Chromophores and Macrocycles

Nos activité de recherche s’articulent autour de trois thématiques principales : (1) les chromophores du proche infra-rouge (PIR), (2) les capteurs moléculaires et (3) les revêtements et l’ingénierie de surface.

1. Les chromophores du PIR

L’accès aux colorants fortement conjugués possédant des propriétés optiques localisées dans des régions spectrales de basse énergie (le proche infrarouge, 750-3000 nm), est au cœur de nos activités depuis 2013. Ce domaine spectral est en effet de première importance notamment en bio-imagerie, car il comprend la fenêtre de transparence des milieux biologiques où les meilleurs contrastes sont obtenus. En électronique moléculaire, les chromophores du PIR permettent par ailleurs l’élaboration de photo-détecteurs flexibles, transparents et bon marché utilisés pour le traitement et le transfert tout-optique de signaux (ordinateurs optiques), ou dans des dispositifs révolutionnaires imitant l’œil humain.

Cependant, les chromophores possédant des transitions électroniques localisées dans le PIR sont encore peu nombreux. Leur préparation implique souvent de multiples étapes de synthèse et ces composés insaturés sont généralement difficiles à incorporer dans des dispositifs ou les milieux biologiques, du fait de leur solubilité restreinte. Notre équipe développe de nouveaux colorants PIR à l’aide de stratégies relativement simples (chimie de coordination et chimie macrocyclique).

Plus particulièrement, nous nous sommes intéressés à la synthèse de nouveaux composés quinoïdes tels les azacalixphyrines (Angew. Chem. Int. Ed., 2013, DOI : 10.1002/anie.201301217) et les ligands benzoquinones diimines (Chem. Commun. 2014, DOI : 10.1039/C4CC07353C ; Coord. Chem. Rev. 2017, DOI : 10.1016/j.ccr.2017.06.015), au sein desquels il est possible de contrôler la distribution des électrons pi afin d’orienter leur réactivité et/ou de moduler leurs propriétés optiques et électroniques selon l’application visée (notamment en bio-imagerie : Chem. Commun., 2018, DOI : 10.1039/C8CC05851B).

i) Les azacalixarènes :

Le squelette des calixarènes est l'une des plateformes macrocycliques les plus populaires utilisées dans la conception de récepteurs simples à très sophistiqués pour la chimie supramoléculaire en raison de sa grande flexibilité. Les azacalix[4]arènes, incorporant des atomes d’azotes, n’ont que très peu été utilisés comme hôtes puisque seuls deux exemples de complexes supramoléculaires hôte-invité étaient décrits dans la littérature lorsque nous avons débuté ce travail. Ces cavitants adoptent une conformation 1,3-alternée stable à la fois en solution et à l'état solide, favorisant la complexation d’anions (Chem. Eur. J., 2016, DOI : 10.1002/chem.201505089).

ii) Les diamino-benzoquinone diimines :

Ces composés sont en pleine expansion en raison de leur propriétés fondamentales remarquables qui permettent d’envisager des perspectives dans de nombreux secteurs technologiques. Les diamino-benzoquinone diimines possèdent en effet un système π à 12 électrons qui est mieux décrit comme étant constitué de deux sous-unités à 6 électrons pi chimiquement connectées par deux liaisons simples C-C mais électroniquement séparées.
Cette distribution remarquable a été mise à profit en modulant la nature des substituants portés par les atomes d’azote de façon à déclencher des réactions intramoléculaires selon l’environnement de la molécule. Nous avons ainsi démontré un réarrangement sans précédent de composés en présence de vapeurs de solvants, résultant d’une réaction acido-basique intramoléculaire qui s’accompagne d’un changement drastique de la couleur en solution et à l’état solide (Mater. Chem. Front., 2018, DOI : 10.1039/C8QM00171E).