Une équipe de chercheurs de l’Université de Californie à Los Angeles vient d’ébranler l’un des piliers de la chimie organique : la règle de Bredt, qui depuis un siècle, dictait l’impossible formation de certaines liaisons moléculaires (attractions entre deux atomes qui les maintient ensemble dans une molécule).
Cette transgression scientifique est loin d’être une simple curiosité pour geeks scientifiques ou chimistes passionnés. Grâce à elle, on pourrait accélérer la conception de médicaments, comme cherche déjà le faire DeepMind (Google) avec son outil Alphafold. Publiés le 1ᵉʳ novembre dans la revue Science, leurs travaux démontrent que les frontières de la chimie moderne sont aussi faites pour être repoussées.
Les caprices géométriques du carbone
Le carbone est l’architecte invisible du monde vivant. Cet atome, extraordinairement sociable, possède une capacité unique à créer des liaisons avec une multitude d’éléments chimiques, formant ainsi la base de toute la chimie organique. Comme une pièce de Lego universelle, il s’assemble en d’infinies combinaisons qui constituent le fondement même de la vie.
Pourtant, en 1924, le chimiste allemand Julius Bredt identifia une limite infranchissable dans ce jeu de construction moléculaire. Pour comprendre sa découverte, imaginons une molécule particulière, appelée bicyclique. Comme son nom l’indique, elle comporte deux cycles – pensez à un huit digital sur un réveil électronique, avec ses deux boucles qui se rejoignent. À l’intersection de ces boucles se forme un pont moléculaire, créant une sorte de petit pic, comme le sommet d’une montagne miniature.
Selon la règle de Bredt, il serait impossible de former ce qu’on appelle une double liaison (une connexion particulièrement forte entre deux atomes de carbone) près de ce pont. C’est un peu comme si vous essayiez de construire un pont suspendu avec des câbles trop courts et mal positionnés : la structure serait tellement instable qu’elle s’effondrerait instantanément. La géométrie même de la molécule rendrait cette configuration impossible, comme certaines constructions architecturales sont vouées à l’échec en raison des lois de la physique.
Cette règle est devenue si fondamentale que pendant près d’un siècle, les chimistes l’ont considérée comme une loi naturelle inviolable. « Les scientifiques n’explorent même pas les oléfines anti-Bredt [NDLR : molécules qui violent la règle de Bredt] car ils pensent que c’est impossible. Nous ne devrions pas avoir ce type de règles – ou si elles existent, elles devraient être considérées comme de simples recommandations, pas des lois absolues. Cela détruit la créativité quand nous considérons certaines règles comme insurmontable », explique Neil Garg, le chimiste qui a dirigé ces travaux révolutionnaires.
Dans les coulisses du laboratoire : comment briser une règle centenaire
Pour défier cette loi ancestrale de la chimie, l’équipe de Garg a développé une stratégie en plusieurs étapes. Ils ont d’abord cartographié théoriquement différentes configurations de molécules bicycliques, comme un architecte étudiant les plans d’un édifice avant sa construction. Cette analyse leur a permis d’identifier les conditions précises qui pourraient condure à cette création, en théorie impossible.
La solution est venue d’une méthode inspirée des travaux d’un chimiste nommé Shu Kobayashi, de l’Université de Tokyo. Reprenons l’exemple du pont ; imaginez que vous vouliez en construire un que tous jugent impossible. Vous auriez besoin de supports temporaires (les échafaudages) et de matériaux spéciaux pour le maintenir en place. C’est exactement ce qu’ont fait les chercheurs, mais à l’échelle moléculaire. Ils ont donc utilisé deux ingrédients principaux : des composés contenant du silicium (les précurseurs silylés) et des molécules contenant du fluor. Ces composés agissent comme des supports temporaires, maintenant la structure en place pendant sa formation.
Toutefois, ce n’était pas suffisant. Ils ont ajouté d’autres substances chimiques jouant le rôle de stabilisateurs – comme des câbles de soutien sur un pont – permettant à la structure de tenir en place. C’est cette combinaison précise de différents composés chimiques qui a permis de réaliser ce qui était considéré comme impossible : créer et maintenir stable une liaison double là où la règle de Bredt l’interdisait formellement.
Des applications qui qui transcendent la chimie fondamentale
Cette découverte ne restera pas confinée aux laboratoires universitaires. L’industrie pharmaceutique y voit déjà une opportunité alléchante pour développer de nouveaux médicaments. Pourquoi ? Puisqu’en brisant la règle de Bredt, les chimistes peuvent désormais créer des molécules avec des formes tridimensionnelles jusqu’alors inaccessibles.
« Il y a actuellement un grand élan dans l’industrie pharmaceutique pour développer des réactions chimiques qui donnent des structures tridimensionnelles comme les nôtres, car elles peuvent être utilisées pour découvrir de nouveaux médicaments », explique Garg. En effet, plus une molécule médicamenteuse possède une structure complexe et unique, plus elle peut interagir de façon précise avec sa cible dans l’organisme.
Cette percée scientifique ouvre donc grand la porte au développement de toute une nouvelle famille de molécules, hier considérées comme chimériques. Celles-ci pourraient ensuite servir de base pour développer de nouveaux traitements, qui viendraient ainsi étoffer l’arsenal thérapeutique des médecins. Remettre en question des principes établis, explorer des territoires jugés impossibles, là est aussi le rôle des laboratoires. Pendant que l’industrie cherche des applications immédiates, ces équipes de l’ombre défrichent des chemins inexplorés, sans toujours savoir où ils mèneront. Un travail de fourmi, loin des projecteurs, qui nourrit pourtant les innovations qui naîtront à l’avenir.
- Une équipe de chercheurs a brisé la règle centenaire de Bredt, considérée comme un pilier inviolable de la chimie organique.
- Ils ont utilisé des techniques innovantes pour stabiliser des structures moléculaires jugées impossibles jusqu’à présent.
- Cette avancée pourrait révolutionner la conception de médicaments grâce à la création d’architectures moléculaires inédites.
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Comme quoi l’on nous inculque parfois des règles qui nous ferment des portes plus que nous apprendre à inover. Je mettrai toutes les religions au même niveau ( même si pardon cela n’a rien à voir)