L’anneau métallique à cinq chaînons repousse les limites de l’aromaticité

Des chercheurs de la Chemnitz University of Technology, de la Humboldt Universität Berlin et de la Philipps-Universität Marburg réussissent à synthétiser une molécule qui ne devrait pas exister en réalité

Combien d’atomes un cycle aromatique peut-il avoir s’il ne contient que deux électrons ? La réponse a récemment changé : cinq ! Pour la première fois, une équipe de chimistes a réussi à synthétiser et à décrire un composé aromatique à cinq chaînons – une classe importante de substances en chimie – en combinant expérience et théorie. Ils ont ainsi réalisé ce qui avait été tenté pendant des décennies et qui avait été considéré comme impossible entre-temps. Les groupes de recherche dirigés par le professeur de chimie Dr. Robert Kretschmer de l’Université de technologie de Chemnitz, le Dr Oliver Dumele de l’Université Humboldt de Berlin et le professeur de chimie Dr. Florian Weigend de l’Université Philipps de Marburg rapportent leurs découvertes dans la revue Angewandte Chemie International Edition.

Les composés aromatiques ne doivent pas nécessairement être parfumés

« Le terme aromatique est généralement associé à l’odeur d’un composé. En chimie, cependant, il désigne également des composés qui forment un anneau dans lequel des électrons peuvent être distribués. Cela rend les anneaux plus stables, c’est pourquoi on estime qu’environ deux tiers des composés chimiques connus aujourd’hui sont entièrement ou partiellement aromatiques », explique Kretschmer.

L’aromaticité est l’un des concepts les plus fondamentaux de la chimie et remonte au chimiste allemand August Kekulé. Depuis ses travaux fondateurs en 1865, les chercheurs tentent de trouver une définition générale et continuent de découvrir de nouveaux types d’aromaticité. Pour qu’une molécule soit considérée comme aromatique, elle doit distribuer au moins deux électrons à travers le cycle. Dans la plupart des cas, cependant, il y en a beaucoup plus, variant entre six et, jusqu’à présent, un maximum de 162 électrons. Alors que le record du nombre maximal d’électrons a régulièrement été relevé, on supposait auparavant que les deux électrons requis au minimum ne pouvaient stabiliser que des anneaux avec un maximum de quatre atomes. En effet, plus un anneau est grand, moins il y a d’électrons supplémentaires disponibles par atome, c’est pourquoi l’effet stabilisateur devient de plus en plus petit.

Conclusion surprenante : deux électrons peuvent stabiliser des anneaux à cinq atomes

L’équipe dirigée par le professeur Robert Kretschmer, qui a récemment repris la chaire de chimie inorganique à l’Université de technologie de Chemnitz, a maintenant réussi à déplacer cette frontière. Ils ont synthétisé un composé qui contient un anneau plan de cinq atomes de gallium.

« Lorsque nous avons vu la structure cristalline, nous avons été assez impressionnés », déclare Kretschmer, « car le fait que le cycle soit plat et que les liaisons à l’intérieur du cycle aient un espacement similaire sont déjà des indications claires du caractère aromatique de la molécule. »

Des études spectroscopiques ont ensuite fourni une preuve supplémentaire de sa nature aromatique. En coopération avec les groupes de recherche d’Oliver Dumele à Berlin et de Florian Weigend à Marburg, la nouvelle molécule a également été étudiée par ordinateur. Le résultat : « Le composé est aromatique, bien que faiblement, mais on peut s’y attendre si deux électrons doivent être répartis sur cinq atomes du cycle », explique Kretschmer.

Ensuite, les chercheurs de Berlin, Chemnitz et Marburg veulent étudier plus en détail la réactivité du nouveau composé et l’utiliser pour la synthèse de nouveaux complexes.

Fourni par l’Université de technologie de Chemnitz