Victor Borovkov. Chirogenèse supramoléculaire, Nanoscience chirale et Chimie verte

Victor Borovkov. Chirogenèse supramoléculaire, Nanoscience chirale et Chimie verte

Victor Borovkov – professeur titulaire à la faculté de chimie et de science des matériaux du South-Central University for Nationalities et chercheur principal au département de chimie et de biotechnologie de l’université de technologie de Tallinn (TalTech).

Adhésion : Société des porphyrines et des phtalocyanines, Association internationale de symétrie, Institut d’éducation et de recherche d’Athènes, Société internationale pour le développement et la durabilité, et membre des conseil éditoriaux de Frontiers in Chemistry, Sensors, Sci, Preprints, Symmetry et autres.

Intérêts : Chiralité, chimie supramoléculaire, science des matériaux, nanotechnologie, chimie des porphyrinoïdes et des composés de la même famille, catalyse asymétrique, dispositifs et détecteurs moléculaires, etc.

135 articles (dont 13 analyses), 10 brevets, invité, conférencier principal et organisateur de nombreuses conférences internationales et nationales, indice h = 28 (WOS et Scopus) et 30 (Google Scholar), citations totales : 2785 (WOS) et 3235 (Google Scholar).

  • Numéro spécial dans Symmetry (2020) sur “Chiral Auxiliaries and Chirogenesis II”.
  • Sujet de recherche dans Frontiers in Chemistry : Chimie supramoléculaire (2020) dans “La chirogenèse supramoléculaire en chimie et sciences connexes”.
  • Conférence internationale sur les porphyrines et les phtalocyanines (ICPP 11), 28 juin – 3 juillet 2020, Buffalo, États-Unis.
  • Festival de la Symétrie 2020, Sofia, Bulgarie

Qu’est-ce que la chirogenèse supramoléculaire et la nanoscience chirale ?

La chirogenèse supramoléculaire et les nanosciences chirales sont des domaines de recherche interdisciplinaires fondamentalement nouveaux qui sont une combinaison intelligente de chimie hôte-invité, de sciences supra/nanomoléculaires et de phénomènes chiraux.

La chirogenèse supramoléculaire traite du phénomène de « rupture de symétrie » dans les systèmes hôtes achiraux multi ou unimoléculaires par des hôtes chiraux (et vice versa) ou par une influence externe d’asymétrie, et est réalisée par l’application rationnelle d’interactions spécifiques non covalentes au moyen d’un mécanisme de transfert d’information de chiralité. Une voie alternative comprend une amplification significative de la chiralité lors de l’auto-organisation des sous-unités chirales avec un faible degré d’asymétrie.

Ce phénomène est largement observé et joue un rôle important dans le fonctionnement de nombreux systèmes naturels tels que la double hélice de l’ADN, la structure hélicoïdale secondaire de protéines et d’hémoprotéines et divers systèmes artificiels.

La poursuite du développement de ces nouveaux domaines scientifiques débouchera sur de nouveaux matériaux chiraux et nanostructures prometteurs et respectueux de l’environnement pour diverses applications dans les domaines de la catalyse asymétrique, de l’optique non linéaire, de la science des polymères et des matériaux, de la reconnaissance moléculaire et stéréospécifique, de l’auto-assemblage, des dispositifs moléculaires et de la détermination de la configuration absolue.

Le grand défi de la chimie du XXIº siècle est lié à la durabilité et une solution possible est l’introduction dans la pensée chimique des principes de la chimie verte.

Qu’est-ce qu’une chimie verte ?

Le défi de la chimie verte est de concevoir des stratégies durables qui répondent à la demande de produits chimiques d’une population toujours croissante. L’objectif le plus important de la chimie verte est l’élimination éventuelle de produits chimiques nocifs pour l’environnement et leur remplacement par des composés ayant une faible toxicité et une biodégradabilité rapide, tout en conservant leur effet désiré. Une meilleure utilisation de la chimie et de la biotechnologie, outre les progrès réalisés dans le développement de nouveaux matériaux, permettra d’accroître l’éco-efficacité de l’industrie et contribuera à améliorer la réputation de l’industrie chimique.

Le projet TUTIC-GREEN sur la chimie et la technologie vertes a reçu un financement du septième programme-cadre de l’Union européenne pour la recherche, le développement technologique et la démonstration et a été réalisé à TalTech de 2014 à 2018.

Qu’est-ce qu’une espèce chirale et pourquoi est-elle écologiquement dangereuse ?

Une espèce chirale est une molécule unique ou un assemblage moléculaire qui ne peut être superposé à son image miroir. Les molécules chirales sont donc présentes sous forme de deux stéréoisomères, appelés énantiomères, et, surtout, elles sont les principaux éléments constitutifs de l’organisme vivant. Tous les jours, les molécules chirales sont traditionnellement utilisées et produites par les industries pharmaceutiques, alimentaires, agrochimiques, de la parfumerie et des cosmétiques. Par conséquent, les déchets chiraux deviennent une question extrêmement importante à l’heure actuelle. Les composés chiraux peuvent être écologiquement dangereux, en raison de leur forte activité biologique, créant un problème de pollution globale. Il est à noter que les énantiomères ont un impact différent sur les organismes vivants, ce qui rend extrêmement importante la différenciation de ces stéréoisomères, une tâche extrêmement difficile qui représente un défi et exige généralement des instruments très spécifiques et coûteux. Pourtant, le stéréoisomérisme des contaminants n’est actuellement pas étudié en détail. Par exemple, environ 25% de tous les pesticides produits sont des composés chiraux et, dans beaucoup de cas, ils sont utilisés comme mélanges racémiques, tandis qu’environ 70 à 80% des médicaments sont des molécules énantiopures.

Comment les dispositifs de détection chimique peuvent-ils aider ?

Dans ce contexte, le développement de dispositifs de détection chimique portables, fiables, sensibles et rapides, capables d’analyses rapides, simples et en temps réel in situ et sur site, pour la détection et la discrimination de molécules chirales, présente une cible d’avancée intéressante par rapport aux méthodes instrumentales standard existantes.

Cependant, la détection stéréosélective des substances chirales avec des détecteurs chimiques est une tâche ardue, car, contrairement à la chromatographie ou à l’électrophorèse, les détecteurs reposent sur un seul événement de liaison et une discrimination très efficace du récepteur est une condition préalable importante. Plusieurs exemples de sondes chimiques capables de se lier différentiellement en solution ont été rapportés jusqu’à présent, mais leur application correspondante pour le développement de la technologie des détecteurs fait encore défaut, avec seulement un petit nombre de dispositifs capables de discrimination chirale. Bien que cette approche semble prometteuse pour le développement potentiel de ces systèmes de détection, une voie technologique solide et rationnelle pour la mise en œuvre pratique des détecteurs chiraux reste un scénario futuriste et visionnaire.

Le projet H2020 FetOpen INITIO (INnovative chemIcal sensors for enanTioselective detectIon of chiral pOllutants) a été conçu pour résoudre ces problèmes ?

L’objectif principal de notre projet de recherche est le développement de détecteurs chimiques capables de reconnaître des substances chirales sur la base de matériaux de détection conçus de manière rationnelle, dans le but de combler le vide existant entre la production de récepteurs énantiosélectifs et la réalisation de dispositifs macroscopiques. Cette stratégie permet une nouvelle technologie de détecteurs pour le développement de systèmes de détection capables de discrimination chirale. Le succès du projet INITIO (2019-2021) ouvrira également la voie à une autre application potentielle des dispositifs développés pour l’élimination des polluants chiraux, permettant des procédures correctives rapides dans une approche « théranostique » environnementale sans précédent.

Les autres perspectives dans ce domaine comprendront non seulement la détection intelligente et rentable du polluant chiral, mais aussi le recyclage et l’utilisation ultérieurs des déchets chiraux pour produire des intermédiaires et des composés énantiopurs utiles qui seront utilisés dans les industries chimiques, pharmaceutiques, agrochimiques et autres.

Entretien: Ivan Stepanyan

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