EP1949468A1 - Method for grafting molecules of interest on inorganic surfaces, resulting surfaces and uses thereof - Google Patents
Method for grafting molecules of interest on inorganic surfaces, resulting surfaces and uses thereofInfo
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- EP1949468A1 EP1949468A1 EP06831010A EP06831010A EP1949468A1 EP 1949468 A1 EP1949468 A1 EP 1949468A1 EP 06831010 A EP06831010 A EP 06831010A EP 06831010 A EP06831010 A EP 06831010A EP 1949468 A1 EP1949468 A1 EP 1949468A1
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/701—Organic molecular electronic devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
- Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
Definitions
- the present invention relates to the grafting of molecules of interest on an inorganic substrate, in particular of silicon, by means of a spacer, said grafting implementing at least one click chemistry reaction, better known by the term "click chemistry", grafted surfaces and their applications in the fields of nano and nanobio technologies, such as molecular electronics, the manufacture of biochips or sensors.
- silicon surfaces are often coated with an oxide layer having insulating properties. Few examples involve a grafting on silicon directly. Gold graft directly on silicon can have advantages, such as avoiding the presence of an oxide layer that widens the dimensions of the device, or that may screen the semiconductor silicon molecule.
- the surfaces of native silicon are also of major interest in the field of electronics and methods other than those previously exposed have been developed to modify them.
- the N-carboxyanhydride benzylglutamate is then grafted by reaction with the NH 2 terminal groups on the surface.
- the recovery rate of the surface has been estimated at 20-40%. This method, however, remains relatively limited by the laborious preparation of the surface and by the number of steps necessary to achieve the anchoring of the polyglutamate.
- the inventors therefore set themselves the goal of developing a method of grafting molecules of interest on inorganic surfaces that is effective and easy to implement, especially in the process of manufacturing modified surfaces, which can then be used according to the wishes of the user.
- click chemistry more widely known under the English name of "click chemistry”, recently defined by Sharpless K. B. et al. (Angew Chem Int.Ed., 2001, 40, 2004-2021) allowed the inventors to develop such a method.
- the inventors therefore propose in this application a covalent grafting method of at least one molecule on the surface of an inorganic substrate carrying at least one spacer, by implementing a "click chemistry" reaction.
- the "click chemistry” corresponds to the reactions leading to the formation of at least one covalent bond between a carbon atom and a heteroatom under operating conditions that are simple to implement and where the presence of water or oxygen usually has no influence on the course of the reaction.
- These reactions are sometimes carried out without solvent or in the presence of a non-polluting solvent (such as water) or easily removed.
- the desired product is easily isolable and obtained in good yields, without formation of troublesome byproducts.
- this type of reaction in addition, a higher driving force kcal.mol 20 ". In this type of reaction, the bringing together of two main substrates, the functions of" reactive " are complementary, effectively leads to the desired product.
- cycloadditions of unsaturated species such as 1,3-dipolar cycloadditions or Diels-Aider type reactions (hetero Diels Aider included), nucleophilic substitutions, especially the openings of constrained electrophilic heterocycles such as epoxides, aziridines , aziridinium ions and episulfonium ions, the reactions on the carbonyls, apart from the aldol chemistry, such as in particular the formation of ureas, thioureas, aromatic heterocycles, ether oxime, hydrazones and amides,
- “Click chemistry” is widely used to functionalize biological molecules. Indeed, the mild operating conditions (for example: reaction at room temperature using water as reaction solvent) related to the very high yield of these reactions are very well suited to treat the fragile molecules. These advantages also suggest that other molecules might also react under similar conditions.
- the present invention therefore firstly relates to a process for the covalent grafting of at least one molecule of interest on the surface of a silicon substrate comprising surface hydride functions, said substrate carrying at least one spacer, characterized in that it includes at least the following steps:
- -E represents a group chosen from alkyl and aryl radicals
- Y represents a terminal functional group chosen from the double and triple bonds between two carbon atoms, the triple bonds between a carbon atom and a nitrogen atom, the aziridines, the acyl chlorides and their complementary azide and amine functions; , said functional group being capable of reacting with at least one complementary functional group Z carried by a molecule of interest in a reaction leading to the formation of a covalent bond between a carbon atom and a heteroatom belonging respectively and indifferently to the functional groups Y and Z (click chemistry reaction), m and n, independently of one another, are integers between 1 and 3 inclusive,
- anchoring refers to the immobilization of a spacer compound of formula (I) on a surface of silicon bearing surface hydride functions via a covalent bond.
- the term “coupling” describes the reaction between at least one terminal functional group Y (non-immobilized) of the spacer compound of formula (I) and at least one complementary functional group Z of the molecule of interest.
- the “grafting” describes all of these two actions.
- the molecule of interest is grafted onto the surface of the inorganic substrate following the anchoring of the spacer compound of formula (I) according to the invention, followed by the coupling of the molecule of interest and this spacer compound with a covalent bond of type -C-Het-, according to a click chemistry reaction.
- the alkyl radical defined for E is preferably a radical containing 1 to 20 carbon atoms, unsubstituted or optionally mono- or polysubstituted, linear, branched or cyclic, saturated or unsaturated.
- the substituent of such alkyl radicals are preferably selected from halogen atoms, hydroxyl, amino, carboxyl, C 1 to C 0, substituted or unsubstituted aryl, said substituents which may themselves contain one or more halogen atoms such as F or Cl and / or one or more heteroatoms such as N, O, P, Si and S, thus giving rise, for example, to C 1 -C 10 alkoxy groups such as that for example the methoxy groups and ethoxy; ether-oxide; aryloxy; C 1 -C 10 aminoalkyl; aminoaryl; C 1 -C 10 hydroxyalkyl, hydroxyaryl; C 1 -C 10 thioalkyl such as for example the mercapto group; cyano; keto; halo C 1 -C 0; heteroalkyl, Ci-C 10; haloaryl and heteroaryl.
- saturated and unsubstituted alkyl radicals mention may in particular be made of methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, tert-butyl and pentyl radicals.
- Unsaturated and unsubstituted alkyl radicals that may be mentioned in particular are ethenyls, propenyls, isopropenyls, butenyls, isobutenyls, tert-butenyls, pentenyls and acetylenyls.
- the aryl radical defined for E is preferably an aromatic or heteroaromatic carbon structure, optionally mono- or polysubstituted, consisting of one or more aromatic or heteroaromatic rings, the heteroatom (s) possibly being chosen from N, O, P, Si and S.
- the alkyl or aryl radicals are polysubstituted, the substituents may be different from each other.
- alkyl and aryl radicals mention may in particular be made of halogen atoms, alkyl, haloalkyl, substituted or unsubstituted aryl groups, substituted or unsubstituted heteroaryl, amino, cyano, azido, hydroxy, mercapto, keto, carboxy, ether -oxide and alkoxy such as for example methoxy.
- E is preferably chosen from alkyl and aryl radicals, more preferentially from alkyl radicals as defined above, still more particularly from C 1 to C 20 alkyl radicals, preferably unbranched in order not to have of steric gene when anchoring with already anchored structures and obtain an acceptable recovery rate.
- the grafting method according to the invention is applicable to silicon semiconductor substrates having surface hydride (Si-H) functions.
- Silicon wafers (known as "wafers") are readily available.
- the silicon surfaces are advantageously Si (100) or Si (111) surfaces.
- the grafting method further comprises a step of preparing the surface, prior to anchoring the spacer compounds of formula (I), in order to maximize the amount of surface Si-H bonds and to reduce the possibility of the appearance of an oxide layer.
- the preparation step advantageously consists in etching the surface with a solution of a weak acid such as, for example, a solution of hydrofluoric acid.
- This step can be optimized by observing the infrared vibrations of the Si-H and Si-O bonds after stripping of several surfaces with solutions of hydrofluoric acid of different concentrations in order to choose the concentration leading to the best result.
- the surfaces are then preferably rinsed with demineralised water.
- the spacer compounds of general formula (I) are anchored on the surface of the substrate by at least one functional group X.
- the spacer compounds of formula (I) can comprise several functional groups X.
- n 1, that is to say having only one functional group X to reduce the steric hindrance.
- the anchoring of the spacer compounds of formula (I) on the surface of a silicon substrate during step (a) is via an Si-C bond, this one being particularly strong and stable.
- the anchoring step (a) is therefore a hydrosilylation reaction between the surface of a silicon substrate carrying hydride functions (-Si-H) and at least one spacer compound of formula (I) and the CC function. of the X functional group or groups.
- This reaction is of radical type and may be initiated thermally, photochemically, electrochemically or catalytically.
- the photochemical and thermal initiations are preferred; advantageously, we will use photochemical initiation since it involves the use of mild conditions and adapted to the manipulation of thermo sensitive molecules. In addition, this form of initiation allows the use of smaller amounts of product.
- the functional group Y of the spacer compounds of formula (I) represents an azide, alkyne or nitrile function.
- the grafting method described above makes it possible to graft various molecules of interest.
- Z is a group functional device carrying at least one sp hybrid carbon, preferably a C ⁇ C group (obtained by Sonogashira coupling for example) or C ⁇ N; the functional group Z may also be an azide group which is the preferred complementary partner in a "click chemistry" reaction with an alkyne or a nitrile.
- the molecule of interest carries from one to four functional groups Z, and preferably only one.
- a particularly preferred pair according to the invention is the pair azide (group Y) / alkyne (group Z).
- Such compounds include, inter alia, hexenyl azide, heptenyl azide, octenyl azide, nonadecenyl azide, decenyl azide, undecenyl azide, and azide azide. dodecenyl.
- spacer compounds of formula (I) used according to the method according to the invention can be easily prepared according to conventional synthetic methods that can be used by those skilled in the art, for example by using the synthetic methods described by Scriven E et al. (Chemical Reviews, 1998, 88 (2),
- the step (b) of covalent coupling between the spacer compound of formula (I) and the molecule of interest is preferably a 1,3-cycloaddition reaction between a dipole, which may be for example an azide group N 3 , and a dipolarophil, which may be for example:
- the covalent coupling to the spacer, obtained in (a), of at least one molecule bearing at least one Z group may be carried out in the presence of a catalyst.
- a metal catalyst advantageously a transition metal and particularly Cu 1 . It is possible to distinguish two kinds of alkynes and nitriles that can be used as functional groups Y or Z.
- the first type consists of dipolarophils having an electron-attracting group which are said to be “activated” and which react easily with the dipole. These "activated” alkynes or nitriles can sometimes react with the azide in a quasi-quantitative manner in the absence of a catalyst.
- the second kind consists of so-called “non-activated" alkynes and nitriles for which the cycloaddition reactions, and in particular of Huisgen 1,3-cycloaddition, using them require prior activation by the action of a catalyst. preferably in addition to a base.
- a catalyst preferably in addition to a base.
- a cupric catalyst Cu 1 generated in situ, by reaction of a source of Cu 11 , such as (CuSO 4 , 5H 2 O), and a base such as sodium ascorbate, which will reduce Cu 11 to Cu 1 . If the solvent is aqueous, this approach is favored.
- the step (b) of covalent coupling is preferably carried out in the presence of at least one polar solvent which may be chosen in particular from water, alcohols, acetone, acetonitrile, dimethylformamide (DMF), and mixtures thereof.
- polar solvent which may be chosen in particular from water, alcohols, acetone, acetonitrile, dimethylformamide (DMF), and mixtures thereof.
- the grafting method according to the present invention makes it possible to graft any type of molecule of interest comprising, naturally or after modification, at least one functional group Z as described above, and capable of reacting with at least one functional group Y of the compounds spacers of formula (I) according to the conditions specified above.
- the term "molecule of interest” is understood to mean any element of nanometric size, that is to say having at least one nanoscale dimension (advantageously between 1 and 100 nanometers).
- This element can in particular be an organic or inorganic molecule, an aggregate or a cluster, a supramolecular assembly, a nanowire, a nanocrystal, etc.
- the molecules of interest that can be grafted according to the method of the invention are multistable molecules, the. possessing several energy minima separated by activation barriers.
- the molecules of interest can pass from one state to another reversibly or irreversibly.
- the multistable molecules of interest mention may in particular be made of electroactive molecules that exist in several redox states, photosensitive spiropyrranine derivatives, photo-isomerizable compounds of the azobenzene type, and the like.
- the molecules of interest can then be grafted by the process according to the present invention are preferably selected among the organic molecules biomolecules such as nucleic acid molecules such as I 1 DNA and RNA; nucleotides; oligonucleotides; the proteins ; peptides; sugars or polysaccharides; porphyrins such as tetrakis [meso (4-ethynylphenyl) porphyrin, 1,10- (4-ethynylphenyl) 5,15-
- the grafting method according to the invention has multiple advantages in view of the prior art.
- current grafting techniques include a number of consequent and often laborious steps, in contrast to the grafting method according to the present invention.
- the overall recovery rate is related to the yields of the first step (a) of anchoring and the second step (b) of coupling.
- the grafting method according to the present invention allows the implementation of reactions of high yields, such as the hydrosilylation of an alkene on a silicon surface, and as the cycloaddition of Huisgen which is a quasi- quantitative "click chemistry" reaction.
- the overall recovery obtained is therefore very important.
- the method, main object of the invention allows a grafting on a silicon substrate, in just two steps through the click chemistry. It is adaptable to different molecules carrying the appropriate terminal functions, and makes it easy to graft the studied molecules onto a silicon surface.
- the advantages of the present invention may be exploited by manufacturers in different fields, such as microelectronics, biotechnology or the environmental industry.
- the properties of the grafted molecules will differentiate the domains concerned since they are the ones which define the field of application conferred on the surface.
- the present invention therefore also relates to silicon supports comprising at least one surface functionalized by at least one molecule of interest, said supports being capable of being obtained by implementing the grafting method as defined above.
- These supports are characterized in that they comprise at least one surface of silicon having surface hydride functions, on which is covalently grafted at least one molecule of interest via at least one compound spacer of formula (I) below:
- the Si-O bond is usually widely used.
- the Si-O and Si-C bond energies are equivalent and therefore have identical thermodynamic stability but there is a difference in kinetics.
- the Si-O bond is highly polarized and thus much more sensitive to acidic or basic hydrolysis than the Si-C bond. Surfaces involving these Si-O bonds may therefore degrade more rapidly.
- the surfaces obtained via Si-O bonds are often less organized because they result from the reaction of a multifunctional siloxane (RSi (OR ') 3 for example) that is capable of reacting with the surface but also with a other molecule in solution.
- RSi (OR ') 3 multifunctional siloxane
- the support comprises a silicon surface on which the spacer compounds of formula (I) are covalently anchored via a -Si-C bond and form a monomolecular film.
- This embodiment provides a very good stability.
- the surfaces obtained can be stored longer, without risk of decomposition of the layer of molecules, and will not be affected by the conditions outside the device. We can easily understand that this advantage is very important if we want to transfer this kind of surfaces into the electronic compounds of the future.
- the support according to the invention respectively constitutes a nucleic acid chip, a nucleotide chip, an oligonucleotide chip, a protein chip, a peptide chip, a sugar chip , a polysaccharide chip, a porphyrin chip, a diarylethylene chip, a spiropyran chip, a spiroxazine chip, a fuzzy chip or an azobenzene chip.
- the supports according to the invention can advantageously be used in the fields of nano and nano biotechnologies such as electronics, in particular molecular electronics, biotechnologies and the environment.
- the use of the supports according to the invention in the field of molecular electronics is very interesting since the method of the invention makes it possible to graft bistable molecules (multistable at two minima) directly onto silicon.
- the molecules are anchored on an insulating silica layer. This oxide layer will always have an important role in the behavior of the device. It is therefore difficult to decipher the direct relationship between the change of state of the molecule and the changes in the semiconducting properties of silicon. Moreover, if this layer is too thick the properties of the material will not be affected at all by the change of state of the molecules and the interest of grafting them on this surface will be lost.
- the multistable grafted molecules are often electroactive molecules that exist in several redox states or compounds having cis-trans photoisomerization, such as diarylethylenes derivatives, spiropyrans, spiroxazines, fulgides or azobenzene.
- the surface should reproduce this multistability which will most often advantageously be converted into an electrical signal.
- the manufacture of this type of surfaces is interesting for the microelectronics industry in their quest for the miniaturization of existing devices.
- the molecules are directly grafted onto silicon, which will make it possible to study the effect of state switching of the multistable molecules on the semiconductor properties of Si.
- the manufacture of hybrid electronic devices, such as hybrid memories or molecular transistors will be facilitated by these surfaces.
- the intermolecular recognition between a grafted molecule and a molecule in solution can be characterized by fluorescence when one of the two molecules has this property, or by a change in the semiconductive properties of the substrate when the properties of the grafted molecule are modified. to the specific supramolecular interactions (hydrogen bonds, electrostatic bonds, ⁇ - ⁇ ...) between this molecule and that which is in solution.
- the invention allows the production of biochips with molecules of interest, which may be used, for example, to detect antibodies or to determine where lesions are located on an injured DNA strand ...
- the supports according to the present invention can also be used as sensors in the field of the environment, particularly for the search and / or removal of pollutants.
- receiving surfaces may be prepared according to the method according to the invention so that in a certain medium a specific recognition takes place between a grafted molecule of interest and one of the different pollutants in solution. It will thus be possible to detect and / or selectively eliminate certain pollutants.
- FIG. 1 represents the multi-reflection surface infrared spectra (MIR) of a native silicon surface (fine line) and the same surface after regeneration with hydrofluoric acid (HF) (thick line).
- MIR multi-reflection surface infrared spectra
- FIG. 2 represents the MIR spectra of a hydrogenated silicon surface (thin line) and of the same surface after functionalization with undecenyl azide.
- the following examples are made on silicon surfaces. It has been chosen to immobilize in particular an aromatic electroactive molecule derived from heterocycles. It is a metalloporphyrin having four terminal C liaisonsC triple bonds. This is grafted via a spacer having an aliphatic chain of eleven carbon atoms.
- the "click chemistry" reaction carried out during the process is a cycloaddition between an alkyne group on the metalloporphyrin and the azide group of the spacer.
- This molecule can be represented by the following formula (1):
- the silicon surfaces that were used in this example are pieces of silicon wafers Si (100) of dimensions 2 ⁇ 10 cm 2 p-doped and resistivity 14 to 22 ⁇ .cm. Their preparation and the following steps were carried out in a clean room to avoid any contamination.
- the unoxidized silicon surface was regenerated by soaking the substrate in dilute hydrofluoric acid (5%) for a short time (a few tens of seconds). After rinsing with deionized water, the substrate was dried under a stream of nitrogen and then kept under an inert atmosphere. The surface obtained has superficial Si-H bonds.
- This step is the first step of grafting a molecule of interest on the silicon, it corresponds to the anchoring of the spacer compound of formula (I) on the surface of the support.
- This is a radical-type hydrosilylation reaction between the undecenyl azide (1) as prepared above in Example 1 and the regenerated silicon surface as indicated above in 1).
- the substrate prepared as above in 1) was immersed in a solution of 6% undecenyl azide in mesitylene. The reaction was conducted under argon at 150 ° C for 12 hours.
- This reaction can be initiated catalytically, thermally, photochemically or electrochemically.
- the reaction was thermally initiated.
- R corresponds to the E- (Y) m portion of the spacer compound of formula (I).
- the substrate was then rinsed successively with 200 ml of various solvents (toluene, acetone, ethanol, water). After reaction of the spacer compound of formula (I) on the surface, a surface is obtained that no longer has a surface Si-H bond, but very reactive azide functions.
- the contact angle of the surface thus prepared is 68-70 °.
- MIR spectra infrared surface multireflection
- native surface native oxide - Figure 1: fine line
- activated surface HF 5%
- FIG. 1 represents the MIR spectra of the native silicon surface (thin line) and of the same surface after regeneration by hydrofluoric acid
- FIG. 2 represents the MIR spectra of the hydrogenated surface
- FIG. 1 clearly shows the disappearance of the native oxide (OH bonds, strip centered at 1200 cm -1 ).
- FIG. 2 shows the modification of the shape of the band at 2100 cm -1 , interpreted as the disappearance of the elongation vibration of the Si-H bonds and the appearance of the elongation vibration of the terminal azide group.
- Porphyrin chips are thus obtained which may be used, for example, as molecular memories or as detectors for gases or biological substances.
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Abstract
The invention concerns a method for grafting molecules of interest on a silicon substrate via a spacer compound, said grafting including at least one click chemistry reaction to the supports thus obtained as well as their uses in nanotechnologies and nanobiotechnologies, such as molecular electronics, the manufacture of biochips or of sensors.
Description
PROCEDE DE GREFFAGE DE MOLECULES D'INTERET SUR DES SURFACES INORGANIQUES, SURFACES OBTENUES ET APPLICATIONS METHOD OF GRAFTING MOLECULES OF INTEREST ON INORGANIC SURFACES, SURFACES OBTAINED AND APPLICATIONS
La présente invention est relative au greffage de molécules d'intérêt sur un substrat inorganique, en particulier de silicium, par l'intermédiaire d'un espaceur, ledit greffage mettant en œuvre au moins une réaction de chimie clic, plus connue sous le terme anglais de "click chemistry", aux surfaces ainsi greffées et à leurs applications dans les domaines des nano et nanobio technologies, comme l'électronique moléculaire, la fabrication de biopuces ou encore de capteurs.The present invention relates to the grafting of molecules of interest on an inorganic substrate, in particular of silicon, by means of a spacer, said grafting implementing at least one click chemistry reaction, better known by the term "click chemistry", grafted surfaces and their applications in the fields of nano and nanobio technologies, such as molecular electronics, the manufacture of biochips or sensors.
Les procédés de miniaturisation des composants électroniques atteignent aujourd'hui leurs limites et un grand effort est déployé afin de trouver une ou plusieurs techniques permettant de diminuer la taille des composants actuels, qui semblent devenir obsolètes. C'est pourquoi, des systèmes au fonctionnement complètement différent doivent être proposés.The processes of miniaturization of electronic components are reaching their limits today and a great effort is being made to find one or more techniques to reduce the size of the current components, which seem to be becoming obsolete. Therefore, completely different systems must be proposed.
Les travaux effectués dans le domaine de l'électronique moléculaire vont dans ce sens, et de nombreuses recherches sont lancées afin de développer de nouveaux dispositifs de microélectronique "tout moléculaire" ou "hybrides" (par exemple : silicium / molécules organiques). Par ailleurs, suite à ces nombreux travaux menés en parallèle, ces nouvelles approches de miniaturisation trouvent également d'autres domaines d'applications comme les biotechnologies. En effet, en plus de répondre à la question de la miniaturisation des composants électroniques, ces nouveaux systèmes pourraient permettre, ou seraient adaptables à, la fabrication d'imageurs médicaux, de récepteurs, ou encore de transporteurs moléculaires de tailles nanoscopiques pouvant être ingérés par le patient.The work done in the field of molecular electronics goes in this direction, and many researches are launched in order to develop new "all-molecular" or "hybrid" microelectronics devices (for example: silicon / organic molecules). Moreover, following these numerous parallel studies, these new miniaturization approaches also find other fields of application such as biotechnologies. Indeed, in addition to answering the question of the miniaturization of electronic components, these new systems could allow, or would be adaptable to, the manufacture of medical imagers, receivers, or molecular transporters of nanoscopic sizes that can be ingested by the patient.
Ces nouveaux dispositifs nécessitent très souvent l'ancrage d'une molécule ou d'un élément de taille nanométrique sur une surface afin d'utiliser le système sous une forme totalement solide. Les surfaces de silicium sont très utilisées lors des travaux de recherches actuels car les propriétés de ce matériau sont connues notamment grâce à l'utilisation qui en est faite dans le domaine de l'électronique.These new devices very often require the anchoring of a molecule or nanoscale element on a surface in order to use the system in a completely solid form. Silicon surfaces are widely used in current research because the properties of this material are known in particular through the use that is made in the field of electronics.
Depuis une dizaine d'années, ce domaine est en pleine expansion et l'on peut répertorier plusieurs techniques de greffage. Certaines sont directes, d'autres indirectes, c'est-à-dire qu'après la phase de préparation de la surface, le greffage de la molécule souhaitée nécessite encore une ou plusieurs étapes. Les surfaces étudiées
sont nombreuses : l'or, la silice (SiO2), le silicium, le graphite, le platine. La spécificité de chaque technique de greffage repose sur le matériau sur lequel est tentée l'expérience ainsi que sur le nombre d'étapes effectuées et sur la chimie employée.For about ten years, this field is in full expansion and one can list several techniques of grafting. Some are direct, others indirect, that is to say that after the preparation phase of the surface, the grafting of the desired molecule still requires one or more steps. Surfaces studied are numerous: gold, silica (SiO 2 ), silicon, graphite, platinum. The specificity of each grafting technique is based on the material on which the experiment is attempted, as well as on the number of steps performed and on the chemistry used.
Dans le domaine de l'électronique, les surfaces de silicium sont souvent recouvertes d'une couche d'oxyde possédant des propriétés isolantes. Peu d'exemples impliquent un greffage sur silicium directement. Or greffer directement sur silicium peut avoir des avantages, comme éviter la présence d'une couche d'oxyde qui élargit les dimensions du dispositif, ou qui risque d'écranter la molécule du silicium semi-conducteur. Les surfaces de silicium natif sont par ailleurs d'un intérêt capital dans le domaine de l'électronique et des méthodes autres que celles exposées précédemment ont été développées pour les modifier.In the field of electronics, silicon surfaces are often coated with an oxide layer having insulating properties. Few examples involve a grafting on silicon directly. Gold graft directly on silicon can have advantages, such as avoiding the presence of an oxide layer that widens the dimensions of the device, or that may screen the semiconductor silicon molecule. The surfaces of native silicon are also of major interest in the field of electronics and methods other than those previously exposed have been developed to modify them.
C'est ainsi que certains auteurs, tels que Menzel H. et al, Langmuir, 1997, 13(4), 723-728, proposent une méthode de modification d'une surface de silicium par du polyglutamate à l'aide d'un espaceur. La surface doit tout d'abord être nettoyée par différents traitements qui génèrent des liaisons Si-OH superficielles, puis l'espaceur, un bromoalcane trichlorosilylé, est ancré par l'intermédiaire de liaisons Si-O-Si avec la surface. Le traitement de la surface ainsi obtenue avec une solution de NaN3 permet de substituer des azotures aux atomes de brome, lesdits azotures étant ensuite réduits au LiAlH4. Cette dernière réaction permet d'obtenir une surface hydrosilylée recouverte par des aminoalcanes. Le N-carboxyanhydride benzylglutamate est alors greffé par réaction avec les groupements NH2 terminaux sur la surface. Le taux de recouvrement de la surface a été estimé à 20-40 %. Cette méthode reste cependant relativement restreinte de par la préparation laborieuse de la surface ainsi que par le nombre d'étapes nécessaires pour réaliser l'ancrage du polyglutamate.Thus, some authors, such as Menzel H. et al., Langmuir, 1997, 13 (4), 723-728, propose a method for modifying a silicon surface with polyglutamate using a spacer. The surface must first be cleaned by different treatments that generate superficial Si-OH bonds, and then the spacer, a trichlorosilyl bromoalkane, is anchored via Si-O-Si bonds to the surface. Treatment of the surface thus obtained with a solution of NaN 3 makes it possible to substitute azides for the bromine atoms, said azides then being reduced to LiAlH 4 . This last reaction makes it possible to obtain a hydrosilylated surface covered by aminoalkanes. The N-carboxyanhydride benzylglutamate is then grafted by reaction with the NH 2 terminal groups on the surface. The recovery rate of the surface has been estimated at 20-40%. This method, however, remains relatively limited by the laborious preparation of the surface and by the number of steps necessary to achieve the anchoring of the polyglutamate.
Les surfaces de silicium natif, outre un nettoyage, peuvent subir des étapes de préparation avant le greffage des composés d'intérêt. Ainsi, Effenberger F. et al, Langmuir, 2004, 20(24), 10375-10378, décrivent une méthode de greffage consistant à modifier une surface de silicium pour y ménager des groupes hydroxyle libres qui réagissent avec des trichlorosilanes ; la méthode est illustrée par le greffage d'esters à longue chaîne qui sont stables dans les conditions de réaction. Les fonctions
ester sont ensuite réduites en alcool puis, après réaction avec du phosgène, les chloroformâtes correspondants sont obtenus. Une réaction de substitution du chlore en présence de NaN3 est alors effectuée pour conduire à Pazidoformate correspondant. L'exposition aux radiations UV de cette surface conduit à l'élimination d'azote pour former une surface terminée par un carbamate. Une autre modification envisageable est une substitution nucléophile sur le carbamate électrophile par une molécule aminée. Selon cette méthode, on obtient, une surface activée, qu'il est ensuite possible de faire réagir avec des molécules d'intérêt ayant des fonctions susceptibles de s'additionner sur les aminés ou les carbamates. Ce protocole, proche de celui proposé par Menzel H. et al. (précité) est cependant délicat à mettre en œuvre car il nécessite l'utilisation de phosgène et représente un nombre important d'étapes. Par ailleurs, la fonctionnalisation proposée, bien que pouvant aboutir à deux résultats différents, ne permet pas de greffer des molécules très variées en dehors des aminés. Le taux de recouvrement est estimé à 73-78 %. D'autres auteurs, tels que Sudhôlter E. J. R. et al., (Langmuir, 1999,The native silicon surfaces, in addition to cleaning, may undergo preparation steps prior to grafting the compounds of interest. Thus, Effenberger F. et al., Langmuir, 2004, (24), 10375-10378 discloses a grafting method of modifying a silicon surface to provide free hydroxyl groups which react with trichlorosilanes; the method is illustrated by the grafting of long chain esters which are stable under the reaction conditions. Functions The esters are then reduced to alcohol and then, after reaction with phosgene, the corresponding chloroformates are obtained. A substitution reaction of chlorine in the presence of NaN 3 is then carried out to yield the corresponding azidoformate. Exposure to UV radiation from this surface results in the removal of nitrogen to form a carbamate-terminated surface. Another modification that can be envisaged is a nucleophilic substitution on the electrophilic carbamate by an amino molecule. According to this method, an activated surface is obtained, which can then be reacted with molecules of interest having functions that can be added to the amines or carbamates. This protocol, similar to that proposed by Menzel H. et al. (cited above) is difficult to implement because it requires the use of phosgene and represents a significant number of steps. Moreover, the proposed functionalization, although it can lead to two different results, does not allow to graft very varied molecules outside the amines. The recovery rate is estimated at 73-78%. Other authors, such as Sudhölter EJR et al., (Langmuir, 1999,
15(23), 8288-8291), proposent une méthode thermique de fonctionnalisation de surface à l'aide d'hexadécène. Les conditions opératoires, particulièrement la haute température, impliquent l'utilisation de solvants particuliers. Ces conditions, relativement drastiques, ne paraissent pas compatibles avec des groupements labiles ou instables et n'offrent pas de perspective à cette méthode. Les auteurs évoquent un second procédé qui nécessite une modification de la surface de silicium natif par substitution des atomes d'hydrogène présents par des atomes de chlore ou de brome. La surface modifiée désirée est alors obtenue par réaction d'un organomagnésien ou d'un organolithien. Les taux de recouvrement ne sont pas indiqués. Afin d'immobiliser des molécules d'ADN, Wayner D. D. M. et ah,15 (23), 8288-8291), propose a thermal method of surface functionalization using hexadecene. The operating conditions, particularly the high temperature, involve the use of particular solvents. These conditions, relatively drastic, do not seem compatible with labile or unstable groups and do not offer perspective to this method. The authors mention a second process that requires a modification of the native silicon surface by substitution of the hydrogen atoms present by chlorine or bromine atoms. The desired modified surface is then obtained by reaction of an organomagnesium or an organolithium. Recovery rates are not shown. In order to immobilize DNA molecules, Wayner D. D. M. and ah,
Langmuir, 2004, 20(26) 11713-11720, ont montré qu'il était possible de greffer l'acide undécènoïque sur une surface de silicium sous irradiation UV. La surface, ainsi terminée par une fonction acide carboxylique, est alors activée à l'aide de la N-hydroxysuccinimide (NHS) en présence de N-éthyl-N'-(3-diméthylamino-propyl) carbodiimide, afin de réagir avec un ADN simple brin portant un groupe 5'-dodécylamine. Le taux de recouvrement n'est pas spécifié par les auteurs.
He J., et al, Chem. Phys. Lett, 1998, 286, 508-514 décrivent une méthode de fonctionnalisation selon laquelle des molécules de thiophène sont greffées sur une surface de Si (111). Selon cette méthode, il est d'abord effectué une réaction de bromation avec de la N-bromosuccinimide ou du bromochloroforme, en utilisant du benzoylperoxide comme initiateur radicalaire. On obtient ainsi une surface réactive ayant des liaisons Si-Br superficielles. Toujours selon cette méthode, il est ensuite effectué une réaction d'alkylation entre les liaisons superficielles et un organolithien, le thiophène lithié. Ainsi, le thiophène est immobilisé sur Si par l'intermédiaire d'une liaison Si-C. Ce type de chimie de surface peut également se faire en faisant une chloration de la surface, et en utilisant un organomagnésien à la place d'un organolithien pour la réaction d'alkylation.Langmuir, 2004, (26) 11713-11720, have shown that it is possible to graft undecenoic acid onto a silicon surface under UV irradiation. The surface, thus terminated by a carboxylic acid function, is then activated using N-hydroxysuccinimide (NHS) in the presence of N-ethyl-N '- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide, in order to react with a Single stranded DNA carrying a 5'-dodecylamine group. The recovery rate is not specified by the authors. He J., et al., Chem. Phys. Lett, 1998, 286, 508-514 describe a functionalization method according to which thiophene molecules are grafted on a surface of Si (111). According to this method, a bromination reaction is first carried out with N-bromosuccinimide or bromochloroform, using benzoylperoxide as a radical initiator. This gives a reactive surface having surface Si-Br bonds. Still according to this method, an alkylation reaction is then carried out between the superficial bonds and an organolithium, the lithiated thiophene. Thus, the thiophene is immobilized on Si via an Si-C bond. This type of surface chemistry can also be done by chlorinating the surface, and using an organomagnesium instead of an organolithium for the alkylation reaction.
Linford et al., dans Langmuir, 2005, 2093-2097, ont exploré la réaction de chlorure d'acide à chaîne longue sur des surfaces de silicium activées particulières ("scribed silicon"). Les auteurs montrent que les chlorures d'acide réagissent directement avec ces surfaces de silicium pour conduire à leur alkylation. Néanmoins, il semble que des réactions secondaires aient également lieu et il se forme ainsi des produits secondaires du type Si-C(O)-R ou Si-O-C(O)-R. Les conditions opératoires sont déterminantes dans cette procédure et les auteurs estiment que le taux de recouvrement est compris entre 20 et 60 %. Les molécules d'intérêt sont ici greffées sur la surface de façon aléatoire. Selon les méthodes de greffage exposées précédemment, les surfaces sont soit fonctionnalisées directement par les molécules d'intérêt, soit fonctionnalisées indirectement. Dans ce dernier cas, après l'ancrage d'une première molécule, une réaction secondaire a lieu à la surface entre la fonction terminale de la molécule immobilisée, et la fonction terminale de la molécule d'intérêt. Parmi les types de réactions secondaires mises en œuvre, à la surface, on peut notamment citer les hydrolyses d'ester, la réduction d'ester et leur clivage, la formation d'ester, l'activation de liaisons terminales C-H suivie par la formation d'amide ou de sulfonamide, ou encore la polymérisation. Ces réactions secondaires sont intéressantes, mais ont parfois des rendements moyens. A la lecture des méthodes présentées ci-dessus, il apparaît que le greffage de molécules d'intérêt présente un certain nombre d'inconvénients et peut être encore amélioré notamment en ce qui concerne le nombre d'étapes nécessaires au
greffage, la chimie employée lors des réactions secondaires ainsi que la variété des molécules susceptibles d'être greffées.Linford et al., In Langmuir, 2005, 2093-2097, have explored the long-chain acid chloride reaction on particular activated silicon surfaces ("scribed silicon"). The authors show that acid chlorides react directly with these silicon surfaces to lead to their alkylation. Nevertheless, it appears that side reactions also take place and so secondary products of the Si-C (O) -R or Si-OC (O) -R type are formed. The operating conditions are decisive in this procedure and the authors estimate that the recovery rate is between 20 and 60%. The molecules of interest are grafted onto the surface randomly here. According to the grafting methods described above, the surfaces are either functionalized directly by the molecules of interest or indirectly functionalized. In the latter case, after the anchoring of a first molecule, a secondary reaction takes place on the surface between the terminal function of the immobilized molecule, and the terminal function of the molecule of interest. Among the types of secondary reactions used on the surface, mention may be made especially of ester hydrolysis, ester reduction and cleavage, ester formation, activation of CH terminal bonds followed by formation. amide or sulfonamide, or the polymerization. These side reactions are interesting, but sometimes have average yields. On reading the methods presented above, it appears that the grafting of molecules of interest has a certain number of disadvantages and can be further improved in particular as regards the number of steps necessary for grafting, the chemistry used in secondary reactions and the variety of molecules that can be transplanted.
Les Inventeurs se sont donc donnés pour but d'élaborer une méthode de greffage de molécules d'intérêt sur des surfaces inorganiques qui soit efficace et facile à mettre en œuvre, notamment dans le processus de fabrication de surfaces modifiées, qui pourront ensuite être employées selon les désirs de l'utilisateur. L'utilisation de la chimie clic, plus largement connue sons la dénomination anglophone de "click chemistry", récemment définie par Sharpless K. B. et al. (Angew. Chem. Int. Ed., 2001, 40, 2004-2021) a permis aux Inventeurs de mettre au point une telle méthode.The inventors therefore set themselves the goal of developing a method of grafting molecules of interest on inorganic surfaces that is effective and easy to implement, especially in the process of manufacturing modified surfaces, which can then be used according to the wishes of the user. The use of click chemistry, more widely known under the English name of "click chemistry", recently defined by Sharpless K. B. et al. (Angew Chem Int.Ed., 2001, 40, 2004-2021) allowed the inventors to develop such a method.
Les Inventeurs proposent donc dans cette demande un procédé de greffage covalent d'au moins une molécule à la surface d'un substrat inorganique portant au moins un espaceur, en mettant en œuvre une réaction de "click chemistry". Ainsi que cela a été amplement décrit dans l'article de Sharpless K. B. et al. (précité) la "click chemistry" correspond aux réactions conduisant à la formation d'au moins une liaison covalente entre un atome de carbone et un hétéroatome dans des conditions opératoires simples à mettre en œuvre et où la présence d'eau ou d'oxygène n'a généralement pas d'influence sur le déroulement de la réaction. Ces réactions s'effectuent parfois sans solvant ou en présence d'un solvant non polluant (tel que l'eau) ou aisément éliminable. Le produit désiré est facilement isolable et obtenu avec de bons rendements, sans formation de sous-produits gênants. De manière plus générale, il est reconnu que ce type de réaction a, en outre, une force motrice supérieure à 20 kcal.mol" . Dans ce type de réaction, la mise en présence de deux substrats principaux, dont les fonctions "réactives" sont complémentaires, conduit efficacement au produit désiré.The inventors therefore propose in this application a covalent grafting method of at least one molecule on the surface of an inorganic substrate carrying at least one spacer, by implementing a "click chemistry" reaction. As has been amply described in the Sharpless article KB et al. (cited above) the "click chemistry" corresponds to the reactions leading to the formation of at least one covalent bond between a carbon atom and a heteroatom under operating conditions that are simple to implement and where the presence of water or oxygen usually has no influence on the course of the reaction. These reactions are sometimes carried out without solvent or in the presence of a non-polluting solvent (such as water) or easily removed. The desired product is easily isolable and obtained in good yields, without formation of troublesome byproducts. More generally, it is recognized that this type of reaction, in addition, a higher driving force kcal.mol 20 ". In this type of reaction, the bringing together of two main substrates, the functions of" reactive " are complementary, effectively leads to the desired product.
Parmi les principales réactions de "click chemistry" on peut notamment citer :Some of the main reactions of "click chemistry" include:
- les cycloadditions d'espèces insaturées, comme les cycloadditions 1,3-dipolaires ou les réactions de type Diels- Aider (hétéro Diels Aider incluses), - les substitutions nucléophiles, notamment les ouvertures d'hétérocycles électrophiles contraints comme les époxydes, les aziridines, les ions aziridinium et les ions épisulfonium,
- les réactions sur les carbonyles, en dehors de la chimie des aldols, telles que notamment la formation des urées, thio-urées, hétérocycles aromatiques, éther oximes, hydrazones et amides,cycloadditions of unsaturated species, such as 1,3-dipolar cycloadditions or Diels-Aider type reactions (hetero Diels Aider included), nucleophilic substitutions, especially the openings of constrained electrophilic heterocycles such as epoxides, aziridines , aziridinium ions and episulfonium ions, the reactions on the carbonyls, apart from the aldol chemistry, such as in particular the formation of ureas, thioureas, aromatic heterocycles, ether oxime, hydrazones and amides,
- les réactions d'addition sur des liaisons carbone- carbone multiples, notamment les oxydations, comme l'époxydation, la dihydroxylation, l'aziridination, l'addition d'halogénure de sulfényle et les additions de type Michaël.addition reactions on multiple carbon-carbon bonds, in particular oxidation, such as epoxidation, dihydroxylation, aziridination, addition of sulfenyl halide and Michael-type additions.
La "click chemistry" est très utilisée pour fonctionnaliser des molécules biologiques. En effet, les conditions opératoires douces (par exemple : réaction à température ambiante en utilisant de l'eau comme solvant de la réaction) liées au rendement très élevé de ces réactions sont très bien adaptées pour traiter les molécules fragiles. Ces avantages font également penser que d'autres molécules pourraient également réagir aussi bien dans des conditions similaires."Click chemistry" is widely used to functionalize biological molecules. Indeed, the mild operating conditions (for example: reaction at room temperature using water as reaction solvent) related to the very high yield of these reactions are very well suited to treat the fragile molecules. These advantages also suggest that other molecules might also react under similar conditions.
La présente Invention a donc pour premier objet un procédé de greffage covalent d'au moins une molécule d'intérêt à la surface d'un substrat de silicium comportant des fonctions hydrure de surface, ledit substrat portant au moins un espaceur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :The present invention therefore firstly relates to a process for the covalent grafting of at least one molecule of interest on the surface of a silicon substrate comprising surface hydride functions, said substrate carrying at least one spacer, characterized in that it includes at least the following steps:
(a) une première étape d'ancrage covalent, à la surface dudit substrat, d'au moins un composé espaceur de formule générale (I) suivante :(a) a first covalent anchoring step, on the surface of said substrate, of at least one spacer compound of general formula (I) below:
(X)n-E-(Y)n, (I) dans laquelle :(X) n -E- (Y) n , (I) wherein:
-E représente un groupement choisi parmi les radicaux alkyle et aryle,-E represents a group chosen from alkyl and aryl radicals,
-X représente une double liaison C=C,-X represents a C = C double bond,
-Y représente un groupe fonctionnel terminal choisi parmi les doubles et triples liaisons entre deux atomes de carbone, les triples liaisons entre un atome de carbone et un atome d'azote, les aziridines, les chlorures d'acyle et leurs fonctions complémentaires azotures et aminés, ledit groupe fonctionnel étant susceptible de réagir avec au moins un groupe fonctionnel Z complémentaire porté par une molécule d'intérêt dans une réaction conduisant à la formation d'une liaison covalente entre un atome de carbone et un hétéroatome appartenant respectivement et indifféremment aux groupes fonctionnels Y et Z (réaction de "click chemistry"),
- m et n, indépendamment l'un de l'autre, sont des nombres entiers compris entre 1 et 3 inclusivement,Y represents a terminal functional group chosen from the double and triple bonds between two carbon atoms, the triple bonds between a carbon atom and a nitrogen atom, the aziridines, the acyl chlorides and their complementary azide and amine functions; , said functional group being capable of reacting with at least one complementary functional group Z carried by a molecule of interest in a reaction leading to the formation of a covalent bond between a carbon atom and a heteroatom belonging respectively and indifferently to the functional groups Y and Z (click chemistry reaction), m and n, independently of one another, are integers between 1 and 3 inclusive,
(b) une deuxième étape de couplage covalent audit composé espaceur de formule (I) ainsi ancré à la surface dudit substrat, d'au moins une molécule d'intérêt par formation, selon une réaction de chimie clic ("click chemistry"), d'au moins une liaison covalente de type -C-Het- dans laquelle Het est un hétéroatome, par réaction d'au moins un groupe fonctionnel Z porté par ladite molécule d'intérêt et choisi parmi les doubles et triples liaisons entre deux atomes de carbone, les triples liaisons entre un atome de carbone et un atome d'azote, les aziridines, les chlorures d'acyle et leurs fonctions complémentaires azotures et aminés, et d'au moins un groupe Y dudit composé espaceur de formule (I), Z et Y étant aptes à former ensemble ladite liaison covalente.(b) a second covalent coupling step to said spacer compound of formula (I) thus anchored to the surface of said substrate, of at least one molecule of interest by formation, according to a click chemistry reaction, at least one covalent bond of the type -C-Het- in which Het is a heteroatom, by reaction of at least one functional group Z carried by said molecule of interest and selected from the double and triple bonds between two atoms of carbon, the triple bonds between a carbon atom and a nitrogen atom, aziridines, acyl chlorides and their complementary azide and amine functions, and at least one Y group of said spacer compound of formula (I), Z and Y being capable of forming together said covalent bond.
Au sens de la présente invention, l' "ancrage" se réfère à l'immobilisation d'un composé espaceur de formule (I) sur une surface de silicium portant des fonctions hydrure de surface par l'intermédiaire d'une liaison covalente. Le terme "couplage" décrit la réaction entre au moins un groupe fonctionnel terminal Y (non immobilisé) du composé espaceur de formule (I) et au moins un groupe fonctionnel Z complémentaire de la molécule d'intérêt. Le "greffage" décrit l'ensemble de ces deux actions. Ainsi, la molécule d'intérêt est greffée sur la surface du substrat inorganique suite à l'ancrage du composé espaceur de formule (I) conforme à l'Invention, suivi du couplage de la molécule d'intérêt et de ce composé espaceur par une liaison covalente de type -C-Het-, selon une réaction de chimie clic ("click chemistry").For the purposes of the present invention, "anchoring" refers to the immobilization of a spacer compound of formula (I) on a surface of silicon bearing surface hydride functions via a covalent bond. The term "coupling" describes the reaction between at least one terminal functional group Y (non-immobilized) of the spacer compound of formula (I) and at least one complementary functional group Z of the molecule of interest. The "grafting" describes all of these two actions. Thus, the molecule of interest is grafted onto the surface of the inorganic substrate following the anchoring of the spacer compound of formula (I) according to the invention, followed by the coupling of the molecule of interest and this spacer compound with a covalent bond of type -C-Het-, according to a click chemistry reaction.
Selon l'Invention, le radical alkyle défini pour E est de préférence un radical comportant de 1 à 20 atomes de carbone, non substitué ou éventuellement mono- ou polysubstitué, linéaire, ramifié ou cyclique, saturé ou insaturé. Lorsqu'ils sont mono ou polysubstitués, le ou les substituants de ces radicaux alkyle sont de préférence choisis parmi les atomes d'halogène, les groupements hydroxyle, amino, carboxyle, alkyle en C1 à Ci0, aryle substitué ou non, lesdits substituants pouvant eux- mêmes contenir un ou plusieurs atomes d'halogène tels que F ou Cl et/ou un ou plusieurs hétéroatomes tels que N, O, P, Si et S conduisant ainsi par exemple à des groupements alcoxy en C1-C10 tel que par exemple les groupements méthoxy et
éthoxy ; éther-oxyde ; aryloxy ; aminoalkyle en C1-C1O ; aminoaryle ; hydroxyalkyle en C1-Ci0 , ' hydroxyaryle ; thioalkyle en C1-C1O comme par exemple le groupement mercapto ; cyano ; céto ; halogénoalkyle en C1-Ci0 ; hétéroalkyle en Ci-C10 ; halogénoaryle et hétéroaryle. Parmi de tels radicaux alkyle saturés et non substitués, on peut en particulier citer les radicaux méthyle, éthyle, propyle, isopropyle, butyle, isobutyle, tert-butyle et pentyle.According to the invention, the alkyl radical defined for E is preferably a radical containing 1 to 20 carbon atoms, unsubstituted or optionally mono- or polysubstituted, linear, branched or cyclic, saturated or unsaturated. When mono- or polysubstituted, the substituent of such alkyl radicals are preferably selected from halogen atoms, hydroxyl, amino, carboxyl, C 1 to C 0, substituted or unsubstituted aryl, said substituents which may themselves contain one or more halogen atoms such as F or Cl and / or one or more heteroatoms such as N, O, P, Si and S, thus giving rise, for example, to C 1 -C 10 alkoxy groups such as that for example the methoxy groups and ethoxy; ether-oxide; aryloxy; C 1 -C 10 aminoalkyl; aminoaryl; C 1 -C 10 hydroxyalkyl, hydroxyaryl; C 1 -C 10 thioalkyl such as for example the mercapto group; cyano; keto; halo C 1 -C 0; heteroalkyl, Ci-C 10; haloaryl and heteroaryl. Among such saturated and unsubstituted alkyl radicals, mention may in particular be made of methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, tert-butyl and pentyl radicals.
Parmi les radicaux alkyle insaturés et non substitués, on peut en particulier citer les éthényles, propényles, isopropényles, butényles, isobutényles, tert- butényles, pentényles et acétylényles.Unsaturated and unsubstituted alkyl radicals that may be mentioned in particular are ethenyls, propenyls, isopropenyls, butenyls, isobutenyls, tert-butenyls, pentenyls and acetylenyls.
Selon l'Invention, le radical aryle défini pour E est de préférence une structure carbonée aromatique ou hétéroaromatique, éventuellement mono- ou polysubstituée, constituée d'un ou plusieurs cycles aromatiques ou hétéroaromatiques, le ou les hétéroatomes pouvant être choisis parmi N, O, P, Si et S. Selon une forme de réalisation particulière de l'Invention, et lorsque les radicaux alkyle ou aryle sont polysubstitués, les substituants peuvent être différents les uns des autres. Parmi les substituants des radicaux alkyle et aryle, on peut notamment citer les atomes d'halogène, les groupes alkyle, halogénoalkyle, aryle substitués ou non, hétéroaryle substitués ou non, amino, cyano, azido, hydroxy, mercapto, céto, carboxy, éther-oxyde et alcoxy tel que par exemple méthoxy.According to the invention, the aryl radical defined for E is preferably an aromatic or heteroaromatic carbon structure, optionally mono- or polysubstituted, consisting of one or more aromatic or heteroaromatic rings, the heteroatom (s) possibly being chosen from N, O, P, Si and S. According to a particular embodiment of the invention, and when the alkyl or aryl radicals are polysubstituted, the substituents may be different from each other. Among the substituents of the alkyl and aryl radicals, mention may in particular be made of halogen atoms, alkyl, haloalkyl, substituted or unsubstituted aryl groups, substituted or unsubstituted heteroaryl, amino, cyano, azido, hydroxy, mercapto, keto, carboxy, ether -oxide and alkoxy such as for example methoxy.
Selon l'Invention, E est de préférence choisi parmi les radicaux alkyle et aryle, plus préférentiellement parmi les radicaux alkyle tels que définis précédemment, encore plus particulièrement parmi les radicaux alkyle en C1 à C20, préférentiellement non ramifiés afin de ne pas avoir de gène stérique lors de l'ancrage avec des structures déjà ancrées et obtenir un taux de recouvrement acceptable.According to the invention, E is preferably chosen from alkyl and aryl radicals, more preferentially from alkyl radicals as defined above, still more particularly from C 1 to C 20 alkyl radicals, preferably unbranched in order not to have of steric gene when anchoring with already anchored structures and obtain an acceptable recovery rate.
Le procédé de greffage selon l'Invention s'applique aux substrats semi-conducteurs de silicium comportant des fonctions hydrure de surface (Si-H). Les plaquettes de silicium (connues sous le terme anglophone de "wafers") sont facilement disponibles. Les surfaces de silicium sont avantageusement des surfaces de Si(IOO) ou de Si(111).The grafting method according to the invention is applicable to silicon semiconductor substrates having surface hydride (Si-H) functions. Silicon wafers (known as "wafers") are readily available. The silicon surfaces are advantageously Si (100) or Si (111) surfaces.
Selon une forme de réalisation préférée de l'Invention, le procédé de greffage comprend en outre une étape de préparation de la surface, préalable à
l'ancrage des composés espaceurs de formule (I), afin de maximiser la quantité de liaisons Si-H de surface et de diminuer l'éventualité de l'apparition d'une couche d'oxyde. Dans ce cas, l'étape de préparation consiste avantageusement à décaper la surface avec une solution d'un acide faible telle que par exemple une solution d'acide fluorhydrique. Cette étape peut être optimisée en observant les vibrations infrarouges des liaisons Si-H et Si-O après décapage de plusieurs surfaces avec des solutions d'acide fluorhydrique de concentrations différentes afin de choisir la concentration conduisant au meilleur résultat. Les surfaces sont ensuite de préférence rincées à l'eau déminéralisée. Les composés espaceurs de formule générale (I) s'ancrent à la surface du substrat par au moins un groupe fonctionnel X. En fonction de la valeur de n, les composés espaceurs de formule (I) peuvent comporter plusieurs groupes fonctionnels X. Cependant, selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'Invention, on utilise des composés espaceurs de formule (I) dans lesquels n = 1, c'est-à-dire ne comportant qu'un seul groupe fonctionnel X pour amoindrir la gêne stérique.According to a preferred embodiment of the invention, the grafting method further comprises a step of preparing the surface, prior to anchoring the spacer compounds of formula (I), in order to maximize the amount of surface Si-H bonds and to reduce the possibility of the appearance of an oxide layer. In this case, the preparation step advantageously consists in etching the surface with a solution of a weak acid such as, for example, a solution of hydrofluoric acid. This step can be optimized by observing the infrared vibrations of the Si-H and Si-O bonds after stripping of several surfaces with solutions of hydrofluoric acid of different concentrations in order to choose the concentration leading to the best result. The surfaces are then preferably rinsed with demineralised water. The spacer compounds of general formula (I) are anchored on the surface of the substrate by at least one functional group X. Depending on the value of n, the spacer compounds of formula (I) can comprise several functional groups X. However, according to a particularly preferred embodiment of the invention, use is made of spacer compounds of formula (I) in which n = 1, that is to say having only one functional group X to reduce the steric hindrance.
Selon l'Invention, l'ancrage des composés espaceurs de formule (I) sur la surface d'un substrat de silicium lors de l'étape (a) se fait par l'intermédiaire d'une liaison Si-C, celle-ci étant particulièrement forte et stable. L'étape (a) d'ancrage est donc une réaction d'hydrosilylation entre la surface d'un substrat de silicium portant des fonctions hydrure (-Si-H) et au moins un composé espaceur de formule (I) et la fonction C-C du ou des groupes fonctionnels X. Cette réaction est de type radicalaire et peut-être initiée thermiquement, photochimiquement, électrochimiquement ou catalytiquement. Selon l'Invention, les initiations photochimique et thermique sont préférées ; avantageusement on utilisera l'initiation photochimique puisqu'elle implique l'utilisation de conditions douces et adaptées à la manipulation de molécules thermo sensibles. Par ailleurs, cette forme d'initiation permet d'utiliser de moins grandes quantités de produit.According to the invention, the anchoring of the spacer compounds of formula (I) on the surface of a silicon substrate during step (a) is via an Si-C bond, this one being particularly strong and stable. The anchoring step (a) is therefore a hydrosilylation reaction between the surface of a silicon substrate carrying hydride functions (-Si-H) and at least one spacer compound of formula (I) and the CC function. of the X functional group or groups. This reaction is of radical type and may be initiated thermally, photochemically, electrochemically or catalytically. According to the invention, the photochemical and thermal initiations are preferred; advantageously, we will use photochemical initiation since it involves the use of mild conditions and adapted to the manipulation of thermo sensitive molecules. In addition, this form of initiation allows the use of smaller amounts of product.
De manière préférée, le groupe fonctionnel Y des composés espaceurs de formule (I) représente une fonction azoture, alcyne ou nitrile.Preferably, the functional group Y of the spacer compounds of formula (I) represents an azide, alkyne or nitrile function.
Selon l'Invention, le procédé de greffage décrit ci-dessus permet de greffer des molécules d'intérêt variées. De manière préférée, Z est un groupe
fonctionnel portant au moins un carbone hybride sp, de préférence un groupe C≡C (obtenu par couplage Sonogashira par exemple) ou C≡N ; le groupe fonctionnel Z peut également être un groupe azoture qui est le partenaire complémentaire privilégié dans une réaction de "click chemistry" avec un alcyne ou un nitrile. Avantageusement la molécule d'intérêt porte de un à quatre groupes fonctionnels Z, et de préférence un seul.According to the invention, the grafting method described above makes it possible to graft various molecules of interest. Preferably, Z is a group functional device carrying at least one sp hybrid carbon, preferably a C≡C group (obtained by Sonogashira coupling for example) or C≡N; the functional group Z may also be an azide group which is the preferred complementary partner in a "click chemistry" reaction with an alkyne or a nitrile. Advantageously, the molecule of interest carries from one to four functional groups Z, and preferably only one.
Parmi les couples complémentaires entre le ou les groupes fonctionnels Y des composés espaceurs de formule (I) et le ou les groupes fonctionnels Z des molécules d'intérêt, on peut donc mentionner : - les couples alcyne ou nitrile (groupe Y) / azoture (groupe Z) ;Among the complementary pairs between the functional group (s) Y of the spacer compounds of formula (I) and the functional group (s) Z of the molecules of interest, mention may be made of: - the alkyne or nitrile (group Y) / azide pairs ( group Z);
- les couples azoture (groupe Y) / alcyne ou nitrile (groupe Z) ;the azide (group Y) / alkyne or nitrile pairs (group Z);
Un couple particulièrement préféré selon l'Invention est le couple azoture (groupe Y) / alcyne (groupe Z).A particularly preferred pair according to the invention is the pair azide (group Y) / alkyne (group Z).
Parmi les composés espaceurs de formule (I) ci-dessus, on peut en particulier citer ceux dans lesquels :Among the spacer compounds of formula (I) above, mention may in particular be made of those in which:
- n ≈ l ;- n ≈ l;
- E représente un radical alkyle en C6 à Cj2 ;- E represents an alkyl radical C 6 -C 2;
- Y représente un azoture et m = 1.Y represents an azide and m = 1.
Parmi de tels composés figurent notamment, T azoture d'hexényle, l'azoture d'heptényle, l'azoture d'octényle, l'azoture de nonadécényle, l'azoture de décényle, l'azoture d'undécényle et l'azoture de dodécényle.Such compounds include, inter alia, hexenyl azide, heptenyl azide, octenyl azide, nonadecenyl azide, decenyl azide, undecenyl azide, and azide azide. dodecenyl.
Les composés espaceurs de formule (I) utilisés selon le procédé conforme à l'Invention peuvent être facilement préparés selon les méthodes de synthèse classiques utilisables par l'homme du métier, par exemple en utilisant les procédés de synthèse décrits par Scriven E et al. (Chemical Reviews, 1998, 88(2),The spacer compounds of formula (I) used according to the method according to the invention can be easily prepared according to conventional synthetic methods that can be used by those skilled in the art, for example by using the synthetic methods described by Scriven E et al. (Chemical Reviews, 1998, 88 (2),
297-368) ou par Alvarez S. G. étal (Synthesis, 1997, 413-414).297-368) or by Alvarez S. G. et al (Synthesis, 1997, 413-414).
Selon l'Invention, l'étape (b) de couplage covalent entre le composé espaceur de formule (I) et la molécule d'intérêt (réaction entre les groupes Y et Z) est de préférence une réaction de 1,3-cycloaddition entre un dipôle, qui peut être par exemple un groupe azoture N3, et un dipolarophile, qui peut être par exemple :According to the invention, the step (b) of covalent coupling between the spacer compound of formula (I) and the molecule of interest (reaction between groups Y and Z) is preferably a 1,3-cycloaddition reaction between a dipole, which may be for example an azide group N 3 , and a dipolarophil, which may be for example:
- soit un groupe alcyne ; la réaction conduisant dans ce cas à un triazole,
- soit un groupe nitrile ; la réaction conduisant dans ce cas à un tétrazole, le groupe Y étant, dans ce cas, de préférence, le dipôle. Lorsque le dipolarophile est un alcyne, il est préférable qu'il soit terminal pour être accessible. Le couplage covalent à l'espaceur, obtenu en (a), d'au moins une molécule portant au moins un groupe Z peut se faire en présence d'un catalyseur.- an alkyne group; the reaction leading in this case to a triazole, - a nitrile group; the reaction leading in this case to a tetrazole, the group Y being, in this case, preferably the dipole. When the dipolarophile is an alkyne, it is preferable that it is terminal to be accessible. The covalent coupling to the spacer, obtained in (a), of at least one molecule bearing at least one Z group may be carried out in the presence of a catalyst.
Dans le cas d'un couplage par 1,3 -cycloaddition, et notamment 1,3-cycloaddition de Huisgen, il est recommandé d'utiliser un catalyseur métallique, avantageusement un métal de transition et particulièrement du Cu1. On peut en effet distinguer deux sortes d'alcynes et de nitriles utilisables à titre de groupe fonctionnel Y ou Z.In the case of 1,3-cycloaddition coupling, and in particular 1,3-cycloaddition of Huisgen, it is recommended to use a metal catalyst, advantageously a transition metal and particularly Cu 1 . It is possible to distinguish two kinds of alkynes and nitriles that can be used as functional groups Y or Z.
La première sorte est constituée par les dipolarophiles ayant un groupement attracteur d'électrons qui sont dits "activés" et qui réagissent facilement avec le dipôle. Ces alcynes ou nitriles "activés" peuvent parfois réagir avec Pazoture de façon quasi-quantitative en absence de catalyseur.The first type consists of dipolarophils having an electron-attracting group which are said to be "activated" and which react easily with the dipole. These "activated" alkynes or nitriles can sometimes react with the azide in a quasi-quantitative manner in the absence of a catalyst.
La deuxième sorte est constituée par des alcynes et nitriles dits "non- activés" pour lesquels les réactions de cycloadditions, et en particulier de 1,3-cycloaddition de Huisgen, les mettant en œuvre nécessitent une activation préalable par action d'un catalyseur, de préférence en complément d'une base. A titre d'exemple, on peut notamment utiliser un catalyseur cuivrique Cu1 généré in situ, par réaction d'une source de Cu11, telle que (CuSO4, 5 H2O), et d'une base telle que l'ascorbate de sodium, qui réduira le Cu11 en Cu1. Si le solvant est aqueux,- cette approche est favorisée. Dans le cas des alcynes non activés, l'ajout d'une base est recommandé pour faciliter la perte du proton de l' alcyne et ainsi favoriser le démarrage de la réaction. En effet, le mécanisme envisagé pour cette réaction passe par un cycle où la base déprotorrne l'alcyne et l'acétylure de cuivre est alors formé. L'acétylure réagit ensuite avec l'azoture. On obtient ainsi la formation du nouveau ligand dérivé de triazole. Ce nouveau complexe perd alors Cu1. Le catalyseur est régénéré et le produit final est obtenu. Bien que les réactions de "click chemistry", et en particulier deThe second kind consists of so-called "non-activated" alkynes and nitriles for which the cycloaddition reactions, and in particular of Huisgen 1,3-cycloaddition, using them require prior activation by the action of a catalyst. preferably in addition to a base. By way of example, it is possible in particular to use a cupric catalyst Cu 1 generated in situ, by reaction of a source of Cu 11 , such as (CuSO 4 , 5H 2 O), and a base such as sodium ascorbate, which will reduce Cu 11 to Cu 1 . If the solvent is aqueous, this approach is favored. In the case of unactivated alkynes, the addition of a base is recommended to facilitate the loss of the proton of the alkyne and thus promote the start of the reaction. Indeed, the mechanism envisaged for this reaction passes through a cycle where the deprotormed base alkyne and copper acetylide is then formed. Acetylide then reacts with azide. The formation of the new triazole derivative ligand is thus obtained. This new complex then loses Cu 1 . The catalyst is regenerated and the final product is obtained. Although the reactions of "click chemistry", and in particular of
1,3-cycloadditions, soient assez peu sensibles au solvant de la réaction, l'utilisation de solvants polaires peut les faciliter. Ainsi, l'étape (b) de couplage covalent est de
préférence réalisée en présence d'au moins un solvant polaire pouvant être notamment choisi parmi l'eau, les alcools, l'acétone, l'acétonitrile, le diméthylformamide (DMF), et leurs mélanges.1,3-cycloadditions, are relatively insensitive to the solvent of the reaction, the use of polar solvents can facilitate them. Thus, the step (b) of covalent coupling is preferably carried out in the presence of at least one polar solvent which may be chosen in particular from water, alcohols, acetone, acetonitrile, dimethylformamide (DMF), and mixtures thereof.
Le procédé de greffage conforme à la présente Invention permet de greffer tout type de molécule d'intérêt comportant, naturellement ou après modification, au moins un groupe fonctionnel Z tel que décrit précédemment, et apte à réagir avec au moins un groupe fonctionnel Y des composés espaceurs de formule (I) selon les conditions précisées ci-dessus.The grafting method according to the present invention makes it possible to graft any type of molecule of interest comprising, naturally or after modification, at least one functional group Z as described above, and capable of reacting with at least one functional group Y of the compounds spacers of formula (I) according to the conditions specified above.
Au sens de la présente Invention, on entend par molécule d'intérêt, tout élément de taille nanométrique, c'est-à-dire présentant au moins une dimension à l'échelle de longueur nanométrique (avantageusement comprise entre 1 et 100 nanomètres). Cet élément peut notamment être une molécule organique ou inorganique, un agrégat ou un cluster, un assemblage supramoléculaire, un nanofil, un nanocristal, etc. Avantageusement les molécules d'intérêt pouvant être greffées selon le procédé de l'Invention, sont des molécules multistables, le. possédant plusieurs minima énergétiques séparés par des barrières d'activation. Ainsi, les molécules d'intérêt peuvent passer d'un état à l'autre de manière réversible ou irréversible. Parmi les molécules d'intérêt multistables, on peut en particulier citer les molécules électroactives qui existent sous plusieurs états redox, les dérivés de spiropyrranes photosensibles, les composés photo-isomérisables du type azobenzène, etc....For the purposes of the present invention, the term "molecule of interest" is understood to mean any element of nanometric size, that is to say having at least one nanoscale dimension (advantageously between 1 and 100 nanometers). This element can in particular be an organic or inorganic molecule, an aggregate or a cluster, a supramolecular assembly, a nanowire, a nanocrystal, etc. Advantageously, the molecules of interest that can be grafted according to the method of the invention are multistable molecules, the. possessing several energy minima separated by activation barriers. Thus, the molecules of interest can pass from one state to another reversibly or irreversibly. Among the multistable molecules of interest, mention may in particular be made of electroactive molecules that exist in several redox states, photosensitive spiropyrranine derivatives, photo-isomerizable compounds of the azobenzene type, and the like.
Les molécules d'intérêt pouvant ainsi être greffées selon le procédé conforme à la présente Invention sont de préférence des molécules organiques choisies parmi les biomolécules telles que les molécules d'acide nucléique telles que I1ADN et l'ARN ; les nucléotides ; les oligonucléotides ; les protéines ; les peptides ; les sucres ou les polysaccharides ; les porphyrines telles que la tétrakis [méso(4-éthynylphényl)porphyrine, la 1,10-(4-éthynylphényl)5 , 15-The molecules of interest can then be grafted by the process according to the present invention are preferably selected among the organic molecules biomolecules such as nucleic acid molecules such as I 1 DNA and RNA; nucleotides; oligonucleotides; the proteins ; peptides; sugars or polysaccharides; porphyrins such as tetrakis [meso (4-ethynylphenyl) porphyrin, 1,10- (4-ethynylphenyl) 5,15-
(4-mésityl)porphyrine et la l-(4-éthynylphényl)5,10,15-(4-mésityl)porphyrine) dont la présence sur une surface est particulièrement utile dans le domaine de l'électronique moléculaire ; les composés présentant une isomérie cis-trans tels que les dérivés des diaryléthylènes, des spiropyrannes, des spiroxazines, des fulgides ou de l'azobenzène
dont la présence sur une surface est particulièrement utile pour la fabrication d'interrupteurs moléculaires photocontrolés.(4-mesityl) porphyrin and 1- (4-ethynylphenyl) 5,10,15- (4-mesityl) porphyrin) whose presence on a surface is particularly useful in the field of molecular electronics; compounds having cis-trans isomerism such as diarylethylenes, spiropyrans, spiroxazines, fulgides or azobenzenes whose presence on a surface is particularly useful for the manufacture of photocontrolled molecular switches.
Le procédé de greffage conforme à l'Invention présente de multiples avantages au regard de l'art antérieur. En plus de la phase de préparation de la surface, les techniques de greffage actuelles comprennent un nombre d'étapes conséquentes et souvent laborieuses, contrairement au procédé de greffage conforme à la présenteThe grafting method according to the invention has multiple advantages in view of the prior art. In addition to the surface preparation phase, current grafting techniques include a number of consequent and often laborious steps, in contrast to the grafting method according to the present invention.
Invention qui n'implique qu'un nombre limité d'étapes.Invention which involves only a limited number of steps.
D'une manière générale, le taux de recouvrement global est lié aux rendements de la première étape (a) d'ancrage et de la seconde étape (b) de couplage. Compte tenu de la nature particulière du support (silicium), le procédé de greffage conforme à la présente Invention autorise la mise en œuvre de réactions de hauts rendements, comme l'hydrosilylation d'un alcène sur une surface de silicium, et comme la cycloaddition de Huisgen qui est une réaction de "click chemistry" quasi- quantitative. Le recouvrement global obtenu est donc très important. Le procédé, objet principal de l'Invention, permet un greffage sur un substrat de silicium, en seulement deux étapes grâce à la click chemistry. Il est adaptable à différentes molécules portant les fonctions terminales adéquates, et permet de greffer facilement les molécules étudiées sur une surface de silicium. Les avantages de la présente Invention pourront être exploités par des industriels de différents domaines, comme la microélectronique, les biotechnologies ou encore l'industrie de l'environnement. Les propriétés des molécules greffées différencieront les domaines intéressés puisque ce sont elles qui définissent le champ d'application conféré à la surface.In general, the overall recovery rate is related to the yields of the first step (a) of anchoring and the second step (b) of coupling. Given the particular nature of the support (silicon), the grafting method according to the present invention allows the implementation of reactions of high yields, such as the hydrosilylation of an alkene on a silicon surface, and as the cycloaddition of Huisgen which is a quasi- quantitative "click chemistry" reaction. The overall recovery obtained is therefore very important. The method, main object of the invention, allows a grafting on a silicon substrate, in just two steps through the click chemistry. It is adaptable to different molecules carrying the appropriate terminal functions, and makes it easy to graft the studied molecules onto a silicon surface. The advantages of the present invention may be exploited by manufacturers in different fields, such as microelectronics, biotechnology or the environmental industry. The properties of the grafted molecules will differentiate the domains concerned since they are the ones which define the field of application conferred on the surface.
La présente Invention a donc également pour objet les supports de silicium comportant au moins une surface fonctionnalisée par au moins une molécule d'intérêt, lesdits support étant susceptibles d'être obtenus en mettant en œuvre le procédé de greffage tel que défini ci-dessus.The present invention therefore also relates to silicon supports comprising at least one surface functionalized by at least one molecule of interest, said supports being capable of being obtained by implementing the grafting method as defined above.
Ces supports sont caractérisés par le fait qu'ils comportent au moins une surface de silicium ayant des fonctions hydrure de surface, sur laquelle est greffée, de façon covalente, au moins une molécule d'intérêt par l'intermédiaire d'au moins un composé espaceur de formule (I) suivante :These supports are characterized in that they comprise at least one surface of silicon having surface hydride functions, on which is covalently grafted at least one molecule of interest via at least one compound spacer of formula (I) below:
(X)n-E-(Y)111 (I)
dans laquelle X, Y, E, n et m ont la même signification que précédemment indiqué et dans lequel le ou les groupements fonctionnels Y sont engagés dans une liaison covalente -C-Het avec au moins un groupe fonctionnel Z complémentaire porté par ladite molécule d'intérêt. L'ensemble des molécules d'intérêt ainsi greffées à la surface du support par l'intermédiaire des composés espaceurs de formule (I) forme un film particulièrement stable et robuste, notamment parce que l'ancrage des composés espaceurs de formule (I) sur la surface du support est assuré par une liaison Si-C.(X) n -E- (Y) 111 (I) in which X, Y, E, n and m have the same meaning as previously indicated and in which the functional group (s) Y are engaged in a covalent -C-Het bond with at least one complementary functional group Z carried by said molecule of 'interest. The set of molecules of interest thus grafted onto the surface of the support by means of the spacer compounds of formula (I) forms a particularly stable and robust film, in particular because the anchoring of the spacer compounds of formula (I) on the surface of the support is provided by a Si-C bond.
Ces films se présentent sous la forme d'une couche monomoléculaire. En effet, certaines techniques de greffage actuelles, engageant des réactions radicalaires, conduisent à la formation de dépôt de multi-couches de molécules sur la surface. Le contrôle de ces réactions, dans le but de restreindre ce dépôt à une monocouche, n'est pas encore bien connu. Dans le cadre de l'Invention, même si le greffage des composés espaceurs de formule (I) se fait par une réaction radicalaire, celle-ci ne peut pas aboutir à la formation de polymère. Ainsi, la réaction ne se fait que sur les sites superficiels disponibles conduisant donc à la formation d'une couche monomoléculaire.These films are in the form of a monomolecular layer. Indeed, certain current grafting techniques, involving radical reactions, lead to the formation of multi-layer deposition of molecules on the surface. The control of these reactions, in order to limit this deposition to a monolayer, is not yet well known. In the context of the invention, even if the grafting of the spacer compounds of formula (I) is by a radical reaction, it can not lead to the formation of polymer. Thus, the reaction is done only on the available surface sites thus leading to the formation of a monomolecular layer.
Par ailleurs, dans le domaine des surfaces de silicium, la liaison Si-O est habituellement largement utilisée. Les énergies des liaisons Si-O et Si-C sont équivalentes et présentent donc une stabilité thermodynamique identique mais il existe une différence au niveau de la cinétique. La liaison Si-O est fortement polarisée et ainsi beaucoup plus sensible à l'hydrolyse acide ou basique que la liaison Si-C. Les surfaces mettant en jeu ces liaisons Si-O risquent donc de se dégrader plus rapidement. Par ailleurs, les surfaces obtenues par l'intermédiaire de liaisons Si-O sont souvent moins organisées car elles résultent de la réaction d'un siloxane multifonctionnel (RSi(OR')3 par exemple) susceptible de réagir avec la surface mais aussi avec une autre molécule en solution. Les couches obtenues par cette méthode sont difficilement monomoléculaires et le taux de recouvrement peut varier d'un échantillon à l'autre. Par contre, selon l'Invention, le support comporte une surface de silicium sur laquelle les composés espaceurs de formule (I) sont ancrés de façon covalente par l'intermédiaire d'une liaison -Si-C et forment un film monomoléculaire.
Cette forme de réalisation assure une très bonne stabilité. Ainsi, les surfaces obtenues pourront être conservées plus longtemps, sans risque de décomposition de la couche de molécules, et ne seront pas affectées par les conditions extérieures au dispositif. On peut facilement comprendre que cet avantage est très important si on veut transférer ce genre de surfaces dans les composés électroniques du futur.Moreover, in the field of silicon surfaces, the Si-O bond is usually widely used. The Si-O and Si-C bond energies are equivalent and therefore have identical thermodynamic stability but there is a difference in kinetics. The Si-O bond is highly polarized and thus much more sensitive to acidic or basic hydrolysis than the Si-C bond. Surfaces involving these Si-O bonds may therefore degrade more rapidly. Moreover, the surfaces obtained via Si-O bonds are often less organized because they result from the reaction of a multifunctional siloxane (RSi (OR ') 3 for example) that is capable of reacting with the surface but also with a other molecule in solution. The layers obtained by this method are difficult to monomolecular and the recovery rate can vary from one sample to another. In contrast, according to the invention, the support comprises a silicon surface on which the spacer compounds of formula (I) are covalently anchored via a -Si-C bond and form a monomolecular film. This embodiment provides a very good stability. Thus, the surfaces obtained can be stored longer, without risk of decomposition of the layer of molecules, and will not be affected by the conditions outside the device. We can easily understand that this advantage is very important if we want to transfer this kind of surfaces into the electronic compounds of the future.
En fonction de la nature des molécules d'intérêt couplées aux composés espaceurs de formule (I) (les acides nucléiques, les nucléotides, les oligonucléotides, les protéines, les peptides, les sucres et les polysaccharides, les porphyrines, les diaryléthylènes, les spiropyrannes, les spiroxazines, les fulgides et les azobenzènes), le support conforme à l'invention constitue respectivement une puce à acides nucléiques, une puce à nucléotides, une puce à oligonucléotides, une puce à protéines, une puce à peptides, une puce à sucres, une puce à polysaccharides, une puce à porphyrines, une puce à diaryléthylènes, une puce à spiropyrannes, une puce à spiroxazines, une puce à fulgides ou une puce à azobenzènes. Les supports conformes à l'Invention peuvent avantageusement être utilisés dans les domaines des nano et nano biotechnologies comme l'électronique, en particulier de l'électronique moléculaire, les biotechnologies et l'environnement.Depending on the nature of the molecules of interest coupled to the spacer compounds of formula (I) (nucleic acids, nucleotides, oligonucleotides, proteins, peptides, sugars and polysaccharides, porphyrins, diarylethylenes, spiropyrans , the spiroxazines, fulgides and azobenzenes), the support according to the invention respectively constitutes a nucleic acid chip, a nucleotide chip, an oligonucleotide chip, a protein chip, a peptide chip, a sugar chip , a polysaccharide chip, a porphyrin chip, a diarylethylene chip, a spiropyran chip, a spiroxazine chip, a fuzzy chip or an azobenzene chip. The supports according to the invention can advantageously be used in the fields of nano and nano biotechnologies such as electronics, in particular molecular electronics, biotechnologies and the environment.
L'utilisation des supports conformes à l'Invention dans le domaine de l'électronique moléculaire est très intéressante puisque le procédé de l'Invention permet de greffer des molécules bistables (multistables à deux minima) directement sur silicium. Dans la majorité des exemples cités, les molécules sont ancrées sur une couche de silice isolante. Cette couche d'oxyde aura toujours un rôle important dans le comportement du dispositif. Il est alors difficile de décrypter la relation directe entre le changement d'état de la molécule et les changements des propriétés semi- conductrices du silicium. D'ailleurs, si cette couche est trop épaisse les propriétés du matériau ne seront pas du tout affectées par le changement d'état des molécules et l'intérêt de les greffer sur cette surface sera perdu. Les molécules greffées multistables sont souvent des molécules électroactives qui existent sous plusieurs états redox ou des composés présentant une photoisomérisation cis-trans, tels que les dérivés des diaryléthylènes, des spiropyrannes, des spiroxazines, des fulgides ou de l'azobenzène. Ainsi modifiée, la surface devrait reproduire cette multistabilité qui sera le plus souvent avantageusement convertie en signal électrique. La fabrication de ce type de
surfaces est intéressante pour les industriels de la microélectronique dans leur quête de la miniaturisation des dispositifs existants. De plus, dans ce domaine, les molécules sont directement greffées sur silicium ce qui permettra d'étudier l'effet du basculement d'état des molécules multistables sur les propriétés semi-conductrices du Si. La fabrication de dispositifs d'électronique hybrides, comme des mémoires hybrides ou des transistors moléculaires, sera facilitée par ces surfaces.The use of the supports according to the invention in the field of molecular electronics is very interesting since the method of the invention makes it possible to graft bistable molecules (multistable at two minima) directly onto silicon. In the majority of examples cited, the molecules are anchored on an insulating silica layer. This oxide layer will always have an important role in the behavior of the device. It is therefore difficult to decipher the direct relationship between the change of state of the molecule and the changes in the semiconducting properties of silicon. Moreover, if this layer is too thick the properties of the material will not be affected at all by the change of state of the molecules and the interest of grafting them on this surface will be lost. The multistable grafted molecules are often electroactive molecules that exist in several redox states or compounds having cis-trans photoisomerization, such as diarylethylenes derivatives, spiropyrans, spiroxazines, fulgides or azobenzene. Thus modified, the surface should reproduce this multistability which will most often advantageously be converted into an electrical signal. The manufacture of this type of surfaces is interesting for the microelectronics industry in their quest for the miniaturization of existing devices. In addition, in this area, the molecules are directly grafted onto silicon, which will make it possible to study the effect of state switching of the multistable molecules on the semiconductor properties of Si. The manufacture of hybrid electronic devices, such as hybrid memories or molecular transistors will be facilitated by these surfaces.
Dans le domaine de la bio-industrie et notamment dans la confection des puces à acides nucléiques (ADN, ARN), la facilité de greffage du procédé objet de l'Invention sera mise à profit. En effet, la reconnaissance intermoléculaire entre une molécule greffée et une molécule en solution peut être caractérisable par fluorescence lorsque l'une des deux molécules a cette propriété, ou par un changement des propriétés semiconductrices du substrat lorsque les propriétés de la molécule greffée sont modifiées suite aux interactions spécifiques supramoléculaires (liaisons hydrogène, électrostatiques, π-π...) entre cette molécule et celle qui est en solution. Ainsi l'Invention permet la production de biopuces avec des molécules d'intérêt, qui pourront être utilisées par exemple pour détecter des anti-corps ou encore pour déterminer où se situent les lésions sur un brin d'ADN lésé...In the field of bio-industry and in particular in the manufacture of nucleic acid chips (DNA, RNA), the ease of grafting of the process object of the invention will be exploited. In fact, the intermolecular recognition between a grafted molecule and a molecule in solution can be characterized by fluorescence when one of the two molecules has this property, or by a change in the semiconductive properties of the substrate when the properties of the grafted molecule are modified. to the specific supramolecular interactions (hydrogen bonds, electrostatic bonds, π-π ...) between this molecule and that which is in solution. Thus the invention allows the production of biochips with molecules of interest, which may be used, for example, to detect antibodies or to determine where lesions are located on an injured DNA strand ...
Les supports conformes à la présente Invention peuvent également être utilisés à titre capteurs dans le domaine de l'environnement, notamment pour la recherche et/ou l'élimination de polluants. En effet, des surfaces réceptrices peuvent être préparées selon le procédé conforme à l'Invention de telle façon que dans un certain milieu une reconnaissance spécifique ait lieu entre une molécule d'intérêt greffée et un des différents polluants en solution. On pourra ainsi détecter et/ou éliminer sélectivement certains polluants. Outre les dispositions qui précèdent, l'Invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront de la description qui va suivre, qui se réfère à des exemples de synthèse d'un composé espaceur de formule (I) et de molécules d'intérêt, à un exemple décrivant des réactions tests de cycloaddition en solution entre des composés espaceurs de formule (I) et des molécules d'intérêt et à un exemple de préparation d'un support fonctionnalisé par un composé espaceur de formule (I) couplé à une molécule d'intérêt, ainsi qu'aux figures 1 et 2 annexées dans lesquelles :
- la figure 1 représente les spectres Infra-Rouge de surface en multiréflexion (MIR) d'une surface de silicium native (trait fin) et de la même surface après régénération par de l'acide fluorhydrique (HF) (trait épais). A la suite de ce traitement la surface possède des groupements -Si-H réactifs ; - la figure 2 représente les spectres MIR d'une surface de silicium hydrogénée (trait fin) et de la même surface après fonctionnalisation par de l'azoture de undécényle.The supports according to the present invention can also be used as sensors in the field of the environment, particularly for the search and / or removal of pollutants. Indeed, receiving surfaces may be prepared according to the method according to the invention so that in a certain medium a specific recognition takes place between a grafted molecule of interest and one of the different pollutants in solution. It will thus be possible to detect and / or selectively eliminate certain pollutants. In addition to the foregoing, the invention also comprises other arrangements which will emerge from the description which follows, which refers to examples of synthesis of a spacer compound of formula (I) and of molecules of interest, an example describing test cycloaddition reactions in solution between spacer compounds of formula (I) and molecules of interest and to an example of preparation of a support functionalized with a spacer compound of formula (I) coupled to a molecule of interest, and to the appended Figures 1 and 2, in which: FIG. 1 represents the multi-reflection surface infrared spectra (MIR) of a native silicon surface (fine line) and the same surface after regeneration with hydrofluoric acid (HF) (thick line). As a result of this treatment the surface has reactive -Si-H groups; FIG. 2 represents the MIR spectra of a hydrogenated silicon surface (thin line) and of the same surface after functionalization with undecenyl azide.
Il doit être bien entendu toutefois que ces exemples sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'Invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation.It should be understood, however, that these examples are given solely by way of illustration of the subject of the invention, of which they in no way constitute a limitation.
EXEMPLESEXAMPLES
Les exemples qui suivent sont réalisés sur des surfaces de silicium. Il a été choisi d'immobiliser notamment une molécule électroactive aromatique dérivée d'hétérocycles. Il s'agit d'une métalloporphyrine ayant quatre triples liaisons C≡C terminales. Celle-ci est greffée par l'intermédiaire d'un espaceur ayant une chaîne aliphatique de onze atomes de carbone. La réaction de "click chemistry" mise en œuvre lors du procédé est une cycloaddition entre un groupe alcyne sur la métalloporphyrine et le groupe azoture de l' espaceur.The following examples are made on silicon surfaces. It has been chosen to immobilize in particular an aromatic electroactive molecule derived from heterocycles. It is a metalloporphyrin having four terminal C liaisonsC triple bonds. This is grafted via a spacer having an aliphatic chain of eleven carbon atoms. The "click chemistry" reaction carried out during the process is a cycloaddition between an alkyne group on the metalloporphyrin and the azide group of the spacer.
EXEMPLE 1 : SYNTHESE D'UN COMPOSE ESPACEUR DE FORMULE (I) : l'azoture de undécényleEXAMPLE 1 SYNTHESIS OF A SPACER COMPOUND OF FORMULA (I): undecenyl azide
Dans cet exemple on a préparé un composé espaceur de formule (I) : l'azoture de undécényle de formule (Ij) suivante :In this example, a spacer compound of formula (I) has been prepared: the undecenyl azide of formula (Ij) below:
Pour ce faire, de l'azoture de sodium (2,781 g, 43 mmoles) a été dissous dans 170 ml de diméthylformamide (DMF). 5 ml de bromure d'undécényleTo do this, sodium azide (2.781 g, 43 mmol) was dissolved in 170 ml of dimethylformamide (DMF). 5 ml of undecenyl bromide
(36 mmoles) ont été ajoutés, sous agitation, au milieu réactionnel, qui a ensuite été chauffé à 8O0C pendant 24 heures. Le mélange a été mis à refroidir jusque la température ambiante, puis, 100 ml d'eau ont été ajoutés par portions. On a ensuite procédé à une extraction avec de l'éthanol (3 x 100 ml) puis la phase organique a été lavée avec de l'eau (3 x 100 ml) et séchée sur sulfate de sodium (Na2SO4). Enfin, le
solvant a été évaporé et 2,58 g d'azoture de undécényle (20,3 mmoles ; rendement 60 %) ont été isolés sous la forme d'une huile transparente de couleur jaune pâle. EXEMPLE 2 : SYNTHESE DE MOLECULES D'INTERET(36 mmol) were added, with stirring, to the reaction medium, which was then heated at 80 ° C. for 24 hours. The mixture was allowed to cool to room temperature and then 100 ml of water was added in portions. Then extraction was carried out with ethanol (3 x 100 ml) then the organic phase was washed with water (3 x 100 ml) and dried over sodium sulphate (Na 2 SO 4 ). Finally, The solvent was evaporated and 2.58 g of undecenyl azide (20.3 mmol, 60% yield) was isolated as a pale yellow transparent oil. EXAMPLE 2: SYNTHESIS OF MOLECULES OF INTEREST
Dans cet exemple on a synthétisé plusieurs molécules d'intérêt. Elles dérivent d'un noyau central de type porphyrine. Ces molécules ont été choisies car elles présentent un intérêt dans plusieurs domaines d'application de l'Invention. Le cœur porphyrinique, permettant la complexation de métaux, est d'un intérêt majeur dans des applications à la biologie ou au domaine de l'environnement. De plus, les métalloporphyrines présentant plusieurs états redox, celles-ci ont un grand potentiel en électronique et photo-électronique.In this example, several molecules of interest have been synthesized. They derive from a central core of porphyrin type. These molecules have been chosen because they are of interest in several fields of application of the invention. The porphyrinic core, allowing the complexation of metals, is of major interest in applications to biology or the field of the environment. In addition, the metalloporphyrins having several redox states, these have a great potential in electronics and photoelectronics.
1) Synthèse de Ia tétrakis (4-triméthyIsiIyIéthynylephényl) porphyrine (TEPP Protégée) (1) :1) Synthesis of Tetrakis (4-trimethylsilylethynylphenyl) porphyrin (Protected TEPP) (1):
Cette molécule peut être représentée par la formule (1) suivante :This molecule can be represented by the following formula (1):
5,02 g de 4-triméthylsilyléthynyl benzaldéhyde (25 mmoles) ont été dissous dans 210 ml d'acide propionique puis chauffés à 8O0C. On a ensuite ajouté 1,72 ml de pyrrole (25 mmoles) par portions sur une période d'une heure. La température a ensuite été élevée et le mélange a été maintenu pendant 4 heures à reflux. Après retour à température ambiante, 75 ml de méthanol ont été ajoutés au milieu réactionnel, qui a alors été laissé au repos pendant 14 heures afin que la porphyrine cristallise. Le milieu a été filtré sur verre fritte et le produit a été. rincé au méthanol. On a obtenu 2,87 g (3 mmoles ; rendement 12 %) de la porphyrine (1) attendue sous la forme d'une poudre violette.
2) Synthèse de Ia tétrakis (4-éthynyIephényl) porphyrine (TEPP) (2) 5.02 g of 4-trimethylsilylethynylbenzaldehyde (25 mmol) were dissolved in 210 ml of propionic acid and then heated at 80 ° C. Then 1.72 ml of pyrrole (25 mmol) were added portionwise over a period of 'one o'clock. The temperature was then raised and the mixture was kept under reflux for 4 hours. After returning to ambient temperature, 75 ml of methanol was added to the reaction medium, which was then allowed to stand for 14 hours so that the porphyrin crystallized. The medium was filtered through sintered glass and the product was. rinsed with methanol. 2.87 g (3 mmol, 12% yield) of the expected porphyrin (1) were obtained in the form of a violet powder. 2) Synthesis of tetrakis (4-ethynylphenyl) porphyrin (TEPP) (2)
Une solution de 700 mg (0,7 mmole) de TEPP Protégée (1) obtenue ci-dessus dans 500 ml d'un mélange chloroforme/tétrahydrofurane (THF) (1/1 v/v) a été refroidie dans un bain d'azote liquide et d'acétone à une température comprise entre - 30 et - 50°C puis une solution à 1 mol/1 de fluorure de tétrabutylammonium (TBAF) dans le THF (259 mg, 0,99 mmol dans 1 ml) a été ajoutée au mélange réactionnel qui a ensuite été agité pendant 20 heures. La remontée en température n'a pas été contrôlée. Le solvant a ensuite été évaporé et la porphyrine déprotégée (2) a été obtenue sous la forme d'une poudre violette (747 mg, 1,05 mmoles). 3) Synthèse de Ia tétrakis (4-éthynyIephényI)-porphyrine de fer (FeCI-TEPP) (3) :A solution of 700 mg (0.7 mmol) of Protected TEPP (1) obtained above in 500 ml of a mixture of chloroform / tetrahydrofuran (THF) (1/1 v / v) was cooled in a bath of liquid nitrogen and acetone at a temperature between -30 and -50 ° C and then a 1 mol / l solution of tetrabutylammonium fluoride (TBAF) in THF (259 mg, 0.99 mmol in 1 ml) was added to the reaction mixture which was then stirred for 20 hours. The rise in temperature has not been controlled. The solvent was then evaporated and the deprotected porphyrin (2) was obtained as a violet powder (747 mg, 1.05 mmol). 3) Synthesis of iron tetrakis (4-ethynyl-phenyl) -porphyrin (FeCl-TEPP) (3):
Une solution de FeCl3, 4 H2O (4,56 g ; 28,13 mmoles) dans le DMF (100 ml) a été ajoutée par portions à une solution de 1 g (1,4 mmoles) de porphyrine TEPP (2), telle qu'obtenue ci-dessus à l'étape précédente, dans 400 ml de DMF et
l'ensemble a été mis à reflux pendant 24 heures. 10 ml de 2,6-lutidine ont alors été ajoutés, et le reflux a été repris pour 48 heures. Le chauffage a été arrêté et le solvant évaporé sous pression réduite. Le résidu a été repris dans 50 ml d'eau et agité pour éliminer un maximum de sels et de TBAF, puis filtré sur papier. Le résidu a été dissous dans 100 ml de chloroforme et la phase organique lavée avec une solution aqueuse saturée en chlorure de sodium (3 x 100 ml) pour s'assurer que le ligand axial du fer est un atome de chlore. La phase organique a ensuite été séchée sur sulfate de sodium et le solvant a été évaporé. La tétrakis (4-éthynylephényl)-porphyrine de fer (FeCl-TEPP) (3) (813 mg ; 1,02 mmoles ; rendement : 73 %) a été obtenue sous la forme d'une poudre de couleur violet/noir, et marron en solution dans le chloroforme. 4) Synthèse de Ia tétrakis (4-éthynyIephénγl) porphyrine de cobalt (Co-TEPP) (4) :A solution of FeCl 3 , 4H 2 O (4.56 g, 28.13 mmol) in DMF (100 mL) was added in portions to a solution of 1 g (1.4 mmol) of TEPP porphyrin (2). ), as obtained above in the previous step, in 400 ml of DMF and the whole was refluxed for 24 hours. 10 ml of 2,6-lutidine were then added, and the reflux was resumed for 48 hours. Heating was stopped and the solvent evaporated under reduced pressure. The residue was taken up in 50 ml of water and stirred to remove a maximum of salts and TBAF, then filtered on paper. The residue was dissolved in 100 ml of chloroform and the organic phase washed with saturated aqueous sodium chloride solution (3 x 100 ml) to ensure that the axial ligand of the iron is a chlorine atom. The organic phase was then dried over sodium sulfate and the solvent was evaporated. Iron tetrakis (4-ethynylphenyl) porphyrin (FeCl-TEPP) (3) (813 mg, 1.02 mmol, yield: 73%) was obtained as a purple / black powder, and brown in solution in chloroform. 4) Synthesis of cobalt tetrakis (4-ethynylhephenyl) porphyrin (Co-TEPP) (4):
Une solution de 8,71 g (35 mmoles) d'acétate de cobalt tétrahydrate (Co(CH3COO)2, 4 H2O) dans 100 ml de DMF a été ajoutée par portions à une solution de 1,7 g (2,39 mmoles) de porphyrine TEPP (2) telle qu'obtenue ci-dessus à l'étape 2) dans 500 ml de DMF. Le mélange obtenu a été mis à reflux pendant 20 heures. Le chauffage a été arrêté et 150 ml d'eau ont été ajoutés au milieu réactionnel. Le mélange a ensuite été extrait avec de l'éthanol (4 x 200 ml) puis la phase organique a été évaporée. Le résidu a été dissous dans 300 ml d'éthanol, et la phase organique a été lavée avec 3 x 200 ml d'eau et séchée sur sulfate de sodium. Le solvant a été évaporé et la tétrakis (4-éthynylephényl) porphyrine de cobalt (Co-TEPP) (4) (1,19 g ;
1,55 mmoles ; rendement : 65 %) a été obtenue sous la forme d'une poudre de couleur violet/noir, et rouge en solution dans le chloroforme.A solution of 8.71 g (35 mmol) of cobalt acetate tetrahydrate (Co (CH 3 COO) 2 , 4 H 2 O) in 100 ml of DMF was added in portions to a solution of 1.7 g ( 2.39 mmol) of porphyrin TEPP (2) as obtained above in step 2) in 500 ml of DMF. The resulting mixture was refluxed for 20 hours. The heating was stopped and 150 ml of water was added to the reaction medium. The mixture was then extracted with ethanol (4 x 200 ml) and the organic phase was evaporated. The residue was dissolved in 300 ml of ethanol, and the organic phase was washed with 3 x 200 ml of water and dried over sodium sulfate. The solvent was evaporated and cobalt tetrakis (4-ethynylphenyl) porphyrin (Co-TEPP) (4) (1.19 g; 1.55 mmol; yield: 65%) was obtained in the form of a powder of purple / black color, and red in solution in chloroform.
5) Synthèse de la tétrakis (4-éthynylephényI) porphyrine de manganèse (MnCI- TEPP) (5) :5) Synthesis of manganese tetrakis (4-ethynylphenyl) porphyrin (MnCl-TEPP) (5):
Une solution de 5,5 g (27,8 mmoles) de chlorure de manganèse tétrahydrate (MnCl2, 4 H2O) dans 160 ml de DMF a été ajoutée par portions à une solution de 1 g (1,4 mmoles) de porphyrine TEPP (2) telle qu'obtenue à l'étape 2) ci-dessus et dissoute dans 200 ml de DMF. Le mélange a été mis au reflux pendant 72 heures. Après retour à température ambiante, le solvant a été évaporé sous pression réduite. Le résidu a été repris dans 50 ml de chloroforme et les sels de manganèse ont été éliminés par filtration sur célite. Le filtrat liquide a été évaporé et le résidu a ensuite été dissous dans 100 ml d'éthanol et lavé avec 3 x 100 ml d'eau pour éliminer le TBAF. Après évaporation, le résidu a été dissous dans du chloroforme et cette phase organique a été à son tour lavée avec une solution aqueuse saturée en chlorure de sodium (3 x 100 ml) pour s'assurer que le ligand axial du manganèse est un chlore, et enfin lavé avec 2 x 100 ml d'eau pour éliminer les traces de chlorure de sodium. La phase organique a ensuite été séchée sur sulfate de sodium et le solvant évaporé. Lors de la première extraction avec l'éthanol et l'eau comme solvants, une partie de la porphyrine a précipité. Ce précipité a été filtré et gardé. Il a ensuite été redissous dans le chloroforme pour pouvoir être ajouté à la phase organique lors du lavage avec le chlorure de sodium. 700 mg (0,88 mmoles ; rendement 63 %) de tétrakis (4-éthynylephényl) porphyrine de manganèse (MnCl-TEPP) (5) ont été obtenus sous
la forme d'une poudre de couleur violet/ noir qui est verte en solution dans le chloroforme.A solution of 5.5 g (27.8 mmol) of manganese chloride tetrahydrate (MnCl 2 , 4 H 2 O) in 160 ml of DMF was added in portions to a solution of 1 g (1.4 mmol) of porphyrin TEPP (2) as obtained in step 2) above and dissolved in 200 ml of DMF. The mixture was refluxed for 72 hours. After cooling to room temperature, the solvent was evaporated under reduced pressure. The residue was taken up in 50 ml of chloroform and the manganese salts were removed by filtration on celite. The liquid filtrate was evaporated and the residue was then dissolved in 100 ml of ethanol and washed with 3 x 100 ml of water to remove TBAF. After evaporation, the residue was dissolved in chloroform and this organic phase was in turn washed with a saturated aqueous solution of sodium chloride (3 x 100 ml) to ensure that the axial ligand of the manganese is a chlorine, and finally washed with 2 x 100 ml of water to remove traces of sodium chloride. The organic phase was then dried over sodium sulfate and the solvent evaporated. During the first extraction with ethanol and water as solvents, part of the porphyrin precipitated. This precipitate was filtered and kept. It was then redissolved in chloroform to be added to the organic phase when washing with sodium chloride. 700 mg (0.88 mmol, 63% yield) of manganese tetrakis (4-ethynylphenyl) porphyrin (MnCl-TEPP) (5) were obtained under the form of a purple / black powder that is green in solution in chloroform.
EXEMPLE 3 : REACTIONS TESTS DE CYCLOADDITION EN SOLUTIONEXAMPLE 3: TEST REACTIONS OF CYCLOADDITION SOLUTION
Ces réactions ont été effectuées en l'absence de tout support pour étudier la matérialité de la formation d'une liaison de type — C-Het entre un composé espaceur de formule (I) et une molécule d'intérêt comportant un groupe fonctionnel Z. 1) Synthèse de la tétrakis(méso[4-(l-hexyl-[l,2,31triazole- 4/5-vDphénvn) porphyrine de manganèse (6)These reactions were carried out in the absence of any support to study the materiality of the formation of a -C-Het type bond between a spacer compound of formula (I) and a molecule of interest comprising a functional group Z. 1) Synthesis of Manganese Tetrakis (Meso [4- (1-hexyl- [1,2,31triazol-4-yl] -phenphen) Porphyrin (6)
A une solution d'azoture d'hexyle (0,157 g ; 1,23 mmole) dans 35 ml d'eau, ont été ajoutées successivement sous agitation une solution d'iodure de cuivre (6,7 mg ; 0,035 mmole) dans 60 ml d'acétonitrile, puis 0,09 ml de triéthylamine et enfin une solution de MnCl-TEPP (5) telle qu'obtenue ci-dessus à l'exemple 2 étape 5) (88,7 mg ; 0,11 mmole) dans 120 ml d'acétone. Le mélange a été chauffé à 80°C pendant environ 3 jours puis le solvant a été évaporé. Le produit a été obtenu sous la forme d'une poudre noire.
2) Synthèse de Ia tétrakis(mésof4-(l-hexyl-ri,2,31triazole- 4/5-vDphénvII) porphyrine de fer (7) To a solution of hexyl azide (0.157 g, 1.23 mmol) in 35 ml of water was added successively with stirring a solution of copper iodide (6.7 mg, 0.035 mmol) in 60 ml. acetonitrile, then 0.09 ml of triethylamine and finally a solution of MnCl-TEPP (5) as obtained in Example 2 (5) (88.7 mg, 0.11 mmol) in 120 ml of acetone. The mixture was heated at 80 ° C for about 3 days and then the solvent was evaporated. The product was obtained as a black powder. 2) Synthesis of iron tetrakis (mesof4- (1-hexyl-ri, 2,3-triazol-4-yl) -dispendyl) porphyrin (7)
A une solution d'azoture d'hexyle (91,1 mg ; 0,72 mmole) dans 18 ml d'eau, ont été ajoutées successivement sous agitation une solution d'iodure de cuivre (6,7 mg ; 0,035 mmole) dans 25 ml d'acétonitrile, puis 0,09 ml de triéthylamine et enfin une solution de FeCl-TEPP (3) telle qu'obtenu ci-dessus à l'exemple 2 étape 3) (54,2 mg ; 0,07 mmole) dans 60 ml d'acétone. Le mélange a été chauffé à 80°C pendant environ 6 jours puis le solvant a été évaporé. Le produit a été obtenu sous la forme d'une poudre noire.To a solution of hexyl azide (91.1 mg, 0.72 mmol) in 18 ml of water was added successively with stirring a solution of copper iodide (6.7 mg, 0.035 mmol) in 25 ml of acetonitrile, then 0.09 ml of triethylamine and finally a solution of FeCl-TEPP (3) as obtained above in example 2, step 3) (54.2 mg, 0.07 mmol) in 60 ml of acetone. The mixture was heated at 80 ° C for about 6 days and then the solvent was evaporated. The product was obtained as a black powder.
3) Synthèse de Ia tétrakis(méso[4-(l-dodécanyl-[l,2,31triazole- 4/5-vDphényrD porphyrine de manganèse (8)3) Synthesis of Tetrakis (Manganese Meso [4- (1-dodecanyl- [1,2,31triazol-4-yl] D-phenyl) Porphyrin (8)
(8)
A une solution d'azoture de dodécanyle (0,13 g ; 0,63 mmole) dans 35 ml d'eau ont été ajoutées successivement sous agitation une solution d'iodure de cuivre (6 mg ; 0,03 mmole) dans 50 ml d'acétonitrile, puis 0,09 ml de triéthylamine et enfin une solution de MnCl-TEPP (5) telle qu'obtenue ci-dessus à l'exemple 2 étape 5) (48,9 mg ; 0,063 mmole) dans 60 ml d'acétone. Le mélange a été chauffé à 800C pendant environ 4 jours puis le solvant a été évaporé. Le produit a été obtenu sous la forme d'une poudre noire. (8) To a solution of dodecanyl azide (0.13 g, 0.63 mmol) in 35 ml of water was added successively with stirring a solution of copper iodide (6 mg, 0.03 mmol) in 50 ml. acetonitrile, then 0.09 ml of triethylamine and finally a solution of MnCl-TEPP (5) as obtained above in example 2, step 5) (48.9 mg, 0.063 mmol) in 60 ml of 'acetone. The mixture was heated at 80 ° C. for about 4 days and then the solvent was evaporated. The product was obtained as a black powder.
Pour ces 3 réactions, les spectres de masse (non représentés) vérifient que les réactions ont été totales, et qu'il n'y pas eu de production de sous- produits. Afin d'améliorer les temps de réaction, on peut ajouter une base encombrée comme la N,N-diisopropyléthylènediamine (DIPEA) ou encore utiliser une plus grande quantité de catalyseur.For these 3 reactions, the mass spectra (not shown) verify that the reactions were total, and that there was no production of by-products. In order to improve the reaction times, a hindered base such as N, N-diisopropylethylenediamine (DIPEA) can be added or a larger amount of catalyst can be used.
Nous remarquerons également que dans le cas d'une porphyrine n'ayant qu'une seule fonction réactive, le temps de réaction est considérablement diminué. Par ailleurs, il suffit qu'une seule de ces fonctions réagisse avec le composé espaceur de formule (I) ancré sur le silicium pour que la molécule soit elle-même greffée sur la surface. Ainsi, il n'est pas nécessaire de faire réagir la surface modifiée et la porphyrine pendant aussi longtemps qu'en solution. EXEMPLE 4 : PREPARATION D'UN SUPPORT FONCTIONNALISE PAR UN COMPOSE ESPACEUR DE FORMULE (I) SUR LEQUEL EST COUPLEE UNE MOLECULE D'INTERETWe will also notice that in the case of a porphyrin having only one reactive function, the reaction time is considerably reduced. Moreover, it suffices that only one of these functions reacts with the spacer compound of formula (I) anchored on the silicon so that the molecule is itself grafted onto the surface. Thus, it is not necessary to react the modified surface and porphyrin for as long as in solution. EXAMPLE 4 PREPARATION OF A SUPPORT FUNCTIONALIZED BY A SPACER COMPOUND OF FORMULA (I) ON WHICH A MOLECULE OF INTEREST IS COUPLED
1) Préparation de Ia surface de silicium1) Preparation of the silicon surface
Les surfaces de silicium qui ont été utilisées dans cet exemple sont des morceaux de wafers de silicium Si(IOO) de dimensions 2 x 10 cm2 dopés p et de résistivité 14 à 22 Ω.cm. Leur préparation et les étapes suivantes ont été réalisées en salle blanche pour éviter toute contamination. La surface de silicium non oxydée a été régénérée par trempage du substrat dans de l'acide fluorhydrique dilué (5 %) pendant un temps court (quelques dizaines de secondes). Après un rinçage à l'eau désionisée, le substrat a été séché sous flux d'azote puis conservé sous atmosphère inerte. La surface obtenue possède des liaisons Si-H superficielles.
2) Ancrage d'un composé espaceur de formule (I)The silicon surfaces that were used in this example are pieces of silicon wafers Si (100) of dimensions 2 × 10 cm 2 p-doped and resistivity 14 to 22 Ω.cm. Their preparation and the following steps were carried out in a clean room to avoid any contamination. The unoxidized silicon surface was regenerated by soaking the substrate in dilute hydrofluoric acid (5%) for a short time (a few tens of seconds). After rinsing with deionized water, the substrate was dried under a stream of nitrogen and then kept under an inert atmosphere. The surface obtained has superficial Si-H bonds. 2) Anchoring a spacer compound of formula (I)
Cette étape est la première étape de greffage d'une molécule d'intérêt sur le silicium, elle correspond à l'ancrage du composé espaceur de formule (I) sur la surface du support. Il s'agit ici d'une réaction d'hydrosilylation de type radicalaire entre l'azoture de undécényle (1) tel que préparé ci-dessus à l'exemple 1 et la surface de silicium régénérée comme indiqué ci-dessus en 1). Le substrat préparé comme ci-dessus en 1) a été plongé dans une solution à 6 % d'azoture de undécényle dans le mésitylène. La réaction a eu lieu sous argon à 150°C pendant 12 heures.This step is the first step of grafting a molecule of interest on the silicon, it corresponds to the anchoring of the spacer compound of formula (I) on the surface of the support. This is a radical-type hydrosilylation reaction between the undecenyl azide (1) as prepared above in Example 1 and the regenerated silicon surface as indicated above in 1). The substrate prepared as above in 1) was immersed in a solution of 6% undecenyl azide in mesitylene. The reaction was conducted under argon at 150 ° C for 12 hours.
Cette réaction peut-être amorcée catalytiquement, thermiquement, photochimiquement ou électrochimiquement. Dans cet exemple, la réaction a été amorcée thermiquement.This reaction can be initiated catalytically, thermally, photochemically or electrochemically. In this example, the reaction was thermally initiated.
Les réactions conduisant au greffage des composés espaceurs de formule (I) peuvent être représentées selon le schéma A ci-dessous :The reactions leading to the grafting of the spacer compounds of formula (I) can be represented according to scheme A below:
SCHEMA ASCHEME A
Sur ce schéma R correspond à la partie E-(Y)m du composé espaceur de formule (I).
Après, l'étape d'initiation, une liaison Si-H perd un électron (étape a)) et on obtient ainsi un radical Si', qui réagit ensuite (étape b)) avec la double ou triple liaison terminale de la molécule d'intérêt à greffer. La liaison Si-C est ainsi formée et le radical C sur le carbone en β du Si va alors réagir, lors de l'étape c), avec la liaison Si-H du site d'ancrage voisin et produire un -CH2 et un radical Si'. La propagation du radical pourra initier ces réactions de formation de liaisons Si-C sur les autres sites.In this scheme, R corresponds to the E- (Y) m portion of the spacer compound of formula (I). After the initiation step, an Si-H bond loses an electron (step a)) and thus an Si ' radical is obtained, which then reacts (step b) with the terminal double or triple terminal of the electron molecule. interest in grafting. The Si-C bond is thus formed and the radical C on the β-carbon of the Si will then react, during step c), with the Si-H bond of the neighboring anchoring site and produce a -CH 2 and a radical Si ' . The propagation of the radical may initiate these Si-C bond formation reactions at the other sites.
Le substrat a ensuite été rincé successivement par 200 ml de divers solvants (toluène, acétone, éthanol, eau). Après réaction du composé espaceur de formule (I) à la surface on obtient une surface qui ne possède plus de liaison Si-H de surface, mais des fonctions azotures très réactives.The substrate was then rinsed successively with 200 ml of various solvents (toluene, acetone, ethanol, water). After reaction of the spacer compound of formula (I) on the surface, a surface is obtained that no longer has a surface Si-H bond, but very reactive azide functions.
Caractérisation :Characterization :
L'angle de contact de la surface ainsi préparée est de 68-70°. Les spectres MIR (Infra-rouge de surface en multiréflexion) de la surface native (oxyde natif- figure 1 : trait fin), de la surface activée (HF 5%) (figure 1 : trait épais et figureThe contact angle of the surface thus prepared is 68-70 °. MIR spectra (infrared surface multireflection) of the native surface (native oxide - Figure 1: fine line), the activated surface (HF 5%) (Figure 1: thick line and figure
2 : trait fin) et de la surface fonctionnalisée (N3) (figure 2 : trait épais) ont été acquis et comparés.2: fine line) and the functionalized surface (N 3) (Figure 2: thick line) were obtained and compared.
Ces spectres sont représentés sur les figures 1 et 2 respectivement.These spectra are shown in FIGS. 1 and 2 respectively.
La figure 1 représente les spectres MIR de la surface de silicium native (trait fin) et de la même surface après régénération par l'acide fluorhydriqueFIG. 1 represents the MIR spectra of the native silicon surface (thin line) and of the same surface after regeneration by hydrofluoric acid
(HF) (trait épais) ; la figure 2 représente les spectres MIR de la surface hydrogénée(HF) (thick line); FIG. 2 represents the MIR spectra of the hydrogenated surface
(trait fin) et de la même surface après fonctionnalisation par l'azoture de undécényle(thin line) and the same surface after functionalization with undecenyl azide
(trait épais) ;(thick line);
La figure 1 montre clairement la disparition de l'oxyde natif (liaisons O-H, bande centrée à 1200 cm'1). La figure 2 indique la modification de la forme de la bande à 2100 cm"1, interprétée comme la disparition de la vibration d'élongation des liaisons Si-H et l'apparition de la vibration d'élongation du groupement azoture terminal.
R2006/002395Figure 1 clearly shows the disappearance of the native oxide (OH bonds, strip centered at 1200 cm -1 ). FIG. 2 shows the modification of the shape of the band at 2100 cm -1 , interpreted as the disappearance of the elongation vibration of the Si-H bonds and the appearance of the elongation vibration of the terminal azide group. R2006 / 002,395
2727
3) Couplage d'une molécule d'intérêt sur le support fonctionnalisé par "click chemistry"3) Coupling of a molecule of interest on the support functionalized by "click chemistry"
L'azoture ayant été greffé à la surface du support selon l'étape 2) ci- dessus, on l'a fait réagir avec la tétrakis (4-éthynylephényl) porphyrine (2) telle que préparée ci-dessus à l'étape 2) de l'exemple 2.The azide having been grafted to the support surface according to step 2) above, it was reacted with tetrakis (4-ethynylphenyl) porphyrin (2) as prepared above in step 2 ) of Example 2.
Les métalloporphyrines n'étant pas solubles dans l'eau, on a utilisé un mélange de solvants organiques : acétone/acétonitrile/eau (10/5/3 v/v). Suite aux réactions tests effectuées entièrement en solution en milieu homogène et telles que décrites ci-dessus à l'exemple 4, la réaction a été effectuée en présence de 0,1 équivalent de catalyseur (Cu1) et de 2 équivalents de base (la triéthylamine ou la diéthylisopropylamine), à 8O0C. La réaction a été transposée à une surface de silicium et les molécules d'intérêt ont été greffées sur la surface modifiée qui peut être contrôlée par MIR, ATR, XPS (Spectroscopie des photoélectrons aux rayons X),Since the metalloporphyrins are not soluble in water, a mixture of organic solvents: acetone / acetonitrile / water (10/5/3 v / v) was used. Following the test reactions carried out completely in solution in a homogeneous medium and as described above in Example 4, the reaction was carried out in the presence of 0.1 equivalent of catalyst (Cu 1 ) and 2 equivalents of base (the triethylamine or diethylisopropylamine), at 80 ° C. The reaction was transposed to a silicon surface and the molecules of interest were grafted onto the modified surface which can be controlled by MIR, ATR, XPS (Spectroscopy of photoelectrons with radiation). X)
STM/AFM (AFM - Microscope à force électronique, STM - Surface Tunneling Microscopy) ou électrochimie.STM / AFM (AFM - Electron force microscope, STM - Surface Tunneling Microscopy) or electrochemistry.
On obtient ainsi des puces à porphyrines qui pourront être utilisées par exemple comme mémoires moléculaires ou comme détecteurs de gaz ou de substances biologiques.
Porphyrin chips are thus obtained which may be used, for example, as molecular memories or as detectors for gases or biological substances.
Claims
1. Procédé de greffage covalent d'au moins une molécule d'intérêt à la surface d'un substrat de silicium comportant des fonctions hydrure de surface, ledit substrat portant au moins un espaceur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :1. Process for the covalent grafting of at least one molecule of interest on the surface of a silicon substrate comprising surface hydride functions, said substrate bearing at least one spacer, characterized in that it comprises at least the steps following:
(a) une première étape d'ancrage covalent, à la surface dudit substrat, d'au moins un composé espaceur de formule générale (I) suivante :(a) a first covalent anchoring step, on the surface of said substrate, of at least one spacer compound of general formula (I) below:
(X)n-E-(Y)n, (I) dans laquelle :(X) n -E- (Y) n , (I) wherein:
- E représente un groupement choisi parmi les radicaux alkyle et aryle,E represents a group chosen from alkyl and aryl radicals,
-X représente une double liaison C=C,-X represents a C = C double bond,
- Y représente un groupe fonctionnel terminal choisi parmi les doubles et triples liaisons entre deux atomes de carbone, les triples liaisons entre un atome de carbone et un atome d'azote, les aziridines, les chlorures d'acyle et leurs fonctions complémentaires azotures et aminés, ledit groupe fonctionnel étant susceptible de réagir avec au moins un groupe fonctionnel Z complémentaire porté par une molécule d'intérêt dans une réaction conduisant à la formation d'une liaison covalente entre un atome de carbone et un hétéroatome appartenant respectivement et indifféremment aux groupes fonctionnels Y et Z ;Y represents a terminal functional group chosen from the double and triple bonds between two carbon atoms, the triple bonds between a carbon atom and a nitrogen atom, the aziridines, the acyl chlorides and their complementary azide and amine functions; , said functional group being capable of reacting with at least one complementary functional group Z carried by a molecule of interest in a reaction leading to the formation of a covalent bond between a carbon atom and a heteroatom belonging respectively and indifferently to the functional groups Y and Z;
- m et n, indépendamment l'un de l'autre, sont des nombres entiers compris entre 1 et 3 inclusivement,m and n, independently of one another, are integers between 1 and 3 inclusive,
(b) une deuxième étape de couplage covalent audit composé espaceur de formule (I) ainsi ancré à la surface dudit substrat, d'au moins une molécule d'intérêt par formation, selon une réaction de chimie clic, d'au moins une liaison covalente de type -C-Het-, dans laquelle Het est un hétéroatome, par réaction d'au moins un groupe fonctionnel Z porté par ladite molécule d'intérêt et choisi parmi les doubles et triples liaisons entre deux atomes de carbone, les triples liaisons entre un atome de carbone et un atome d'azote, les aziridines, les chlorures d'acyle et leurs fonctions complémentaires azotures et aminés, et d'au moins un groupe Y dudit composé espaceur de formule (I), Z et Y étant aptes à former ensemble ladite liaison covalente.(b) a second covalent coupling step to said spacer compound of formula (I) thus anchored to the surface of said substrate, of at least one molecule of interest by formation, according to a click chemistry reaction, of at least one bond covalent of -C-Het- type, wherein Het is a heteroatom, by reaction of at least one functional group Z carried by said molecule of interest and selected from the double and triple bonds between two carbon atoms, the triple bonds between a carbon atom and a nitrogen atom, aziridines, acyl chlorides and their complementary azide and amine functions, and at least one Y group of said spacer compound of formula (I), Z and Y being capable of forming together said covalent bond.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le radical alkyle défini pour E est un radical comportant de 1 à 20 atomes de carbone, non substitué ou mono- ou polysubstitué, linéaire, ramifié ou cyclique, saturé ou insaturé.2. Method according to claim 1, characterized in that the alkyl radical defined for E is a radical containing from 1 to 20 carbon atoms, unsubstituted or mono- or polysubstituted, linear, branched or cyclic, saturated or unsaturated.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le radical alkyle défini pour E est mono- ou polysubstitué et que le ou les substituants sont choisis parmi les atomes d'halogène, les groupements hydroxyle, amino, carboxyle, alkyle en C1 à C10, aryle substitués ou non, lesdits substituants pouvant eux-mêmes contenir un ou plusieurs atomes d'halogène et/ou un ou plusieurs hétéroatomes.3. Process according to claim 2, characterized in that the alkyl radical defined for E is mono- or polysubstituted and the substituent or substituents are chosen from halogen atoms, hydroxyl, amino, carboxyl and C-alkyl groups. 1 to 10 , substituted or unsubstituted aryl, said substituents may themselves contain one or more halogen atoms and / or one or more heteroatoms.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que E est un radical alkyle non ramifié en Q à C20. 4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that E is a non-branched alkyl radical Q to C 20 .
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une étape de préparation de la surface consistant à décaper la surface avec une solution d'un acide faible.5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a step of preparing the surface of etching the surface with a solution of a weak acid.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les composés de formule (I) sont choisis parmi ceux dans lesquels n = 1.6. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the compounds of formula (I) are chosen from those in which n = 1.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le groupe fonctionnel Y des composés espaceurs de formule (I) représente une fonction azoture, alcyne ou nitrile.7. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the functional group Y of the spacer compounds of formula (I) represents an azide, alkyne or nitrile function.
8. Procédé selon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le groupe fonctionnel Z des composés espaceurs de formule (I) représente une fonction azoture, alcyne ou nitrile.8. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the functional group Z of the spacer compounds of formula (I) represents an azide, alkyne or nitrile function.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les couples complémentaires entre le ou les groupes fonctionnels Y des composés espaceurs de formule (I) et le ou les groupes fonctionnels Z des molécules d'intérêt sont choisis parmi :9. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the complementary pairs between the functional group (s) Y of the spacer compounds of formula (I) and the functional group (s) Z of the molecules of interest are chosen from :
- les couples alcyne ou nitrile (groupe Y) / azoture (groupe Z) ; etthe alkyne or nitrile pairs (group Y) / azide (group Z); and
- les couples azoture (groupe Y) / alcyne ou nitrile (groupe Z). the azide (group Y) / alkyne or nitrile (group Z) pairs.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les composés espaceurs de formule (I) sont choisis parmi ceux dans lesquels :10. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the spacer compounds of formula (I) are chosen from those in which:
- n = l ; - E représente un radical alkyle en C6 à Cn , '- n = 1; E represents a C 6 to C 18 alkyl radical;
- Y représente un azoture et m = 1.Y represents an azide and m = 1.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les composés espaceurs de formule (I) sont choisis parmi Pazoture d'hexényle, l'azoture d'heptényle, l'azoture d'octényle, l'azoture de nonadécényle, l'azoture de décényle, l'azoture d'undécényle et l'azoture de dodécényle.11. Process according to claim 10, characterized in that the spacer compounds of formula (I) are chosen from hexenyl azide, heptenyl azide, octenyl azide, nonadecenyl azide, Decenyl azide, undecenyl azide and dodecenyl azide.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'étape (b) de couplage covalent entre le composé espaceur de formule (I) et la molécule d'intérêt est une réaction de 1,3 -cycloaddition entre un dipôle et un dipolarophile en présence d'un catalyseur métallique. 12. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the step (b) of covalent coupling between the spacer compound of formula (I) and the molecule of interest is a 1,3-cycloaddition reaction. between a dipole and a dipolarophile in the presence of a metal catalyst.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'étape (b) de couplage covalent est réalisée en présence d'au moins un solvant polaire choisi parmi l'eau, les alcools, l'acétone, l'acétonitrile, le diméthylformamide et leurs mélanges.13. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the step (b) of covalent coupling is carried out in the presence of at least one polar solvent selected from water, alcohols, acetone, acetonitrile, dimethylformamide and mixtures thereof.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les molécules d'intérêt sont choisies parmi les molécules multistables.14. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the molecules of interest are chosen from multistable molecules.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé par le fait que les molécules d'intérêt sont des molécules organiques choisies parmi les molécules d'acide nucléique, les nucléotides, les oligonucléotides, les protéines, les peptides, les sucres ou les polysaccharides, les porphyrines et les composés présentant une photoisomérisation cis-trans.15. The method of claim 14, characterized in that the molecules of interest are organic molecules selected from nucleic acid molecules, nucleotides, oligonucleotides, proteins, peptides, sugars or polysaccharides, porphyrins and compounds with cis-trans photoisomerization.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le fait que les composés présentant une photoisomérisation cis-trans sont choisis parmi les dérivés des diaryléthylènes, des spiropyrannes, des spiroxazines, des fulgides et de l'azobenzène.16. The method of claim 15, characterized in that the compounds having a cis-trans photoisomerization are selected from diaryléthylènes derivatives, spiropyrannes, spiroxazines, fulgides and azobenzene.
17. Support fonctionnalisé par au moins une molécule d'intérêt et susceptible d'être obtenu selon le procédé de greffage tel que défini à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit support comporte au moins une surface de silicium, ayant des fonctions hydrure de surface, sur laquelle est greffée, de façon covalente, au moins une molécule d'intérêt par l'intermédiaire d'au moins un composé espaceur de formule (I) suivante : (X)n-E-(Y)n, (I) dans laquelle X, Y, E, n et m ont la même signification que celle indiquée dans l'une quelconque des revendications précédentes, et dans lequel le ou les groupements fonctionnels Y sont engagés dans une liaison covalente -C-Het avec au moins un groupe fonctionnel Z complémentaire porté par ladite molécule d'intérêt. 17. Support functionalized with at least one molecule of interest and obtainable according to the grafting method as defined in any one according to one of the preceding claims, characterized in that said support comprises at least one silicon surface, having surface hydride functions, on which at least one molecule of interest is covalently grafted via at least one molecule of interest. a spacer compound of formula (I): (X) n -E- (Y) n, (I) wherein X, Y, E, n and m have the same significance as defined in any one of claims and in which the functional group (s) Y are engaged in a covalent -C-Het bond with at least one complementary functional group Z carried by said molecule of interest.
18. Support selon la revendication 17, caractérisé par le fait que l'ensemble des molécules d'intérêt greffées à la surface du support par l'intermédiaire des composés espaceurs de formule (I) forme un film se présentant sous la forme d'une couche monomoléculaire.18. Support according to claim 17, characterized in that all the molecules of interest grafted to the surface of the support via the spacer compounds of formula (I) form a film in the form of a monomolecular layer.
19. Support selon la revendication 18 ou 19, caractérisé par le fait que les molécules d'intérêt sont choisies parmi les acides nucléiques, les nucléotides, les oligonucléotides, les protéines, les peptides, les sucres et les polysaccharides, les porphyrines, les diaryléthylènes, les spiropyrannes, les spiroxazines, les fulgides et les azobenzènes et qu'il constitue respectivement une puce à acides nucléiques, une puce à nucléotides, une puce à oligonucléotides, une puce à protéines, une puce à peptides, une puce à sucres, une puce à polysaccharides, une puce à porphyrines, une puce à diaryléthylènes, une puce à spiropyrannes, une puce à spiroxazines, une puce à fulgides ou une puce à azobenzènes.19. Support according to claim 18 or 19, characterized in that the molecules of interest are chosen from nucleic acids, nucleotides, oligonucleotides, proteins, peptides, sugars and polysaccharides, porphyrins, diarylethylenes , spiropyrans, spiroxazines, fulgides and azobenzenes and that it constitutes respectively a nucleic acid chip, a nucleotide chip, an oligonucleotide chip, a protein chip, a peptide chip, a sugar chip, a polysaccharide chip, porphyrin chip, diarylethylene chip, spiropyran chip, spiroxazine chip, fulgid chip, or azobenzene chip.
20. Utilisation d'un support tel que défini à l'une quelconque des revendications 17 à 19 dans les domaines de l'électronique, des biotechnologies ou de l'environnement. 20. Use of a support as defined in any one of claims 17 to 19 in the fields of electronics, biotechnology or the environment.
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