La performance des dispositifs moléculaires, tels que les cellules solaires ou des diodes électroluminescentes, peut être optimisée en contrôlant l’organisation des composantes des couches actives. Les fullerènes et leurs dérivés sont souvant utilisés dans des dispositifs photovoltaïques pour leurs propriétés électro-acceptrices et conductrices. Il est donc important de concevoir des structures moléculaires pouvant interagir avec les unités fullerène et ainsi de diriger leur organisation. Le caractère électro-accepteur et la forme convexe des fullerènes favorisent le choix d’un partenaire de surface complémentaire : électro-donneuse et concave. Le phosphangulène, une triarylphosphine hexacyclique qui répond à ces critères et est aisément fonctionnalisable, a été choisi comme structure de base pour la synthèse des cibles. La présente thèse décrit la synthèse et la structure des dérivés du phosphangulène et des cocristaux obtenus avec les fullerènes au travers de quatre articles soumis au courant de ce doctorat. Le premier article décrit la synthèse des dérivés chalcogénures du phosphangulène. Ces dérivés-ci présentent de nombreux polymorphes, résultant en de bons candidats pour la cocristallisation. Le second article se concentre sur les cocristaux de ces dérivés chalcogénures avec le C60 et le C70. Dans le troisième article, nous décrivons les complexes obtenus par la coordination du phosphangulène sur des métaux de transition. Enfin, dans le quatrième article, nous parlons des sels du µ-nitrido-bis(phosphangulène), un cation organique où deux unités phosphangulène sont pontées par un atome d’azote, ainsi que des cocristaux résultant de la combinaison de ce ligand pontant et du C60. / The performance of molecular devices such as solar cells or light-emitting diodes can be optimized by controlling how the active-layer components are organized. Fullerenes and their derivatives are often used in photovoltaic devices for their electron-accepting and conductive properties. It is therefore important to design molecular structures that can interact with fullerene units and thus direct their organization. The electron-accepting character and convex shape of fullerenes favor the choice of a partner with a complementary surface that is electron-donating and concave. Phosphangulene, a hexacyclic triarylphosphine that meets these criteria and is easily functionalizable, was chosen as the basic structure for synthesizing targets. This thesis describes the synthesis and structure of phosphangulene derivatives and their cocrystals obtained with fullerenes through four articles submitted during this doctorate. The first article describes the synthesis of chalcogenide derivatives of phosphangulene. These derivatives have many polymorphs, resulting in good candidates for cocrystallization. The second article focuses on cocrystals of these chalcogenide derivatives with C60 and C70. In the third article, we describe the complexes obtained by the coordination of phosphangulene with transition metals. Finally, in the fourth article, we talk about the salts of μ-nitrido-bis (phosphangulene), an organic cation where two phosphangulene units are bridged by a nitrogen atom, as well as the crystals resulting from the combination of this bridging ligand and C60.

No / PURPOSE: To explore hot melt extrusion (HME) as a scalable, solvent-free, continuous technology to design cocrystals in agglomerated form. METHODS: Cocrystal agglomerates of ibuprofen and nicotinamide in 1:1 ratio were produced using HME at different barrel temperature profiles, screw speeds, and screw configurations. Product was characterized for crystallinity by XRPD and DSC, while the morphology was determined by SEM. Dissolution rate and tabletting properties were compared with ibuprofen. RESULTS: Process parameters significantly affected the extent of cocrystallization which improved with temperature, applied shear and residence time. Processing above eutectic point was required for cocrystallization to occur, and it improved with mixing intensity by changing screw configuration. Product was in the form of spherical agglomerates, which showed directly compressible nature with enhanced dissolution rate compared to ibuprofen. This marks an important advantage over the conventional techniques, as it negates the need for further size modification steps. CONCLUSIONS: A single-step, scalable, solvent-free, continuous cocrystallization and agglomeration technology was developed using HME, offering flexibility for tailoring the cocrystal purity. HME being an established technology readily addresses the regulatory demand of quality by design (QbD) and process analytical technology (PAT), offering high potential for pharmaceuticals.

Le fullerène C60, une molécule sphérique, et le C70, un analogue ellisoïde, sont des composés aromatiques convexes constitués exclusivement d'atomes de carbone. La nature aromatique de la surface de ces cages de carbone rend possible leur association à l'état solide avec d'autres molécules aromatiques de topologie complémentaire. En particulier, l'association des fullerènes avec des composés présentant des motifs concaves aromatiques, via une association de type concave-convexe, est favorable. En effet, les interactions π•••π de type concave-convexe sont amplifiées grâce à la complémentarité topologique des partenaires impliqués. Le centrohexaindane est un hydrocarbure non planaire rigide qui a été synthétisé pour la première fois en 1988 par Kuck et collaborateurs. Cette molécule possède quatre surfaces aromatiques concaves orientées dans une géométrie tétraédrique qui sont susceptibles d'interagir favorablement avec les fullerènes. Nous avons ainsi avec succès cocristallisé le centrohexaindane avec les fullerènes C60 et C70. Puis, nous avons étudié les assemblages à l'état solide entre le centrohexaindane et les fullerènes par l'analyse des structures résolues via diffraction des rayons X. Les surfaces concaves aromatiques du centrohexaindane se sont révélées être propices à une association avec les fullerènes C60 et C70 via des interactions π•••π de type concave-convexe, tel que prévu. En outre, nous avons découvert que les liaisons C-H situées à la périphérie du centrohexaindane prennent part à une multitude de contacts C-H•••π avec les molécules de fullerène. Les échantillons de cocristaux composés de centrohexaindane et de fullerène ont aussi été caractérisés par diffraction de poudre des rayons X et par analyse thermogravimétrique dans le but d'en évaluer l'homogénéité. / Spherical fullerene C60 and C70, its ellipsoidal analogue, are convex aromatic compounds consisting exclusively of carbon atoms. The aromatic nature of the surface of these carbon cages enables their solid-state association with aromatic molecules that have complementary shapes. In particular, the association of fullerenes with compounds that have concave aromatic units, by a concave-convex type of association, is favored. Indeed, concave-convex π•••π interactions are enhanced because of the topological complementarity of the partners. Centrohexaindane is a rigid nonplanar hydrocardon that was first synthesized in 1988 by Kuck and coworkers. It contains four concave aromatic surfaces, oriented in a tetrahedral geometry, that are likely to interact favorably with fullerenes. To study this phenomenon, we successfully cocrystallized centrohexaindane with fullerenes C60 and C70. We then resolved the structure of the resulting solid-state assemblies by X-ray diffraction. The concave aromatic surfaces of centrohexaindane proved to be conducive for an association with fullerenes involving concave-convex π•••π interactions, as expected. In addition, we found that C-H bonds located at the periphery of centrohexaindane participate in a variety of C-H•••π contacts with the fullerene partners. Samples of cocrystals containing centrohexaindane and fullerene were also characterized using powder X-ray diffraction and thermogravimetric analysis in order to assess their homogeneity.

Le fullerène C60, une molécule sphérique, et le C70, un analogue ellisoïde, sont des composés aromatiques convexes constitués exclusivement d'atomes de carbone. La nature aromatique de la surface de ces cages de carbone rend possible leur association à l'état solide avec d'autres molécules aromatiques de topologie complémentaire. En particulier, l'association des fullerènes avec des composés présentant des motifs concaves aromatiques, via une association de type concave-convexe, est favorable. En effet, les interactions π•••π de type concave-convexe sont amplifiées grâce à la complémentarité topologique des partenaires impliqués. Le centrohexaindane est un hydrocarbure non planaire rigide qui a été synthétisé pour la première fois en 1988 par Kuck et collaborateurs. Cette molécule possède quatre surfaces aromatiques concaves orientées dans une géométrie tétraédrique qui sont susceptibles d'interagir favorablement avec les fullerènes. Nous avons ainsi avec succès cocristallisé le centrohexaindane avec les fullerènes C60 et C70. Puis, nous avons étudié les assemblages à l'état solide entre le centrohexaindane et les fullerènes par l'analyse des structures résolues via diffraction des rayons X. Les surfaces concaves aromatiques du centrohexaindane se sont révélées être propices à une association avec les fullerènes C60 et C70 via des interactions π•••π de type concave-convexe, tel que prévu. En outre, nous avons découvert que les liaisons C-H situées à la périphérie du centrohexaindane prennent part à une multitude de contacts C-H•••π avec les molécules de fullerène. Les échantillons de cocristaux composés de centrohexaindane et de fullerène ont aussi été caractérisés par diffraction de poudre des rayons X et par analyse thermogravimétrique dans le but d'en évaluer l'homogénéité. / Spherical fullerene C60 and C70, its ellipsoidal analogue, are convex aromatic compounds consisting exclusively of carbon atoms. The aromatic nature of the surface of these carbon cages enables their solid-state association with aromatic molecules that have complementary shapes. In particular, the association of fullerenes with compounds that have concave aromatic units, by a concave-convex type of association, is favored. Indeed, concave-convex π•••π interactions are enhanced because of the topological complementarity of the partners. Centrohexaindane is a rigid nonplanar hydrocardon that was first synthesized in 1988 by Kuck and coworkers. It contains four concave aromatic surfaces, oriented in a tetrahedral geometry, that are likely to interact favorably with fullerenes. To study this phenomenon, we successfully cocrystallized centrohexaindane with fullerenes C60 and C70. We then resolved the structure of the resulting solid-state assemblies by X-ray diffraction. The concave aromatic surfaces of centrohexaindane proved to be conducive for an association with fullerenes involving concave-convex π•••π interactions, as expected. In addition, we found that C-H bonds located at the periphery of centrohexaindane participate in a variety of C-H•••π contacts with the fullerene partners. Samples of cocrystals containing centrohexaindane and fullerene were also characterized using powder X-ray diffraction and thermogravimetric analysis in order to assess their homogeneity.