La spectroscopie infrarouge et les simulations informatiques révèlent l'interaction cachée entre le solvant et le soluté.
La spectroscopie infrarouge et les simulations informatiques révèlent l'interaction cachée entre le solvant et le soluté.
Les liaisons hydrogène qui lient les paires de bases moléculaires de notre ADN se forment dans le liquide intracellulaire. Les processus chimiques environnementaux de notre planète se déroulent en grande partie dans les océans du monde ou ailleurs dans l'eau, et la plupart des médicaments sont synthétisés dans des solvants. Pourtant, les chimistes étudient généralement la mécanique des réactions chimiques non pas dans les liquides, mais dans la phase gazeuse, car les molécules sont alors plus éloignées et plus faciles à suivre. Il y a plus de molécules dans un liquide, ce qui signifie qu'elles se heurtent plus souvent. Le chaos donne l'impression que toutes les réactions sont mélangées, à moins que vous ne puissiez les capturer en un milliardième de seconde.
Andrew Orr-Ewing de l'Université de Bristol a réussi. Entre 2012 et 2014, il a mené des expériences de spectroscopie infrarouge avec Greg Dunning, alors doctorant. Catalysées par la chaleur, les réactions dans le liquide provoquent des vibrations observables dans le spectre infrarouge. Avec un flash ultra-rapide de lumière ultraviolette, Orr-Ewing a manipulé du difluorure de xénon dans le solvant acétonitrile. L'impulsion laser traverse les molécules comme un scalpel, coupant les atomes de fluor hautement réactifs. Ceux-ci ont à leur tour arraché des atomes de deutérium aux molécules du solvant et formé du fluorure de deutérium. Les vibrations infrarouges après la première impulsion laser n'étaient guère plus qu'un flash, révélant à quelle vitesse les liaisons entre les atomes se forment et à quelle vitesse la réaction atteint un nouvel équilibre.
Les expériences ont montré qu'il est possible de suivre des réactions chimiques dans un liquide jusqu'à une fraction de picoseconde. Parce que la plupart des chimistes préfèrent les simulations informatiques aux lasers et détecteurs coûteux, David Glowacki et Jeremy Harvey, collègues d'Orr-Ewing à Bristol, ont écrit un logiciel de simulation qui prédit les résultats des expériences de spectroscopie avec une précision étonnante. "Ces simulations nous permettent d'approfondir ce qui se passe", explique Orr-Ewing.
La combinaison des deux techniques nous donne une vision inédite du déroulement des réactions chimiques dans les liquides. Ils sont déjà intégrés dans des simulations informatiques à des fins universitaires et industrielles et sont très prometteurs pour la recherche sur les maladies, le développement de médicaments et la recherche environnementale. (oui)
