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Congrès de chimie 2019 : La chimie du graphène et de ses analogues inorganiques - Zdenek Sofer

 Zdenek Sofer

 La chimie du graphène a connu une croissance rapide au cours de la dernière décennie et une large gamme de dérivés du graphène a été préparée. Néanmoins, seuls deux dérivés stoechiométriques sont actuellement connus : le graphène hydrogéné et le graphène fluoré (graphane et fluorographène). Par rapport au graphène, ces matériaux présentent des propriétés significativement différentes, par exemple une réactivité plus élevée ainsi que de grandes différences dans les propriétés physiques. Le fluorographène en particulier peut être utilisé comme substrat pour les réactions de substitution nucléophile, qui étendent considérablement les modifications chimiques possibles du graphène. Actuellement, la chimie des autres matériaux 2D commence à être explorée. Cependant, la chimie des matériaux 2D inorganiques comme les pnictogènes et les dichalcogénures de métaux de transition n'est pas bien connue et seules quelques procédures ont déjà été rapportées. Par rapport au graphène, de nouveaux protocoles de synthèse doivent être appliqués car la chimie de ces matériaux est extrêmement variable. Dans le cas des dichalcogénures de métaux de transition, la formation de la liaison MXC (M est un métal, X est un chalcogénure quelconque) peut être utilisée comme point de départ pour explorer leur chimie et pour une dérivation ultérieure. La chimie des pnictogènes en couches est sensiblement différente. Dans ce cas, diverses réactions, y compris la substitution nucléophile, peuvent être appliquées, cependant, la liaison via les fonctionnalités oxygène sur la surface du pnictogène est observée dans de nombreux cas. Le graphène est le seul type de carbone (ou de matériau solide) dans lequel chaque atome est disponible pour une réaction des deux côtés (en raison de la structure 2D). Les atomes sur les côtés d'une feuille de graphène ont une réactivité chimique particulière. Le graphène a le meilleur rapport d'atomes de bord de tous les allotropes. Les défauts dans une feuille augmentent sa réactivité chimique. La température de début de réaction entre le plan basal du graphène monocouche et l'oxygène gazeux est inférieure à 260 °C (530 K). Le graphène brûle à 350 °C (620 K). Le graphène est généralement modifié avec des groupes fonctionnels contenant de l'oxygène et de l'azote et analysé par spectroscopie infrarouge et spectroscopie de photoélectrons à rayons X. Cependant, la détermination des structures du graphène avec des groupes fonctionnels contenant de l'oxygène et de l'azote nécessite que les structures soient contrôlées. Contrairement à la structure 2D parfaite du graphène, les applications chimiques du graphène nécessitent des irrégularités structurelles ou chimiques, car le graphène parfaitement plat est chimiquement inerte. En d'autres termes, la définition d'un graphène parfait est différente en chimie et en physique. Des fragments solubles de graphène sont souvent préparés en laboratoire [ par modification chimique du graphite. Tout d'abord, le graphite microcristallin est traité avec un mélange acide de vitriol et d'eau forte. Une série d'étapes d'oxydation et d'exfoliation produisent de petites plaques de graphène avec des groupes carboxyles sur leurs bords. Ceux-ci sont convertis en groupes chlorure d'acide par traitement au chlorure de thionyle ; ensuite,Les analogues d'acides nucléiques sont des composés analogues (structurellement similaires) à l'ARN et à l'ADN actuels, utilisés en médecine et dans la recherche en biologie. Les acides nucléiques sont des chaînes de nucléotides, composées de trois parties : un squelette phosphate, un sucre pentose, soit du ribose, soit du désoxyribose, et une des quatre nucléobases. Un analogue peut avoir l'une de ces altérations. En général, les nucléobases analogues confèrent, entre autres, différentes propriétés d'appariement et d'empilement de bases. Les exemples incluent les bases universelles, qui peuvent s'associer aux quatre bases canoniques, et les analogues du squelette phosphate-sucre comme le PNA, qui affectent les propriétés de la chaîne (le PNA peut même former une triple hélice). Les analogues de macromolécules sont également appelés macromolécules xéno et représentent l'un des piliers de la xénobiologie, la conception de nouveaux types de biochimies alternatives soutenues par la vie. Les macromolécules artificielles comprennent l'acide nucléique peptidique (PNA), la morpholino et la macromolécule verrouillée (LNA), ainsi que la macromolécule glycol (GNA) et la macromolécule thréose (TNA). Chacune d'entre elles se distingue de l'ADN ou de l'ARN actuel par des modifications de la chaîne principale de la molécule. Les polymères inorganiques sont des polymères dont la structure ne contient pas d'atomes de carbone dans la chaîne principale. Les polymères contenant des composants inorganiques et organiques sont parfois appelés polymères hybrides, et la plupart des polymères dits inorganiques sont des polymères hybrides. L'un des exemples les plus connus est le polydiméthylsiloxane, autrement connu sous le nom de caoutchouc synthétique. Les polymères inorganiques offrent certaines propriétés que l'on ne trouve pas dans les matériaux organiques, notamment la flexibilité à basse température, la conductivité électrique et l'ininflammabilité. Le terme polymère inorganique désigne généralement des polymères unidimensionnels, plutôt que des matériaux fortement réticulés comme les minéraux silicatés. Les polymères inorganiques aux propriétés ajustables ou réactives sont parfois appelés polymères inorganiques intelligents. Une classe spéciale de polymères inorganiques est celle des géopolymères, qui peuvent être anthropiques ou présents.Les analogues de macromolécules sont également appelés macromolécules xéno et représentent l'un des piliers de la xénobiologie, la conception de nouveaux types de biochimies alternatives soutenues par la vie. Les macromolécules artificielles comprennent l'acide nucléique peptidique (PNA), la morpholino et la macromolécule verrouillée (LNA), ainsi que la macromolécule glycol (GNA) et la macromolécule thréose (TNA). Chacune d'entre elles se distingue de l'ADN ou de l'ARN actuel par des modifications de l'ossature de la molécule. Les polymères inorganiques sont des polymères dont la structure ne contient pas d'atomes de carbone dans l'ossature. Les polymères contenant des composants inorganiques et organiques sont parfois appelés polymères hybrides, et la plupart des polymères dits inorganiques sont des polymères hybrides. L'un des exemples les plus connus est le polydiméthylsiloxane, également connu sous le nom de caoutchouc synthétique. Les polymères inorganiques présentent des propriétés que l'on ne trouve pas dans les matériaux organiques, notamment la flexibilité à basse température, la conductivité électrique et l'ininflammabilité. Le terme polymère inorganique fait généralement référence aux polymères unidimensionnels, plutôt qu'aux matériaux fortement réticulés comme les minéraux silicatés. Les polymères inorganiques aux propriétés ajustables ou réactives sont parfois appelés polymères inorganiques intelligents. Une classe spéciale de polymères inorganiques est celle des géopolymères, qui peuvent être anthropiques ou présents.Les analogues de macromolécules sont également appelés macromolécules xéno et représentent l'un des piliers de la xénobiologie, la conception de nouveaux types de biochimies alternatives soutenues par la vie. Les macromolécules artificielles comprennent l'acide nucléique peptidique (PNA), la morpholino et la macromolécule verrouillée (LNA), ainsi que la macromolécule glycol (GNA) et la macromolécule thréose (TNA). Chacune d'entre elles se distingue de l'ADN ou de l'ARN actuel par des modifications de l'ossature de la molécule. Les polymères inorganiques sont des polymères dont la structure ne contient pas d'atomes de carbone dans l'ossature. Les polymères contenant des composants inorganiques et organiques sont parfois appelés polymères hybrides, et la plupart des polymères dits inorganiques sont des polymères hybrides. L'un des exemples les plus connus est le polydiméthylsiloxane, également connu sous le nom de caoutchouc synthétique. Les polymères inorganiques présentent des propriétés que l'on ne trouve pas dans les matériaux organiques, notamment la flexibilité à basse température, la conductivité électrique et l'ininflammabilité. Le terme polymère inorganique fait généralement référence aux polymères unidimensionnels, plutôt qu'aux matériaux fortement réticulés comme les minéraux silicatés. Les polymères inorganiques aux propriétés ajustables ou réactives sont parfois appelés polymères inorganiques intelligents. Une classe spéciale de polymères inorganiques est celle des géopolymères, qui peuvent être anthropiques ou présents.