Création de systèmes polymères intelligents utilisant le cyclobis(paraquat-p-phénylène) et le cyclobis(paraquat-4,4'-biphénylène)

Creation of smart polymeric systems using cyclobis(paraquat-p-phenylene) & cyclobis(paraquat-4,4’-biphenylene)

• Auteur / Autrice : Lieselot De Smet
• Direction : Patrice Woisel, Richard Hoogenboom
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Organique et Macromoléculaire
• Date : Soutenance le 07/01/2020
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021) en cotutelle avec Universiteit Gent
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polyacrylamide

Hydrocolloïdes

Cyclophanes

Composés d'inclusion

Chimie supramoléculaire

Matériaux intelligents

Mots clés libres

Fonction de mémoire en temps

Supramolecular chemistry

Résumé

Le développement de matériaux polymères intelligents a suscité beaucoup d'intérêt au cours de la dernière décennie. Les matériaux intelligents sont décrits comme des matériaux capables de modifier leurs propriétés et leurs fonctions en réponse à de petits changements environnementaux externes, tels que des fluctuations de température ou de pH. Dans ce domaine en rapide évolution, la chimie supramoléculaire, notamment celle faisant appel aux interactions hôte-invité, est apparue comme un outil puissant pour la création de ces matériaux adaptatifs en raison de leur nature dynamique, réversible et leur sensibilité à divers stimuli externes. L'intégration de ces assemblages supramoléculaires dynamiques dans des charpentes polymères a permis de développer de nouveaux matériaux polymères avancés pouvant être stimulés en exploitant la réversibilité des complexes. Dans ce travail, les molécules hôtes de type cyclophane comme le cyclobis (paraquat-p-phénylène) et le cyclobis (paraquat-4.4'-biphénylène) ont été intégrées de manière réversible dans des systèmes macromoléculaires hydrophiles (homopolymères, hydrogels) fonctionnalisés par des motifs de reconnaissance moléculaires riches en électrons (Naphtalène, TTF). Dans le cas des hydrogels thermosensibles, nous avons montré qu’ils étaient capables de mémoriser un temps d’exposition à une certaine température. La complexation de ces molécules de cyclophane s'accompagnant d'un changement de couleur, ces matériaux pourront être utilisés en tant que capteur de température avec un mode de lecture visuel.

The development of smart or intelligent polymeric materials has gained a lot of attention over the past decades. Smart materials are described as materials that are capable of altering their properties and functions in response to small external environmental changes such as fluctuations in temperature. Within this rapidly advancing field, supramolecular chemistry, including host-guest complexation, has emerged as a powerful tool for the creation of these responsive materials due to their dynamic, reversible and adaptive nature towards external stimuli. These host-guest inclusion complexes consist mostly of a macrocyclic host molecule which can interact in a highly controlled and selective manner with one or more smaller guest molecules, via both random non-covalent interactions and specific three-dimensional spatial arrangements. The integration of these dynamic supramolecular assemblies into conventional polymer chemistry through the incorporation of either the macrocyclic host or, mostly, the electron rich guest has allowed us to develop the next generation advanced materials in a less time-consuming way. In this PhD thesis macrocyclic host molecule cyclobis(paraquat-p-phenylene) and cyclobis(paraquat-4,4’-biphenylene) were incorporated in hydrophilic polymer systems (homopolymers, hydrogels) in a reversible manner. For thermoresponsive hydrogel systems, it was shown that they were able to remember how long they were exposed to a certain external temperature change. The complexation of these cyclophanes are accompagnied with a visible color change allowing the use of these materials for sensor applications.