L’astate plus fort que l’iode

Résultats scientifiques
Physique nucléaire

La chimie de l’astate, élément chimique rare et radioactif, est encore méconnue. Dans leur travail publié dans la revue Nature Chemistry, des chercheurs des laboratoires CEISAM (CNRS/Université de Nantes) et SUBATECH (CNRS/IMT Atlantique/Université de Nantes) ont mis en évidence la capacité de l’astate à former de spectaculaires interactions par liaison halogène. Une propriété qui pourrait avoir des implications dans le domaine de la médecine nucléaire, notamment pour le traitement des cancers.

Découvert et produit en 1940 par synthèse nucléaire, l’astate (At) est l’un des éléments les plus rares à l’état naturel. On estime ainsi à moins de 30 g la quantité d’astate présente dans la croûte terrestre. Difficile à étudier, les outils spectroscopiques usuels étant inadaptés aux infimes quantités produites, cet élément radioactif possède une chimie encore méconnue. Or des chercheurs des laboratoires CEISAM et SUBATECH ont mis en évidence une nouvelle propriété qui pourrait se révéler utile pour la médecine nucléaire.

L’iode (I) était connu jusqu’à présent pour être à l’origine des liaisons halogène les plus fortes. Ces interactions attractives très directionnelles conduisent à des molécules aux structures bien définies et prévisibles, utiles par exemple pour l'élaboration de cristaux liquides, de polymères conducteurs, de matériaux nanoporeux ou de médicaments.

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Utilisé pour la production de radionucléides Astate-211, le cyclotron Arronax (ainsi nommé en référence au personnage du professeur Aronnax créé par Jules Vernes, originaire de Nantes) est unique au monde de par la variété des particules accélérées et des courants générés.
@ Nicolas Galland

 

De récentes expériences de radiochimie ont mis en évidence et quantifié pour la toute première fois ce type d’interaction pour un composé de l’astate : la molécule AtI qui combine iode et astate. Des calculs relativistes de chimie quantique ont permis de caractériser ces interactions révélées par les expérimentateurs. Ils ont montré que, non seulement l’astate peut former des interactions par liaison halogène, mais que ces liaisons halogène sont plus fortes que celles formées par l’iode.

Cette interaction peut s’avérer intéressante pour l’utilisation de l’astate en médecine nucléaire. Son isotope 211 possède en effet les bonnes propriétés physiques (temps de demi-vie, nature et énergie des particules émises) permettant en principe d’éliminer les cellules cancéreuses grâce au rayonnement créé par la désintégration du noyau radioactif. Attachée à un agent thérapeutique de transport (qui permet de "vectoriser" l’isotope radioactif), l’astate peut atteindre les cellules tumorales à éradiquer. Adjoindre aux liaisons chimiques classiques une interaction par liaison halogène forte rendrait les protocoles de marquage plus fiables, en limitant le risque que l’astate ne se détache avant d’arriver à la cellule tumorale.

 

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Les liaisons halogène sont plus fortes avec l'astate qu'avec l'iode
@ Nicolas Galland

 

Ces travaux ont été soutenus par le CNRS et l’Agence nationale de la recherche dans le cadre du Programme d’investissements d’avenir (Labex Innovative radiopharmaceuticals in oncology and neurology et Equipex " ArronaxPlus").

 

Références

Ning Guo, Rémi Maurice, David Teze, Jérôme Graton, Julie Champion, Gilles Montavon, Nicolas Galland, Experimental and computational evidence of halogen bonds involving astatineNature Chemistry – Mars 2018, DOI : 10.1038/s41557-018-0011-1

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