Lumière sur les entrelacs moléculaires

17/05/21

Sciences et technologie 

Les rotoxanes sont des molécules entrelacées constituées de sous-unités moléculaires liées entre elles par des liens mécaniques et dont l’utilisation comme moteur moléculaire (interrupteur ou muscle moléculaire) suscite un grand intérêt. Des chercheurs du Laboratoire d'innovation moléculaire et applications (Lima) ont développé une nouvelle méthode permettant de les préparer facilement. Publié dans la revue Chemistry-a European Journal, ce travail a d’ores et déjà été exploité pour la construction d’un système photo-actif, siège d’un processus photo-induit à travers l’espace.

Des chercheurs du Laboratoire d'innovation moléculaire et applications ont réussi à préparer très efficacement une brique de construction comportant deux groupements réactifs sur les extrémités de l’axe du rotaxane. Ils ont ensuite montré qu’il était possible de remplacer ces groupements par réaction avec divers nucléophiles pour générer des rotaxanes portant diverses fonctions chimiques. Comme ces réactions se font par un mécanisme d’addition-élimination, les groupements présents de part et d’autre de l’axe moléculaire restent toujours volumineux et empêchent la libération du macrocycle. La structure du rotaxane est donc préservée durant les transformations chimiques et de nombreux rotaxanes impossibles à préparer par les méthodes classiques deviennent maintenant facilement accessibles.

En utilisant ce principe de construction, les chercheurs ont préparé un système photoactif associant des chromophores, groupements qui absorbent une certaine longueur d’onde de la lumière, complémentaires. L’axe du rotoxane a été fonctionnalisé à chacune de ses extrémités par des fluorophores qui émettent une lumière fluorescente sous excitation lumineuse, tandis que l’anneau (ou macrocycle) du rotaxane porte un groupement fullerène* capable de piéger cette luminescence. Après absorption de lumière par les fluorophores du rotaxane, aucune luminescence n’est observée, ce qui indique que l’énergie lumineuse captée par les fluorophores est convoyée vers le fullerène qui n’est pas fluorescent. Ce transfert d’énergie est très efficace bien qu’il n’existe aucune liaison chimique covalente entre les deux types de chromophores qui appartiennent à des sous-unités distinctes du rotaxane. Ce processus se fait donc à travers l’espace.

Une meilleure compréhension de ce transfert d’énergie est fondamentale pour le développement de nouveaux matériaux opto-électroniques, composants électroniques qui émettent ou interagissent avec la lumière. Les rotaxanes apparaissent comme des objets d’étude particulièrement bien adaptés dans cette perspective.

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