Concevoir des adsorbants chiraux
Les molécules chirales sont très fréquentes dans la nature. Une molécule est dite chirale si elle n'est pas surperposable à son image dans un miroir. Ceci veut dire que les deux molécules (appelées énantiomères) ont la même formule mais des structures qui diffèrent, parfois d'une manière subtile mais néanmoins très importante car elle aboutit à des fonctions différentes. La capacité à séparer ces deux énantiomères avec une spécificité élevée est donc critique pour de nombreux processus industriels dans l'alimentation, la pharmacie et les biotechnologies. Le projet CHIRAL-MOF («Development of new chiral adsorbents for enantioselective separations»), financé par l'UE, a étudié dans ce but le potentiel d'une nouvelle catégorie de structures supramoléculaires en forme de cage. Les structures organométalliques (MOF) sont parmi les découvertes les plus passionnantes de la science des matériaux nanoporeux. La chimie de synthèse associe des sommets minéraux avec des arêtes de liants organiques, pour créer une variété quasiment illimitée de ces polymères poreux de coordination. Les scientifiques de CHIRAL-MOF ont conçu des outils de modélisation moléculaire et de simulation pour faciliter la conception de nouvelles structures organométalliques en vue de séparer des énantiomères d'une façon sélective. Ces outils ont d'abord été testés sur la prévision de d'adsorption de petites molécules de gaz courants comme le gaz carbonique, le dioxyde de soufre, les oxydes d'azote, le méthane et l'azote. Les premiers résultats positifs ont conduit à de nombreuses publications. La séparation par adsorption de molécules chirales bien plus complexes se fait généralement en phase liquide. Les chercheurs se sont tournéé vers des méthodes sophistiquées comme l'approche Monte Carlo en fraction continue, mise au point pour simuler les liquides ioniques. Ils ont intégré ces méthodes dans les algorithmes plus simples. Les scientifiques ont aussi appliqué des méthodes in silico à des MOF non chirales. Ils ont conçu la structure cristalline théorique de deux MOF, et prévu leurs propriétés d'adsorption. La synthèse et les tests ont démontré que les prévisions étaient en ligne avec la structure et les propriétés d'adsorption réelles. Les travaux accomplis durant le projet CHIRAL-MOF ont aidé le boursier à obtenir un poste permanent à l'University College London. Elles ont aussi posé les bases d'une future méthode de conception de MOF chirales à partir des connaissances, afin de produire des produits pharmaceutiques aux propriétés voulues et sans toxicité.
Mots‑clés
Adsorbant chiral, énantiomères, énantiosélectif, supramoléculaire, structures organométalliques, simulation, séparation, adsorption
