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LA BROUETTE MOLÉCULAIRE
G. Jimenez-Bueno (Post Doc), S. Stoikovic
(Post Doc),
X. Bouju (CR), G. Rapenne
(MDC), C. Joachim (DR) |
| De récentes avancées dans l’imagerie
et la manipulation de molécules uniques [1] ont stimulé
la synthèse de molécules présentant des propriétés
électroniques particulières mais aussi des propriétés
mécaniques inédites à cette échelle.
Dans ce contexte, nous avons conçu des molécules
technomimétiques [2] transposant des objets du monde qui
nous entoure à l’échelle moléculaire,
y compris les mouvements dont ces objets sont le siège.
Une machine moléculaire est une molécule pensée
pour engendrer un mouvement par elle-même, en réponse
à l’ordre d’un opérateur. Dans notre
cas, l’ordre sera donné par la pointe d’un
microscope à effet tunnel (STM). Ainsi, suivant une approche
de type“bottom-up“, il est possible de travailler
à l’échelle d’une seule molécule
et non sur une assemblée de molécules dont on ne
“voit“ que le comportement moyen en solution.
Dans ce domaine, c’est un challenge d’imaginer, de
synthétiser et de manipuler une molécule unique
afin d’étudier ses propriétés intrinsèques.
La translation ou la rotation d’une seule molécule
ayant déjà été observées, nous
avons imaginé une molécule capable de combiner ces
deux mouvements. Dans le cas d’une brouette macroscopique,
une poussée (translation) permet d’induire la rotation
de la roue. |
Par analogie avec une brouette,
nous avons ainsi imaginé [3] une molécule contenant
:
(i) un châssis
(plateforme polyaromatique rigide qui, grâce à cette
rigidité, est facilement manipulable par la pointe du STM)
(ii) deux essieux indépendants comprenant :
2 roues pouvant
tourner indépendamment sur la surface,
2 pieds pour isoler
le corps de la molécule de la surface,
2 poignées
pour manipuler la molécule avec la pointe du STM.
Nous avons opté pour deux roues au lieu d’une pour
des raisons synthétiques évidentes.
Concernant le second essieu, nous avons sélectionné
des fragments triptycène comme roues potentielles. Les
triples liaisons sont nécessaires pour assurer une barrière
de rotation très faible permettant à chacune des
roues de tourner. Suivant une stratégie basée sur
des séquences de doubles réactions de Knoevenagel
et de Diels-Alder, la brouette a été obtenue après
15 étapes de synthèse avec un rendement moyen par
étape de 75% ce qui correspond à un rendement global
de 1.3%! [4] |
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Modélisation
Moléculaire et premières images |
| Nous avons calculé les
conformations possibles de la brouette en phase gazeuse (calcul
semi empirique). On voit très bien que les deux roues à
trois pales sont libres de tourner grâce aux espaceurs acétyléniques.
Déposée sur une surface de cuivre, la molécule
adopte une conformation différente de celle en phase gazeuse.
Néanmoins, tous les éléments constitutifs
de la brouette (roues, pieds, poignées) peuvent être
reconnus sur l’image calculée ci-contre (méthode
ESQC à courant constant). Après dépôt,
la molécule a été imagée avec succès
par STM sur Cu(100), comme on le voit sur la figure de droite
ci-dessous.[5] La molécule a été identifiée
par comparaison avec son image calculée, en particulier
la distance roue-roue est parfaitement reproduite.
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Des études sont actuellement en cours pour manipuler la
molécule avec la pointe du STM. Nous espérons reproduire
au niveau moléculaire le comportement mécanique
d’une brouette, c’est à dire transformer un
mouvement de translation appliqué à la molécule
en un mouvement de rotation des roues. Il est à noter que
si cette rotation est observée, elle sera necessairement
unidirectionnelle.
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références
[1] F. Moresco, Physics Reports 2004,
399, 175-225 et références citées. Download
[2] G. Rapenne, Org. Biomol. Chem. 2005,3,
1165-1169. Couverture
+ Article
[3] C. Joachim, H. Tang, F. Moresco, G. Rapenne,
G. Meyer, Nanotechnology 2002, 13,
330-335. Download
[4] G. Jimenez-Bueno, G. Rapenne, Tetrahedron
Lett. 2003, 44, 6261-6263. Download
[5] L. Grill, K. H. Rieder,
F. Moresco, G. Jimenez-Bueno, C. Wang, G. Rapenne, C. Joachim,
Surf. Science, 2005, 584, 153-158.
(Letter) Download
[6] G. Rapenne, J.P. Launay, C. Joachim,
J. Phys.: Condens. Matter 2006, 18,
S1797-S1808. Download
[7] G. Rapenne, L. Grill, T. Zambelli, S.
Stojkovic, F. Ample, F. Moresco, C. Joachim, Chem. Phys. Lett.
2006, 431, 219-222. Download |
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