Impression d’artiste d’une mesure de dichroïsme circulaire résolue dans le temps d’un complexe spin-crossover photoexcité. Crédit : Ella Maru Studio, Inc.
Les molécules chirales existent sous deux formes appelées énantiomères, qui sont des images miroir l’une de l’autre et non superposables – un peu comme une paire de mains. Bien que la plupart des propriétés chimiques et physiques soient partagées, les énantiomères peuvent avoir des effets indésirables dans les phénomènes (bio)chimiques. Par exemple, une protéine ou une enzyme ne peut se lier qu’à une seule forme énantiomère d’une molécule cible. Par conséquent, l’identification et le contrôle de la chiralité sont souvent essentiels à la conception de composés (bio)chimiques, par exemple dans les industries alimentaire, pharmaceutique et des parfums.
Le dichroïsme circulaire, l’approche la plus populaire pour identifier la chiralité, mesure la façon dont les matériaux chiraux absorbent différemment la lumière polarisée circulairement à gauche et à droite pour identifier directement les paires d’énantiomères. Le dichroïsme circulaire peut également aider à résoudre la conformation d’une molécule grâce à sa réponse chirale – une caractéristique qui en a fait un outil analytique populaire dans les sciences (bio)chimiques.
Cependant, le dichroïsme circulaire était jusqu’à présent limité en termes de résolution temporelle et de gamme spectrale. Les chercheurs dirigés par Malte Oppermann dans le groupe de Majed Chergui à l’EPFL, ont maintenant développé un nouvel instrument à résolution temporelle qui mesure les changements de dichroïsme circulaire en fractions de picoseconde (un trillionième de seconde), ce qui signifie qu’il peut “prendre” des instantanés ultrarapides de la chiralité d’une molécule tout au long de son activité (bio)chimique. Cela permet de capturer la chiralité des molécules photoexcitées et de résoudre le mouvement conformationnel qui entraîne la conversion de l’énergie lumineuse absorbée.
Dans le cadre d’une collaboration avec le groupe de Jérôme Lacour à l’Université de Genève et de Francesco Zinna à l’Université de Pise, les chercheurs ont utilisé la nouvelle méthode pour étudier la dynamique de commutation magnétique des “complexes de croisement de spin à base de fer” – une classe importante de molécules métallo-organiques ayant des applications prometteuses dans les dispositifs de stockage et de traitement des données magnétiques. Après des décennies de recherche, le mécanisme de désactivation de leur état magnétique n’a toujours pas été résolu, malgré son importance pour le stockage des données magnétiques.
En réalisant une expérience de dichroïsme circulaire résolue dans le temps, les chercheurs ont découvert que la perte de magnétisation est due à une torsion de la structure de la molécule qui déforme sa symétrie chirale. De façon remarquable, l’équipe a également pu ralentir la désintégration de l’état magnétique en supprimant le mouvement de torsion dans des complexes modifiés.
“Ces expériences révolutionnaires montrent que le dichroïsme circulaire à résolution temporelle est particulièrement adapté à la capture du mouvement moléculaire qui entraîne de nombreux processus (bio)chimiques”, déclare Malte Oppermann. “Cela offre une nouvelle façon d’étudier des phénomènes dynamiques difficiles – par exemple, les rotations ultrarapides des moteurs moléculaires synthétiques, et les changements de conformation des protéines et des enzymes dans leur environnement liquide natif.”
Référence : “Contrôle chiral de la dynamique de croisement de spin dans les complexes de Fe(II)” 26 mai 2022, Nature Chemistry.
DOI: 10.1038/s41557-022-00933-0
Financement : Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung, German Academic Exchange Service London.
