CLIC: Son des molécules de lego

2010/03/01 Aizpurua, Jesus Mari - EHUko Kimika Organikoko katedraduna Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Kimika

Plus les molécules sont complexes, plus l'union entre elles est difficile par la chimie conventionnelle. La chimie du clic permet d'associer des molécules complexes de manière très sélective. Image: Jésus Mari Aizpurua.

La chimie est la science de l'union. Des centaines de réactions ont été trouvées pour former des unions chimiques. et XX. Depuis des siècles, et à partir d'eux, on a pu synthétiser des molécules toujours plus grandes, toujours plus complexes. Mais cette activité a ses limites: celles imposées par la structure moléculaire que l'on veut préparer. Quelle est la limite actuelle de complexité de la synthèse chimique ?

Les composés organiques contenant des molécules diatomiques (HCl) ou des groupes fonctionnels simples (C 6 H 5 CO 2 H) sont facilement préparés en donnant une ou plusieurs étapes de synthèse. Cependant, la préparation de molécules polyfuntzionales avec des groupes tels que NH 2, OH, CO 2 H nécessite de nombreuses étapes de synthèse. Par exemple, la préparation du glycopeptide qui relie le peptide et le sucre de l'image nécessite plus de dix étapes de synthèse. Certains d'entre eux sont également destinés à protéger et à déprotéger les groupes NH 2 et OH, et ne peuvent pas être utilisés dans de grandes molécules fragiles. Cependant, plus de 500.000 nouvelles molécules sont synthétisées chaque année en utilisant ce type de synthèse classique par groupes de protection.

Cependant, les scientifiques cherchent à établir des connexions entre des structures moléculaires de plus en plus complexes et à les réaliser très sélectivement, par exemple entre le fullérène et un nucléotide déterminé de l'ADN, ou entre la bactérie et quelques acides aminés spéciaux d'une protéine.

M. 2002 Mélodies danoises et K. B. Les Américains Sharpless revendiqué séparément la découverte de la première réaction de clic. Ils ont observé que la réaction entre alkinos et azidas est accéléré 10 8 fois avec l'ajout d'un peu de catalyseur de cuivre (I). Une constatation de ce type ne serait pas réalisable si ce processus n'avait pas d'autres caractéristiques, très spéciales: a) la réaction est presque toujours quantitative ou de très bonne performance, b) se produit à température ambiante, c) fonctionne entouré d'air dans l'eau et de milieux biologiques, d) a une grande tolérance à de nombreux groupes chimiques fonctionnels (c'est un chimiosélectif) et e) les triazoles produits dans la réaction sont peu stables, mais pas très toxiques.

La réaction de clic entre alkinos et acides permet de construire facilement des molécules complexes. En effet, avec des acides aminés, des sucres et des nucléotides contenant des groupes alkins et acides, on peut produire des protéines, des saccharides ou de l'ADN "cliquables". Image: Jésus Mari Aizpurua.

La chimie transforme le clic en une synthèse chimique modulaire. Comme avec le jouet Lego, les molécules complexes peuvent être facilement construites en cliquant entre elles d'autres plus simples. En outre, les réactions de clic sont simples pour faire des scientifiques inexpérimentés en chimie organique. Elles sont donc idéales pour s'adapter à la synthèse des robots.

Étant donné que les composés contenant des groupes chimiques alkinos et acides sont étranges dans la nature, les réactions de clic sont bioorthogonales, c'est-à-dire ne nécessitent pas de groupes protecteurs pour fournir des structures bioconjuguées ou hybrides. Par conséquent, on peut utiliser des acides aminés, des sucres ou des acides nucléiques qui contiennent des groupes alkins et acides pour produire des protéines, saccharides ou ADN "cliquants". Toutes ces caractéristiques ont permis aux applications de réactions de clic d'avoir rapidement dépassé le domaine de la synthèse organique et de s'être étendu à la biochimie, chimie pharmaceutique, diagnostic clinique, science des matériaux et nanocience, entre autres. Au cours des sept dernières années, plus de 12.000 articles concernant la chimie du clic ont été publiés dans des revues scientifiques.

La chimie a eu de nombreuses utilisations flashy, il est donc impossible d'en informer tous ici. Voici quelques exemples : le premier est le C de l'Université de Berkley. R. C'est la cellule vivante la plus fluorescente obtenue par Bertozzis. Une fois les cellules alimentées par un sucre acide spécial (azide), les membranes sont recouvertes d'un groupe d'azides. Immédiatement après la réaction de clic avec la molécule fluorescente qui contient le groupe alquin, les cellules deviennent fluorescentes… et survivent ! Similaire à cette procédure ont également été testés sur des êtres vivants plus grands comme le poisson zèbre.

C. Université Berkley R. Bertozzis a accompli des cellules vivantes fluorescentes alimentant des cellules avec un sucre d'acide et utilisant une molécule fluorescente avec le groupe alquin. Image: Jésus Mari Aizpurua.

Les clics ont également atteint la nanotechnologie. En 2009, J. F. L'Américain Stoddart a obtenu une nanomarisation chimique sur la plaque de silicium. Pour ce faire, il a utilisé un microscope à force atomique (AFM), muni de nanopuntes de cuivre, sur une feuille de silicium recouverte de groupes de azidas. Après avoir imprégné cette feuille d'alquin d'acide 4-pentino et d'alcool, il écrit sur elle la lettre N avec nanopunta. Étant donné que la réaction ne se catalyse que dans des endroits ponctués, une fois que la plaque est nettoyée avec de l'alcool, l'image nanométrique de la lettre N est associée à la surface. Logiquement, cette technique permet presque tous les biomolécules nanolithographiques sur des surfaces de différents matériaux.

C. Université Berkley R. Bertozzis a accompli des cellules vivantes fluorescentes alimentant des cellules avec un sucre d'acide et utilisant une molécule fluorescente avec le groupe alquin. Image: Jésus Mari Aizpurua.

C'est pourquoi il est difficile de prédire quelles nouvelles structures construiront les scientifiques dans un proche avenir, mais une chose est sûre : le son de clic sera de plus en plus entendu dans les laboratoires du monde entier.