Activer une réaction chimique par effet tunnel quantique

La barrière d'énergie d'une réaction chimique, aussi appelée énergie d'activation, est la quantité minimale d'énergie que l’on doit fournir aux réactifs pour que la réaction se produise. Sans cette énergie, thermique par exemple, la réaction n’a pas lieu. Le rôle des catalyseurs, fréquemment utilisés en chimie, est de réduire cette barrière d’énergie pour que la réaction ait lieu plus facilement. 

L’effet tunnel quantique permet également à une particule ou à un atome léger comme l’hydrogène de franchir cette barrière sans apport d’énergie. Un phénomène qui repose sur les principes de la mécanique quantique, notamment l’indétermination de la position et de l’énergie des particules. Dans ce cas, il ne s’agit plus de catalyse au sens classique (abaisser l’énergie d’activation via un catalyseur chimique), mais plutôt d’activation de la réaction en favorisant l’effet tunnel.

En chimie organométallique, certains complexes métalliques favorisent des configurations où l’effet tunnel est probable. Une équipe internationale menée par des scientifiques de l’Institut de chimie de Strasbourg (CNRS/Université de Strasbourg) vient de mettre en évidence un nouveau cas d’activation par effet tunnel quantique induisant l’échange rapide de deux atomes d’hydrogène dans une molécule organométallique dérivée du carborane (molécule constituée d'un assemblage d‘atomes de bore et de carbone). Les travaux qui visaient initialement à préparer de nouveaux catalyseurs ont révélé un nouvel exemple de molécule à structure dite „dynamique“. En combinant plusieurs méthodes d’analyse de spectrométrie RMN à des calculs théoriques, ils montrent que deux atomes d’hydrogène (sous forme d‘hydrures hydrures) liés à un atome d’iridium, un motif que l’on retrouve fréquemment en catalyse de réactions d’hydrogénation, sont sujets à un échange rapide de leur position sur le métal.

Les études maintenant envisagées par les scientifiques viseront à mettre en évidence un éventuel lien causal entre l'interaction hydrogène-bore au sein du carboranyl et l'apparition de l’effet tunnel quantique dans le complexe organométallique.

Rédacteur : CCdM