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Chimie supramoléculaire

L’industrie chimique est le fer de lance d’une économie durable. La chimie verte et la chimie supramoléculaire sont des tendances de fond qui refont le monde.

Marché de la chimie
Chimie verte
Chimie supramoléculaire

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À la croisée de la chimie, de la physique et de la biologie, la chimie supramoléculaire est un nouveau type de chimie qui permet d’envisager des progrès dans de nombreux domaines. Elle ouvre la voie à de nouveaux matériaux aux propriétés inédites et à des applications dans le domaine des nanotechnologies…

Chimie moléculaire ou supramoléculaire ? Faites la différence !

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Flash obligatoire

 

La chimie supramoléculaire a été définie comme une chimie « au-delà de la molécule » par le prix Nobel Jean-Marie Lehn, qui fut l’un de ses pères fondateurs.Si la chimie moléculaire est la science de la matière inerte et de sa transformation, la chimie supramoléculaire est l’approche indispensable pour comprendre comment la matière s’anime et prend vie. Les liaisons physiques réversibles qu’elle étudie ont des propriétés remarquables qui sont à l'œuvre dans des processus fondamentaux en biologie la reconnaissance moléculaire et l’auto-assemblage.

Reconnaissance moléculaire

La reconnaissance moléculaire découle de la complémentarité géométrique entre molécules, qui s’assemblent comme les pièces d’un puzzle en trois dimensions. Elle permet, par exemple :

  • la fixation sélective d’une molécule sur un récepteur ;
  • la catalyse (association de deux espèces chimiques, la première appelée catalyseur facilitant la transformation chimique de la seconde, appelée substrat) ;
  • la capture par une molécule cage (dotée d’une cavité) d’une autre molécule de forme complémentaire

Auto-assemblage

Les affinités entre molécules conduisent à la formation d’auto-assemblages parfois complexes. Ce processus est au cœur de l’auto-organisation de la matière vivante. Il intervient par exemple dans la création des vésicules ou des membranes des cellules.

Les applications d’aujourd’hui et de demain

La chimie supramoléculaire séduit de plus en plus d’industriels. Adoptée depuis plusieurs années par l’industrie pharmaceutique, elle ouvre désormais de nouvelles perspectives en matière de biomatériaux autoréparables, de nanomachines, ou encore de création de médicaments... Petit tour d’horizon des applications en développement.

Marqueurs de diagnostic : Une molécule cage fluorescente, le cryptate d’europium permet de « marquer » (repérer) des anticorps employés pour le diagnostic médical ou les tests de grossesse.

Agents de transfection : Ils servent à transférer de l’ADN dans le noyau d’une cellule. Dans les cas d’une thérapie génique, ils permettent l’apport d’un « gène médicament » capable de compenser un défaut génétique héréditaire.

Liposomes : Dans l'industrie cosmétique, ces vésicules qui renferment des principes actifs améliorent leur pénétration dans la peau et leur tolérance.

Dépollution des eaux : Grâce au phénomène de reconnaissance moléculaire, il est possible de capturer des polluants dans l’eau.

Bitume ultra résistant : Des additifs d’origine végétale issus de la chimie supramoléculaire peuvent permettre à la fois de faciliter l’application des bitumes sur les routes et d’améliorer leur résistance.

Vernis et adhésifs d’origine végétale : Ces polymères supramoléculaires d’origine végétale présentent une fluidité intéressante pour l’étalement du produit, et une solidité éprouvée après solidification.

Nanocapsules : Elles permettent d’acheminer dans l’organisme des médicaments pour les délivrer au site de leur action. Les principes actifs encapsulés atteignent plus facilement leur cible (traitement d’un cancer), résistent mieux aux dégradations, ont moins d’effets secondaires…

Un futur supramoléculaire

Création de nouveaux matériaux : On cherche à créer des polymères supramoléculaires présentant des propriétés inédites, intermédiaires entre celles de grosses molécules (haute résistance…) et celle de petites molécules (fluidité…).

Architectures nanoporeuses : Des structures supramoléculaires présentant des pores d’un diamètre de l’ordre du nanomètre (un milliardième de mètre) pourraient servir à la fabrication de capteurs ou au stockage de gaz…

Machines moléculaires : On cherche à concevoir des « nanomachines » capables d’exécuter une tâche précise. La rotaxane (roue mobile autour d’un axe en forme d’haltère) pourrait par exemple servir à réaliser des interrupteurs moléculaires pour des composants électroniques.

Informatique moléculaire :Des constituants supramoléculaires présentant de nouvelles propriétés magnétiques (aimants supramoléculaires), optiques ou électroniques pourraient servir à fabriquer de nouveaux composants pour le stockage (disque dur/mémoire RAM) et le traitement de l’information (processeur).

Chimie verte : Grâce à la chimie supramoléculaire, on peut envisager de mettre au point des procédés « propre » pour purifier des molécules et de fabriquer de nouveaux matériaux biodégradables à partir de ressources végétales renouvelables. De plus, ces procédés sont économes en énergie et en solvants !

Focus : Le caoutchouc auto-réparant

La mise au point du premier élastomère supramoléculaire au monde par les équipes du Laboratoire Matière Molle et Chimie (CNRS/ESPCI, Paris) et d’Arkema a représenté une véritable prouesse. Non seulement il présente des propriétés similaires à celles du caoutchouc, mais il est auto-cicatrisant : il est capable de réparer ses propres déchirures par simple mise en contact des « cassures »…Ses capacités après une cassure peuvent être mises à profit dans des joints d’étanchéité, des revêtements de sols, des jouets des semelles de chaussures…

 

un

Ce caoutchouc est constitué d'un réseau de molécules maintenu par des liaisons physiques. Lorsqu’on le coupe, les liaisons physiques sont cassées mais prêtes à se reformer.

deux

Les bouts coupés sont mis en contact et les molécules se réassocient spontanément.

trois

Après une heure, la coupure est “cicatrisée” et le caoutchouc peut être étiré sans casser.
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