Reconnaissance sélective et détection électrochimique d'ions métalliques par des macrocycles immobilisés sur supports mésoporeux – MesoporElect

Ce projet vise la reconnaissance sélective d'ions métalliques (Pb, Cu, Ni, Co) par des chélatants macro-cycliques fonctionnalisés à base de tétraazacycloalcanes incorporés dans des solides mésoporeux en vue de leur détection électrochimique. Ceci impliquera dans un premier temps la synthèse de macrocycles originaux de type cyclame fonctionnalisés par des bras coordinants permettant de séquestrer sélectivement les espèces considérées. La caractérisation structurale des complexes métalliques, la détermination de leurs constantes de stabilité et l'analyse cinétique des réactions de complexation permettront de sélectionner les systèmes les plus appropriés. Il conviendra ensuite d'obtenir les dérivés silylés correspondants qui constitueront les éléments clés de la préparation des solides mésoporeux hybrides ; ceux-ci pourront être obtenus par greffage de matériaux préformés, mais nous nous focaliserons en priorité sur la synthèse en une étape (co-condensation en présence d'agent directeur de structure) qui n'a été que peu développée jusqu'à présent dans le cas de groupements fonctionnels sophistiqués (ex: macrocycles). Les stratégies de synthèse seront dirigées vers l'obtention de matrices mésoporeuses organisées de morphologie variable et vers l'élaboration de solides à porosité bimodale contrôlée. Une nouvelle méthodologie basée sur la génération électro-assistée de films mésoporeux fonctionnalisés sur électrode solide sera également développée de manière à permettre un contrôle strict de la préparation des électrodes modifiées par ces matériaux. Dans un troisième stade, nous appréhenderons les processus de fixation des ions métalliques sur ces différents adsorbants en mettant en œuvre de nombreuses techniques physico-chimiques et (électro)analytiques visant à préciser les facteurs influençant l'accessibilité aux sites de complexation, la nature des complexes formés, l'influence des interférents, etc. Une attention toute particulière sera donnée à l'analyse cinétique des processus de transfert de matière au sein de ces hybrides organo-minéraux poreux car ils constituent souvent l'étape limitante de vitesse de la réponse voltampérométrique des électrodes modifiées par ce type de matériaux et, par conséquent, la sensibilité des capteurs électrochimiques correspondants. On peut raisonnablement espérer pouvoir ouvrir de nouveaux champs d'application dans ce domaine en exploitant les propriétés particulières des matériaux mésoporeux ordonnés et leurs avantages par rapport aux hybrides organo-minéraux non organisés. Parmi les applications visées, nous considérerons de manière privilégiée l'analyse sur site de Pb et Cu dans les eaux de distribution et le suivi in situ des teneurs en éléments cancérogènes (Ni et Co) dans les fluides biologiques prélevés en médecine professionnelle. Nous sommes persuadés qu'au delà de ces exemples, la plupart des résultats à caractère fondamental obtenus pourront être grandement utiles dans de nombreux autres domaines d'applications tels que les procédés de séparation solide/liquide, la catalyse, les réactions en milieu confiné, notamment.