Comment les métaux de transition changent le jeu de la chimie organique

Esther Inglis-Arkell 05/17/2018. 7 comments
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Pendant des siècles, les meilleurs chimistes du monde se sont battus chaque jour pour créer les molécules que fabriquent vos propres cellules chaque seconde. Puis ils ont découvert comment un groupe d'atomes les laissait fabriquer des choses que seules les cellules vivantes pouvaient fabriquer, jusque-là. Voici pourquoi nous n'avons plus besoin de la vie pour créer les produits de la vie.

Les métaux de transition

Sur le tableau périodique principal, les métaux de transition forment le pont mince entre les deux morceaux à gauche et à droite. Ce sont des métaux. Vous pouvez battre l'un d'entre eux dans un fil mince, puis utiliser ce fil pour conduire la chaleur et l'électricité. Mais les métaux de transition ont aussi d'autres qualités. La plupart de ces qualités sont liées au placement des électrons des métaux: Nous savons que les atomes se lient en partageant des électrons, et ceux-ci ont tendance à être les électrons sur les «coquilles» externes des atomes.

Les métaux de transition ont des électrons qui se connectent à la fois sur leur enveloppe externe et sur l'une de leurs coquilles internes. Cette qualité donne aux métaux de transition une vie plus complexe et plus variée que les autres métaux.

Mélangez du chlorure de sodium (sodium n'étant pas un métal de transition) avec de l'eau et vous obtenez de l'eau salée. Évaporez à nouveau l'eau et vous obtenez de nouveau du chlorure de sodium. Une telle chose n'est pas garantie avec les métaux de transition , qui, mis en solution, peuvent laisser tomber un élément et en récupérer un meilleur. Plus important encore, ils peuvent ramasser un élément, puis le laisser tomber, puis en prendre un autre.

Comme nous l'avons vu, lorsque le platine est exposé à de l'oxyde d'azote , il enlève l'azote de l'oxygène, libère l'azote, puis enlève l'azote de la prochaine paire d'oxyde d'azote. Simplement en étant là, ce métal de transition déclenche un processus qui prendrait autrement du temps, des conditions extrêmes ou l'intention de se produire.

Comment le palladium peut-il imiter la vie

Arracher l'azote et l'oxygène est un processus relativement simple. Il y a beaucoup plus d'atomes difficiles à travailler. L'un des atomes les plus notoirement difficiles est le carbone. Comment se peut-il? Le carbone est à la fois stable et commun. Il est à la base de toute vie connue, est connu pour exister sous une grande variété de formes, et est souvent manipulé dans différentes structures. Il semble qu'il devrait être facile de travailler avec.

Mais non.

La stabilité du carbone s'est révélée être une malédiction. Les atomes de carbone doivent être très proches les uns des autres pour réagir les uns avec les autres. Les systèmes biologiques avaient des moyens très compliqués d'y arriver, mais les humains maladroits avec leurs instruments maladroits ne pouvaient pas obtenir les mêmes résultats. La seule façon d'associer le carbone à plus de carbone était de rendre les deux atomes de carbone plus réactifs, et une fois qu'ils étaient plus réactifs, ils réagissaient avec trop de choses.

Les chimistes étaient bloqués, jusqu'à ce qu'ils regardent un petit métal de transition sans prétention appelé palladium. Rappelez-vous le placement étrange des orbitales électroniques des métaux de transition? Il y avait trois métaux de transition qui avaient un placement d'électrons qui «ancrerait» deux atomes de carbone à proximité les uns des autres . Le platine et le nickel se sont avérés trop lents. Un atome de palladium, cependant, a ramassé deux atomes de carbone, les a rapprochés, les a laissés réagir, puis les a retombés pour capter l'ensemble d'atomes de carbone suivant. Cette propriété remarquable a été découverte, indépendamment par trois scientifiques différents . Richard Heck a utilisé du palladium pour fabriquer des fibres synthétiques durables et solides. Ei-ichi Negishi a décrit comment établir des connexions apparemment impossibles en utilisant de nombreux métaux différents, le palladium en faisant partie. Akira Suzuki a trouvé une méthode de liaison des composés avec le palladium qui est maintenant utilisé pour fabriquer des médicaments antiviraux. Ces trois scientifiques ont partagé le prix Nobel de chimie en 2010.

Ces découvertes, si intéressantes soient-elles pour les chimistes et utiles au monde, ne semblent pas, au premier abord, être une source d'inspiration pour l'esprit. Mais ces processus, et ces éléments, sont plus intimement liés à la vie qu'ils ne semblent l'être. Chaque jour, vos cellules construisent des protéines élaborées qui facilitent les réactions. . . qui construisent les cellules. Cela a déconcerté les scientifiques pendant un bon moment. Comment les cellules pourraient-elles exister, si seulement les cellules elles-mêmes pouvaient fabriquer les structures qui pourraient construire des cellules? La réponse est venue quand il a été découvert que les métaux de transition qui pourraient agir sur les catalyseurs. Le fer et le cuivre ont par inadvertance construit les choses qui ont construit les cellules qui ont abouti à la vie sur Terre.

Et maintenant, la vie sur Terre répète délibérément le processus. Le palladium permet aux chimistes de construire des molécules qui, jusqu'à présent, ne pouvaient être créées que par des cellules vivantes.

Si vous voulez un exemple concret, jetez un oeil à la photosynthèse. Les plantes transforment l'énergie du soleil en énergie chimique, et elles le font en construisant une molécule complexe avec beaucoup d'atomes de carbone liés ensemble. Il était une fois, c'était impossible de faire sans une autre molécule compliquée, une enzyme appelée rubisco qui a également été construite par les plantes. Maintenant, les scientifiques peuvent fabriquer la même molécule de stockage d'énergie sans l'enzyme, et ils peuvent le faire en utilisant du palladium pour accrocher le carbone . Et ils peuvent le faire avec moins d'étapes que la plante prend pour faire la même molécule. Soudain, et à cause de ces découvertes, nous pouvons créer l'énergie de la plante, sans la plante. Incroyable.

Image du haut: Dr. Eugen Lehle Palladium Image : Éléments chimiques

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