Nano-structures chirales plasmoniques comme photocatalyseurs énantiosélectifs – CAPONE

Au vu de la demande croissante de composés énantiopurs dans de nombreux secteurs industriels tels que la pharmacologie ou l'agrochimie, la synthèse de tels produits chimiques revêt une importance primordiale. La séparation chirale est aujourd'hui la stratégie industrielle de choix, tandis que la catalyse asymétrique est la meilleure approche conduisant à la formation de molécules énantiopures. Dans ce domaine, même si l'utilisation de la lumière comme source d'énergie est bien établie en photocatalyse, on sait peu de choses sur sa mise en œuvre en réactivité asymétrique hétérogène. Par conséquent, il est urgent de trouver de nouvelles stratégies pour conduire des réactions photochimiques asymétriques efficaces avec des photons dans les domaines du visible et du proche infra-rouge. Dans le projet CAPONE, nous proposons de combiner les caractéristiques uniques de la photocatalyse plasmonique avec la réactivité asymétrique, visant à réaliser des réactions photocatalytiques hétérogènes et asymétriques pilotées par des plasmons. En catalyse homogène, deux stratégies principales ont été développées pour les photocatalyseurs asymétriques : i) l'utilisation d'un seul photocatalyseur chiral bifonctionnel (à la fois source de chiralité et centre catalytique) et ii) la mise en œuvre complexe, dans laquelle deux catalyseurs complémentaires aux fonctionnalités différentes travaillent en synergie afin d'atteindre un contrôle énantiosélectif. Ces deux approches actuellement développées pour la génération de stéréocontrôle dans les transformations photochimiques pilotées par des catalyseurs moléculaires ont été notre inspiration pour le développement des deux principales stratégies présentées dans CAPONE afin de créer des systèmes photocatalytiques hétérogènes et énantiosélectifs activés par excitation plasmonique.
Deux systèmes plasmoniques chiraux avec des réponses chiroptiques à différentes échelles d'énergie (de l'UV au proche IR) seront utilisés comme matériaux de départ : (1) des nanohélices de silice fonctionnalisées avec des nanoparticules plasmoniques et (2) des nanofils plasmoniques assemblés via une approche ascendante dans un structure chirale multicouche. Ces deux systèmes plasmoniques très polyvalents seront utilisés pour explorer les deux stratégies complémentaires : l'énantiosélectivité d'une surface chirale plasmonique au moyen d'un photocatalyseur hétérogène bifonctionnel et celle obtenue lorsqu'un catalyseur (asymétrique ou non) est introduit au sein de l'assemblage plasmonique chiral. La question fondamentale que CAPONE abordera consiste à comprendre la nature de l'interaction entre la lumière, le photocatalyseur hétérogène et l'espèce moléculaire afin de maîtriser le stéréocontrôle de la réaction photochimique. Un tel sujet résonne fortement avec le besoin actuel d'un accès bon marché et fiable aux transformations asymétriques à l'échelle industrielle.