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Les processus chiraux sur les surfaces
Des molécules qui gigotent pour devenir leur propre image dans un miroir
Les catalyseurs fonctionnent, même si lon ne connaît pas encore la totalité des réactions qui sy produisent, par exemple lors de lépuration des gaz déchappement des voitures. Une meilleure compréhension de ces réactions permettrait aux chercheurs doptimiser non seulement les catalyseurs des voitures mais aussi dautres processus qui se déroulent sur des surfaces, tels que par exemple lordonnancement sur une surface des molécules sous leur forme lévogyre ou dextrogyre qui sont limage lune de lautre dans un miroir.

Ces connaissances ouvriraient entre autres à la pharmacologie de nouvelles possibilités dans la production de médicaments.
Legende: La deuxième page de couverture du numéro du 18 mai 2009 de la revue scientifique «Angewandte Chemie» montrant deux molécules qui, comme deux coquilles descargots, sont limage dans un miroir lune de lautre.
«Nous chatouillons les molécules», cest ainsi que Karl-Heinz Ernst du laboratoire «Nanoscale Materials Science» décrit les expériences dans lesquelles lui et ses collègues étudient les réaction que se déroulent sur les surfaces. Dans le microscope à effet tunnel (MET) ils font entrer les molécules en vibration avec une grande précision à laide dun faisceau délectrons. Le MET nest pas seulement un microscope qui permet dobserver des particules minuscules mais aussi un outil extrêmement sensible qui permet de manipuler des molécules et des atomes isolés.
Dans ces expériences effectuées par les chercheurs de lEmpa, les molécules ainsi excitées se mettent à sautiller, à gigoter, à se déplacer, à tourner autour de leur axe, mais peuvent aussi «sinverser» en un clin dil ou, autrement dit, se transformer en leur propre image dans un miroir. En faisant varier la tension électrique et le courant tunnel, les chercheurs sont parvenus à déterminer quelles étaient les parties des molécules qui étaient excitées et comment elles réagissaient à cette stimulation.
Des paires images miroir lune de lautre et non superposables
Ernst et ses collègues sintéressent plus spécialement aux molécules chirales, qui sont limage lune de lautre dans un miroir. Dans la nature de telles paires semblables et pourtant différentes, qui ne sont pas superposables ni par rotation ni par retournement, sont fréquentes. Des exemples types dobjet chiraux sont nos deux mains et les coquilles descargot de même que, justement, de nombreuses molécules. Nombre de molécules du vivant sont chirales, par exemple celles de lADN, des protéines et de leurs composants que sont les acides aminés, de même que les molécules des sucres.
Ces dernières napparaissent presque exclusivement que dans une de leurs deux formes possibles. Les raisons à cela demeurent une énigme, mais une énigme dont la portée est considérable: en effet les paires de molécules images miroirs peuvent malgré des caractéristiques physiques et une composition chimique identiques présenter des effets biologiques totalement différents. Ainsi le carvone, par exemple, possède une odeur soit de menthe soit de cumin suivant sa forme lévogyre ou dextrogyre. Autre exemple, dramatique celui-la: dans les années 60 la chiralité de la thalidomide, utilisée comme médicament somnifère, a eu des conséquences désastreuses: sa forme dextrogyre amenait le sommeil souhaité alors que sa forme lévogyre provoquait de graves malformations du ftus chez les femmes enceintes.
Une modélisation encore plus précise de ces expériences et la compréhension des phénomènes qui font quune molécule se transforme en son image miroir ouvrirait de nouvelles possibilités de synthèse et cela pas uniquement en pharmacologie.