Séminaire Fellows - Tourniquets moléculaires
Par Mir Wais Hosseini, Fellow 2015
Les mouvements sont omniprésents dans toutes les entités vivantes telles que les animaux et les végétaux. Au niveau moléculaire, le contrôle des mouvements intramoléculaires, c'est-à-dire le mouvement relatif d'une partie d'une molécule par rapport à d'autres segments, par des stimuli externes est devenu un sujet de recherche très important au cours des 60 dernières années. Dans une recherche pionnière, J.-P. Sauvage, J.F. Stoddart, V. Balzani et B.L. Feringa ont conçu, synthétisé et étudié d'élégantes entités dynamiques soumises à des mouvements de rotation ou de translation contrôlés. Ces entités présentent un intérêt particulier pour les nanotechnologies, notamment pour la translocation et/ou la réactivité des assemblages moléculaires.
Un autre sujet clé de la chimie est la catalyse, qui joue un rôle central dans la transformation chimique de la matière. Au cours d'une réaction chimique, les liaisons entre atomes sont rompues et d'autres liaisons sont formées. La plupart des molécules sont stables et les réactions chimiques se produisent souvent dans des conditions assez difficiles nécessitant de l'énergie. Un catalyseur réunit les molécules d'une manière spécifique pour maximiser leurs interactions et donc les réactions et ainsi minimiser la consommation d'énergie et la production de déchets.
Dans son projet USIAS, Mir Wais Hosseini a proposé d'explorer la possibilité de coupler ces deux sujets clés en concevant des systèmes moléculaires dynamiques permettant de lier les mouvements intramoléculaires à la catalyse. L'hypothèse était basée sur le contrôle du mouvement intramoléculaire induit par des stimuli externes permettant de passer de l'état actif à l'état de repos des catalyseurs (états ouvert et fermé des systèmes dynamiques).
Les moteurs et machines moléculaires de translation ou de rotation sont des architectures pour lesquelles les mouvements entre une partie fixe et une partie mobile peuvent être induits par des stimuli externes. Comme première étape vers de telles entités dynamiques, une série de "tourniquets moléculaires" (portes moléculaires qui peuvent être ouvertes et fermées de manière contrôlée) ont été conçus et synthétisés.
La première catégorie est basée sur des porphyrines Sn(IV) en tant que stators portant à leur périphérie des sites d'interaction et équipés d'une poignée en tant que rotor. La connexion entre les stators et les rotors est réalisée par des liaisons Sn-O (schéma 1).
Le deuxième principe de conception est basé sur la fixation covalente du rotor au stator en utilisant deux positions méso opposées sur le squelette de la porphyrine (porphyrines strappées) (schéma 2).
Enfin, la troisième approche est basée sur des complexes organométalliques de Pt comme rotors et des poignées de coordination comme stators (schéma 3).
La conception, la synthèse et les caractérisations structurelles, tant en solution par des techniques de RMN multidimensionnelles qu'à l'état solide par diffraction des rayons X sur des monocristaux, d'une série de portes et de tourniquets moléculaires seront présentées, et l'importance de ce type de recherche et son avenir seront discutés.
- Plus d'informations sur le projet USIAS de Mir Wais Hosseini : Couplage de mouvement intramoléculaire et catalyse.
