Chapitre II : Etude de systèmes photochimiques à base de quantum dots et
2.2. Observation de radicaux par spectroscopie RPE en solution gelée
Spectres RPE des espèces YNH2 et YI2
Le transfert de trou photoinduit entre QD’s et les dérivés de tyrosine modifiés YNH2 et YI2 a ensuite été testé. Les deux échantillons « QD’s CdSe/ZnS508 + YNH2 » et « QD’s CdSe/ZnS508 + YI2 » ont été générés au sein de la cavité RPE par irradiation à 210K. Les signaux RPE expérimentaux ont ensuite été enregistrés à 60K. Les signaux RPE de chacun des systèmes photochimiques sont présentés en noir dans la Figure II-3A pour le substrat YNH2 et dans la Figure II-3B pour le substrat YI2.
Les spectres RPE obtenus sont très différents. Le radical dérivé de YNH2 possède un signal assez symétrique large de 40G environ tandis que le radical dérivé de YI2 est large d’environ 150G et asymétrique.
Compte-tenu des espèces présentes au sein des échantillons « QD’s CdSe/ZnS508 + YNH2 » et « QD’s CdSe/ZnS508 + YI2 », nous avons supposé que les radicaux neutres YNH2 et YI2 étaient créés. A partir de cette hypothèse, des simulations relatives à chacune des espèces radicalaires ont été réalisées en rouge dans la Figure II-3.
Figure II-3 : Spectres RPE expérimentaux des radicaux photoinduits dérivés de A) la 3-aminotyrosine (YNH2) et B) de la 3,5-diiodotyrosine (YI2) en solution gelée à 60K. A) Le spectre expérimental en courbe noire a été obtenu après
une illumination visible in situ à 210K du système photochimique « QD’s + YNH2 » dans l’eau à pH=11 (Tampon Borax
0,01M). L’échantillon est composé de 2,5µM de CdSe/ZnS508 et de 10mM de YNH2. Le spectre expérimental RPE a été
accumulé à 60K avec les paramètres suivants M=5G, 40dB, Gain électrique=3,99.105, 52 scans. Le spectre expérimental a
ensuite été comparé par simulation (courbe rouge) en utilisant les paramètres présentés dans le Tableau II-3. Une largeur de raie lorentzienne de 7G a été utilisée. B) Le spectre expérimental en courbe noire a été obtenu après une illumination visible in situ à 210K du mélange QD’s + 3,5-diiodotyrosine dans l’eau à pH=11 (Tampon Borax 0,01M). L’échantillon est composé de 2,5µM de CdSe/ZnS508 et de 10mM de YI2. Le spectre expérimental RPE a été accumulé à 60K avec les
paramètres suivants M=5G, 20dB, Gain électrique=3,99.105, 50 scans. Le spectre expérimental a ensuite été comparé par
simulation (courbe rouge) en utilisant les paramètres présentés dans le Tableau II-4. Une largeur de raie lorentzienne de 7G a été utilisée.
80 Simulation du spectre RPE du radical dérivé de YNH2
Une publication de Seyedsayamdost et al. décrit la détection et l’attribution dans la littérature du radical dérivé de YNH2 (14). Dans cette publication, l’attribution des différents paramètres, tenseur g et couplages hyperfins anisotropes, a été réalisée en effectuant une étude par marquage isotopique des différents atomes dont le spin nucléaire couple avec le spin électronique. Ces valeurs sont résumées dans le Tableau II-3.
Pour la simulation du spectre expérimental, ces paramètres de facteur de Landé g ont été conservés3. Le même nombre de couplages hyperfins anisotropes a été de plus utilisé en accord avec la publication de Seyedsayamdost et al. (14). La valeur des couplages hyperfins des protons de la chaîne aliphatique située en β (protons méthylènes) a par contre été modifiée. La conformation du radical dérivé de YNH2 au sein d’une protéine est vraisemblablement différente de celle en solution étudiée ici. Ce décalage est donc justifié par l’influence forte de la géométrie de la molécule sur ce type de couplage.
La simulation est présentée en rouge dans la Figure II-3A. Le signal RPE semble être compatible avec l’hypothèse de structure du radical neutre de YNH2. Compte-tenu que la seule espèce redox-active en solution avec les QD’s est YNH2, le spectre expérimental a donc été attribué au radical neutre YNH2 .
Tableau II-3 : Résumé des valeurs de facteur de Landé g et de couplages hyperfins anisotropes obtenus par simulation du spectre RPE expérimental du radical dérivé de la 3-aminotyrosine. Les couplages hyperfins sont exprimés en Gauss. Les paramètres obtenus par simulation ont été comparés avec des valeurs issues de la littérature (14) attribuées au radical neutre dérivé de YNH2.
Lit. (14) (77K) Simulation RPE (60K)
Paramètres de
simulation X Y Z isotrope X Y Z isotrope
g 2,0052 2,0042 2,0022 2,0039 2,0052 2,0042 2,0022 2,0039
a(14N3) (G) 0,9 0,6 10,9 4,1 0,9 0,6 10,9 4,1
a(Cβ-H2) (G) 11,0 10,0 10,9 10,6 6,0 6,0 6,0 6,0
NH2 (H2) (G) 4,6 1,6 9,8 5,4 4,6 1,6 9,8 5,3
NH2 (H1) (G) 2,4 2,9 6,4 3,9 2,4 2,9 6,4 3,9
Simulation du spectre RPE du radical dérivé de YI2
Pour la simulation du radical YI2 , seule une publication (15) décrit la création d’un radical dérivé de YI2. Malheureusement les couplages hyperfins et le tenseur g du radical n’y sont pas reportés. Dans cette publication, la forme du spectre du radical ressemble par contre au spectre expérimental que nous avons obtenu. Une assymétrie due aux anisotropies du facteur de Landé et des couplages hyperfins des deux iodes est rencontré.
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Lors de ces manipulations, aucun étalonnage du facteur de Landé par un composé de référence n’a été réalisé. Par contre un étalonnage au DPPH (g=2,0036) a été effectué à froid à 150K pour évaluer le tenseur g d’une autre espèce (la 8oxodG) dans le chapitre IV. Cette valeur de référence a ainsi été utilisée a posteriori pour évaluer le facteur de Landé g des différentes espèces radicalaires détectées en solution gelée. Elle a permis de corriger un décalage ∆g égal à 0,0015. Ce décalage est lié expérimentalement à la mesure du champ magnétique de résonance. Celui-ci peut en effet varier avec la cavité RPE et la position de l’échantillon dans la cavité.
81 Comme les couplages hyperfins et le tenseur g pour le radical YI2 sont inconnus, un calcul DFT de ces paramètres a été effectué. (Les détails expérimentaux de ces calculs sont présentés dans la partie V-4.4 du chapitre V). Ces paramètres sont reportés dans le Tableau II-4. Ces calculs DFT ont permis d’identifier que seuls le tenseur g et les couplages hyperfins des iodes intervenaient dans l’allure du spectre obtenu. Ces couplages hyperfins et ce tenseur g sont par ailleurs trouvés anisotropes par le calcul DFT.
Une simulation en rouge dans la Figure II-3B a donc été réalisée à partir de paramètres proches de ceux obtenus par le calcul DFT. La forme du spectre expérimental asymétrique et large est bien retrouvée par la simulation grâce à la contribution des deux iodes (127I de spin nucléaire I=5/2) et au facteur de Landé anisotrope. Comme la seule espèce redox-active en solution avec les QD’s est YI2, le signal RPE expérimental a été attribué au radical neutre YI2 .
Tableau II-4 : Résumé des valeurs du tenseur g et de couplages hyperfins anisotropes obtenus par simulation du spectre RPE expérimental du radical dérivé de la 3,5-diiodotyrosine. Les valeurs utilisées pour la simulation ont été comparées aux valeurs obtenues par calculs DFT sur le radical dérivé de la 3,5-diiodotyrosine. Les couplages hyperfins sont exprimés en Gauss.
Calcul DFT Simulation RPE (60K)
Paramètres de
simulation X Y Z isotrope X Y Z isotrope
g 2,0016 2,0176 2,0299 2,016 2,0045 2,0195 2,0335 2,019
a(I) (G) 7,0 10,9 13,3 10,4 5,8 9,0 11,1 8,6
a(I) (G) 4,3 6,9 8,4 6,5 3,6 5,7 7,0 5,4
Absence de détection par RPE des autres radicaux dérivés de Y, W et Ind :
Les autres systèmes photochimiques QD’s CdSe/ZnS508 avec Y, W ou Ind ont aussi été analysés par RPE avec irradiation in situ en solution gelée. Aucun signal RPE assez intense n’a pu être détecté durant l’irradiation in situ avec les QD’s. De petits signaux RPE ont tout de même été observés par irradiation du système « QD’s CdSe/ZnS508 + W » mais ceux-ci n’ont pas permis de réaliser une identification du radical créé.
Conclusion intermédiaire
Il semble plus facile de former des radicaux avec les espèces de type phénol (acides aminés dérivés de la Tyrosine) ou l’espèce 5-hydroxyindole, qu’avec les composés Tryptophane et Indole. Ce résultat peut être relié aux mécanismes de transfert d’électron mis en jeu lors de l’oxydation à 1 électron des substrats redox-actifs. Tandis qu’un mécanisme de transfert d’électron de type ET est réalisé pour les espèces de type phénol à ce pH basique, un mécanisme de type PCET est attendu pour les espèces de type indole. Ce mécanisme PCET est souvent décrit dans la littérature comme plus difficile à effectuer du fait du transfert de proton. Il pourrait ainsi expliquer l’absence de signaux RPE pour les substrats de type indole.
Ces résultats de détection par RPE de radicaux ont permis d’identifier un potentiel redox limite du substrat à partir duquel les QD’s CdSe/ZnS508 peuvent réaliser un transfert de trou photoinduit vers une espèce donneuse d’électron. Compte-tenu du diagramme de Pourbaix obtenu pour l’espèce YI2, ce potentiel redox limite a été identifié comme étant environ égal ou inférieur à :
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