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Nanographène chiral en hélice. ©Marc Gingras
Le graphène est une entité carbonée importante parmi les nanomatériaux modernes mais il se présente sous forme de feuillets en deux dimensions à épaisseur atomique. Des chercheurs de l'Institut des sciences moléculaires de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université), du Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université) et de la Fédération des Sciences Chimiques de Marseille (FR1739) ont conçu des nanographènes stables sous une forme tridimensionnelle (3D) offrant de nouvelles propriétés.
Les hydrocarbures polyaromatiques (HPA) non planaires sont des nanographènes 3D utilisés, par exemple en électronique, pour les nanorubans et les feuillets de graphène déformés ayant une géométrie (topologie) particulière. Un défi est de concevoir de grands HPA non planaires chiraux et stables, c'est-à-dire avec une image miroir non superposable.
La trimérisation par le nickel du 7,8-dibromo-[5]hélicène en solution et par activation micro-ondes a conduit au nanographène chiral sortant du liquide et se dirigeant vers la basilique Notre-Dame de la Garde, emblème de Marseille.
©Marc Gingras
Une approche historique pour induire la chiralité dans des HPA simples a été de générer une hélicité, créant par exemple des HPA hélicènes: des répulsions entre systèmes benzéniques angulaires poussent la molécule à se déformer, lui donnant une structure 3D. Cependant, seul un nombre restreint de grands HPA à configuration hélicénique stable est aujourd'hui connu.
Dans ce contexte, les chercheurs de Marseille ont conçu un nanographène stable en forme d'hélice intégrant six motifs [5]hélicène (trois externes et trois internes) par une synthèse efficace et courte, permettant de le produire en bonne quantité, malgré un grand nombre potentiel d'isomères. Sa grande stabilité et son exceptionnelle solubilité ont permis d'isoler les deux énantiomères en opérant un dédoublement par chromatographie chirale. Une étude de la structure par diffraction des rayons X sur un monocristal a montré une déformation sans précédent d'unités hélicènes.
Ces travaux laissent entrevoir des applications futures en sciences des matériaux et du vivant, en nanoscience et en chiroscience: la chiralité pourra ainsi être exploitée en tant que paramètre additionnel pour affiner et exalter les propriétés des matériaux, notamment les propriétés supramoléculaires, photophysiques, de conductivité, de reconnaissance moléculaire et de commutation.
©Marc Gingras
Références publications:
- Veronika Berezhnaia, Myriam Roy, Nicolas Vanthuyne, Marco Villa, Jean-Valère Naubron, Jean Rodriguez, Yoann Coquerel, Marc Gingras
A Chiral Nanographene Propeller Embedding Six Enantiomerically Stable [5]Helicene Units
Jounal of the American Chemical Society – Octobre 2017
DOI: 10.1021/jacs.7b07622
Cover page: http://pubs.acs.org/toc/jacsat/139/51
- ChemViews: Chiral Propeller-Shaped Nanographenes
http://www.chemistryviews.org /details/news/10672217/Chiral_Propeller-Shaped_Nanographenes.html
- Helicene twists aromaticity to its limit
https://www.chemistryworld.com/news/helicene-twists-aromaticity-to-its-limit/3008142.article
Contacts chercheurs:
- Marc Gingras, CINAM UMR 7325, Aix-Marseille Université
- Yoann Coquerel, iSm2 UMR 7313, Aix-Marseille Université
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