Projet ANR-13-JS08-0004 – BOROMAT : Développement d’une nouvelle classe de matériaux hybrides organique-inorganique incorporant des boronates/ benzoxaborolates
Programme : JCJC - SIMI 8 - Chimie du solide, colloïdes, physicochimie (JCJC SIMI 8) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Madame Danielle LAURENCIN (Institut Charles Gerhardt de Montpellier)
Partenaires : Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux - Institut Charles Gerhardt Montpellier
Montant : 95000.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 24 mois
Résumé : Les acides boroniques (R-B(OH)2) constituent une famille de molécules qui a été largement étudiée au cours des dix dernières années, en chimie moléculaire comme en chimie des matériaux. Leur domaine d’application s’étend de la synthèse organique (couplage de Suzuki) au développement de capteurs et de molécules anticancéreuses comme le bortézomib, ou encore à la préparation de matériaux poreux (Covalent Organic Frameworks). Au vu de l’énorme intérêt que présentent ces molécules, plusieurs entreprises se sont d’ailleurs spécialisées dans la synthèse d’acides boroniques.
Les ions boronate (R-B(OH)3-) ont quant à eux fait l’objet de beaucoup moins de recherches pour le moment. En particulier, aucune étude portant spécifiquement sur la synthèse de matériaux hybrides organique-inorganique incorporant des boronates n’a été décrite à ce jour. Ce projet vise donc à effectuer une étude fondamentale sur la préparation et caractérisation de tels matériaux. 
L’un des aspects du projet consistera à développer des voies de synthèse de matériaux hybrides organique-inorganique incorporant soit des boronates, soit leurs dérivés cycliques (les  benzoxaborolates). Ceci constituera un défi en soi, étant donné le pKa élevé des acides boroniques et la fragilité de la liaison B-C. Dans ce projet, l’association de boronates/benzoxaborolates à trois différentes matrices inorganiques sera envisagée: les hydroxydes double lamellaires (HDL), les hydroxyapatites, et les bioverres mésoporeux. Ces matrices ont été sélectionnées parce qu’elles devraient permettre (i) d’explorer un large éventail de modes d’interaction différents entre les boronates/benzoxaborolates et le matériau inorganique (interaction électrostatique, liaison métal-ligand, liaison hydrogène…) ; (ii) d’offrir aux boronates /benzoxaborolates different types d’environnement au sein des matériaux (milieu confiné dans le cas des bioverres et HDL, simple greffage en surface de particules dans le cas des apatites); et (iii) d’envisager en cas de succès l’application directe de ce type de matériaux à la formulation de principes actifs contenant des fonctions acide boronique.
Un autre aspect du projet consistera à analyser en détail l’environnement local des boronates/benzoxaborolates au sein de ces matériaux hybrides. La détermination de la structure locale autour de ces anions apparaît en effet importante pour pouvoir comprendre les propriétés des matériaux synthétisés, et rationaliser leur comportement à long terme et leur évolution structurale dans des environnements particuliers. Cependant, comme les signatures spectroscopiques d’ions boronates/benzoxaborolates à l’état solide n’ont pas été entièrement établies pour le moment, une série de boronates métalliques modèles cristallisés sera d’abord synthétisée. Chaque phase cristalline sera caractérisée par une large gamme de techniques d’analyse, allant de la diffraction des rayons X aux spectroscopies IR et RMN du solide. Une approche combinée expérience/théorie sera ensuite utilisée pour interpréter ces spectres et établir des corrélations entre l’environnement local des boronates/benzoxaborolates et les paramètres IR (fréquences de vibration) et RMN (déplacements chimiques…). Grâce à ces corrélations, il sera alors possible de remonter à l’environnement local des boronates/benzoxaborolates au sein des matériaux hybrides synthétisés. 
Ce projet de recherche fondamentale devrait conduire à de nouvelles avancées dans la chimie des boronates/benzoxaborolates, ainsi qu'en chimie des matériaux et spectroscopie. Une comparaison directe des trois différentes approches de synthèse des matériaux hybrides sera réalisée, qui devrait permettre à l’avenir de sélectionner la stratégie la plus adaptée pour la synthèse de nouveaux matériaux hybrides, selon l'application visée. L’une des applications potentielles de ces matériaux sera la mise au point de nouvelles formulations de principes actifs contenant des fonctions acide boronique ou benzoxaborole.