Elaboration d’hélices chirales pour l’émission de lumière circulairement polarisée et l’optique non-linéaire

Abstract

Ces dernières années, la conception de nouvelles architectures moléculaires capables d'émettre efficacement de la lumière circulairement polarisée (LCP) est apparue comme un défi intéressant à relever. Parmi les différents systèmes photoluminescents, les petites molécules organiques ou assemblages supramoléculaires chiraux ont émergé comme de possibles candidats pour des applications en photonique. Ces systèmes peuvent être utilisés dans la fabrication de dispositifs optiques avancés permettant par exemple le stockage optique d'information, le développement d’écrans OLEDs ou bien encore la bio-imagerie. Afin d'observer une émission LCP nous cherchons donc à obtenir des molécules à la fois fluorescentes et chirales. Pour ce faire, l'hélicité représente l'un des meilleurs moyens d’exprimer la chiralité à l'échelle moléculaire et/ou supramoléculaire. Un des principaux défis consiste donc à maîtriser la synthèse d'architectures moléculaires hélicoïdales originales afin d’observer une activité LCP. Par ailleurs, ce type de composés présente aussi un intérêt dans le domaine de l'optique non-linéaire (ONL), notamment avec l’étude de la génération de fréquence somme. Dans ce contexte, les foldamères sont apparus comme des outils intéressants afin de développer des systèmes présentant des propriétés optiques et chiroptiques linéaires et non-linéaires. Les foldamères sont des oligomères adoptant une conformation spécifique repliée dans l’espace et capables de mimer la structure de molécules naturelles (protéines, ADN, ARN). Dans le but d’obtenir des architectures hélicoïdales optiquement pures, notre choix s’est porté sur des oligomères de quinolines. En effet, les oligoamides de quinolines sont capables de se replier en hélices et un contrôle de l’hélicité est possible grâce à un groupement inducteur chiral de type camphanyle. De plus, grâce à la fonctionnalisation accessible de ces foldamères, de nombreuses modulations structurales sont envisageables et plusieurs d’entre elles ont été développées au cours de cette thèse, notamment : i) l’influence de l’isomérie de position de groupements fonctionnels sur les propriétés optiques et chiroptiques ; ii) l’effet de la nature de la liaison entre les hélices oligoamides et des fluorophores de type naphtalimide ; iii) l’introduction de groupements hydrosolubilisants afin d’étudier l’activité LCP des oligoamides de quinoline en milieu aqueux ; iv) le développement d’un nouveau système supramoléculaire hélicène-foldamère ; v) l’étude de l’impact de la structure des oligomères de quinoline sur la génération de fréquence somme. Plusieurs modifications des foldamères oligoamides ont permis de moduler leurs propriétés d’émission LCP ainsi que leurs propriétés ONL, et des liens entre la structure moléculaire et les propriétés optiques de ces foldamères ont ainsi été établis.