Il est intéressant de noter que l’empilement π peut être exploité dans la conception de matériaux dotés de propriétés électroniques et optiques utiles. Il s'agit notamment de semi-conducteurs organiques de divers types, ainsi que de polymères conjugués pour les applications de détection et biomédicales.

Jusqu’à présent, une bonne partie des systèmes d’empilement π technologiquement pertinents se sont limités aux composés aromatiques, qui possèdent des nuages ​​d’électrons π inhérents. D'un autre côté, les composés antiaromatiques, bien que candidats prometteurs pour le développement de conducteurs électriques, ont rarement été signalés comme unités de construction de systèmes d'empilement π.

Étonnamment, dans une étude récente, une équipe de recherche dirigée par le professeur Hiromitsu Maeda de l'Université Ritsumeikan, au Japon, a rapporté un nouveau système d'empilement π antiaromatique qui a permis la formation d'un cristal liquide hautement conducteur.

Leurs résultats ont été publiés le 16 avril 2024 dans la revue Chemical Science. . L'article a été co-écrit par le professeur Go Watanabe de l'université de Kitasato, le professeur Shu Seki de l'université de Kyoto et le professeur Hiroshi Shinokubo de l'université de Nagoya.

Les composés en question signalés sont Ni ^II -des norcorroles coordonnés avec des fragments aryles modifiés comme chaînes latérales. Auparavant, la réalisation de l'empilement π dans des norcorroles similaires échouait car les interactions de liaison hydrogène entre les chaînes latérales s'opposaient à l'empilement face à face des unités antiaromatiques planaires. Cette fois, cependant, l'équipe de recherche a eu une idée ingénieuse.

"Nous avons émis l'hypothèse que l'introduction de fragments à interaction latérale avec moins de directivité améliorerait l'empilement entre les unités de norcorrole", explique le professeur Maeda. "Ainsi, nous avons tenté l'introduction simple de chaînes aliphatiques, qui induisent des interactions de Van der Waals. Ces interactions peuvent être efficaces pour moduler la structure d'empilement d'un matériau."

Comme en témoignent diverses expériences et simulations de dynamique moléculaire, la stratégie proposée a fonctionné comme prévu. Les unités norcorrole formaient des structures en colonnes grâce à l'empilement d'arrangements connus sous le nom de « triple étage ». Dans ces arrangements, une molécule planarisée est prise en sandwich entre deux molécules légèrement en forme de bol.

En utilisant la conception moléculaire proposée, les chercheurs ont ensuite synthétisé des cristaux liquides. Grâce à l'empilement à trois étages, un cristal liquide présentait une conductivité électrique et une thermotropicité remarquables ; c'est-à-dire un paramètre d'ordre qui dépend de la température.

"Le contrôle des interactions moléculaires basé sur la conception et la synthèse moléculaires, comme démontré dans notre étude, sera crucial pour les applications futures", déclare le professeur Maeda. "Des propriétés telles qu'une conductivité électrique élevée dans les cristaux liquides peuvent être utilisées pour la fabrication d'appareils électroniques. De plus, les comportements sensibles aux stimuli dans les matériaux mous peuvent être utilisés pour moduler des propriétés pertinentes, comme la photoluminescence, en fonction de la pression et de la température."

Pris ensemble, les résultats de cette étude mettent en lumière une stratégie prometteuse pour concevoir de nouveaux composés basés sur des assemblages moléculaires d’unités antiaromatiques. Avec un peu de chance, cela ouvrira de nouvelles voies pour la conception de matériaux, conduisant à terme à de meilleurs dispositifs électroniques organiques, optoélectroniques et de détection.