Article de référence | Réf : AF6048 v1

Utilisation de SC-WEB pour l’enseignement de la chimie supramoléculaire
Chimie supramoléculaire assistée par ordinateur

Auteur(s) : Alexandre A. VARNEK, Georges WIPFF, Bernard DIETRICH, Jean-Marie LEHN, Elena V. BOLDYREVA

Date de publication : 10 juil. 2002

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INTRODUCTION

La chimie supramoléculaire traite d’édifices chimiques complexes constitués d’un nombre défini de molécules assemblées par des liaisons non covalentes. Elle est de nature fortement interdisciplinaire, jetant des ponts entre la chimie, la physique et la biologie, englobant des domaines aussi différents que la chimie de coordination, la chimie-physique des interactions moléculaires, la synthèse organique, la reconnaissance des substrats biologiques, la science des matériaux. La portée des concepts de la chimie supramoléculaire a attiré de nombreux chercheurs, comme en témoigne le nombre de congrès, de revues et d’ouvrages dédiés.

Malgré les prodigieux développements de ce nouveau domaine durant les trois dernières décennies, ses concepts et applications ne pénètrent que très lentement dans le cursus universitaire de nos étudiants chimistes, comme l'indique l'absence d'ouvrage spécialement conçu pour eux. Ici, nous proposons une approche basée sur l'outil informatique qui s'appuie sur l'ouvrage de référence de J.-M. Lehn et, sur le plan théorique, sur les études de nombreux systèmes supramoléculaires réalisées au laboratoire de « Modélisation et simulations moléculaires ». À l’université Louis-Pasteur de Strasbourg et en collaboration avec l’université de Novosibirsk, nous développons un logiciel interactif sur la chimie supramoléculaire, intitulé SC-WEB. Il est orienté à des fins d'enseignement, et peut être utilisé dans des cours de chimie organique et inorganique, de chimie-physique et de biochimie. SC-WEB peut être utilisé aussi à des fins d'autoapprentissage, d'entraînement et d'évaluation. La version de prototype présentée ici contient principalement les structures d'édifices supramoléculaires typiques, qui peuvent être visualisées et analysées de manière interactive. Son contenu est évolutif et facile à mettre à jour, permettant d’adapter l’enseignement au niveau des étudiants, en tenant compte des évolutions récentes du domaine.

Le lecteur pourra consulter avantageusement l’ouvrage de référence de J.-M. Lehn [1] ainsi que les références [2] et [3]. Il est à noter qu’un certain nombre de cours utilisant des supports informatiques sont aussi apparus récemment, concernant la cristallographie [4], l’étude structurale et la modélisation des protéines [5]. Une présentation vidéo de la chimie supramoléculaire a aussi été décrite [6].

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-af6048


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2. Utilisation de SC-WEB pour l’enseignement de la chimie supramoléculaire

Ce logiciel peut être utilisé par des étudiants de différents niveaux en chimie, dans des cours de chimie inorganique, de biochimie, de chimie du solide. Certaines des possibilités d’utilisation sont répertoriées dans le tableau 1.

Pour illustrer ces possibilités, nous présentons quelques exemples extraits des chapitres 2 et 4 de l’ouvrage référencé . Ils concernent la complexation de cations alcalins et ammonium par des récepteurs organiques, et la complexation de cations alcalins par des récepteurs inorganiques. Ces exemples permettent d’introduire quelques concepts fondamentaux de la chimie supramolé-culaire : reconnaissance moléculaire ; complémentarité récepteur-substrat, sites d’interaction multiples, effet de solvant, principe « clé et serrure ». Différents aspects de la reconnaissance d’un cation par des ligands macrocycliques peuvent être abordés :

  • reconnaissance sphérique et sélectivité de complexation en fonction de la taille de la cavité macrocyclique ;

  • flexibilité conformationnelle des macrocycles ;

  • thermodynamique des interactions substrat-récepteur en solution et effets de solvant sur la sélectivité de complexation ;

  • influence du type de récepteur sur la complexation des cations par les éthers-couronnes et les cryptands.

De plus, afin d’introduire le concept de double complémentarité (stérique et énergétique) et les endo et exorécepteurs, nous mentionnons aussi :

  • le rôle des liaisons hydrogène dans la reconnaissance des cations non sphériques ;

  • la complexation des cations par des récepteurs inorganiques.

Nota :

le principe de clé-serrure a été postulé il y a 100 ans par Emil Fischer. Pour expliquer la très grande spécificité de l’action d’une enzyme sur son substrat, il a proposé que la reconnaissance de substrat...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LEHN, (J.-M.) -   Supramolecular chemistry.  -  VCH, Weinheim (1995).

  • (2) - VARNEK (A.A.), DIETRICH (B.), WIPFF (G.), LEHN (J.-M.), BOLDYREVA -   *  -  J. Chem. Educat., 77, p. 222-226 (2000).

  • (3) - ATWOOD (J.L.), DAVIS (J.E.D.), MACNICOL (D.D.), VÖGTLE (F.) -   Comprehensive supramolecular chemistry.  -  Pergamon (1996).

  • (4) - CASCARANO (G.), GIACOVAZZO (C.), PIFFERI (A.), POLIDORI (G.) -   Proceedings of 17th european crystallographic meeting.  -  183, p. 5, p.3-17 (1997) et GIACOVAZZO (C). –Fundamentals of crystallography. Oxford university Press, Oxford (1992).

  • (5) - LEON (D.), URIDIL (S.), MIRANDA (J.) -   *  -  J. Chem. Educ., 75, p. 731 (1998)

  • (6) - VARNEK (A.), ENGLER (E.), LAUTERBACH (M.), TROXLER (L.), WIPFF (G.) -   Display of dynamic structures from molecular dynamics simulations in aqueous/non-aqueous solutions. Comparison with X-ray...

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