Projet ANR-15-CE07-0006 – SMARTEES : Pinces moléculaires commutables
Programme : Chimie Durable, produits, procédés associés (DS0304) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Guillaume Vives (Institut Parisien de Chimie Moléculaire)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 198744.0 euros
Date de début : 2016
Durée : 42 mois
Résumé : La tendance actuelle à la miniaturisation des objets a donné naissance à une variété de machines moléculaires inspirées par leurs analogues macroscopiques. Même si un contrôle du mouvement mécanique a été obtenu par certaines machines, le contrôle réversible de propriétés à l'échelle moléculaire reste un défi dans le domaine des nanomachines. L'utilisation des concepts de la chimie supramoléculaire est une approche prometteuse pour l'obtention de systèmes commutables basés sur une architecture de type pince moléculaire. Ces pinces sont des récepteurs synthétiques possédant une cavité ouverte délimitée par deux sites d'interaction, connectés par un espaceur. La plupart des pinces décrites dans la littérature sont statiques avec très peu d'exemples commutables et ont été utilisées essentiellement en reconnaissance moléculaire. L'objectif de ce projet est le design et la synthèse de pinces moléculaires commutables pour contrôler des propriétés physiques ou chimiques à l'échelle moléculaire via un mouvement mécanique ce qui représente une approche innovante dans le domaine.
Notre système est basé sur une unité commutable par coordination métallique (terpyridine) qui est fonctionnalisée par des complexes métal-salen ayant des propriétés magnétiques, luminescentes ou catalytiques suivant le centre métallique utilisé. Dans sa forme libre la pince adopte une géométrie ouverte en 'W' qui est convertie en géométrie fermée en 'U' par coordination d'un cation sur la terpy. La caractéristique essentielle de cette approche réside dans le contrôle de la distance entre les deux unités fonctionnelles par un mouvement mécanique produisant ainsi des changements majeurs de leurs propriétés par interaction directe ou via un substrat. Dans un premier temps, des pinces luminescentes incorporant des complexes de platine seront synthétisées et optimisées pour la reconnaissance moléculaire ou la modulation de la luminescence. Les complexes luminescents serviront de sonde lors de l'intercalation de substrats. Les propriétés de commutation et de reconnaissance seront étudiées par spectroscopies RMN, UV-Visible et de fluorescence. Des métaux paramagnétiques seront ensuite incorporés au niveau des salen en gardant la même architecture pour commuter des propriétés magnétiques par mouvement mécanique. Dans la forme ouverte, les centres métalliques devraient être magnétiquement isolés, tandis que des interactions d’échange à travers l'espace ou via l'addition d'un ligand pontant devraient avoir lieu dans la forme fermée. L'utilisation de complexes à haut spin ou ayant des propriétés de molécules aimant (SMM) devrait engendrer des effets très importants par mouvement mécanique. Les pinces seront également utilisées comme catalyseur commutable dans des réactions coopératives. Une différence importante d'activité est attendue entre la forme ouverte où les unités catalytiques seront éloignées et auront une activité faible, et la forme fermée où une forte activité/sélectivité due à un effet coopératif entre les 2 sites actifs en proximité spatiale devrait être observée. A plus long terme, les objectifs sont d'incorporer ces systèmes dans des composants fonctionnels par dépôt sur des surfaces et également d'utiliser la modularité du système pour s'attaquer à la transduction du mouvement de l'échelle nanoscopique vers des mouvements méso ou macroscopiques.
L'originalité du projet réside dans l'utilisation d'un mouvement mécanique d'une nanomachine pour contrôler de propriétés physiques ou chimiques à l'échelle nanoscopique. La modularité et versatilité de notre design devraient permettre à long terme une large gamme d'application dans les domaines du stockage de l'information, des matériaux intelligents et de la catalyse. Pour ce projet multidisciplinaire, un consortium avec des expertises complémentaires en synthèse, photo-physique, magnétisme et catalyse a été constitué. Il permettra également au jeune chercheur coordinateur d’établir sa propre thématique de recherche.