La liaison chalcogène : un outil d’ingénierie cristalline ?

Des chimistes rennais et lorrains ont démontré qu’une interaction intermoléculaire faible, la liaison chalcogène, pouvait organiser dans un cristal des molécules réactives de façon si précise qu’un simple chauffage permet leur polymérisation contrôlée, dans une rare réaction dite topochimique. Publication dans Angewandte Chemie (11 jan 2022 - hot paper)
Assemblage par liaison chalcogène - Image : M. Fourmigué

Les interactions intermoléculaires comme la liaison hydrogène, de par leur force et leur prédictibilité, sont couramment utilisées comme outil d’ingénierie cristalline pour contrôler non seulement l’organisation supramoléculaire, mais aussi la réactivité de cristaux moléculaires.

Ces interactions jouent un rôle crucial en chimie du vivant, comme dans la mise en œuvre de principes pharmaceutiques, mais aussi en science des matériaux pour influer sur les propriétés mécaniques, optiques, électriques, magnétiques de solides cristallins.

Ces dernières années, une autre famille d’interactions, dites interactions sigma-hole, ont été mises en avant comme outil de contrôle et d’organisation de systèmes supramoléculaires en solution, mais aussi, et surtout, à l’état solide cristallin dans des co-cristaux.

Ces interactions sont basées sur la polarisation anisotrope du nuage électronique d’halogènes (I, Br) ou de chalcogènes (Te, Se), qui génère une zone électropositive dans le prolongement de la ou des liaisons covalentes portées par ces atomes. Cette zone électropositive peut interagir avec d’autres zones électronégatives, comme le fait un hydrogène dans la liaison hydrogène, conduisant à des motifs d’association récurrents à l’état solide.

Référence

Topochemical Polymerization of a Diacetylene in a Chalcogen-Bonded (ChB) Assembly
Arun Dhaka, Ie-Rang Jeon, Olivier Jeannin, Emmanuel Aubert, Enrique Espinosa, Marc Fourmigué
Angew Chem. Int. Ed, 2022 (Hot Paper) - doi: 10.1002/anie.202116650