Étude des mécanismes de solubilisation et de réactivité aux interfaces via des nano-ions superchaotropes : vers des systèmes photo-activés stimuli-réactifs // Study of Solubilization and Interfacial Reactivity Mechanisms Using Superchaotropic Nano-Ions: T

Cette thèse aborde l'étude des mécanismes de solubilisation et de réactivité des composés organiques hydrophobes en milieu aqueux, un enjeu majeur dans des domaines tels que la pharmacie, l'agrochimie et la chimie verte. En raison de leur faible solubilité dans l'eau, l'amélioration de la solubilité de ces composés est cruciale pour optimiser leur biodisponibilité et leur efficacité. Les nano-ions superchaotropes (SC), tels que les polyoxométalates (POM) et les clusters de bore, ont récemment montré un grand potentiel pour améliorer cette solubilité. Ces nano-ions fonctionnent par des mécanismes d'auto-assemblage non-électrostatiques, créant des structures supramoléculaires capables de solubiliser des composés organiques dans des milieux aqueux. De plus, les POM possèdent des propriétés photochimiques et photocatalytiques qui ouvrent des perspectives pour concevoir des systèmes stimuli-réactifs activés par la lumière, en particulier par des rayonnements UV.
Malgré leur potentiel, plusieurs aspects fondamentaux de ces systèmes restent à explorer. D'une part, les mécanismes d'interaction moléculaire des nano-ions SC avec les composés organiques aux interfaces air/eau et eau/organique restent mal compris. D'autre part, le rôle des phénomènes supramoléculaires dans les premières étapes de la solubilisation et de l'auto-assemblage nécessite une investigation approfondie. Enfin, la possibilité d'exploiter la réactivité photochimique des POM pour concevoir des systèmes de solubilisation réversibles contrôlés par un stimulus externe, tel que la lumière UV, est une question cruciale à explorer.
Cette thèse vise à étudier ces différentes dimensions en analysant les interactions aux interfaces, les processus d'auto-assemblage supramoléculaire et la réactivité photochimique des POM. L'objectif est de comprendre les mécanismes moléculaires d'interaction et de structuration supramoléculaire à l'interface des phases, et de développer des systèmes capables de moduler la solubilisation des composés organiques par irradiation UV.
Le travail expérimental combinera plusieurs approches complémentaires. Des mesures de solubilité et d'interaction moléculaire seront réalisées par des techniques telles que la turbidité, la diffusion dynamique de la lumière (DLS), la diffusion statique de la lumière (SLS), la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), ainsi que des spectroscopies UV-visible et Raman. Ces méthodes permettront d'étudier les interactions entre les nano-ions et les composés organiques et de caractériser les processus de solubilisation. Des études des interfaces, utilisant la mesure de la tension superficielle, SHG/SHS et microscopies, permettront de sonder les interactions spécifiques aux interfaces air/eau et eau/organique. Enfin, des expériences stimuli-réactives seront mises en place pour tester la solubilisation réversible sous irradiation UV et suivre les transitions de phase en temps réel. Des simulations moléculaires seront également utilisées pour appuyer les résultats expérimentaux et modéliser les interactions entre les nano-ions et les composés organiques.
Ce projet sera mené au laboratoire L2IA (ICSM) en collaboration avec le département D3 de l'ICGM à Montpellier. Il permettra de mieux comprendre les interactions entre les nano-ions et les composés organiques, d'élucider les mécanismes d'auto-assemblage et de solubilisation, et d'explorer les propriétés stimuli-réactives des systèmes développés. Les résultats attendus ouvriront la voie à des applications dans la formulation pharmaceutique, l'extraction écologique et la catalyse verte, contribuant ainsi à des avancées importantes dans ces domaines.
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This thesis focuses on studying the mechanisms of solubilization and reactivity of hydrophobic organic compounds in aqueous environments, a key challenge in fields such as pharmaceuticals, agrochemicals, and green chemistry. Due to their low solubility in water, improving the solubility of these compounds is crucial to optimizing their bioavailability and effectiveness. Superchaotropic nano-ions (SC), such as polyoxometalates (POM) and boron clusters, have shown great potential for enhancing solubility. These nano-ions work through non-electrostatic self-assembly mechanisms, forming supramolecular structures capable of solubilizing organic compounds in aqueous media. Additionally, POMs possess photo-chemical and photocatalytic properties, opening up opportunities to develop light-activated, stimuli-responsive systems, especially under UV radiation.
Despite their promise, several fundamental aspects of these systems remain unexplored. First, the molecular interaction mechanisms of SC nano-ions with organic compounds at air/water and water/organic interfaces are not well understood. Second, the role of supramolecular phenomena in the early stages of solubilization and self-assembly needs further investigation. Finally, the potential to exploit the photochemical reactivity of POMs to design reversible solubilization systems controlled by an external stimulus, such as UV light, is an important question to explore.
This thesis aims to study these aspects by analyzing interface interactions, supramolecular self-assembly processes, and the photochemical reactivity of POMs. The goal is to understand the molecular mechanisms of interaction and supramolecular structuring at the interface of phases, and to develop systems capable of modulating the solubilization of organic compounds under UV irradiation.
Experimental work will combine several complementary approaches. Solubility and molecular interaction measurements will be conducted using techniques such as turbidity, dynamic light scattering (DLS), static light scattering (SLS), small-angle X-ray scattering (SAXS), as well as UV-Vis and Raman spectroscopy. These methods will help study interactions between nano-ions and organic compounds and characterize solubilization processes. Interface studies, using surface tension measurement, SHG/SHS, and microscopy, will explore the specific interactions at air/water and water/organic interfaces. Stimuli-responsive experiments will be set up to test reversible solubilization under UV irradiation and monitor phase transitions in real-time. Molecular simulations will also be used to support experimental results and model the interactions between nano-ions and organic compounds.
This project will be conducted at the L2IA laboratory (ICSM) in collaboration with the D3 department of ICGM in Montpellier. It will provide a better understanding of interactions between nano-ions and organic compounds, clarify the mechanisms of self-assembly and solubilization, and explore the stimuli-responsive properties of the developed systems. The expected results will open the door to applications in pharmaceutical formulation, ecological extraction, and green catalysis, thus contributing to significant advances in these fields.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://www.icsm.fr/

Enseignement supérieur

Université de Montpellier

459 Sciences Chimiques Balard

Pour cette thèse, le profil recherché est celui d'un candidat ayant une solide formation en chimie, en particulier dans les domaines de la physico-chimie en solution, de la chimie supramoléculaire et/ou de la chimie physique. Un intérêt pour les systèmes nanoscopiques et la solubilisation des composés organiques est essentiel. Une connaissance des techniques expérimentales avancées telles que la diffusion de lumière (DLS/SLS), la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), ainsi que des spectroscopies UV-Vis et Raman serait un atout majeur. Le candidat devra être capable de travailler de manière autonome tout en étant à l'aise avec le travail en équipe et dans un environnement interdisciplinaire. Des compétences en analyse de données, en modélisation moléculaire et en développement d'approches expérimentales sont également recherchées. Une bonne maîtrise de l'anglais scientifique est essentielle, tant pour la lecture d'articles que pour la rédaction de publications. Une expérience préalable dans l'utilisation de techniques optiques, telles que la génération de seconde harmonique (SHG/SHS), serait un plus. Le candidat doit également être motivé par les applications pratiques de ses travaux, notamment dans les domaines pharmaceutiques, écologiques ou catalytiques. Il devra enfin faire preuve de rigueur scientifique, de créativité et d'initiative dans la résolution de problèmes complexes.
For this PhD, the ideal candidate should have a strong background in chemistry, particularly in the fields of physico-chemistry in solution, supramolecular chemistry, and/or physical chemistry. A keen interest in nanoscale systems and the solubilization of organic compounds is essential. Knowledge of advanced experimental techniques such as dynamic/static light scattering (DLS/SLS), small-angle X-ray scattering (SAXS), as well as UV-Vis and Raman spectroscopy would be a significant advantage. The candidate must be able to work independently while also being comfortable with teamwork and an interdisciplinary environment. Skills in data analysis, molecular modeling, and the development of experimental approaches are also required. A good command of scientific English is essential, both for reading articles and for writing publications. Previous experience with optical techniques, such as second harmonic generation (SHG/SHS), would be a plus. The candidate should also be motivated by the practical applications of their research, particularly in pharmaceutical, ecological, or catalytic fields. Finally, the candidate should demonstrate scientific rigor, creativity, and initiative in solving complex problems.