anneaux peuvent-elles être produites ? Cette nanostructure possède-t-elle des propriétés physiques inhabituelles ? Cela fera l'objet de recherches futures. Mais il est clair maintenant que nous avons ajouté un nouvel élément à notre boîte à outils de la chimie organométallique. Et c'est génial », déclare Roesky.