Les carbohélicènes 3D π étendus d'ordre supérieur - un type d'hélicine - devraient constituer d'excellents émetteurs CPL en raison de leur polarisation circulaire élevée, de leur luminosité et de leur stabilité. Cependant, ces propriétés exceptionnelles des carbohélicènes ne peuvent pas être complètement exploitées en raison de leur structure très déformée, ce qui entrave à la fois leur synthèse et leur contrôle énantiomérique – le contrôle de la composition énantiomérique ou de la quantité de version gauche ou droite d'une molécule produite dans un réaction.

Pour garantir que la gamme complète des propriétés des carbohélicènes soit accessible pour l'application, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Ken Tanaka de l'Institut de technologie de Tokyo a récemment conçu une nouvelle stratégie qui a facilité la synthèse énantiosélective de carbo 3D π-étendu[11] et [ 13]hélicènes pour les émetteurs CPL et leur synthèse énantiosélective avec des distorsions réduites.

Dans leur étude de 2022, l'équipe a rapporté la synthèse énantiosélective catalysée par Rh d'un carbo[6]hélicène à base d'hexabenzocoronène via une cycloaddition intramoléculaire [2+2+2] d'une triyne suivie d'une extension π par la réaction de Scholl.

"Nous avons observé que même si ce processus surmontait les inconvénients des processus de synthèse conventionnels, tels que les réactions de réarrangement indésirables et la faible régiosélectivité, la distorsion moléculaire était malheureusement encore assez élevée. En tirant les leçons de ces observations, nous avons conçu une stratégie pour surmonter les distorsions élevées et améliorer les émissions CPL", explique Tanaka.

Pour cette Synthèse de la nature étude, l'équipe a réalisé la synthèse énantiosélective des carbo[11] et [13]hélicènes avec un rapport énantiomérique de 87:13 et a surmonté des distorsions élevées en combinant la synthèse énantiosélective des carbo[5] et [6]hélicènes avec des triples [2+ 2+2] cycloaddition, qui a été suivie par la réduction du diamètre de l'extension π/de l'hélice par la réaction de Scholl.

L'avantage majeur du processus de construction par étapes d'un squelette carbohélicène 3D à extension π entièrement orthofusionné est qu'il surmonte les inconvénients associés à la fois à la cycloaddition énantiosélective [2+2+2] et à la réaction de Scholl.

Pour explorer les propriétés matérielles du matériau synthétisé, l’équipe a effectué des analyses cristallographiques aux rayons X, qui ont révélé que les carbo[11] et [13]hélicènes 3D étendus en π avec des squelettes moléculaires rigides étaient des conglomérats favorisant la cristallisation préférentielle. De plus, les forces moléculaires les plus répandues parmi les couches de carbohélicène étaient les interactions de Van der Waals.

En testant les propriétés photophysiques des carbo[11] et [13]hélicènes synthétisés à extension π, l'équipe a découvert que la luminosité du CPL atteignait un maximum de 513 M ^–1 . cm ^–1 , l'une des valeurs les plus élevées parmi les dérivés de l'hélicène rapportées dans la littérature.

Dans l'ensemble, cette nouvelle approche de la conception moléculaire et de la synthèse énantiosélective peut fournir une base solide pour la poursuite de la recherche et du développement de carbohélicènes haute performance pour les émetteurs CPL du futur.

"Notre étude a ouvert de nouvelles voies pour la production et l'adoption d'émetteurs CPL à base de molécules organiques chirales, avec des applications allant des affichages numériques de pointe aux réseaux de communication efficaces et aux avancées biotechnologiques essentielles", conclut Tanaka.