Cet ouvrage porte sur la conception, la synthèse et la caractérisation de sphères supramoléculaires auto-assemblées. Si le groupe Dory a, par le passé, été en mesure d’effectuer la synthèse d’un type de sphères avec 4 unités monomères, le but de cette recherche a été de développer des monomères qui tendraient vers des sphères à 8 unités voire même 20. Suite à de nombreuses idées, nous avons orienté notre recherche davantage sur un type de monomère afin de pouvoir le synthétiser en quantité suffisamment importante pour pouvoir le caractériser. Une idée aussi novatrice a nécessité plusieurs mois de travail pour parvenir à un produit satisfaisant et suffisamment pur pour commencer la caractérisation.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Depuis les années quatre-vingt, la construction d’édifices supramoléculaires à base de complexes de coordination suscite un intérêt considérable dans la recherche de nouveaux nanomatériaux fonctionnels. L’utilisation de complexes métalliques permet non seulement l’obtention d’une multitude de supramolécules de géométrie et de dimensionnalité très variées, mais également l’introduction de processus remarquables au sein des entités nanométriques, comme par exemple le transfert d’énergie lumineuse, le transport d’électrons et la séparation photo-induite de charges. La recherche menée au cours de cette thèse s’est plus particulièrement focalisée sur l’étude de deux types d’édifices supramoléculaires polymétalliques de dimensions différentes, l’un tridimensionnel, construit au départ d’ions ruthénium (II), l’autre unidimensionnel, obtenu à partir d’ions cuivre (II) ou cuivre (I). Plus précisément, la première partie de ce travail a été consacrée à la synthèse d’un complexe hexanucléaire symétrique de Ru(II), à base de ligands pontants PHEHAT et TPAC, afin de développer de nouvelles antennes collectrices d’énergie lumineuse. Dans ce cadre, nos travaux se sont principalement concentrés sur la synthèse ainsi que sur l’étude électrochimique et photophysique de deux nouveaux composés précurseurs trinucléaires, le cis-{[(phen)2Ru(PHEHAT)]2Ru(CH3CN)2}6+ et le {[(phen)2Ru(PHEHAT)]2Ru(TPAC)}6+, pouvant également servir de bloc de construction pour l’élaboration d’entités de tailles encore plus importantes. Une analyse par spectrométrie de masse du produit obtenu par chélation de l’entité bis-CH3CN sur le composé trinucléaire à base de TPAC ne nous a pas permis de prouver la présence de l’entité hexanucléaire. La nature du composé identifié semble toutefois confirmer la formation de l’espèce souhaitée à un moment ou un autre. La seconde partie de notre travail a consisté à tester le TPAC ainsi que deux ligands dérivés du dipyrrométhène (m-DipyH et m-dpDipyH) comme agents pontants pour la construction de nouveaux complexes polynucléaires cuivrés unidimensionnels. D’une part, nous nous sommes penchés sur la synthèse des sous-unités monométalliques [Cu(II)(Dipy)2]0, [Cu(II)(dpDipy)2]0 et [Cu(I)(dpDipy)2]-. L’ensemble des études réalisées sur les deux composés mononucléaires de Cu(II) a permis la mise en évidence de propriétés extrêmement différentes de celles des complexes de Cu(II) polypyridiniques, tant du point de vue structural, qu’électrochimique et photophysique. Par ailleurs, les analyses consacrées à la caractérisation du [Cu(I)(dpDipy)2]- ont révélé de manière surprenante un comportement instable pour cette entité, à l’inverse des complexes de Cu(I) à base de phénanthrolines « encombrées ». Le recours à des calculs théoriques nous a permis de proposer une hypothèse pouvant expliquer cette différence de comportement. D’autre part, bien que des incertitudes subsistent toujours quant à la possibilité de former des entités polynucléaires à base de Cu(II) et de TPAC, les résultats obtenus par spectrométrie de masse ont clairement prouvé l’obtention d’espèces de Cu(II) de très haute nucléarité au départ du m-DipyH. Les ligands pontants dérivés du dipyrrométhène se révèlent donc être de très bons candidats pour l’élaboration d’entités unidimensionnelles de Cu(II). Celles-ci pourraient susciter un grand intérêt dans le cadre d’une application impliquant l’utilisation de la lumière, en raison des propriétés d’absorption et de luminescence intéressantes détectées pour les sous-unités monométalliques de Cu(II).

Cette thèse porte sur le développement de nouvelles unités π-conjugués pour l’étude de la chimie supramoléculaire des fullerènes et pour des applications en optoélectronique. Différentes structures π-étendues et polycycliques aromatiques ont été synthétisées, caractérisées, et étudiées en chimie supramoléculaire ou en électronique organique. Les objectifs des travaux de cette thèse et les éléments théoriques sont introduits dans le premier chapitre pour une meilleure compréhension et une mise en contexte des chapitres de cœur. Le deuxième chapitre porte sur le design et la synthèse d’une famille d’hôtes pour fullerènes à partir d’un motif porphyrine cyclophane fonctionnalisé par diverses unités aromatiques. Les variations structurelles ont permis une étude comparative structure-propriétés de complexation avec les fullerènes C60 et C70. Le chapitre 3 détaille la synthèse d’un nouveau dérivé hautement conjugué du tetrathiafulvalène à partir du motif anthanthrone, le sExTTF. L’étude du motif sExTTF pour la reconnaissance de fullerènes à mener à l’observation de la photo-oxydation du lien 1,3-dithiole-ylidène médié par le C60. Le chapitre 4 présente les travaux initiaux sur la fonctionnalisation du pigment de cuve Vat Orange 3. La structure 4,10-dibromoanthanthrone a été fonctionnalisée de façons diverses pour moduler la largeur de bande interdite et les propriétés électrochimiques sur une large plage de valeurs. Dans le chapitre 5, les travaux sur la fonctionnalisation de l’anthanthrone sont étendus à la synthèse de dérivés fonctionnalisés en positions 6,12 par des amines et des imines. Les propriétés optoélectroniques et d’empilements du noyau anthanthramine peuvent être contrôlé par la N-fonctionnalisation de l’amine. L’effet de l’aromaticité locale sur la conjugaison π a aussi été évalué. Le chapitre 6 porte sur la synthèse d’une famille de dérivés cruciformes au noyau aromatique polycyclique anthanthrène pour une étude comparative structure-propriétés. Cette étude a permis l’observation de la conjugaison effective à travers l’axe 6,12 du noyau anthanthrène. Le potentiel des dérivés anthanthrènes comme semi-conducteurs de type p pour des applications d’électronique organique, cellules solaires et transistors à effet de champ, a été évalué dans le chapitre 7. Finalement, une conclusion et la mise en perspective des résultats obtenus et travaux futurs sont présentées dans le chapitre 8. / This thesis presents the development of new π-conjugated units for supramolecular complexation of fullerenes and optoelectronic applications. A variety of π-extended and polycyclic aromatic structures were synthesized, characterized and their potential in supramolecular and organic electronic was assessed. In the first chapter, the thesis objectives and theoretical elements are introduced for a better understanding and contextualization of the main chapters. Chapter 2 presents the design and synthesis of a class of strapped porphyrins functionalized with different aromatic units. Structural variations allowed for a comparative structure-property relationship analysis of C60 and C70 complexation. The third chapter details the synthesis of a new super-extended tetrathiafulvalene derivative, abbreviated sExTTF, from the anthanthrone scaffold. Study of a bis-sExTTF supramolecular host for fullerenes led to the observation of the photooxidation of the 1,3-dithiol-2-ylidene bond. This photooxidation reaction is sensitized by the fullerene and has significant implications for supramolecular and materials chemistry. The 4th chapter presents the initial work on chemical functionalization of the pigment Vat Orange 3. The 4,10-dibromoanthanthrone unit was used as a versatile substrate in order to tune the optoelectronic properties by multiple functionalization strategies. The bandgap and redox properties were controlled over a wide range. In the 5th chapter, the functionalization of the anthanthrone scaffold was further extended at the 6,12-positions with amines and imines. The optoelectronic and packing properties of the anthanthramine core were modulated via N-functionalization with an easily thermally removable N-Boc protecting group. The effect of local aromaticity on π-conjugation was also evaluated. Chapter 6 presents the synthesis of a family of cruciform anthanthrene derivatives for a structure-properties relationship study. This study allowed the determination of the most effective π-conjugation pathway along the 6,12-axis. The potential of anthanthrene derivatives as p-type semi-conductors for organic field effect transistors and solar cells was assessed in chapter 7. A conclusion and perspective of the past and future work is presented in the final chapter.

Depuis les années quatre-vingt, la construction d’édifices supramoléculaires à base de complexes de coordination suscite un intérêt considérable dans la recherche de nouveaux nanomatériaux fonctionnels. L’utilisation de complexes métalliques permet non seulement l’obtention d’une multitude de supramolécules de géométrie et de dimensionnalité très variées, mais également l’introduction de processus remarquables au sein des entités nanométriques, comme par exemple le transfert d’énergie lumineuse, le transport d’électrons et la séparation photo-induite de charges. La recherche menée au cours de cette thèse s’est plus particulièrement focalisée sur l’étude de deux types d’édifices supramoléculaires polymétalliques de dimensions différentes, l’un tridimensionnel, construit au départ d’ions ruthénium (II), l’autre unidimensionnel, obtenu à partir d’ions cuivre (II) ou cuivre (I).<p><p>Plus précisément, la première partie de ce travail a été consacrée à la synthèse d’un complexe hexanucléaire symétrique de Ru(II), à base de ligands pontants PHEHAT et TPAC, afin de développer de nouvelles antennes collectrices d’énergie lumineuse. Dans ce cadre, nos travaux se sont principalement concentrés sur la synthèse ainsi que sur l’étude électrochimique et photophysique de deux nouveaux composés précurseurs trinucléaires, le cis-{[(phen)2Ru(PHEHAT)]2Ru(CH3CN)2}6+ et le {[(phen)2Ru(PHEHAT)]2Ru(TPAC)}6+, pouvant également servir de bloc de construction pour l’élaboration d’entités de tailles encore plus importantes. Une analyse par spectrométrie de masse du produit obtenu par chélation de l’entité bis-CH3CN sur le composé trinucléaire à base de TPAC ne nous a pas permis de prouver la présence de l’entité hexanucléaire. La nature du composé identifié semble toutefois confirmer la formation de l’espèce souhaitée à un moment ou un autre. <p><p>La seconde partie de notre travail a consisté à tester le TPAC ainsi que deux ligands dérivés du dipyrrométhène (m-DipyH et m-dpDipyH) comme agents pontants pour la construction de nouveaux complexes polynucléaires cuivrés unidimensionnels. D’une part, nous nous sommes penchés sur la synthèse des sous-unités monométalliques [Cu(II)(Dipy)2]0, [Cu(II)(dpDipy)2]0 et [Cu(I)(dpDipy)2]-. L’ensemble des études réalisées sur les deux composés mononucléaires de Cu(II) a permis la mise en évidence de propriétés extrêmement différentes de celles des complexes de Cu(II) polypyridiniques, tant du point de vue structural, qu’électrochimique et photophysique. Par ailleurs, les analyses consacrées à la caractérisation du [Cu(I)(dpDipy)2]- ont révélé de manière surprenante un comportement instable pour cette entité, à l’inverse des complexes de Cu(I) à base de phénanthrolines « encombrées ». Le recours à des calculs théoriques nous a permis de proposer une hypothèse pouvant expliquer cette différence de comportement. D’autre part, bien que des incertitudes subsistent toujours quant à la possibilité de former des entités polynucléaires à base de Cu(II) et de TPAC, les résultats obtenus par spectrométrie de masse ont clairement prouvé l’obtention d’espèces de Cu(II) de très haute nucléarité au départ du m-DipyH. Les ligands pontants dérivés du dipyrrométhène se révèlent donc être de très bons candidats pour l’élaboration d’entités unidimensionnelles de Cu(II). Celles-ci pourraient susciter un grand intérêt dans le cadre d’une application impliquant l’utilisation de la lumière, en raison des propriétés d’absorption et de luminescence intéressantes détectées pour les sous-unités monométalliques de Cu(II). <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Pour modéliser l'effet d'antenne et l'obtention d'un système à charges séparées, les deux étapes primordiales de la photosynthèse, nous avons associé des porphyrines et des fullerènes. Les porphyrines ont des propriétés structurelles et photophysiques proches de la chlorophylle.<br />Pour obtenir un effet d'antenne, nous avons réalisé plusieurs ensembles de porphyrines, avec toujours une porphyrine base-libre. Nous avons alors pu observer un transfert d'énergie des porphyrines métallées vers la porphyrine base-libre.<br />Pour obtenir un système à charges séparées, nous avons synthétisé des complexes entre ces ensembles multiporphyriniques, avec une porphyrine base-libre portant un éther-couronne et un dérivé de fullerène C60.<br />Il a été possible d'observer de fortes constantes d'association dans ces complexes, résultant de l'association d'interactions de type liaisons-H et d'interactions π− π entre le cœur de la porphyrine et la surface du C60, obtenant ainsi un bilboquet moléculaire.<br />Ces complexes, très stables, en solution nous ont permis d'obtenir de forts piégeages de l'énergie lumineuse de la porphyrine par le C60, soit par transfert d'électron, soit par transfert d'énergie.

Les édifices multi-porphyriniques retiennent de plus en plus l'attention des chercheurs et leur compréhension n'a cessé de croître ces dernières années en raison de leur vaste domaine d'application, que ce soit pour l'élaboration de complexes collecteurs d'énergie lumineuse, pour la construction de fils moléculaires photoniques ou électroniques ainsi que pour la formation de complexes supramoléculaires originaux.<br />Dans l'optique de synthétiser des pinces bis-porphyriniques capables de former des complexes supramoléculaires stables avec des bases bidentates de tailles variées, nous avons synthétisé plusieurs architectures moléculaires de type bis- et tris-porphyrines dans lesquelles les chromophores sont liés entre eux par des espaceurs nucléosidiques flexibles dérivés de l'uridine. Nous avons donc fait varier les positions d'ancrage des deux porphyrines sur l'uridine en accrochant soit les deux porphyrines en des positions différentes du sucre, soit en greffant un chromophore sur le ribose et l'autre sur l'uracile. <br />La caractérisation par spectroscopie UV-visible de l'ensemble des architectures moléculaires nous a permis d'observer l'existence d'interactions électroniques entre les différents chromophores au sein de ces composés. Pour deux des trois dimères ainsi que pour les trimères, l'espaceur nucléosidique bloque la conformation de ces molécules sous la forme de pinces comportant une cavité pré-organisée. Ainsi, la complexation de bases bidentates de tailles variées a été suivie par spectroscopie UV-visible, et des constantes d'association supérieures de 1,5 à 2 ordres de grandeur par rapport à la complexation des mêmes bases par une mono-porphyrine ont été trouvées. La pré-organisation des cavités bis-porphyriniques augmente donc la stabilité des complexes supramoléculaires de type hôte/récepteurs formés. En outre, l'ajustement de la cavité à la taille de l'hôte complexé a pu être démontré. Un piégeage efficace de la luminescence de la porphyrine de Zn(II) a également été observé au sein des deux dimères porteurs à la fois d'une porphyrine de Zn(II) et d'une porphyrine base-libre, et attribué à un transfert d'énergie ayant lieu vers la porphyrine base-libre.<br />Enfin, ces espaceurs nucléosidiques offrent la possibilité d'établir des liaisons hydrogène avec un synthon complémentaire de l'uracile fonctionnalisé par une porphyrine ou deux, et ainsi d'augmenter le nombre de chromophores collecteurs de photons.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cet ouvrage porte sur les macrocycles organiques. Une introduction générale sur les propriétés des macrocycles et leurs rôles dans la chimie des matériaux et le développment des médicaments est présentée en premier lieu pour expliquer notre intérêt particulier sur cette classe de molécules. Le premier chapitre parle d’une nouvelle conception des nanotubes supramoléculaires par auto-assemblage des macrocycles de forme persistante. Nous avons exploité la capacité d’auto-assembler des différents types de cyclopeptides de squelette rigidifié en structures nanotubulaires. Cette approche a aussi été bien étudiée par plusieurs groupes de recherche de la littérature. Une caractéristique commune dans toutes ces conceptions est le besoin des fonctions amides qui sont disposées à l’intérieur du macrocycle et responsables des ponts Hydrogènes intermoléculaires pour diriger l’auto-organisation en nanotubes. Cette approche fonctionnait bien mais trouve limitée dans le cas où la structure cyclique manque des motifs (en particulier les amides) responsables de l’auto-assemblage par exemple les structures π-conjuguées. Pour ce genre de molécules, l’incorporation des longues chaînes latérales alkyles en périphérie du cycle représente la méthode habituelle pour obtenir l’empilement efficace entre les molécules. Par contre, le matériau formé présente souvent un désordre moléculaire et une faible cristallinité. Nous proposons une meilleure conception pour stimuler la croissance unidimensionnelle en ajoutant les fonctions amides susceptibles des liaisons Hydrogène intermoléculaire en périphérie du cycle. La tribenzocyclyne (TBC) est choisie comme échafaudage pour examiner cette stratégie qui n’a jamais été appliquée et rapportée sur un système cyclique pour le même objectif. L’intensité et la directionnalité des interactions Hydrogène supporteraient l’auto-organisation efficace de ces dérivés de TBC en nanotubes comme manifestée par quelques calculs semi-empiriques. De différentes générations de TBC portant des amides latéraux ont été conçues, synthétisées et discutées pour améliorer la synthèse et pouvoir obtenir l’arrangement désiré des molécules. Afin de favoriser la compréhension sur les nanotubes supramoléculaires, une introduction sur la chimie supramoléculaire, les interactions non-covalentes et les différentes approches vers les nanotubes supramoléculaires est résumée en détail. Toujours concernant les marcocycles, le deuxième chapitre aborde la conception des nouveaux agonistes cycliques ciblant le récepteur opioïde δ (DOPr). Les résultats préliminaires obtenus par notre groupe ont permi de proposer une conformation de Leu-enképhaline (LENK), le ligand endogène activant le DOPr, qui est très probablement celle trouvée dans le site actif de DOPr. En basant sur ce modèle, nous voulons concevoir des macrocycles dont le squelette est fixé plus ou moins vers cette conformation active hypothétique en incorporant les espaceurs appropriés entre les pharmacophores. Les nouvelles molécules sont considérées comme candidats-agonistes sélectifs δ car la conception fixerait la conformation spécifique pour la liaison avec le DOPr au lieu des autres récepteurs opioïdes surtout le μ (MOPr). L’objectif à long terme de ce projet, qui est en collaboration avec le laboratoire du Professeur Louis Gendron, est d’obtenir les agonistes sélectifs δ puissants pour soulager les douleurs sévères et/ou chroniques avec les effets secondaires réduits ou éliminés. Ces effets indésirables constituent le problème majeur qui limite l’efficacité ou suspend la médication des agonistes opioïdes telles que la morphine dans le traitement de la douleur. Pour comprendre mieux l’arrivée des nouveaux macrocycles synthétisés et discutés dans ce chapitre, une introduction générale sur la douleur et les traitements actuels, les récepteurs opioïdes et leur rôle dans la modulation de la douleur est présentée en premier lieu. Les résultats préliminaires par notre groupe et les collaborations sont aussi résumées. Finalement, une concise annexe sur l’exploration d’une nouvelle conception de nanosphères supramoléculaires est ajoutée en dernier lieu. Ces nanocapsules résulteraient de l’auto-assemblage des dérivés de corannulène portant des amides latéraux, ce qui imitent la structure de la capside sphérique chez plusieurs virus.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.