Les colorants organiques constituent une famille de composés présentant un intérêt industriel majeur, tant pour les applications en science des matériaux que pour les applications biologiques. Dans ce domaine, les recherches les plus récentes se sont principalement concentrées sur leurs propriétés optiques, notamment leurs spectres d'absorption et d'émission. Les colorants les plus recherchés sont ceux qui absorbent dans l'infrarouge, présentent un rendement quantique élevé, ainsi qu'une excellente stabilité (photo)chimique. Dans ce contexte, le groupe dispose des outils méthodologiques nécessaires pour modéliser avec précision les spectres d'absorption et d'émission de ces molécules, en prenant en compte les couplages vibroniques ainsi que les effets du solvant grâce à des modèles avancés développés au laboratoire. Les méthodologies utilisées permettent de reproduire et d'interpréter les données expérimentales avec une grande fidélité. Il est ainsi possible de prédire les variations des spectres optiques (formes des bandes et positions des maxima) induites par des substitutions auxochromiques, des variations de pH, ou encore des effets de solvatochromisme et d'acidochromisme. Ces approches permettent ainsi de proposer aux expérimentateur·rice·s de nouveaux colorants aux propriétés optimisées.

De nombreuses familles de colorants ont été étudiées dans le cadre de cette thématique ; seuls les travaux les plus récents sont présentés ici. Cet axe de recherche comprend notamment : (i) l'étude de nouveaux colorants fluorescents à base de noyaux pyrrolopyrroles et de structures apparentées ; (ii) la compréhension et la caractérisation de la réactivité de nouveaux dérivés de cyanines ; et (iii) la simulation des propriétés de colorants présentant un transfert intramoléculaire de proton à l'état excité (ESIPT, Excited-State Intramolecular Proton Transfer). À noter que les études méthodologiques préliminaires (choix de la fonctionnelle en DFT, de la base de fonctions atomiques, du modèle de solvatation, de la méthode de calcul, etc.), qui permettent de définir un protocole fiable pour la caractérisation des états électroniques excités (transitions verticales et spectres vibroniques), sont présentées dans la thématique transverse de Développements méthodologiques.

Sélection de publications :

(i)    M. Tasior, P. Kowalczyk, M. Przybyl, M. Czichy, P. Janasik, M. H. E. Bousquet, M. Lapkowski,M. Rammo, A. Rebane, D. Jacquemin, D. T. Gryko Chem. Sci. 12 (2021), 15935-15946. Skonieczny, I.            Papadopoulos, D. Thiel, K. Gutkowski, P. Haines, http://doi.org/10.1039/D1SC05007AP. M. McCosker, A. D. Laurent, P. A. Keller, T. Clark, D. Jacquemin, D. M. Guldi, D. T. Gryko Angew. Chem. Int. Ed. 59 (2020) 16104-16113. G. Sanil, M. Krzeszewski, W. Danikiewicz, L. Dobrzycki, I. Knysh, L. Dobrzycki, M. K. Cyrabski, D. Jacquemin, D. T. Gryko Angew. Chem. Int. Ed. 62 (2023) e202311123.

(ii)   B.  Mourot, V. Mazan, M. Elhabiri, R. Sarkar, D. Jacquemin, O. Siri and S. Pascal, Chem. Sci. 15 (2024), 1248-1259. S. Pascal, A. Torres Ruiz, A. E. Baker, D. A. Vander Griend, M. Giorgi, A. Planchat, D. Jacquemin, O. Siri Angew. Chem. Int. Ed. 59 (2025) e202511037. F. Ceugniet, V. Ott, P. Retailleau, Y. Bretonniere, O. Maury, M. H. E. Bousquet, L. Sancey, N. Leclerc, D. Jacquemin and G. Ulrich, Angew. Chem. Int. Ed. 65 (2026) e26011.

(iii)  T. Stoerkler, G. Ulrich, P. Retailleau, A. D. Laurent, D. Jacquemin, J. Massue, Chem. Sci. 15 (2024) 7206-7218. T. Stoerkler, G. Ulrich, A. D. Laurent, D. Jacquemin, J. Massue, Org. Chem. Front. 12 (2025) 6111-6119.

Cet axe de recherche est consacré à la modélisation de systèmes photobiologiques impliquant des chromophores ou des photochromes, en s'appuyant sur des approches complémentaires combinant le criblage virtuel, le docking moléculaire, la mécanique moléculaire, les méthodes hybrides QM/MM et les méthodes semi-empiriques, afin de caractériser leurs propriétés conformationnelles et spectroscopiques. Les objectifs de cet axe sont les suivants : (i) développer des protocoles de calcul multi-échelles capables de décrire les effets de l'environnement, depuis le solvant jusqu'à des milieux complexes tels que les protéines ou les cages moléculaires ; (ii) déterminer ou prédire le site de liaison d'un chromophore ou d'un photochrome au sein d'un complexe protéique ; (iii) moduler le site de liaison afin d'explorer les changements conformationnels induits et les propriétés optiques qui leur sont associées.

Sélection de publications :

(i)   M. Asad and Adèle D. Laurent Phys.Chem. Chem. Phys. 2022, 24, 3816-3825
(ii)  A. Demeyer, L. Fonteneau, M. Liennard, C. Foyer, P. Weigel, A. D. Laurent, J. Lebreton, F. Fleury, and M. Mathé-Allainmat Bioorg. Med. Chem. Lett. 2023, 87, 129261(1-6).

Afin de comprendre les réactions photochimiques, des expériences résolues en temps avec une résolution temporelle de l’ordre de la femtoseconde (1 fs = 10⁻¹⁵ s) ont joué un rôle majeur dans l’étude du mouvement des noyaux en temps réel. Les avancées récentes dans le domaine de la science attoseconde (1 as = 10⁻¹⁸ s) ouvrent la possibilité d’observer et de contrôler le mouvement des électrons sur leur échelle de temps intrinsèque. En raison du principe d’incertitude temps-énergie, ces impulsions de durée extrêmement courte possèdent une large largeur spectrale. Elles peuvent donc être utilisées pour peupler plusieurs états électroniques excités de manière cohérente : on parle alors de paquet d’ondes électronique. Un tel paquet d’ondes possède une nouvelle distribution électronique (qui n’est pas la simple moyenne des distributions électroniques des différents états). Il peut donc être considéré comme un nouveau type d’état électronique initial.

Cet axe de recherche vise à approfondir la compréhension des dynamiques induites par des paquets d’ondes électroniques cohérents et à étudier leur application aux réactions photochimiques. Il comprend notamment (Figure-i) l’exploration théorique de l’impact de la cohérence électronique sur le mouvement nucléaire et (Figure-ii) des collaborations expérimentales visant à obtenir des signatures de l’attochimie.

Sélection de publications :

(i)    L. Fransén, S. Gómez and M. Vacher, J. Phys. Chem. Lett. 2025, 16, 8745-8751.
(ii)   A. Ferté, D. Austin, A. A. Johnson, F. McGrath, J. P . Malhado, J. P. Marangos and M. Vacher, Phys. Rev. Lett. 2024, 133, 203201.