The work described in this thesis concerns the synthesis of actinide complexes and their reactivity towards small unsaturated molecules. Complexes bearing tetraphenoxide, borohydride and boroxide ligands have been evaluated. Additionally, work towards the synthesis of heterobimetallic uranium transition metal complexes and their applications in catalysis is discussed. Chapter one reviews important organoactinide complexes reported in the literature which effect chemical transformations on small unsaturated substrates. Actinide complexes supported by aryloxide or borohydride ligands are reviewed, along with actinide complexes in which metal p-arene interactions are present. Chapter two reports the synthesis and characterisation of a set of tetraphenol ligands, in addition to a number of attempted synthetic routes to tetraphenol ligands with alternate substitution. The chemistry of those tetradentate aryloxide ligands is introduced with bimetallic uranium(IV) and thorium(IV) complexes using different An(IV) and U(III) precursors. Chapter three reports the synthesis and characterisation of monometallic uranium and thorium complexes using a tetraphenol ligand. The varying chemistry between the two similar An(IV) ions, where the uranium complexes exist as a mixture of oligomers and the thorium complexes remain as well defined mononuclear complexes, is discussed within. A range of base adducts of mononuclear actinide complexes are reported, including a thorium trimethylsilylazide complex, a rare example of a metal organoazide. Chapter four describes the synthesis of homoleptic boroxide and heteroleptic borohydride complexes of uranium(III). The reactivities of these complexes with small unsaturated molecules are assessed, including the reaction of a low coordinate uranium(III) boroxide complex towards CO2 to provide a dinuclear uranium carbonate bridged complex. Chapter five introduces work towards heterobimetallic uranium transition metal complexes carried out in the Arnold group. The application of these complexes towards ring opening polymerisation chemistry is discussed in addition to investigations into the incorporation of transition metals into uranium(IV) complexes. Chapter Six presents the detailed experimental methods used to carry out this research.

Ce travail concerne l'étude de nouveaux complexes homo- et hétéro-bimétalliques du rhodium comportant le motif s-indacène comme groupement pontant dans le but de les utiliser comme catalyseurs dans des réactions de silylation deshydrogénante d'oléfines. Après un bref rappel sur l'importance de la catalyse et de la mise au point de nouveaux catalyseurs, le deuxième chapitre décrit un procédé général de synthèse de ligands de type s-indacène polysubstitués. Une étude physicochimique complète (RMN du 1H, 13C, spectrométrie de masse) de ces nouveaux ligands a été réalisée. Ces motifs donnent également des radicaux anions après oxydation des dérivés dilithiés correspondants. L'étude par RPE a permis de mettre en évidence une bonne délocalisation de l'électron célibataire sur ces systèmes tricycliques. La synthèse de divers complexes monométalliques et homo- et hétéro-bimétalliques est ensuite développée ainsi que leurs caractéristiques physicochimiques. L'étude par RPE des cations radicaux correspondants et des expériences de voltampérométrie cyclique montrent que la délocalisation électronique dépend non seulement du ligand pontant mais aussi de la nature du fragment métallique. De plus, les complexes hététobinucléaires présentent un plus faible degré de délocalisation que leurs analogues homobinucléaires. L'étude des propriétés catalytiques de ces complexes a été également réalisée dans le dernier chapitre dans le cas des réactions de silylation d'oléfines (deshydrogénation couplante). Une comparaison a été établie entre des catalyseurs connus (complexes indényles du rhodium) et les nouveaux complexes mono-, hétéro- and homobinucléaires. Chaque complexe du rhodium hétérobi- et homobinucléaire présente effectivement une plus grande vitesse de réaction que celle des systèmes catalytiques similaires.

En plus du site de coordination interne classique des porphyrines, il est possible de fonctionnaliser le macrocycle par des sit es de coordination externes. Ce travail de thèse porte sur la fonctionnalisation de deux carbones b-pyrroliques adjacents afin d'obtenir des porphyrines conjuguées avec des ligands de type carbène N-hétérocyclique (CNH).Les CNHs présentent de remarquables propriétés électroniques qui en font aujourd'hui des ligands incontournables en catalyse et en chimie organométallique. L'objectif de ce travail de thèse a été d'étudier l'influence de la porphyrine sur les propriétés électroniques du ligand périphérique CNH, et de moduler les propriétés électroniques et catalytiques de complexe métalliques en fonction des modifications chimiques apportées à la porphyrine, à savoir sa métallation ou la protonation des azotes de la porphyrine base-libre.Dans un premier temps, les différentes méthodes de synthèse développées afin d'obtenir différents sels d'imidazolium conjugués avec le macrocycle porphyrinique sont développées. Ces sels d'imidazolium sont les précurseurs des ligands porphyrine-CNH. Afin d'étudier les propriétés catalytiques de complexes contenant des ligands de type porphyrine-CNH, plusieurs complexes de palladium(II) ont été synthétisés et caractérisés. Les études des propriétés catalytiques de ces complexes testées sur le couplage de Heck ont démontré que de bien meilleures activités catalytiques étaient observées si les porphyrines contiennent un cation métallique. Enfin, les propriétés des ligands CNH ont été étudiées sur des complexes de types (CNH)Rh(COD)X et (CNH)Rh(CO)2X avec X = I ou Cl. / In addition to the usual inner coordination site of porphyrins, it is possible to functionalize the macrocycle by external coordination sites. This PhD thesis is devoted to the functionalization of two neighboring b-pyrrolic carbons in order to obtain porphyrins fused to peripheral N-heterocyclic carbene ligands (NHC).NHC ligands are known to display outstanding electronic properties which render them important ligands in the fields of catalysis and organometallic chemistry. The aim of this PhD work was to study the influence of the porphyrin on the electronic properties of the peripheral NHC ligand, and to modulate the electronic and catalytic properties of anchored metal complexes according to the chemical modifications brought to the porphyrin, ie. its metallation or the protonation of the free-base porphyrin.Firstly, the different synthetic procedures to obtain porphyrins fused to imidazolium rings were developed. These imidazolium salts are the key precursors of the porphyrin-NHC ligands. In order to study the catalytic properties of metal complexes containing porphyrin-NHC ligands, several palladium(II) complexes were synthesized and characterized. The study of the catalystic properties of these complexes showed that better catalytic activities were observed if the porphyrins contain a metal cation. Then, the electronic properties of these NHC ligands were evaluated for (NHC)Rh(COD)X and (NHC)Rh(CO)2X complexes with X = I or Cl.

L’objectif de ce travail est la synthèse de complexes contenant des ligands NHC protiques fonctionnalisés avec un groupement imine dans le but de développer des méthodologies de synthèse donnant accès à des ligands pNHC ainsi que la synthèse des groupes imidazolide anioniques liés par le C et leurs complexes homo et hétéro-dinucléaires. Dans le cas des imidazoles sans groupe fonctionnel, la déprotonation à l’aide de n-butyl lithium a permis l’obtention de (1-aryl-1H-imidazol-2-yl)lithium avec de bons rendements. La réaction de (1-aryl-1H-imidazol-2-yl)lithium avec [Ir(cod)(μ-Cl)]2 ou [Rh(cod)(μ-Cl)]2 a conduit à des complexes dinucléaires bipontés en C2,N3. Dans le cas de l’imidazole possédant une fonctionnalité imine, le complexe de l’Ir(I) lié au N de l’imidazole peut se tautomériser en complexe de l’Ir(I) imine avec un ligand pNHC suite à la réaction d’abstraction du chlorure à température ambiante, alors que la tautomérisation de l’analogue du Rh(I) nécessite une température de 110°C. La déprotonation des complexes de l’Ir(I) et Rh(I) liés par le N de l’imidazole avec addition de [Ir(cod)(μ-Cl)]2 ou de [Rh(cod)(μ-Cl)]2 in situ permet l’obtention de complexes homo et hétéro-dinucléaires. La métallation des sels d’imidazolium fonctionnalisés avec un groupement imine s’est avére être une méthode efficace pour la synthèse de complexes métallés ayant un ligand pNHC et a été étendue des complexes bidentes aux complexes chélatants pNHC. / The purpose of this work is the synthesis of complexes containing imine-functionalized protic NHC ligands in order to further develop synthetic methodologies giving access to pNHC, C-bound ‘anionic’ imidazolide, and homo- and heterodinuclear complexes. In the case of imidazoles without functional group, deprotonation with n-butyl lithium afforded (1-aryl-1H-imidazol-2-yl)lithium in good yield. Reaction of (1-aryl-1H-imidazol-2-yl)lithium with [Ir(cod)(μ-Cl)]2 or [Rh(cod)(μ-Cl)]2 yielded a doubly C2,N3-bridged dinuclear complex. In the case of imine-functionalized imidazole, the Ir(I) N-bound imidazole complex can tautomerize to Ir(I) imine-functionalized pNHC complex chloride abstraction at room temperature, while in the Rh(I) analog the tautomerization can be achieved at 110 °C. In situ deprotonation of the N-bound imidazole Ir(I) or Rh(I) complexes, followed by addition of [Ir(cod)(μ-Cl)]2 or [Rh(cod)(μ-Cl)]2 led to the isolation of homo- and heterodinuclear complexes. The metalation of imine-functionalized imidazolium salts is also an effective procedure for synthesis of pNHC metal complexes, and it was extended from bidentate to pincer-type pNHC complexes.

Ce manuscrit décrit la synthèse et la caractérisation de nouvelles molécules incluant un cœur organophosphoré, le phosphole. Certaines de ces molécules ont été utilisées pour la fabrication de dispositifs OLEDs ou de cellules photovoltaïques organiques. Le premier chapitre fait un état de l'art de la chimie du phosphole dans le domaine des matériaux organiques entre 2010 et 2013. Le second chapitre décrit la synthèse et l'étude physico-chimique de molécules qui permettent de moduler l'angle de torsion dans les systèmes π conjugués pour faire varier les propriétés optiques et rédox. Une de ces molécules a permis la fabrication d'une diode blanche organique. Le troisième chapitre de ce manuscrit présente une structure tridimensionnelle intéressante, le 1,1-biphosphole. En plus de posséder une structure tridimensionnelle, ces structures présentent un mode de conjugaison original, la conjugaison σ-π, qui permet de réduire l'écart HO-BV de nos systèmes. Une de ces molécules a permis la fabrication de la première cellule photovoltaïque organique avec un dérivé du phosphole inséré dans la couche active. Dans une deuxième partie, ce chapitre traite également de la réactivité originale du 1,1'-biphosphole qui permet de fonctionnaliser l'atome de phosphore par une simple substitution nucléophile, permettant d'insérer une grande variété de substituants pour moduler les propriétés des molécules. Pour finir, ce manuscrit présente un quatrième chapitre qui implique le phosphole comme unité coordinante afin de réaliser des nouveaux complexes qui permettent de réaliser une ortho-métallation par activation C-H. De nouveaux complexes ortho-métallés d'Ir(III) et de Rh(III) ont été synthétisés et caractérisés.

Ce manuscrit décrit la synthèse et la caractérisation de nouvelles molécules incluant un cœur organophosphoré, le phosphole. Certaines de ces molécules ont été utilisées pour la fabrication de dispositifs OLEDs ou de cellules photovoltaïques organiques. Le premier chapitre fait un état de l'art de la chimie du phosphole dans le domaine des matériaux organiques entre 2010 et 2013. Le second chapitre décrit la synthèse et l'étude physico-chimique de molécules qui permettent de moduler l'angle de torsion dans les systèmes π conjugués pour faire varier les propriétés optiques et rédox. Une de ces molécules a permis la fabrication d'une diode blanche organique. Le troisième chapitre de ce manuscrit présente une structure tridimensionnelle intéressante, le 1,1-biphosphole. En plus de posséder une structure tridimensionnelle, ces structures présentent un mode de conjugaison original, la conjugaison σ-π, qui permet de réduire l'écart HO-BV de nos systèmes. Une de ces molécules a permis la fabrication de la première cellule photovoltaïque organique avec un dérivé du phosphole inséré dans la couche active. Dans une deuxième partie, ce chapitre traite également de la réactivité originale du 1,1'-biphosphole qui permet de fonctionnaliser l'atome de phosphore par une simple substitution nucléophile, permettant d'insérer une grande variété de substituants pour moduler les propriétés des molécules. Pour finir, ce manuscrit présente un quatrième chapitre qui implique le phosphole comme unité coordinante afin de réaliser des nouveaux complexes qui permettent de réaliser une ortho-métallation par activation C-H. De nouveaux complexes ortho-métallés d'Ir(III) et de Rh(III) ont été synthétisés et caractérisés. / This thesis describes the synthesis and the characterization of new molecules including an organophosphorous unit, the phosphole ring. Some molecules have been used to build devices like organic light emitting diodes or organic photovoltaic cells.The first chapter describes the state of the art of the phosphole chemistry in organic materials between 2010 and 2013. The second chapter describes molecules having a tuneable twist angle allowing a fine control of the properties of the molecules like the HOMO-LUMO gap. One of those molecules has been used to build a white organic light emitting diode. The third chapter of this thesis presents an interesting three dimensional structure, the 1,1'-biphosphole. Beside this three dimensional structure, the molecules possess an original conjugation mode, the σ-π conjugation which allows a decrease of the HOMO-LUMO gap. One molecule from this chapter was used as absorber in organic photovoltaic cell. In the second part of this chapter, the 1,1'-biphosphole structure shows an interesting reactivity toward nucleophilic attack in order to functionalize the phosphorus center. This reactivity has been used to make new molecules and offer the opportunity to attach a wide range of substituents to the phosphorus atom in order to tune the properties of the molecules. The fourth chapter deals with the coordination chemistry of the phosphole in order to realize new ortho-metalated complexes. New Ir(III) and Rh(III) complexes have been synthesized and characterized.