La théorie de la densité électronique moléculaire comme nouveau paradigme en chimie organique
Votre manuel de chimie organique est faux. «La plupart de ces manuels expliquent le pourquoi et le comment des réactions organiques à l’aide de concepts et de symboles chimiques élaborés au début du XXe siècle», explique Mar Ríos-Gutiérrez, professeure de chimie organique à l’Université de Valence(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Depuis lors, on cherche de plus en plus à expliquer la chimie au moyen de la densité électronique. Cette tendance a été formalisée par la théorie de la densité électronique moléculaire (MEDT pour Molecular Electronic Density Theory), selon laquelle les changements dans la densité électronique moléculaire – et non les interactions orbitales moléculaires – sont responsables de la réactivité des molécules organiques. «Bien que les résultats obtenus en appliquant ce nouveau paradigme interprétatif contredisent les explications classiques de la chimie organique, ces explications classiques se retrouvent encore dans de nombreux manuels et même dans des articles de recherche récents», ajoute Mar Ríos-Gutiérrez. Décidant qu’une révision s’imposait, Mar Ríos-Gutiérrez a entrepris d’affiner les anciens concepts pour les aligner sur l’analyse de la densité électronique moléculaire. Avec le soutien du projet Extending MEDT(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) financé par l’UE, son objectif était de convaincre une communauté plus large de chimistes d’utiliser la MEDT. Ce qu’elle a fini par faire a bouleversé le cœur de la chimie organique.
Remettre en question les hypothèses traditionnelles en chimie organique
En utilisant la MEDT et de nouveaux outils de chimie quantique basés sur la densité électronique, Mar Ríos-Gutiérrez a remis en question les trois principaux piliers de la chimie organique, à savoir le mécanisme péricyclique, l’aromaticité des structures de l’état de transition et les mécanismes des réactions de cycloaddition [3+2], qui ont été nommées à tort cycloadditions 1,3-dipolaires. «Nous avons découvert que certaines des réactions organiques les plus importantes, telles que les substitutions nucléophiles aromatiques et les réactions de cycloaddition, sont non concertées, ce qui signifie que les changements de liaison ne sont pas simultanés mais séquentiels», explique Mar Ríos-Gutiérrez. «Cette découverte remet en cause l’hypothèse traditionnelle selon laquelle les réactions en une étape sont concertées.» Une autre réalisation importante a consisté à classer les réactions organiques en flux de densité électronique direct, inverse ou nul. Cette classification a été effectuée sur la base de la direction du transfert global de densité électronique qui s’est produit au cours de la réaction. «Cette classification sans équivoque permet d’établir sans ambiguïté le comportement des réactifs dans une réaction chimique sans avoir recours à des classifications classiques», ajoute-t-elle.
Une nouvelle ère dans l’interprétation de la chimie organique
Selon Mar Ríos-Gutiérrez, ces résultats ont fait progresser la reconnaissance de la MEDT comme norme pour expliquer la réactivité des molécules organiques. «En établissant une nouvelle rationalisation, moderne et plus solide, de la réactivité de la chimie organique basée sur la densité électronique moléculaire, nous avons ouvert une nouvelle ère dans la compréhension et l’interprétation de la chimie organique» . Ceci étant dit, Mar Ríos-Gutiérrez s’empresse de souligner qu’il reste encore beaucoup de travail à faire. «De nombreux groupes appliquent encore des interprétations dépassées», fait-elle remarquer. «C’est pourquoi je reste déterminée à développer et à divulguer la MEDT comme nouveau paradigme de la chimie organique.» Les recherches de Mar Ríos-Gutiérrez ont été entreprises avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).
