Projet ANR-14-CE06-0010 – SWITCHABLE CAGES : Cages moléculaires dynamiques, catalyseurs commutables pour la valorisation de CO2
Programme : Chimie durable, génie chimique et biotechnologie (DS0304) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Stéphanie Durot (Laboratoire de Synthèse des Assemblages Moléculaires Multifonctionnels)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 188290.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : Le développement de composés cages tridimensionnels, dont la taille de la cavité et l’activité sont contrôlées par un stimulus externe, représente un défi synthétique de taille qui repose sur la capacité des chimistes à concevoir et assembler des systèmes multifonctionnels. Contrôler la libération d’une molécule-invitée par un récepteur moléculaire ou celle d’un produit formé au sein d’un nanoréacteur présente un intérêt important pour des applications concernant la libération contrôlée de molécules-invitées ou la catalyse. De plus, le domaine des commutateurs moléculaires ayant des propriétés catalytiques que l’on peut moduler est en pleine expansion et offre de nouvelles perspectives pour la maîtrise de la réactivité chimique. Le contrôle de la catalyse par des dispositifs moléculaires artificiels, capable d’initier ou d’arrêter l’activité catalytique ou d’orienter différemment la distribution des produits formés est un objectif hautement désirable pour une régulation optimisée d’une grande variété de réactions chimiques.
Le but de ce projet est de construire des machines moléculaires artificielles, basées sur des cages dynamiques possédant des sites de régulation périphériques permettant de déclencher, sous l’action d’un stimulus externe, une modulation réversible et de grande amplitude de la taille de cavité. Ce mouvement permettra de commuter les fonctions de nanorécepteur et de nanoréacteur associées à la molécule. A ce jour, très peu de systèmes artificiels ont atteint l’objectif de convertir des mouvements mécaniques en fonctions utiles, et la synthèse de telles architectures moléculaires sophistiquées n’est jamais triviale et reste un enjeu particulièrement stimulant. Pour la construction des systèmes moléculaires complexes visés dans ce projet, nous tirerons parti d’une stratégie multi-composants templatée et de la chimie « click » pour une étape de fermeture efficace des cages moléculaires covalentes.
Les cages covalentes flexibles seront dotées de sites actifs et de sites de régulation orthogonaux : des métalloporphyrines pour la fixation de substrats à l’intérieur de la cavité, et des ligands à la périphérie pour moduler l’activité de la cage. La cavité des cages flexibles pourra se réduire ou s’agrandir en réponse à différents stimuli chimiques interagissant au niveau des ligands périphériques. Nous explorerons la capacité de ces cages à dynamique contrôlée à provoquer la libération de molécules-invitées ou à accomplir de la catalyse. Les cages de ce projet réunissent deux métalloporphyrines dans une disposition face-à-face et dans des structures dynamiques qui permettent de les rapprocher ou de les éloigner réversiblement par coordination ou décoordination d’ions métalliques aux ligands périphériques. Ces systèmes uniques ont effectivement un potentiel très attractif en tant que catalyseurs commutables qui sera exploité. Les porphyrines choisies comme sites catalytiques seront des porphyrines d’aluminium. La fermeture de la cage masquera une face de chaque porphyrine et inhibera l’activité catalytique, alors que l’ouverture de la cage la restaurera. La réaction ciblée dans ce projet est l’activation catalytique du dioxide de carbone, polluant atmosphérique, déchet industriel et source de carbone renouvelable. Ce projet donnera donc l’opportunité d’accéder à de nouvelles machines moléculaires  capables d’accomplir des tâches spécifiques, comme la libération contrôlée de molécules-invitées ou la catalyse commutable.
Ce projet de recherche fondamentale, qui est, à de nombreux points de vue, fortement bioinspiré, est en connexion avec les thèmes « machines moléculaires », « cages moléculaires », « chimie supramoléculaire », « libération contrôlée de molécules-invitées » et « catalyse commutable ».