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Materiali ibridi auto- organizzati .

Materiali ibridi auto- organizzati. Joël J.E. Moreau. Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire, UMR CNRS 5076, Ecole Nationale Supérieure de Chimie, 8, rue de l ’ Ecole Normale, Montpellier (France). Palermo 11-11-04. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire.

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Materiali ibridi auto- organizzati .

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Presentation Transcript

  1. Materialiibridi auto-organizzati. Joël J.E. Moreau Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire, UMR CNRS 5076, Ecole Nationale Supérieure de Chimie, 8, rue de l’Ecole Normale, Montpellier (France) Palermo 11-11-04

  2. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  3. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  4. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  5. Self-assembly surfactant Surfactant removal Condensation Mesoporous silica UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  6. Templated synthesis of functionalised mesoporous silica surfactant surfactant removal Mesoporous silica with pendant functional groups within the pores UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  7. Templated synthesis of mesoporous bridged silsesquioxanes Inagaki, Stein, Ozin… TEM image and electron diffraction pattern (inset) of the hybrid mesoporous material with 2D-hexagonal symmetry Inagaki et al JACS, 1999 UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  8. Towards self-assembled hybrid solids Molecular precursor with self-assembly properties UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  9. Self-assembled hybrid solids Is there a possible transcrition of the self-association and self-organisation properties of the organic fragment to the inorganic network? UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  10. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire Molecular precursors with self-assembly properties Shinkai, Feringa, et al

  11. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire Chiral molecules with self-assembly properties Chiral organic substruture (R,R) or (S,S) versus racemic mixture Self-assembling by urea groups

  12. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  13. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  14. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  15. Solid state NMR of the hybrid silica (acid catalysed hydrolysis in water) 13C 29Si T2 T3 UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  16. Helical hybrid silicas: chirality transcription from the precursor molecule to the hybrid solid UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  17. Chirality transcription to form helical hybrid silicas UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  18. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  19. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  20. SEM images of the hybrid silicas (acid catalysed hydrolysis in water) Hydrolysis of pure (S,S) enantiomer: (fibrous morphology)   Hydrolysis of (R,R) (S,S) racemic mixture: (featureless morphology) width 0.3-1 m and length up to 15 m UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  21. Chiral hybrid silica (base catalysed hydrolysis in ethanol/water) UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  22. Solid state NMR of the hybrid silica (base catalysed hydrolysis in ethanol/water) T3 29Si 13C UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  23. SEM images of the hybrid silicas (base catalysed hydrolysis in ethanol/water) Sizes of hollow tubes: Length: up to 15 mm External width: 0.5-2 mm Size of rectangular channels: 0.3-1.6 mm Thickness of shells: 0.1-0.6 mm UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  24. TEM images of tubular hybrid silicas Longitudinal juxtaposition of fibers (15-25 nm wide) Rough outer surface UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  25. Racemic hybrid silica (base catalysed hydrolysis in ethanol/water) UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  26. SEM images of the hybrid silicas (base catalysed hydrolysis in ethanol/water) Hybrid silica from pure enantiomer R,R or S,S: hollow tubes Hybrid silica from racemic mixture: spheres (0.3-2 m) UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  27. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire Mechanism of the formation of the hollow tubular structures Reaction procedure: The reaction was performed in a mixture of ethanol and water (V/V=2/5) 1 – the precursor was first dissolved in ethanol 2 – water was added : white precipitate appeared (microcrystals) 3 – NaOH was added and the mixture was heated at 80°C 4 – the white powder was filtered, washed with water then ethanol 5 – the solid was air-dried at 110 °C

  28. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire SEM images of micro-crystals formed from R,R-enantiomer Size of the rectangular rods: 2-12 mm long and 0.3-1.5 mm wide Size and shape similarities to the channel of the tubes

  29. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire Proposed mechanism for the formation of the tubular structures Solubilisation of the precursor Incipient crystallisation Polycondensation on the outer surface Surface hydrolysis Ethanol formation

  30. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire Evidence for the formation of the hollow tubes from TEM studies Final material: After 1 hour reaction: Dissolution of the precursor

  31. Self-assembled molecules combining hydrogen bonding and hydrophobic interactions UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  32. Self-assembled C12 hybrid silica (acid catalysed hydrolysis in water) UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  33. Solid state NMR of the hybrid silica (acid catalysed hydrolysis in water) T2 13C UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  34. Powder X-ray diffraction of C12 hybrid silica UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  35. SEM and TEM images of C12 hybrid silica UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  36. X-ray diffraction of Cn hybrid silicas UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  37. Proposed structure of self assembled C12 hybrid silica UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  38. Polarization dependence of the vibration modes using IRTF-ATR vibration modes : (amide 1, amide 2) Ordered hybrid Amorphous hybrid nC=O = 1618 cm-1 dNH = 1583 cm-1 Dn = 35 cm-1 Dn = 120 cm-1 in the absence of H-bonding UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  39. Self-assembled soluble molecules containing aromatic luminescent sustructures UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  40. Organic Gel / Hybrid Gel transcription process UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  41. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire Birefringent properties of self-assembled organic gel and hybrid gel polarizer ⊜ polarizer ⊕ polarizer ⊗

  42. SEM images of self-assembled organic gel and hybrid gel UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  43. X-ray diffraction patterns of self-assembled organic gel and hybrid gel UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  44. Blue fluorescence of self-assembled organic gel and hybrid gel Blue fluorescence under UV irradiation at 346 nm UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  45. Conclusion New approach for the self-organisation of hybrid materials via the controlled hydrolysis of functional molecules capable of auto-association by H-bond *Chirality transcription from a molecule to the hybrid solid - Right-handed helical fibers from (R,R) enantiomer - Left-handed helical fibers from (S,S) enantiomer *Long range ordered hybrid silica with lamellar morphology. *Transcription of the supramolecular organisation in an organogel to a hybrid silica UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  46. Acknowlegments

  47. Self-Organised Hybrid Silicas: selected references Chirality Transcription of Molecular Precursors to Hybrid Silicas: J.J.E Moreau, L. Vellutini, M. Wong Chi Man and C. Bied J. Am. Chem. Soc. 1509-1510, 123, 2001 Self-Organised Hybrid Silicas with Long Range Ordered Lamellar Structure : J.J.E Moreau, L. Vellutini, M. Wong Chi Man, C. Bied, J-L Bantignies, P. Dieudonné and J-L Sauvajol, J. Am. Chem. Soc. ,7957-7958, 123, 2001 Shaped-Controlled Bridged Silsesquioxanes: J.J.E Moreau, L. Vellutini, M. Wong Chi Man and C. Bied Chem. Eur. J. 1594-1599, 9, 2003 Mechanism of self-structuration: J.J.E Moreau, B. Pichon, M. Wong Chi Man, C. Bied, J-L Bantignies,P. Dieudonné and J-L Sauvajol, Angew. Chem. Int. Ed.203-206, 43, 2004 Organogel/ Hybrid Gel Transcription Process : O. Dautel, J-P. Lère-Porte, J.J.E. Moreau, M. Wong Chi Man Chem. Comm., 2662-2663, 2003 UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  48. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  49. UMR CNRS 5076: Hétérochimie Moléculaire et Macromoléculaire

  50. The ENSCM at « rue de l’Ecole Normale » A National Graduate School of Chemistry in Montpellier

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