Fonctionnalisation de molécules photochromes pour des structures supramoléculaires : vers l'amplification de la réponse sous stimulation

Functionalization of Photochromic Molecule into Supramolecular Structure: toward Amplification of Stimuli Responses

• Auteur / Autrice : Saeko Kitamine
• Direction : Keitaro Nakatani, Tsuyoshi Kawai
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2025
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Nara Institute of Science and Technology
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PPSM - Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay

Mots clés

Mots clés libres

Chimie supramoléculaire

Photochromisme

Effet cascade

Fluorescence

Cascade Effect

Photochomism

Fluorescence

Supramolecular Chemistry

Résumé

Les molécules photochromes sont le siège d'une réaction photochimique réversible entre deux espèces. Parmi elles, certains terarylènes répondent également à d'autres stimuli (radiation par rayons X, ajout de catalyseurs), qui induisent des réactions en cascade (en chaîne), via des processus rédox ou acido-basique. Elles mènent à des phénomène d'amplification et peuvent être avantageusement exploitées pour augmenter la sensibilité du système photochrome, ou pour réduire la quantité de catalyseur nécessaire pour effectuer la réaction. Ceci pourrait jouer un rôle dans des dosimètres ou encore dans le stockage et le relargage de l'énergie solaire. Les équipes de recherche impliquées dans cette proposition travaillent sur la synthèse et l'étude photochimique de telles molécules. Elles ont démontré et quantifié ces phénomènes d'amplification. Dans le présent projet, l'objectif est de concevoir et de synthétiser des molécules photochromes fonctionnalisées et de les assembler dans des structures supramoléculaires. Dans la mesure où la distance entre les entités photochromes est déterminante sur la cinétique de la réaction en cascade, une amplification encore plus importante est attendue. De plus, des fluorophores seront introduits pour faciliter la détection par l'œil nu et leur fluorescence pourra être activée ou éteinte efficacement par commutation d'entités photochromes, grâce à un phénomène de transfert d'énergie multiple entre les molécules photochromes et fluorescentes. Ce projet fera l'objet d'une thèse de doctorat en cotutelle, dans le cadre de l'accord cadre entre l'Université Paris-Saclay (France) et le Nara Institute of Science and Technology (NAIST, Japon). Le candidat ou la candidate travaillera environ 18 mois au sein du laboratoire PPSM (France) et du Photonic and Reactive Molecular Science Laboratory (Japon), qui possèdent des savoir-faire complémentaires et qui partagent les intérêts scientifiques communs.

Photochromic molecules undergo a reversible reaction between two species upon light excitation. Among them, some photochromic terarylenes can be triggered by other stimuli (X-ray radiation, addition of a catalyst), inducing a cascade (chain) reaction. Such a feature, leading to a “one-trigger-many-switches” amplification phenomenon via a redox or an acid-base reaction, can be advantageously exploited, for example to enhance the sensitivity of the photochromic system, or to reduce drastically the amount of catalyst added to undergo a reaction. Further, it can be considered for applications, for example in dosimetry or in MOST (MOlecular Solar Thermal) light energy storage and release. The research groups involved in this proposal have been working in the synthesis, and the photochemical studies of such molecules, evidencing and quantifying amplification processes. In the present project, the objective is to design and synthesize functionalized photochromic building blocks and assemble them into supramolecular structures. As the distance between the reacting moieties is a determining factor in the rate of cascade reaction, an even more drastic amplification is expected. Furthermore, in order to enhance the visibility of the color change with the naked eye, fluorophores will be added and its fluorescence switched on and off, taking advantage of an amplified fluorescence photo-switching, another enhancing phenomenon, based on an multiple energy transfer process between fluorophores and photochromic molecules. This project will be carried out as a double degree “cotutelle” PhD, in the frame of the existing agreement between Université Paris-Saclay (France) and Nara Institute of Science and Technology (NAIST, Japan). The PhD candidate will spend ca. 18 months in each institution, in PPSM laboratory (France) and Photonic and Reactive Molecular Science Laboratory (Japan), both having complementary expertise and sharing common research interest.