Exploration de la dynamique de reconnaissance chirale // Exploring chiral recognition dynamics

Les molécules chirales sont d'une importance cruciale en biologie sachant qu'elles servent de base à la construction de la matière organique nous constituant. Elles se présentent sous deux formes, dites énantiomères, images non superposables l'une de l'autre dans un miroir. Il est fondamental de différencier les énantiomères d'une même espèce chirale sachant qu'ils interagissent de façon distincte avec leur environnement dès lors que ce dernier est aussi de nature chirale – ce qui est généralement le cas des chimiorécepteurs d'organismes vivants. De plus, quand bien-même le caractère énantiomérique des donneurs et accepteurs chiraux est connu, le mécanisme de reconnaissance chirale, dictant les interactions différenciées d'énantiomères, est encore à ce jour mal compris.
C'est pourquoi un nombre croissant de travaux sont actuellement menés en physique, dans le but d'élucider ces mécanismes basiques. Nous aborderons ce problème d'un point de vue fondamental et théorique. Nous considèrerons la photodissociation de dimères chiraux formés par agrégation de deux énantiomères au travers de liaisons hydrogène. Cette dissociation peut être interprétée comme le processus inverse de la reconnaissance chirale où les énantiomères s'approchent l'un de l'autre. Nous considèrerons successivement les processus de photoexcitation dissociative et photoionisation dissociative. Alors que la distance entre les deux composants chiraux du dimère augmente au cours de la dissociation, nous caractériserons la chiralité du système global en observant l'asymétrie de la distribution angulaire de photoélectrons résultante de l'absorption d'un photon ionisant [1,2]. Prenant la réponse d'un composant énantiomérique isolé comme référence, nous serons alors à-même de définir la distance critique en deçà de laquelle les énantiomères commencent à se reconnaître. Ce projet sera mené en collaboration avec les Prs Ismanuel Rabdan et José Luis Pascual de l'Université Autonome de Madrid, ainsi qu'avec l'équipe de V. Wanie et al (DESY, Hamburg) qui mènera l'étude expérimentale conjointe aux calculs présents.

Références :
[1] S. Beaulieu et al., New. J. Phys. 18, 102002 (2016) ; V. Wanie et al., Nature 630, 109 (2024)
[2] A. Comby et al., J. Phys. Chem. Lett. 7, 4514 (2016) ; V. Blanchet et al., PCCP 23, 25612 (2021)
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Chiral molecules are of paramount importance in biology because they are building blocks of organic matter, including human beings. Chiral molecules appear in pairs of left- and right-handed enantiomers, where their nuclear arrangements present non-superimposable mirror twins. The enantiomers of a chiral molecule interact differently with their environment as soon as this latter presents a chiral character, which is the case of most chemoreceptors of living organisms. Such enantio-sensitive interactions are commonly employed in pharmacology but the underlying mechanisms of chiral recognition are not well understood so far.
We will thus address this problem from a fundamental and theoretical point of view. We will consider the dissociation of chiral dimers consisting of the aggregation of two enantiomers through hydrogen bonds. Dissociation is here interpreted as the inverse process of chiral recognition where enantiomers approach each other. We will successively consider the processes of light-induced dissociative excitation and dissociative ionization. As the distance between the two chiral components increases during the dissociation, we will characterize the chirality of the whole system in terms of the asymmetry of the photoelectron angular distribution resulting from the absorption of ionizing light [1,2]. Taking the response of single enantiomers as reference, this will enable us to define the critical distance where enantiomers start to recognize each other. This project is carried on in the framework of a collaboration with V. Wanie et al (DESY, Hamburg) who will perform the associated experiments on dimer dissociation. The calculations will be performed in collaboration with Prs Ismanuel Rabdan et José Luis Pascual from the Autonomous University of Madrid (Spain).

References :
[1] S. Beaulieu et al., New. J. Phys. 18, 102002 (2016) ; V. Wanie et al., Nature 630, 109 (2024)
[2] A. Comby et al., J. Phys. Chem. Lett. 7, 4514 (2016) ; V. Blanchet et al., PCCP 23, 25612 (2021)
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Début de la thèse : 01/10/2025

Autre financement public

CNRS

Université de Bordeaux

209 Sciences Physiques et de l'Ingénieur

Master 2 de Physique ou de Chimie Physique. Compétences en physique atomique et moléculaire, incluant idéalement les interactions lumière-matière.
Master 2 in Physics or Physical Chemistry. Skills in atomic and molecular physics, including ideally light-matter interactions.