Hystérésis de fluorescence photocommutable, grâce à des architectures moléculaires multichromophoriques

par Yang Zhou

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Rémi Métivier et de Juan Xie.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec PPSM - Laboratoire de Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires (laboratoire) et de École normale supérieure Paris-Saclay (Cachan, Val-de-Marne) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Le Laboratoire de Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires (PPSM, CNRS UMR 8531), situé à l'École Normale Supérieure Paris-Saclay (Cachan) possède une expérience bien établie dans le domaine de la synthèse et de la spectroscopie de molécules photo-actives multifonctionnelles. Dans le cadre d'un projet de recherche financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR), le PPSM propose un financement de thèse pour la conception de molécules dendrimériques photochromes fluorescentes, montrant une hystérésis de fluorescence photo-commutable. Dans le domaine des matériaux intelligents, les systèmes multichromophoriques photo-commutables sont susceptibles de montrer des effets d'hystérésis de fluorescence, inexplorés à ce jour. Le projet de thèse propose de concevoir des architectures moléculaires composées d'un grand nombre d'unités fluorescentes et photochromes, liées à une plateforme cyclodextrine, favorisant des processus de transfert d'énergie. Les cinétiques compétitives de photoisomérisation des différentes unités photoactives devraient conduire le système selon différentes voies réactionnelles lorsqu'il est éclairé par la lumière UV ou visible, ouvrant un cycle d'hystérésis de fluorescence. Une approche multidisciplinaire, combinant l'ingénierie moléculaire, la chimie de synthèse et la spectroscopie, permettra de relever ce défi. Un tel comportement d'hystérésis provient d'effets collectifs et d'interactions entre sous-unités moléculaires. Il représente un grand intérêt d'ordre fondamental, mais également prometteur pour le développement d'une grande variété de dispositifs de haute technicité. Par conséquent, le travail de thèse s'orientera selon les directions suivants: • Conception et synthèse des molécules fluorescentes et photochromes : unités chromophoriques individuelles, petits échafaudages dendrimériques et architectures à base de cyclodextrine comportant plusieurs photochromes et fluorophores • Études photophysiques stationnaires et résolues en temps des assemblages multichromophoriques, afin d'établir les relations structure-propriétés, et démontrer l'hystérésis de fluorescence photo-commutable L'hystérésis de fluorescence développée par le projet doctoral devrait conduire à une nouvelle génération de matériaux moléculaires 'intelligents'. Des dispositifs optiques photo-contrôlables et multidimensionnels peuvent être développés, tels que des codeurs d'informations, des portes logiques, des mémoires optiques non volatiles ou des systèmes de sécurité, mais également des sondes fluorescentes 'furtives' pour la bioimagerie. Les candidats doivent avoir une bonne expérience en synthèse organique et concernant les techniques standards de caractérisation. De bonnes bases en spectroscopie moléculaire (absorption UV-vis, fluorescence) seraient appréciées.

  • Titre traduit

    Switchable fluorescence hysteresis induced by light based on multichromophoric molecular architectures


  • Résumé

    The Laboratory of Supramolecular and Macromolecular Photophysics and Photochemistry (PPSM, CNRS UMR 8531), located at École Normale Supérieure Paris-Saclay (Cachan) has a well-established experience in the field of synthesis and spectroscopy of multifunctional photo-active molecules. In the frame of a research project funded by the French National Research Agency (ANR), the PPSM offers a PhD fellowship to design photochromic-fluorescent dendrimeric molecules, showing switchable fluorescence hysteresis induced by light. In the field of smart materials, photoswitchable multichromophoric systems are prone to show fluorescence hysteresis effects, unexplored to date. The PhD project proposes to design well-structured molecular architectures composed of a large number of fluorescent and photochromic units linked to a cyclodextrin platform, allowing energy transfer processes. The competitive photoisomerization kinetics of the different photoactive units are expected to drive the system to different reaction pathways when illuminated by UV or visible light, leading to a fluorescence hysteresis cycle. A multidisciplinary approach, combining molecular design, synthetic chemistry and spectroscopy, is expected to tackle this challenging topic. Such a hysteresis behavior originates from collective effects and interactions between molecular subunits. It is of great fundamental interest, but also promising for the development of a wide variety of high-technology devices. Consequently, the scientific target of the PhD work will be devoted to the following aspects: • Design and synthesis of the fluorescent and photochromic molecules: individual chromophoric units, small dendric scaffolds and cyclodextrin-based architectures bearing different numbers of photochromes and fluorophores • Steady-state and time-resolved photophysical investigations of the multichromophoric assemblies, in order to rationalize the structure-properties relationships, and demonstrate the photoswitchable fluorescence hysteresis The fluorescence hysteresis developed by the PhD project is expected to lead to a new generation of “intelligent” molecular materials. Photo-controllable and multi-dimensional optical devices can be developed, such as information encoders, logic gates, non-volatile optical memories or security systems, but also “smart” (or “furtive”) fluorescent probes for bioimaging. Applicants must be well-experienced in organic synthesis and standard characterization techniques. Some practice of molecular spectroscopy (UV-vis, fluorescence), would be appreciated.