Controle réversible de l'angle dièdre de molécules dans un elastomère par étirement. – ELASTIxMOL

Basée sur le changement réversible de la conformation moléculaire induit par une force mécanique macroscopique, une nouvelle branche, bioinspirée, de la mécanochimie a émergé, appelée mécanochimie douce. De nombreux succès ont été obtenus dans ce domaine, au cours de la dernière décennie, présentant un contrôle de la reconnaissance par interaction (ligand-récepteur), de l'adhésion cellulaire, de la catalyse, de la réorganisation macromoléculaire, de la discrimination chirale, de la (bio)catalyse ou de la luminescence par le biais du stimulus mécanique appliqué, montrant une réversibilité intégrale ou partielle du processus étudié. Cependant, la relation entre la force macroscopique appliquée et l'observation qui en résulte reste floue. Plus précisément, la voie de transduction qui se produit entre l'application du stimulus et les changements de conformation à l'échelle moléculaire, ainsi que les paramètres affectant ce processus, n'ont pas encore été abordés.
En étudiant une nouvelle série de molécules chirales mécanosensibles spécialement conçues, combinées à des mesures spectroscopiques fiables et approfondies et à une modélisation complémentaire, nous voulons aborder quantitativement la capacité de la mécanochimie douce à manipuler la conformation moléculaire par l'étirement d'un élastomère 3D. Concrètement, nous étudierons une série de différents atropisomères chiraux doublement réticulés dans un réseau de PDMS et examinerons comment des paramètres allant de la rigidité moléculaire, des points de réticulation, de la longueur de l'espaceur et des propriétés mécaniques du matériau polymère hôte ont un impact sur les changements conformationnels, lorsque l'étirement est appliqué. Ainsi, grâce à cette approche empirique, la relation entre la force, certains éléments impliqués dans la voie de transduction et la déformation moléculaire résultante sera établie. Cela augmentera considérablement notre compréhension des processus sous-jacents de la mécanochimie douce et conduira à la conception rationnelle de dispositifs tels que des catalyseurs asymétriques mécanocontrôlés, des sondes chiroptiques ou des moteurs moléculaires, dans le futur.
Le projet ELASTIxMOL est structuré autour de trois paquets de travail (WP) interdépendants, en plus du paquet de travail de gestion. Le premier WP est consacré à la conception, la préparation et la caractérisation d'élastomères polyvalents dopés par des molécules chirales. Nous sélectionnons la famille des dérivés du bis-phénanthrols à chiralité axiale : même squelette mais divers motifs de substitution, ponts et position de greffage à l'élastomère afin d'étudier l'influence de ces paramètres sur les changements de conformation moléculaire induits par l'étirement. Dans le deuxième WP, des mesures spectroscopiques minutieuses et complètes combinant dichroïsmes d'absorption circulaire et linéaire (CD, LD) et luminescence circulaire et linéaire (CPL, LPL) en fonction de l'étirement, le long de tous les axes géométriques pertinents, permettront une caractérisation complète des matériaux. Enfin, dans le troisième WP, nous nous appuierons sur la chimie computationnelle pour rationaliser le lien entre les propriétés chiroptiques et les changements de conformation moléculaire afin de comprendre les mécanismes de transduction de la force d'étirement aux molécules.
La réussite de ce projet interdisciplinaire constituera une percée dans le domaine de la mécanochimie douce et ouvrira la voie à de nouvelles applications et au développement de matériaux intelligents, où par une simple action mécanique, différents processus chimiques (catalyse, détection, fluorescence...) peuvent être régulés de manière continue et réversible