CE29 - Chimie : analyse, théorie, modélisation

Utiliser l’influence de l’environnement sur la photoréactivité, pour comprendre le mécanisme de photoisomérisation – PhotoMecha

Résumé de soumission

Des réactions de photoisomérisation de doubles liaisons C=C sont exploitées depuis longtemps dans des machines ou moteurs moléculaires pour convertir l’énergie lumineuse et énergie mécanique à l’échelle moléculaire ou contrôler des fonctions moléculaires. Dans ce type d’application un rendement quantique (RQ) de photoisomérisation élevé est souhaité pour améliorer l’efficacité fonctionnelle du dispositif moléculaire. Cependant, il n’existe à ce jour pas de stratégie de conception chimique rationnelle permettant de prédire et optimiser le rendement de photoisomérisation d’une molécule synthétique. En revanche, l’évolution naturelle a su développer des protéines photosensibles, dont la fonction biologique est déclenchée par des réactions de photoisomérisation particulièrement efficaces. Un exemple phare est celui de la rhodopsine (Rho), le photo-détecteur de la vision. Dans le projet PhotoMecha, nous allons étudier le mécanisme de photoisomérisation ultrarapide de petits photo-commutateurs moléculaires synthétiques dit « biomimétiques ». Ces molécules ont été conçues pour que leur structure électronique - et les surfaces d’énergie potentielle (PESs) correspondantes – reproduisent celles de chromophores biologiques, et on a pu observer qu’en effet elles sont le siège d’une photoisomérisation ultrarapide semblable à celle de la Rho. Pourtant, comme la plupart des molécules isomérisantes synthétiques, leur rendement d’isomérisation n’excède pas 30%, contre 67% pour la Rho.
De nombreux travaux théoriques prédisent que la topographie des PESs, en particulier de leur intersection dite « conique » (CInt), et les mouvements vibrationnels au voisinage de la CInt contrôlent le RQ d’une photoisomérisation. Nous proposons d’exploiter la famille des composés biomimétiques synthétiques pour le vérifier expérimentalement, et plus précisément pour découvrir les paramètres physico-chimiques qui gouvernent le retour à l’état fondamental via la CInt, et donc le RQ. Notre stratégie sera de modifier de façon rationnelle leur microenvironnement pour modifier leur photoréactivité. L’exemple de la Rho démontre en effet déjà que l’interaction avec l’environnement modifie de façon importante la photoréactivité et le RQ de son chromophore. Nous allons donc étudier et comparer la photoréactivité des composés biomimétiques existants (i) en phase gaz, (ii) en solution dans des solvants de polarité variable, et (iii) encapsulés dans des cages supramoléculaires. Des développements expérimentaux et théoriques de pointe seront utilisés, incluant la spectroscopie UV-Vis ultrarapide (Partenaire 1 : IPCMS, Strasbourg), la spectroscopie XUV de photoélectrons résolue en temps (Partenaire 3 : ILM, Lyon), la chimie de synthèse supramoléculaire (partenaire 2 : IPCMS, Strasbourg) et la modélisation de chimie quantique (partenaires 4 : ICS, Strasbourg, et 5 : Université de Sienne, Italie).

Coordination du projet

Jérémie LÉONARD (Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (UMR 7504))

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IPCMS-DMO Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (UMR 7504)
ILM INSTITUT LUMIERE MATIERE
IPCMS-DON Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (UMR 7504)
IC Institut de Chimie de Strasbourg (UMR 7177)
Universita di Siena / Departement of Biotechnology, Chemistry and Pharmacy

Aide de l'ANR 571 741 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2021 - 48 Mois

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