Fermeture du vide de connaissances en chimie

V.L.n.R. Madame le Dr. Elisabeth Irran (analyse de structure par rayons X), le Dr. Robert Müller (Domaine de la chimie théorique - chimie quantique), le Dr. Qian Wu, le Prof. Dr. Martin Kaupp, le Dr. Hendrik F. T. Klare, le Prof. Dr. Martin Oestreich. (© TU Berlin/PR/Dominic Simon)

Selon certaines découvertes, on cherche éternellement et lorsque celles-ci sont enfin trouvées, tout semble très simple. C'est à peu près ce qui est arrivé au groupe de recherche dirigé par le Dr Martin Oestreich, professeur de chimie organique – synthèse et catalyse à l'Université technique de Berlin, et à ses collaborateurs Dr Hendrik Klare et Dr Qian Wu. Leur projet de recherche « La caractérisation des ions silylium substitués par de l'eau dans la phase condensée » a été publié dans le magazine scientifique renommé Science. Ces ions silylium sont des substances difficiles à saisir, qui n’étaient auparavant détectables, si tant est, qu’en phase gazeuse. « Nous sommes particulièrement heureux que cette publication soit une publication exclusivement de l'Université technique de Berlin », explique Martin Oestreich. « La véritable activité en laboratoire a été réalisée par la boursière Humboldt, Dr Qian Wu, de mon groupe de travail. » Dans le domaine de recherche du Dr Martin Kaupp, professeur de chimie théorique – chimie quantique, la théorie a été calculée, et la Dr Elisabeth Irran, responsable du Centre de détermination de structures cristallines à l'Université technique de Berlin, a mesuré les structures moléculaires. »

Depuis plus de 100 ans, on sait qu'il existe ce que l'on appelle des ions carbocation. Ce sont des intermédiaires très réactifs, cationiques (chargés positivement) issus de la chimie du carbone. Après leur découverte, il a fallu plusieurs décennies pour pouvoir les fabriquer et aussi les caractériser, car leur nature très réactive empêchait cela à plusieurs reprises. George Olah a été honoré en 1994 du prix Nobel seul pour la caractérisation de ces ions carbocation.

Dans le tableau périodique des éléments, le silicium se trouve dans le groupe 6, sous le carbone – tout comme le carbone, c’est un élément extrêmement important économiquement et scientifiquement. Curieusement, jusqu’à il y a quelques années, on ne connaissait pas du tout les cations du silicium correspondant aux ions carbocation. Leur existence pouvait être prédite théoriquement et on pouvait même les maintenir en phase gazeuse, mais on ne pouvait pas les stabiliser ou même les isoler en laboratoire, car ce sont aussi des molécules extrêmement réactives.

Il y a environ 25 ans, il a été possible pour la première fois de détecter ce que l’on appelle des ions silylium tertiaires – c’est-à-dire un cation de silicium avec trois substituants de carbone. Dr Qian Wu a maintenant réussi à produire tous les trois autres dérivés en solution et sous forme solide. Donc des ions silylium portant soit deux, soit un substituant de carbone, ou même uniquement des atomes d’hydrogène. « Elle a ainsi accompli pour le silicium ce que George Olah a réalisé il y a plusieurs décennies pour les ions carbocation, comblant ainsi une grande lacune dans la chimie des groupes principaux et la chimie en général », explique Martin Oestreich sur l’importance de ce travail.

Bien que cette découverte puisse paraître abstraite pour le profane, pour les chimistes, il s’agit de questions fondamentales en chimie : « La réactivité de ces intermédiaires est si élevée qu’ils réagissent avec toute substance environnante. Leur isolation n’est donc pas du tout évidente », explique Hendrik Klare. C’est pourquoi, au début, les chercheurs s’intéressent moins à l’application concrète. Il s’agissait simplement de générer des connaissances de base. « Les applications n’étaient pas au centre de notre travail, mais il est maintenant possible d’étudier systématiquement ces nouvelles molécules. C’est une étape importante vers leur utilisation, notamment en catalyse homogène », ajoute Hendrik Klare. « Une option envisageable : activer des substances très peu réactives, comme les chlorofluorocarbures (CFC). Il est tout à fait envisageable d’échanger le fluor dans ces substances jusqu’ici très difficiles à dégrader contre de l’hydrogène avec ces ions silylium », conclut Martin Oestreich.