Le prix Nobel de chimie de cette année est un peu inhabituel en ce sens qu’il reconnaît trois choses : une approche conceptuelle de la construction de molécules complexes, une réaction chimique qui illustre ce concept et une application du concept aux systèmes biologiques. En conséquence, il s’agit d’un prix pour trois personnes, K. Barry Sharpless gagnant pour le concept (son deuxième prix Nobel de chimie), Morten Meldal pour la réaction et Carolyn Bertozzi pour la mise en œuvre.

Le concept s’appelle « la chimie du clic », et c’était un peu une rébellion contre la façon dont la chimie progresse souvent. Une grande partie de la littérature sur la chimie est remplie d’articles qui décrivent des réactions spécialisées qui gèrent des circonstances très spécifiques – ajouter un groupe méthyle à un produit chimique complexe qui a déjà des azotes internes et un groupe alcool, par exemple. L’objectif de la chimie du clic est de trouver un petit nombre de réactions qui fonctionnent de manière cohérente et avec une grande efficacité, permettant de construire des molécules complexes en « cliquant » sur de nouveaux modules.

Quelques bonnes réactions

Le concept est peut-être mieux illustré par le manuel de chimie organique que j’ai utilisé au premier cycle (Streitwieser et Heathcock, 3e édition, pour les curieux). La plupart des chapitres se sont concentrés sur des types de réactions spécifiques, comme la liaison de deux hydrocarbures par un azote. Les pages étaient remplies d’exemples, chacun nécessitant une combinaison distincte de catalyseurs, de solvants et de températures et ne fonctionnant que dans des circonstances spécifiques, comme lorsque l’un des deux hydrocarbures contient un oxygène présent sous forme d’alcool. Un ensemble de conditions entièrement différent serait nécessaire si l’oxygène était présent sous forme de cétone. Changez l’oxygène en soufre, et les conditions changent encore une fois.

Ce genre de complexité complexe est exactement ce qui donne aux cours de chimie organique leur redoutable réputation de convaincre les anciens pré-médicaux de se spécialiser dans autre chose.

Mais quelque part à la fin de chaque chapitre, mon manuel notait également que la production chimique industrielle reposait souvent sur un ensemble de conditions qui fonctionnaient presque toujours, peu importe ce qui était présent dans l’un des matériaux de départ. Mémoriser cette réaction et vous pourriez heureusement oublier le catalogue des conditions de réaction possibles qui l’avaient précédé. (À ce jour, je me souviens qu’une réaction fonctionnait en chauffant un matériau en présence d’oxyde d’aluminium, bien que j’ai depuis longtemps oublié quelles matières premières ou quels produits étaient impliqués.)

Ce type de simplification radicale est l’essence même de la chimie du clic. Bien sûr, vous pouvez construire la molécule exacte que vous voulez en utilisant 14 réactions hautement spécifiques, certaines avec une faible efficacité, d’autres avec des solvants toxiques, etc. Ou, avec la chimie du clic, vous pouvez créer quelque chose de similaire à ce que vous voulez grâce à trois réactions qui fonctionnent presque toujours. Sharpless a aidé à définir l’idée, puis l’a développée, décrivant un ensemble de propriétés auxquelles les réactions chimiques de clic doivent se conformer. Paraphrasés à partir des matériaux Nobel, ce sont:

• La réaction doit fonctionner avec une large gamme de matières premières.
• La réaction doit donner des rendements élevés et fonctionner dans des conditions faciles à créer, telles que la température ambiante.
• Les réactions n’ont pas besoin de solvants ou le solvant est quelque chose de simple, comme l’eau.
• Tous les sous-produits de la réaction peuvent être purifiés facilement.
• La réaction ne doit pas produire un mélange de molécules qui ne diffèrent que par leur géométrie.
• La réaction doit être énergétiquement favorable, de sorte qu’elle se termine rapidement.