Synthèse et études photophysiques de nouvelles molécules multichromophoriques photochromes et fluorescentes pour la photocommutation de fluorescence

Synthesis and photophysical studies of new multichromophoric molecules containing fluorescent and photochromic units for fluorescence photoswitching

• Auteur / Autrice : Stéphane Maisonneuve
• Direction : Juan Xie, Rémi Métivier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 06/09/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Pozzo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Juan Xie, Rémi Métivier, Jean-Luc Pozzo, Cyril Poriel, Philippe Compain, Pierre Mialane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyril Poriel, Philippe Compain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fluorescence

Photochromisme

Cyclodextrines

Mots clés libres

Cyclodextrine

Sucre

Multichromophorique

Photochromisme

Ret

Photocommutation de fluorescence

Cyclodextrin

Sugar

Multichromophoric

Photochromsim

Fret

Fluorescence photoswitching

Résumé

Le stockage optique de l’information et l’imagerie à super-résolution sont des champs d’application dont les besoins en matériaux et en molécules photocommutables sont grandissants. Une des approches consiste à associer au sein d’une même structure moléculaire des photochromes et des fluorophores au sein de laquelle des transferts d’énergie résonants sont possibles. La combinaison des propriétés photophysiques des deux types d’entités conduit à la photocommutation de fluorescence recherchée. Pour concevoir de tels systèmes, nous avons basé notre approche sur le concept de click chemistry qui permet d’avoir une grande flexibilité du point de vue synthétique. Ainsi, en utilisant des plateformes moléculaires comme les dérivés de sucres et la β-cyclodextrine, nous avons synthétisé de nombreuses architectures multichromophoriques. En variant le ratio entre le nombre de photochromes (DAE) et de fluorophores (DCM) au sein d’une même molécule, nous avons pu progresser dans la compréhension des relations entre les structures et les propriétés photophysiques de ces systèmes, impliquant des transferts d’énergie multiples entre les différentes entités. Cette démarche nous a permis, d’une part, d’appréhender les effets d’extinction non-linéaire de fluorescence, et d’autre part, de découvrir l’effet d’hystérèse photocontrôlable résultant de la compétition entre les transferts d’énergie et les réactions photochromes.

The fields of optical data storage and super-resolution imaging are in expansion and attract an increasing demand on photoswitchable materials and molecules. One approach consists in associating photochromic and fluorophores units in the same molecular structure, allowing resonant energy transfer processes. The combination of the photophysical properties of the two units leads to the expected fluorescence photoswitching. To design such systems, we based our approach on the click chemistry concept which offers a great flexibility in terms of synthesis pathways. Thus, using molecular platforms such as sugar derivatives and β-cyclodextrin, we have synthesized many multichromophoric architectures. By varying the ratio between photochromic (DAE) and fluorophore (DCM) units in the same molecule, we improved our comprehension of the structure-properties relationships, involving multiple energy transfers between the different entities. This allowed us, first, to understand the effects of non-linear fluorescence quenching, and secondly, to discover the light-controlled hysteresis effect resulting from the competition between energy transfers and photochromic reactions.