Au cours de ce travail de thèse, la synthèse de nouveaux ligands mixtes combinant des fonctions de propriétés électroniques différentes (phosphores, amines, alcène, amidure, iminophosphorane) a été abordée. Leur chimie de coordination a été étudiée et certains complexes isolés ont été utilisés en catalyse (oligomérisation d'éthylène, hydrogénation par transfert d'hydrure).

Le développement de composés de coordination biologiquement actifs (antimicrobiens, les anti-inflammatoires, les antifongiques, les anti-oxydants et les anticancéreux) est un domaine de la chimie inorganique en évolution rapide, susceptible d'avoir un impact direct sur l'amélioration de la qualité de la vie. Les complexes métallo-antibiotique tirent parti de l'effet synergique pour aboutir à une activité pharmacologique améliorée. La reconnaissance du rôle des ions métalliques dans les systèmes biologiques et dans le traitement de diverses maladies attire l'attention sur les avantages d'étudier l'interaction des ions métalliques avec les molécules de médicaments organiques. Dans la continuité avec les travaux précédents de l’équipe, nous nous intéressons à la synthèse de nouvelles familles de complexes métaux-antibiotiques associant l’activité antiseptique d’un ion métallique à un ou deux types de molécules bioactives. Leurs actions additives doivent avoir un effet synergique et conduire à des traitements plus efficaces et devraient fortement minimiser les risques d'apparition de bactéries mutantes. Au cours de ce travail, nous avons réussi à synthétiser le premier complexe métal-antibiotique associant deux types d'antibiotiques différents comme ligands du Zn(II). Des études comparatives montrent qu'il a une meilleure activité antibactérienne contre E. Coli, E. Aureus, E. Feacalis que les antibiotiques parents et les complexes ne contenant qu'un seul de ces antibiotiques. Cela ouvre un nouveau concept appelé « Assemblage de Biomolécules Multi-actifs, ABM ». De plus, nous décrivons la synthèse et la caractérisation de nouveaux ligands antimicrobiens trifluorométhylés / Development of novel coordination complexes with diverse biological activities (antimicrobial, anti-inflammatory, antifungal, antioxidant and anticancer) is a rapidly evolving field of inorganic chemistry with potential direct impact on quality of life. Metal–drug complexes are of increasing interest in bioinorganic chemistry, leveraging the synergistic effect to lead to compounds with improved pharmacological activity. The recognition of the role of metal ions in biological systems and in treatment of various diseases calls attention to the benefits of studying the interaction of metal ions with organic drug molecules. In continuation with previous works of team, we focus here on the synthesis of new families of metal-antibiotic complexes associating, on one single-molecule, the antiseptic activity of a metal ion with the bioactivity of one or two type of bioactive molecules. Their additive actions have a synergetic effect and lead to more effective and shorter treatments and should strongly minimize the risks for appearance of bacteria mutants. In this work, we succeeded to synthesis the first metal-antibiotic complex associating two types of different antibiotic as ligands with Zn(II). The structure in the solid state of this new complex was established together with the studies of the chemical-physical properties. Comparative studies show it has a better antibacterial activity against (E.Coli, E,Aureus, E.Feacalis ) than parent antibiotics and complexes with only one of the antibiotic. This open a new concept named as Multi-Active Biomolecule Assembly. Moreover, the synthesis and characterisation of new trifluorométhylated antimicrobial ligands are described

Les enjeux économiques et écologiques actuels requièrent le développement de réactions et procédés respectueux de l'environnement. Dans ce cadre, nous étudions l'oxydation des hydrocarbures dans des conditions douces, un problème que la Nature a résolu en mettant en œuvre des enzymes dont le site actif contient un ou deux ions du fer, pour obtenir des produits avec efficacité et sélectivité. Parmi ces systèmes, les MonoOxygénases (MO) catalysent l'insertion d'un atome d'oxygène dans une liaison chimique d'un substrat organique inerte (S). Cela passe par l'activation réductrice du dioxygène ce qui mène à des intermédiaires très oxydants de type FeIII-(hydro)peroxo et Fe-Oxo (i.e. FeIV=O ou FeV=O).En utilisant des complexes très simples, nous avons préparé et identifié des intermédiaires réactionnels FeIII-peroxo et FeIV-oxo, à l'aide d'oxydants chimiques (H2O2, peroxydes, peracides...) ou de O2 et d'un réducteur, selon une réaction analogue aux MO à un atome de fer. Ces intermédiaires se sont montrés efficaces, respectivement pour l'hydroxylation catalytique des aromatiques et pour l'oxydation des oléfines et des alcanes, mais souffrent souvent d'un manque de sélectivité. De plus, les intermédiaires générés en présence d’O2 sont consommés par réaction indésirable avec le réducteur chimique ou son sous-produit d’oxydation, rendant la catalyse d’oxydation non réalisable dans ces conditions. Différentes stratégies ont été adoptées lors de cette thèse afin de mimer au mieux l’activité des enzymes et reproduire l’efficacité et la sélectivité de ces réactions d’oxydations.Ainsi, une cavité artificielle (calix[6]arène) a été greffée à nos complexes de fer. Une étude du site catalytique portant une fonction triazole résultant de la chimie « click » a été réalisée. La synthèse d’un nouveau complexe fer-zinc a ensuite été réalisée, où l’insertion des métaux dans leur site de coordination destiné est maîtrisée. L’insertion d’un substrat à l’intérieur de la cavité calixarène a été réalisée, permettant d’obtenir un système qui pourrait améliorer la sélectivité et l’efficacité des réactions d’oxydations des alcanes.La seconde stratégie développée a été d’utiliser une électrode comme source d’électrons lors de l’activation du dioxygène par un complexe de fer(II). L’étude par voltampérométrie cyclique de cette réaction a permis de démontrer la formation d’un adduit FeII-O2 en conditions réductrices. Un intermédiaire FeIII-peroxo a par la suite été détecté en oxydation, qui génère une espèce à haut degré d’oxydation. Cet intermédiaire généré directement en solution à l’aide d’H2O2 pourrait alors réaliser les réactions d’oxydations en conditions oxydantes. De nouveaux systèmes électrocatalytiques pourraient alors être développés. / MonoOxygenases (MO) such as cytochromes P450 catalyse the oxygen atom insertion into a chemical bond of an inert organic substrate following reductive activation of dioxygen. By using very simple Fe(II) complexes bearing amine/pyridine ligands, it is possible to prepare reactive species such as Fe(III)OOH and Fe(IV)O by using chemical oxidants (H2O2, peroxides, peracides...), or O2 in the presence of a chemical reductant via a reaction sequence similar to the one of P450. These intermediates have shown an efficient activity on hydroxylation of aromatic, and oxydation of olefins and alkanes. Nevertheless, these reactions suffer from a lack of specificity and regioselectivity. A drawback to the use of these complexes in oxidation catalysis by O2 is the side reaction between the oxidative intermediate species and the chemical reductant used. To solve these problems, different approaches have been developed during this thesis, in view to better mimic enzymes activity, and reproduce oxidation reactions efficiency and selectivity.A first strategy is to add an artificial cavity (calix[6]aren) to our iron complexes. A study of the catalytic site, bearing a triazole function resulting from the “click” chemistry, have been followed. The synthesis of a new iron-zinc complex have been then realized, with the insertion of the two metals in their destined coordination site was controlled. Insertion of a substrate inside the cavity has been realized, forming a system which could improve selectivity and efficiency of alkanes oxidation reactions.The second strategy developed was to use an electrode as source of electrons, during activation of O2 by an iron(II) complex. The cyclic voltammetry study of this reaction allowed us to reveal the formation of an adduct FeII-O2 in reductive conditions. An intermediate FeIII-peroxo was then detected at the electrode in oxidation, which generates a species with a high oxidation degree. This intermediate, generated in solution directly by reaction with H2O2, could realize oxidation reactions in oxidative conditions. New electrocatalytical systems could be then developed.

Le manuscrit présente une étude approfondie sur l'hydrogénation/cyclisation de cyano-aminoboranes pour la synthèse de composés BN cycliques catalysée par un complexe de ruthénium. Le premier chapitre est une introduction bibliographique mettant en évidence l'intérêt des molécules BN cycliques et décrivant les étapes élémentaires clés dans les systèmes catalytiques impliquant l'activation de la liaison B-H et la réduction de la liaison CN menant, en particulier, à la formation d'une liaison B-N. On se concentrera sur la réactivité des complexes bis (dihydrogène), RuH2(H2)2(PR3)2, avec les liaisons B-H et CN. Le deuxième chapitre présente la synthèse et la caractérisation d'une série de cyano- aminoboranes ainsi que leur transformation catalytique en utilisant RuH2(H2)2(PR3)2 sous H2. Les 1H-2,1-benzazaboroles cycliques correspondants sont formés de manière sélective et caractérisés par RMN, IR, rayons X et HRMS. Le troisième chapitre détaille l'étude mécanistique sur le processus catalytique avec la découverte de quelques étapes élémentaires, l'isolement d'un complexe comportant le substrat en transformation et la compréhension des processus d'activation des liaisons B-H et C=N. Des réactions stœchiométriques, des expériences de RMN à température variable et des calculs théoriques seront notamment analysées. Le quatrième chapitre contient une étude du potentiel synthétique du parent 1H-2,1-benzazaborole nouvellement formé. Sa réactivité en conditions basiques ainsi que sa transformation catalytique en utilisant des procédés bien établis impliquant la rupture d'une liaison N-H sont évaluées. Le cas spécifique de la cyclotrimérisation des 1H-2,1-benzazaboroles en borazines cycliques est détaillé au chapitre 5 ainsi qu'une étude de leurs propriétés optoélectroniques. / The manuscript presents an in-depth study on the ruthenium-catalyzed hydrogenation/cyclization of cyano-aminoboranes for the synthesis of cyclic BN-compounds. The first chapter is a bibliographic introduction highlighting the interest in cyclic BN-molecules and describing key elementary steps in catalytic systems involving B-H bond activation and CN bond reduction, leading in particular to B?N bond formation. A focus on the reactivity of the bis(dihydrogen) complexes, RuH2(H2)2(PR3)2, with B-H and CN bonds will be provided. The second chapter presents the synthesis and characterization of a series of cyano-aminoboranes along with their catalytic transformation using RuH2(H2)2 (PCy3)2 under H2. The corresponding cyclic 1H-2,1-benzazaboroles are cleanly formed and characterized by NMR, IR, X-ray, and HRMS. The third chapter details a mechanistic investigation on the catalytic process with the discovery of some elementary steps, the isolation of a complex featuring the substrate in transformation, and the understanding of the hydrogen transfer processes. Stoichiometric reactions, variable temperature NMR experiments and theoretical calculations will be in particular analyzed. The fourth chapter contains a study on the synthetic potential of the newly formed 1H-2,1-benzazaborole parent. Its reactivity in basic conditions as well as its catalytic transformation using well-established N-H bond cleavage systems are assessed. The specific case of cyclotrimerization of 1H-2,1-benzazaboroles into cyclic borazines is detailed in chapter 5 along with a study on their optoelectronic properties.

Certains composés moléculaires présentent des propriétés électroniques modulables par des stimuli (T, P, B, h). Différents états électroniques peuvent alors être stabilisés sous certaines conditions extérieures et le passage d'un état à l'autre s'effectue de façon réversible. Cette propriété de bistabilité ouvre ainsi la voie à des applications dans le domaine du stockage de l'information. Ce travail présente l'influence d'une irradiation lumineuse sur les propriétés magnétiques de composés de coordination construits à partir d'une brique cyanométallate et d'ions métalliques Co. Nous étudions en détail, à l'aide des techniques magnétiques et de réflectivité optique, les états métastables photo-induits dans des composés hexa-, tri- et octa-cyanométallates. La stabilité en température, mais aussi dans le temps, de ces états métastables sont présentées et analysées. L'étude des propriétés photomagnétiques corrélées aux données structurales permet d'ouvrir la discussion sur le rôle important joué par les interactions à courte portée dans la conservation des états métastables dans ces réseaux. Le résultat le plus marquant de ce travail est l'obtention d'une température limite de stockage de l'information T(LIESST) = 183 K dans un cluster moléculaire, ouvrant la voie à une nouvelle famille de matériaux moléculaires présentant des états photo-induits possédant de longues durées de vie.

De nombreux travaux ont été dédiés ces dernières années aux matériaux à transition de spin qui présentent des potentialités pour le stockage de l'information en raison de leurs propriétés physiques commutables : métastabilité thermique et optique. Ce travail est relatif au mécanisme photo-induit dans les systèmes à transition de spin et, plus précisément, à l'étude des effets de dilution sur la température LIESST. L'objectif principal est de mieux cerner les paramètres qui gouvernent T(LIESST). Diverses études expérimentales ont été réalisées sur des composés mononucléaires 0D, polymériques 1D et polynucléaires. L'analyse de l'ensemble des propriétés photomagnétiques a permis de montrer que T(LIESST) est indépendant de la dilution et suggère que cette grandeur est gérée par la molécule et dépend très peu des interactions intermoléculaires.

Les « glycoligands » sont des complexants obtenus par fonctionnalisation avec des bases de Lewis de structures centrales de type sucre. Nous avons fait varier de manière sys tématique la nature d'une plateforme centrale monosaccharidique (pyrannoses et furannoses de configurations et conformations variées) dans le cadre de l'étude des complexes dérivés de ligands contenant trois fonctions éther de 2-picolyle (ligands « triéther »). Nous avons considéré également des ligands « aminoéther » et « diamino » obtenus respectivement par fonctionnalisation de dérivés de type aminodésoxy-furannose et diaminodidésoxy-furannose. Les propriétés de complexation de cette famille de ligands pour les cations divalents 3d (Mn . . . Cu) ont été appréciées à travers des études structurales (diffraction des rayons X) et spectroscopiques. Divers complexes ont été étudiés par dichroïsme circulaire prouvant le caractère diastéréosélectif de la réaction de complexation et mettant en évidence une corré- lation empirique entre la conformation des cycles pyrannosique ou furannosique et la forme du signal. Dans un exemple choisi, la complexation a été caractérisée thermodynamiquement (par titration calorimétrique isotherme) afin de mettre en évidence l'effet de l'inclusion du site de chélation dans une structure cyclique. L'activité de type superoxyde dismutase d'un glycocomplexe diamino de manganèse s'oxydant à l'état Mn(III) en solution aqueuse aérobie a été mesurée à l'aide du test de McCord-Fridovich.

Sous l'action d'une perturbation extérieure (température, pression, irradiation lumineuse, champ magnétique), les matériaux à transition de spin (TS) du Fe(II) présentent un état diamagnétique (S = 0) et/ou paramagnétique (S = 2). Cette commutation optique ouvre de réelles perspectives dans le domaine de l'affichage et du stockage d'information. A l'issu d'un travail préliminaire sur les différents processus photomagnétiques rencontrés dans les composés à transition de spin du Fe(II), l'étude a été focalisée sur l'effet LIESST (Light-Induced Excited Spin State Trapping). Une nouvelle procédure, notée Tc(LIESST), a été introduite afin de caractériser un grand nombre de matériaux. A partir de cette base de données, l'influence de différents paramètres sur la relaxation HS -> BS a été discutée. De nouveaux dérivés phosphorés à TS thermique et optique ont notamment été décrits.

Ce travail porte sur les transitions de spin thermiques et photomagnétiques de complexes de fer (II). L'objectif principal est de mieux cerner les paramètres moléculaires influençant les transitions de spin photoinduites. La synthèse et l'étude des propriétés magnétiques de plusieurs familles de complexes à bases de ligands azotés ont été réalisées. L'analyse de l'ensemble des propriétés photomagnétiques a permis de valider la relation entre T(LIESST) et T1/2 et suggère que la denticité du ligand est un facteur prépondérant dans les processus de relaxation.

La thèse présente de nouvelles stratégies dans la chimie métallo-supramoléculaire en utilisant, (1) des nouveaux précurseurs de cuivre (II) avec des positions basales accessibles, qui peuvent favoriser l'échange magnétique, et qui présentent aussi des sphères de coordinations flexibles pour l'obtention des matériaux magnétiques et photo magnétiques; (2) des ligands cyano-bisphosphonates pour l'obtention de réseaux étendus en utilisant la stratégie building-block; (3) des ligands tris-phosphonato-triazine pour l'obtention des complexes avec des centres paramagnétiques Cu(II), Mn(II) et Co(II) en utilisant des fragments M(hfac)2 (hfac = hexafluoro-acétylacétonate). Des nouveaux clusters hétérométalliques ont été obtenus en utilisant comme building-block [Co(CN)6]3-[Cr(CN)6]3-,[Mo(CN)8]4-, [W(CN)8]4- et précurseurs de cuivre (II), synthétisés à partir d'une base de Schiff tridentate qui peut permettre l'accès du connecteur dans le plan basal. Nous présenterons dans la thèse les résultats obtenus avec le ligand 1-Cyanométhylène-bis(5,5-diméthyl-2-oxo-1,3,2-dioxaphosphorinane ). Une série de complexes homométalliques a été synthétisée et caractérisée à l'état solide par diffraction des rayons X sur monocristal. La réaction de ces unités de construction avec un deuxième centre métallique conduit à des systèmes supramoléculaires étendus.