Interactions π−anion et liaisons hydrogène : un outil au service de la reconnaissance moléculaire et de la catalyse

par Romain Plais

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Damien Prim.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes , en partenariat avec Institut Lavoisier de Versailles (laboratoire) et de Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (référent) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    La reconnaissance moléculaire est un concept de chimie supramoléculaire qui résulte d'une association spécifique entre un récepteur ou molécule hôte et un substrat (ou molécule invitée) conduisant à un complexe moléculaire. Elle implique une complémentarité de formes, de charges et de tailles entre le récepteur et le substrat. L'élaboration de nouvelles molécules organiques employées comme récepteurs d'anions et catalyseurs s'appuie sur la formation de différentes interactions non-covalentes faibles (liaisons Hydrogène, interactions p-anions, effets ioniques et hydrophobes). En dépit d'efforts continus de la communauté scientifique, la prédiction, la compréhension de leur mécanisme d'action, la détermination de la nature de l'entité tridimensionnelle mise en jeu et les applications potentielles de ces complexes moléculaires dans des domaines variés comme l'extraction sélective, le transport membranaire ou encore la catalyse, la caractérisation complète de ces édifices restent des défis. La conception même de ces ligands/récepteurs d'anions est un défi. Ces interactions faibles contribuent individuellement à la structuration et aux propriétés d'édifices moléculaires tridimentionnels complexes, mais associées au sein d'une même plateforme moléculaire polyfonctionnelle, une combinaison de plusieurs interactions faibles est susceptible de générer des liaisons plus fortes et plus sélectives et de ce fait de moduler des propriétés existantes ou d'engendrer de nouvelles propriétés . Si les liaisons hydrogène restent un motif clé pour former des complexes avec des anions, ce projet cible l'utilisation conjointe de motifs de type urée et de fragments capables de générer des liaisons Pi-anion. Les défis de ce projet seront tout d'abord d'élaborer une stratégie d'accès à une nouvelle famille de ligands organiques. La synthèse des ligands, l'étude de la complexation aux anions mono- mais également poly-valents par RMN et/ou fluorescence ainsi que leur utilisation en catalyse homogène figurent parmi les objectifs successifs de ce projet.

  • Titre traduit

    Π-Anion and Hydrogen Bonding Interactions: a new tool for Molecular Recognition and Catalysis


  • Résumé

    Molecular recognition is a concept that results from a specific association between a receptor or host molecule and a substrate leading to a molecular complex. It involves a complementarity of shapes, charges and sizes between the host and the substrate. The development of new organic molecules used as anion receptors and catalysts is based on the formation of different weak non-covalent interactions (Hydrogen bonds, p-anion interactions, ionic and hydrophobic effects). Despite ongoing efforts by the scientific community, prediction, understanding of their mechanism of action, determination of the nature of the three-dimensional entity involved and potential applications of these molecular complexes in various domains such as selective extraction, transmembrane transport or even catalysis, the design as well as the complete characterization of these buildings remain challenging. These weak interactions individually contribute to the structuration and properties of complex three-dimensional molecular edifices, but associated within a single polyfunctional molecular platform, a combination of several weak interactions is likely to generate stronger, more selective bindings and thus modulating existing properties or generating new properties. If hydrogen bonds remain a key reason for forming complexes with anions, this project targets the joint use of urea-type units and fragments capable of generating Pi-anion bonds. The challenges of this project will first of all be to develop a strategy to access a new family of organic ligands. The synthesis of ligands, the study of complexation with mono- but also multivalent anions by NMR and / or fluorescence as well as their use in homogeneous catalysis are among our objectives.