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Qu'est
ce qu'un dendrimère ?
Un dendrimère* est une macromolécule,
constituée de monomères** qui s'associent
selon un processus arborescent autour d'un cœur central plurifonctionnel.
La construction arborescente s'effectue par la répétition
d'une même séquence de réactions jusqu'à l'obtention
à la fin de chaque cycle réactionnel d'une nouvelle génération
et d'un nombre croissant de branches identiques. Après quelques
générations, le dendrimère prend généralement
une forme sphérique, hautement ramifiée et plurifonctionnalisée
grâce aux nombreuses fonctions terminales présentes en périphérie
(schéma 1). Les diverses ramifications ménagent entre elles
des cavités internes, proches du cœur. Deux types de méthodes
de synthèse peuvent être employés pour obtenir des
dendrimères : la synthèse divergente et la synthèse
convergente. La synthèse divergente s'effectue du cœur vers
la périphérie, en greffant un nombre de plus en plus grand
de petites molécules sur la surface multifonctionnalisée
du dendrimère (schéma 2). La synthèse convergente
consiste à construire le dendrimère de la périphérie
vers le cœur à l'aide de fragments dendritiques appelés
dendrons qui sont rattachés lors d'une étape finale à
un cœur plurifonctionnel.
 
Schéma 1 : Représentation de la structure d'un dendrimère.
Schéma 2 : Différentes étapes de la synthèse
divergente d'un dendrimère.
Les dendrimères sont des polymères plurifonctionnels aux
propriétés particulières de solubilité, viscosité,
stabilité thermique. Ils offrent une large palette d'applications
allant de la chimie moléculaire et supramoléculaire à
la biochimie en passant par la biologie, les nanosciences, les matériaux,
etc. Ces applications découlent des propriétés intrinsèques
des polymères mais aussi et surtout des caractéristiques
des dendrimères : fonctions aisément accessibles en surface,
porosité de ces nanomolécules, flexibilité des branches
internes, présence de cavités fonctionnalisables, accessibilité
au cœur, etc. La plupart des grands secteurs industriels sont concernés
par l'émergence de cette nouvelle classe de polymères.
Dendrimères et chimie combinatoire
En pharmacologie et en agrochimie, l'utilisation de supports solides présente
des avantages comme l'élimination facile des réactifs par
simple lavage ou l'obtention de l'équivalent d'une très
haute dilution qui diminue les réactions secondaires. Cependant
la transposition d'une réaction en solution à une réaction
en phase solide n'est pas facile (faible solvatation, accessibilité
différente des sites réactifs...). De plus, il est très
difficile de contrôler en routine les réactions en phase
solide. Le très grand nombre de fonctions en surface d'un dendrimère
en fait l'équivalent d'une " bille " de support solide
dont la structure est parfaitement définie et reproductible et
dont la solubilité autorise des réactions de couplage en
phase liquide homogène.
Dendrimères et catalyse
La synthèse de métalladendrimères ouvre de vastes
perspectives d'avenir en catalyse hétérogène. On
peut greffer un grand nombre de métaux (Rh, Ru, Pd, Pt, Au, Fe,
etc.) soit à la surface des dendrimères, soit à l'intérieur
des cavités plus ou moins près du cœur. De plus, ces
métalladendrimères sont hydrosolubles et conduisent à
des processus propres de catalyse asymétrique compatibles avec
des contraintes économiques et de préservation de l'environnement.
Les catalyseurs sont récupérables par ultrafiltration et
recyclables.
Dendrimères et nanoélectronique
Une nouvelle chimie supramoléculaire est en train de naître
avec les réseaux tridimensionnels de clusters (agrégats
moléculaires) métalliques. Des superclusters (ex. [Au55]55
à base d'or) organisés en réseaux sous forme d'hexagones
très purs pourraient constituer des systèmes performants
en nanoélectronique. De tels réseaux tridimensionnels de
rhodium, ruthenium, palladium, platine ont, en outre, des propriétés
particulières en catalyse hétérogène.
Dendrimères et polyélectrolytes
L'introduction d'un grand nombre de charges dans les structures dendritiques
devrait conduire à des matériaux conducteurs (polymères
chargés du type polyphosphazene, à motif phosphore azote,
ou polysiloxane, à motif silicium oxygène).
Dendrimères et matériaux hybrides organiques-inorganiques
Les matériaux minéraux constituent des supports de choix
pour la catalyse hétérogène, pour des techniques
de dépollution, de purification, d'encapsulation de diverses substances,
etc. Une nouvelle génération de matériaux est en
train de naître : perméables à l'oxygène, hydrophiles,
flexibles, non cassants, usinables et résistants aux rayures (revêtement
des lentilles de vue).
Dendrimères et capteurs
Les dendrimères se déposent parfaitement sous forme de films
minces monocouches sur diverses surfaces (quartz, mica, or,...) pour la
construction de systèmes multicouches. Des applications dans le
domaine des capteurs chimiques, des biocapteurs sont envisageables (i.e.
systèmes multicouches à alternance dendrimère polycationique,
polymère polyanionique ou enzyme, glucose oxydase).
Dendrimères et polymères
Les polymères à motif phosphore-azote ont fait leur entrée
dans divers domaines : photochimie, cristaux liquides, optique non linéaire,
électro ou photochromisme, céramiques, piezoélectricité,
tribologie, holographie, biomédecine, membranes, etc. Certains
de ces polymères se comportent comme des matériaux biologiquement
actifs (antitumoraux, fertilisants). Ils sont utilisés comme additifs
dans des filtres synthétiques, pour des matériaux à
base de cellulose, pour des polyuréthannes (comme agents protecteurs).
Des applications sont possibles en optique non linéaire.
Dendrimères et nanoparticules
Un des objectifs fondamentaux de la chimie des colloïdes est le contrôle
de la taille et de la morphologie des particules afin d'éviter
les phénomènes d'agrégation. Les dendrimères
sont des macromolécules de choix pour la stabilisation des colloïdes
et pour le contrôle de leur taille puisqu'ils sont modulables à
souhait et porteurs en surface de fonctions variées pouvant assurer
ce rôle de stabilisant (groupements thiols, phosphines, amines...).
Dendrimères, médecine et diagnostic
Les dendrimères connaissent aujourd'hui leurs premières
grandes applications comme agents de diagnostic ou agents thérapeutiques
: prévention d'infection par des virus ou par des bactéries,
thérapie de certains cancers, thérapie génique, agents
de contrastes en imagerie médicale, etc. La libération lente
et contrôlée de substances actives dans l'organisme représente
un véritable défi (possibilité d'emprisonner des
substances actives dans les cavités des dendrimères). Autres
applications spécifiques : enzymes, polypeptides.
Dendrimères, systèmes photoactifs
L'absorption d'énergie par des groupements placés en périphérie
de dendrimères et la transmission d'énergie de la surface
vers le cœur du dendrimère à travers des liaisons covalentes
(effet d'antenne) devrait conduire au développement de systèmes
photoactifs performants.
Dendrimères et environnement
Les dendrimères constituent de véritables pièges
à métaux et jouent un rôle déterminant dans
les processus classiques de catalyse (récupération et recyclage
du catalyseur à base de dendrimère, par ultrafiltration),
de traitement des effluents (membranes à base de dendrimères).
Objectif : élaborer une chimie propre.
Autres domaines d'application des dendrimères
Chromatographie par exclusion de taille ; cristaux liquides ; antioxydants
; encres à base de colorants fixés sur dendrimères
; membranes pour la séparation et la purification de gaz ; formulation
; adhésion ; phénomènes de frictions, usures (amélioration
considérable de la durée de vie de disques durs) ; milieux
micellaires, dendrimères amphiphiles ; agrochimie ; immunologie
; etc.
L'étude des dendrimères devrait connaître, dans les
dix prochaines années, un essor considérable, car on a ici
un matériau extraordinairement adaptable, aux performances tout
à fait inégalables en ce sens que sa structure, sa flexibilité,
sa porosité, sa morphologie peuvent être adaptées
à loisir pour l'obtention de la propriété désirée.
C'est une véritable légochimie***
qui se place au carrefour des sciences exactes telles que la chimie, bien
sûr, mais aussi les matériaux, les médicaments, les
nanosciences en général, la biologie et la médecine.
*
Dendrimère ou arbre moléculaire (dendri = arbre, en grec
; mère pour polymère).
**
Monomère : unité constitutive d'un polymère.
Polymère : édifice composé par la répétition
d'un ou de plusieurs groupes d'atomes, ou motifs (monomères), attachés
les uns aux autres par des liaisons chimiques.
*** Expression inventée par Pierre-Gilles de
Gennes.
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