Électrochimie pour la reconnaissance chirale

L’omniprésence des molécules chirales fait qu’elles présentent un très grand intérêt pour la recherche fondamentale ainsi que pour des domaines plus appliqués nécessitant des énantiomères purs. Elles se trouvent aussi bien dans des ailes de papillons que dans des médicaments ou encore des arômes de parfums. Ces molécules ont la particularité d’exister sous deux formes quasi-identiques appelées des énantiomères. Les énantiomères d’une molécule chirale ont la même composition chimique mais diffèrent par l’arrangement spatial d’un groupement d’atomes. Cette petite différence induit d’importantes conséquences. En effet, dans le cas des médicaments, alors qu’un énantiomère présente l’effet souhaité, l’autre énantiomère peut être dénué d’effet ou avoir une toute autre activité (potentiellement toxique). De même pour les arômes pour lesquels le limonène constitue un bon exemple. Le D-limonène présente plutôt une odeur d’agrumes tandis que le L-limonène se trouve plutôt présent dans les huiles de pin ou de menthe.

L’étude de la chiralité est donc d’intérêts très variés. Les énantiomères, en raison de leur formule chimique extrêmement proche, présentent des propriétés physico-chimiques similaires. Il se révèle donc compliqué de les synthétiser spécifiquement ou de les séparer de façon efficace. De nombreuses méthodes et technologies ont été développées dans le but de comprendre ce phénomène et de contrôler la synthèse et la détection de ces composés. Des chromatographes sont largement utilisés pour analyser et séparer deux énantiomères. De nombreuses voies de synthèse asymétrique ont également été développées telles que la synthèse assistée par des ligands chiraux ou des catalyseurs, la modification de surface d’un matériau par l’adsorption de molécules chirales ou l’impression moléculaire dans des matrices en polymère.

Cet article propose une nouvelle technologie utilisant une palette de méthodes électrochimiques pour détecter et générer la chiralité. L’énantiosélectivité par électrochimie repose sur l’utilisation d’électrodes mésoporeuses sélectives. Ces électrodes sont obtenues par l’électrodéposition d’un film de platine à partir d’un électrolyte contenant le sel métallique, ainsi qu’un surfactant et la molécule chirale qui servent de moules moléculaires. La proportion de surfactant par rapport à celle de l’eau doit être contrôlée pour que le surfactant forme des colonnes supramoléculaires auto-assemblées perpendiculaires à la surface du substrat entre lesquelles le platine est déposé. Ainsi, une électrode de platine mésoporeuse contenant une information chirale est obtenue. Les moules moléculaires sont retirés par immersion de l’électrode dans l’eau. Les électrodes obtenues de cette façon sont ensuite utilisées comme électrodes de travail. Elles permettent d’observer l’oxydation ou la réduction sélective d’un énantiomère par voltampérométrie. Il est également possible de les utiliser pour effectuer une synthèse asymétrique à partir d’une molécule prochirale. La molécule s’introduit dans les cavités chirales et sa conversion (oxydation ou réduction) se fait de façon sélective selon l’énantiomère qui a été imprimé dans le métal. Récemment, un excès énantiomérique de plus de 90 % a pu être atteint par cette technologie.