SUPRAMOLÉCULAIRE (CHIMIE)

Composants moléculaires et supramoléculaires

Les composants moléculaires peuvent être définis comme des systèmes chimiques, possédant une organisation structurelle et une intégration fonctionnelle, assemblés en architecture supramoléculaire. Le développement de tels composants exige l'élaboration d'éléments moléculaires (effecteurs) accomplissant une fonction donnée et capables d'être incorporés dans un réseau organisé tels que ceux auxquels conduisent les différents types d'assemblages polymoléculaires. Les effecteurs peuvent être photo-, électro-, iono-, magnéto-, thermo-, mécano- ou chimioactifs selon qu'ils manipulent des photons, des électrons ou des ions, qu'ils répondent à des champs magnétiques ou à la chaleur, qu'ils présentent des propriétés mécaniques variables ou réalisent une réaction chimique. La caractéristique fondamentale serait que ces éléments, et les composants qu'ils constituent, remplissent leur(s) fonction(s) au niveau moléculaire et supramoléculaire, par opposition au matériau en masse.

Les récepteurs, réactifs, catalyseurs, transporteurs et canaux moléculaires sont des effecteurs potentiels qui peuvent engendrer, détecter, traiter et transférer des signaux grâce à leur capacité de stockage et de lecture d'information tridimensionnelle, mise en œuvre dans la reconnaissance moléculaire, et aux processus de transformation et de translocation d'un substrat liés à la réactivité et au transport. Un couplage et une régulation peuvent intervenir si les effecteurs contiennent plusieurs sous-unités susceptibles d'interagir, de s'influencer mutuellement et de répondre à des stimuli extérieurs tels que lumière, électricité, chaleur et pression.

La nature de l'agent (substrat) sur lequel opèrent les composants moléculaires définit les domaines de la photonique moléculaire, de l'électronique moléculaire et de l'ionique moléculaire. Leur développement exige la conception d'effecteurs capables de manipuler ces agents et l'examen de leur utilisation potentielle comme éléments de composants moléculaires.

Composants photoniques moléculaires. Nombre de processus photochimiques peuvent se dérouler au sein de systèmes supramoléculaires, modulés par l'arrangement des unités fixées, lui-même déterminé par le récepteur organisateur : migration d'énergie photo-induite, séparation de charge par transfert d'électron ou de proton, perturbation de transitions optiques et de polarisabilités, modification de potentiels redox dans les états fondamental ou excité, photorégulation de propriétés de fixation, réactions photochimiques sélectives, etc.

Un composant moléculaire de conversion de la lumière peut être réalisé par un processus absorption-transfert d'énergie-émission (A-T.E.-E), dans lequel l'absorption de lumière par une molécule réceptrice est suivie par un transfert d'énergie intramoléculaire à un substrat fixé qui réémet. C'est le cas, par exemple, pour le cryptate d'europium (III), 34 ; la lumière ultraviolette absorbée par les groupes photosénoïdes du ligand est transférée au cation lanthanide fixé dans la cavité moléculaire, et réémise sous la forme de lumière visible par le lanthanide.

On peut envisager de nombreuses applications de telles substances, en particulier leur utilisation comme sonde luminescente pour des anticorps monoclonaux, des acides nucléiques et des membranes.

La photogénération d'états de séparation de charge est intéressante pour induire des réactions photocatalytiques (par exemple pour la photosynthèse artificielle) aussi bien que pour le transfert de photosignaux (à travers une membrane par exemple). Cela peut être réalisé dans des systèmes D-P.S.-A dans lesquels l'excitation d'un photosenseur P.S., suivie par deux transferts d'électron d'un donneur D à un accepteur[...]