Une nouvelle famille d’hélicènes phosphorescents
Molécules hélicoïdales, les hélicènes modifient le sens de la polarisation des ondes lumineuses avec lesquelles elles interagissent, ce qui peut servir par exemple pour concevoir des OLED. En jouant sur le sens d’enroulement de leur hélice et la position d’atomes métalliques, une équipe internationale, centrée autour de l’ISCR (CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université Rennes 1), a obtenu un hélicène présentant de la phosphorescence polarisée et de longue durée. Retenus comme VIP dans la revue Angewandte Chemie International Edition, ces travaux décrivent une nouvelle famille de molécules dont les propriétés laissent entrevoir de nouvelles applications.
Les hélicènes sont des molécules hélicoïdales qui ne peuvent pas se superposer à leur image miroir. Cette propriété, la chiralité, est ici associée au fait que chaque hélicène existe sous deux formes, les énantiomères, qui ont la même formule chimique, mais dont l’hélice est enroulée dans un sens différent. Les hélicènes sont souvent capables d’émettre de la lumière. Ensemble, ces deux caractéristiques confèrent aux hélicènes une luminescence polarisée circulairement, c’est-à-dire qu’ils parviennent à faire tourner le sens droit ou gauche des ondes au sein d’un faisceau lumineux. Cela trouve des applications en cryptographie, dans les diodes organiques électroluminescentes, en bioimagerie ou encore en photochimie. Une équipe de chercheurs a synthétisé une nouvelle famille d’hélicènes avec un degré de chiralité supplémentaire, apportée par la présence de métaux, fournissant ainsi des objets moléculaires à la phosphorescence polarisée et particulièrement longue.
Ces molécules sont composées d’atomes métalliques, en l’occurrence du rhénium, au sein d’une hélice portant un fragment de type carbène, molécule organique dont un des atomes de carbone ne partage pas tous ses électrons. Or le rhénium est chiral, ce qui fait que l’on peut obtenir plusieurs combinaisons selon la chiralité de l’hélice : droite/droite, droite/gauche, gauche/droite ou gauche/gauche. Lorsque la chiralité est constructive, le matériau présente une phosphorescence polarisée intense pendant près d’une milliseconde, ce qui est bien plus long que les précédentes observations sur d’autres hélicènes. Cela en fait un candidat intéressant pour l’imagerie biomédicale. L’équipe va à présent tester l’intégration d’autres métaux que le rhénium, pour voir quelles propriétés vont alors émerger.
Ces travaux ont rassemblé des chercheurs de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (ISCR, CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Université Rennes 1), du Laboratoire de physique des lasers (LPL, CNRS/Université Sorbonne Paris-Nord), de l’Institut des sciences moléculaires de Marseille (ISM2, CNRS/Aix-Marseille Université/École Centrale Marseille), de l’université d’État de New York (États-Unis), de l’université Jagellon de Cracovie (Pologne) et de l’université de Durham (Royaume-Uni).
Référence :
Etienne S. Gauthier, Laura Abella, Nora Hellou, Benoît Darquié, Elsa Caytan, Thierry Roisnel, Nicolas Vanthuyne, Ludovic Favereau, Monika Srebro-Hooper, J. A. Gareth Williams, Jochen Autschbach et Jeanne Crassous. Long-lived circularly-polarized phosphorescence in helicene-NHC-rhenium(I) complexes: the influence of helicene, halogen and stereochemistry on emission properties. Angewandte Chemie International Edition.