Synthèse de radicaux organiques chiraux pour des applications en électronique moléculaire – OChiRaLec

Combiner les propriétés optiques, électroniques et magnétiques des diradicaux à la propriété de chiralité apparaît d’un intérêt considérable pour explorer de nouvelles applications en optoélectronique et détection chirale. L'objectif du projet OChiRaLec (ANR JCJC) est de concevoir des diradicaux organiques chiraux intrinsèques où les électrons célibataires seront inhérents au système pi-conjugué chiral afin d’obtenir d’intenses propriétés chiroptiques dans le proche Infra-Rouge, région difficilement accessible pour les composés organiques chiraux à couche électronique fermée. Un aspect important de ce projet reposera notamment sur l’obtention de composés radicalaires présentant une stabilité chimique et configurationnelle accrues du fait de l’inversion en énergie des niveaux SOMO/HOMO en configuration électronique à couche ouverte. Récemment reportée pour des radicaux achiraux mais encore quasiment inexplorée pour des radicaux organiques chiraux, cette approche particulièrement novatrice a été testée avec succès lors de résultats publiés impliquant des motifs 4,4’-biscarbazoles à chiralité axiale et démontrant une stabilité exaltée des radicaux correspondant sous forme énantiopure sans présence de groupements stériques protecteurs. Ces premiers résultats ont également conduit à l’isolation de diradicaux organiques chiraux stables chimiquement sous forme énantiopures et la caractérisation expérimentale et théoriqueme de leurs propriétés optiques et magnétiques, résultant sur une signature en dichroïsme circulaire électronique image-miroir s'étendant jusqu'à 1100 nm et une interaction ferromagnétique des électrons célibataires à l'état fondamental.
A travers ce projet ANR, de nouveaux di- et polyradicaux organiques chiraux seront développés pour explorer expérimentalement et théoriquement la synergie des propriétés chiroptiques et magnétiques au sein de ces espèces moléculaires. Le design moléculaire envisagé permettra une étude structure/propriété innovante impliquant des radicaux centrés sur des atomes d’azote et de carbone ainsi qu’une chiralité axiale et hélicoïdale d’architectures moléculaires et polymoléculaires. Les propriétés photophysiques, électrochimiques et chiroptiques de ces nouveaux radicaux chiraux seront systématiquement investiguées, rationalisées par des études théoriques poussées et complétées par des caractérisations magnétiques impliquant notamment un dispositif d'interférence quantique supraconducteur (SQUID) pour obtenir la multiplicité de spin des espèces mises en jeu. Cette étude fondamentale apportera des enseignements nouveaux sur la réactivité chimique des espèces di- et polyradicalaires chirales et la synergie des propriétés de chiralité et de magnétisme à l'échelle moléculaire. Aussi, les radicaux les plus stables seront utilisés dans des dispositifs optoélectroniques tels que des commutateurs de spin chiroptiques, offrant de de nouvelles possibilités dans le domaine des matériaux organiques chiraux. Un intérêt sera porté sur la détection sélective de lumière circulairement polarisée gauche ou droite dans le domaine de l’infra-rouge.
Ce projet est porté par le Dr. L. Favereau, chercheur CNRS depuis 2015 à l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes au sein de l’équipe Organométalliques : matériaux et catalyse et co-auteur de 42 publications (h-index=18, Scopus, mars 2021). Il possède une forte expertise dans le domaine des matériaux chiraux et leurs caractérisations photophysiques et chiroptiques, acquise durant son doctorat (2014, Université de Nantes, F. Odobel), son stage postdoctoral (Université d’Oxford, H. Anderson) et au travers de ses récentes publications ainsi que sur l’élaboration de dispositifs optoélectroniques, lui conférant une expérience solide pour mener à bien ce projet ambitieux.