Une nouvelle famille de porphyrines chirales bridées a été mise au point dans le but d'accéder à des systèmes présentant un processus redox irréversible, lié à une bistabilité conformationnelle, dans le but de les appliquer dans le domaine des mémoires moléculaires. Ces nouvelles porphyrines sont constituées de deux brides ancrées sur les quatre positions meso par des groupes cyclohexyle. Une amine secondaire a été insérée au centre des brides dans le but d'obtenir des métalloporphyrines présentant une seule conformation à l'équilibre pour une longueur de bride, un métal et un degré d'oxydation donnés et pour favoriser un changement conformationnel en fonction du degré d'oxydation d'un métal comme le manganèse. Pour cela, une nouvelle voie de synthèse des porphyrines bridées par pré-fonctionnalisation du dialdéhyde autour de la fonction amine a été conçue. Les porphyrines ont été caractérisées par spectroscopie RMN, spectroscopie UV-Visible et dichroïsme circulaire. Les conformations des bases libres, des complexes de zinc(II) et de nickel(II) ont été déterminées par RMN proton. Pour une longueur de bride de 9 atomes avec une amine secondaire, les conformations des complexes de zinc(II) et de nickel(II) sont respectivement αααα et ααββ. En partant de ce modèle, les complexes de manganèse(II) et de chloromanganèse(III) ont été synthétisés et caractérisés par spectroscopie UV-Visible, dichroïsme circulaire et RMN du carbone 13 afin d'étudier si des changements de conformation en fonction du degré d'oxydation du métal ont lieu. / A new family of chiral bridled porphyrins was designed in order to access systems presenting an irreversible redox process linked to a conformational switch. Such systems could be of high interest in the field of molecular memories. These new porphyrins are made of two bridles anchored to the four macrocycle meso positions through cyclohexyl groups. The first objective is to introduce a secondary amine in the centre of the bridles in order to allow metalloporphyrins with defined bridle length and specific metal with a given oxidation degree to be only under one conformation at equilibrium. The second objective is to favor a conformational switch dependent on the oxidation state of a redox metal such as manganese. To reach these goals, a new porphyrin synthetic pathway was established. The key steps of this new protocol were the synthesis of the bridle built around the central amine with two terminal aldehyde functions required for the macrocyle formation. Porphyrins were studied by NMR, UV-Visible and circular dichroism spectroscopies. The conformations of free base porphyrins, zinc(II) complexes and nickel(II) complexes were determined by 1H NMR. For a bridle with a chain length of 9 atoms including the secondary amine, the zinc(II) complex presents only an αααα conformation and nickel(II) complex an ααββ conformation. From these structural models, manganese(II) and chloromanganese(III) complexes were synthesised and characterised by UV-Visible spectroscopy, circular dichroism and 13C NMR in order to study the possible conformational switches dependent on the Mn redox state.

Face à la masse croissante de données, le stockage d'informations est devenu un enjeu d'importance capitale. Dans le domaine de l'adressage magnétique de l'information, la découverte de complexes de coordination se comportant comme des aimants classiques a réellement suscité un vif intérêt. Ces aimants moléculaires (Single-Molecule ou Single-Chain Magnet) montrent des hystérésis magnétiques leur conférant un effet de mémoire, laissant entrevoir la possibilité d'adresser un bit d'information à une molécule. Ainsi, la conception et l'étude des propriétés physiques de nouveaux composés à base d'aimants moléculaires sont devenues le centre de nombreux travaux de recherche à travers le monde. La mise en forme de ces objets en vue d'applications futures dans des dispositifs technologiques est également un sujet en plein essor. Dans le contexte actuel, le travail présenté ici reprend ces deux aspects. Une première partie est dédiée à l'organisation unidimensionnelle d'aimants moléculaires dans des silices mésoporeuses de type MCM-41 et SBA-15. Le travail présenté montre clairement toutes les difficultés de conception et d'étude de tels matériaux hybrides magnétiques. Les premiers résultats obtenus indiquent que les molécules-aimants sont détruites lors de l'insertion dans la silice. Toutefois, la mise en place d'un protocole de synthèse et de caractérisation efficace de tels matériaux est très positive et laisse la voie ouverte à de nombreuses nouvelles recherches dans ce domaine. La deuxième partie concerne la synthèse de nouveaux aimants moléculaires et leur utilisation pour former des réseaux de coordination 1D et 2D. La stratégie employée a permis l'obtention de nouvelles molécules-aimants dont l'étude magnétique a révélé des phénomènes quantiques rares tels les interférences de phases ou l'"exchange-bias quantum tunnelling". Egalement sept réseaux unidimensionnels et deux composés bidimensionnels ont été synthétisés. L'étude détaillée des propriétés magnétiques de trois de ces réseaux unidimensionnels composés de molécules-aimants en interaction antiferromagnétique, a montré des comportements très intéressants. D'une part, pour la première fois la relaxation lente de l'aimantation a été mise en évidence dans des composés antiferromagnétiques. D'autre part, fait encore inédit, l'analyse de cette relaxation montre clairement la polydispersité en taille des chaînes. L'étude préliminaire des propriétés magnétiques des autres réseaux de molécules-aimants permet d'ores et déjà de montrer qu'ils possèdent des comportements atypiques.

Les polymères fluorés sont des matériaux possédant des propriétés remarquables, ce qui donne lieu à des nombreuses applications. Cependant, même si la polymérisation radicalaire contrôlée (PRC ou RDRP) a connu un grand développement dès le milieu des années 90, l’obtention de polymères de taille et de structure bien définies pour certains monomères fluorés reste encore un réel défi. C’est le cas du fluorure de vinylidène (VDF), H2C=CF2, qui lors de la polymérisation radicalaire peut conduire à une addition normale (têtequeue) ou des additions inverses (têtetête et queuequeue). Ces défauts d’enchainement provoquent la formation d’espèces dormantes peu réactives lors d’une PRC. Ceci entraine l’accumulation de chaînes dormantes difficiles à réactiver qui conduit à une perte de contrôle et à l’augmentation de la polymolécularité. Des études récentes ont montré que l’utilisation de complexes organométalliques peut minimiser ce problème en rééquilibrant les énergies nécessaires pour réactiver les deux différentes chaînes dormantes. D’autre part, des calculs théoriques ont montré que les complexes de manganèse pentacarbonyle alkyle et fluoroalkyle, [Mn(CO)5R] et [Mn(CO)5RF] respectivement, peuvent former des espèces dormantes normales et inverses dont les énergies d’activation sont proches. Ceci pourrait entrainer un certain degré de contrôle de la polymérisation. Dans cette étude, plusieurs complexes de manganèse du type [Mn(CO)5R] et [Mn(CO)5RF] (R = CH(CH3)(COOCH3), CH(CH3)(OCOCH3) et CH(CH3)(C6H5); RF = CF3, CHF2, CH2CF3 et CF2CH3) ont été synthétisés et parfaitement caractérisés, puis ont été utilisés comme amorceurs de polymérisation de divers monomères et comme modèles de bouts de chaîne en PRC par des complexes organométalliques (OMRP). Pour cela, des mesures expérimentales de l’enthalpie de dissociation homolytique de la liaison MnC ont été réalisées par des méthodes cinétiques. De plus, une étude plus approfondie sur la formation de certains sousproduits lors de la décomposition thermique de complexes de manganèse fluoroalkyle en présence du tris(trimethylsilyl)silane en tant que piégeur de radicaux a été réalisée et soutenue par des calculs théoriques. Ces complexes ont également été testés en polymérisation du VDF et d’autres monomères nonfluorés. / Fluoropolymers are materials characterized by remarkable properties and are involved in many applications. However, although controlled radical polymerization (CRP or RDRP) has been extraordinarily developed since the mid90s, synthesizing welldefined polymers of certain fluorinated monomers still remains a crucial challenge. This is the case of vinylidene fluoride (VDF), H2C=CF2, which under radical polymerization can undergo normal additions (head to tail) or reverse additions (head to head and tail to tail). These chain defects cause the formation of less reactive dormant species during a CRP. This favors an accumulation of less reactive dormant chains and leads to a loss of the control as well as to an increase of the dispersity. Recent studies have concluded that the use of organometallic complexes can minimize this problem by equilibrating the energies needed to reactivate both types of dormant chains. On the other hand, theoretical calculations have shown that alkyl and fluoroalkyl manganese pentacarbonyl complexes, [Mn(CO)5R] and [Mn(CO)5RF] respectively, are able to lead to normal and inverse dormant species with a similar activation energy. This could afford some degree of controlled polymerization. In this study, several manganese complexes ([Mn(CO)5R] and [Mn(CO)5RF], where R = CH(CH3)(COOCH3), CH(CH3)(OCOCH3) and CH(CH3)(C6H5); RF = CF3, CHF2, CH2CF3 and CF2CH3) have been synthesized and fully characterized. They were then used as original initiators for the polymerization of various monomers and as chainend models in CRP mediated by organometallic complexes (OMRP). Experimental measurements of the dissociation enthalpy of the MnC bond were carried out by kinetic methods. In addition, a deeper study of the formation of certain byproducts during the thermal decomposition of the fluoroalkylpentacarbonylmanganese(I) complexes in the presence of tris (trimethylsilyl)silane as a radical trap was carried out and supported by theoretical calculations. These complexes were also tested in the polymerization of VDF and of other nonfluorinated monomers.

Ce mémoire de thèse est consacré au développement et à la caractérisation de nouveaux complexes homo- et hétéronucléaires de manganèse et de métaux alcalino-terreux dans le cadre de la modélisation du cluster inorganique Mn4CaO5 de l’OEC du photosystème II.De nouveaux ligands incluant un nombre variable de groupements pyridine-carboxylates basés sur les architectures tris-(2-picolyl)amine et bis-(2-picolyl)ethylamine ont été synthétisés. Ces ligands ont permis d’isoler de nouveaux complexes homonucléaires avec Ca2+ et Sr2+ et ainsi que des complexes hétéronucléaires MnII–Ca. L’analyse par spectroscopie XAS sur le calcium de certaines de ces espèces (parmi d’autres modèles) a permis de calibrer cette technique et ainsi montrer que le XAS pourrait être utilisé pour sonder le cluster naturel dans les différents états du cycle de Kok.Par la suite, une nouvelle famille de complexes tétranucléaires MnII3M’ (M’ = Li+, Ca2+, Sr2+, Mn2+) a été isolée, reposant sur une base métallomacrocyclique trinucléaire accueillant un cation M’ dans la cavité formée. Ces complexes ont révélé un comportement électrochimique original présentant trois systèmes redox successifs et réversibles dont le potentiel varie avec M’. Ces espèces ont démontré une excellente stabilité en solution, y compris à l’état d’oxydation du manganèse +III. Des complexes homonucléaires M3M (M = Fe2+, Co2+) similaires ont aussi été étudiés.Enfin, des complexes binucléaires de Mn3+ pontés par des ligands oxo ont été isolés, ainsi que leurs précurseurs de Mn2+. Par ailleurs, un exemple de cluster métallomacrocyclique à valence mixte Mn2+/Mn3+ et incorporant du calcium a été obtenu, qui représente le premier exemple d’un manganèse(II) ponté par un ligand hydroxo à deux ions Ca2+. / This thesis is focused on the development and characterization of new homo- and heteronuclear complexes of manganese and alkaline-earth metals for the modelization of the Mn4CaO5 inorganic cluster of the OEC of photosystem II.New ligands incorporating a varied number of pyridine-carboxylate groups and based on the tris-(2-picolyl)amine and bis-(2-picolyl)ethylamine architectures have been synthesized. These ligands enabled the isolation of Ca2+ and Sr2+ homonuclear complexes as well as heteronuclear MnII–Ca complexes. Part of these species have been characterized (among other models) by Ca XAS spectroscopy, enabling the calibration of this technique for the study of more complex systems such as the OEC.Furthermore, a new family of MnII3M’ (M’ = Li+, Ca2+, Sr2+, Mn2+) tetranuclear complexes has been isolated, based on a trinuclear Mn2+ metallamacrocyclic architecture hosting a M’ cation in the formed cavity. These complexes exhibited an original electrochemical behavior, displaying three successive reversible redox processes in oxidation whose potentials vary depending on the metal M’. These species demonstrated an excellent stability in solution, even at the +III oxidation state of manganese. Similar homonuclear M3M (M = Fe2+, Co2+) complexes have been isolated.Finally, binuclear Mn3+ complexes bridged by oxo ligands have been isolated, as well as their Mn2+ precursors. Moreover, a mixed-valence Mn2+/Mn3+ metallamacrocyclic cluster incorporating calcium has been synthesized, revealing the first example of a manganese(II) bridged by an hydroxo ligand to Ca2+ ions.

Des ligands diiminopyrrolides portant deux substituants N-méthylbenzyle chiraux ont été préparés par condensation du 1H-pyrrole-2,5-dicarbaldéhyde et de la S-méthylbenzylamine. La réaction de ce ligand avec du Cu(OMe)2 en présence de 2 équivalents de pyridylméthanol ou de diméthylaminoéthanol a donné les catalyseurs dimèriques de Cu(II) L2Cu2(μ-OR)2. L'application de ces complexes dans la polymérisation du rac-lactide a permis d’obtenir respectivement des PLA isotactiques (Pm = 0,73) et atactiques (Pm = 0,50). Les études cinétiques menées sur ces deux complexes ont indiqué la présence de deux espèces actives différentes. Les résultats de GPC obtenus pour le catalyseur cuivrique contenant deux pyridylméthoxyde pontant indiquent la croissance d'une seule chaîne par dimère (un des alcoolates reste en tant que ligand spectateur), alors que dans le cas du complexe portant deux diméthylaminoéthoxydes, les deux alcoolate attaquent le lactide. Un mécanisme de "ligand mediated chain-end control", se faisant par l'épimérisation du site catalytique par rapport à la chiralité de la dernière molecule de lactide insérée, est proposé. La présence d'un "bras" iminé coordonné et non coordonné facilite l'épimérisation car celle-ci ne nécessite qu'une dissociation / ré-coordination. Les effets du ligand (encombrement stérique) sur l'activité et le stéréocontrôle du catalyseur ont été étudiés par utilisations de divers substituants sur l’imine : benzyle, bromobenzyle, xylyle, diphénylméthyle et cyclohexyle. Les subtituants imino-benzyle, -bromobenzyle et -cyclohexyle one été les seuls fournissant les catalyseurs de cuivre dimèrique désiré avec le pyridylméthoxyde. Les complexes portant les groupes benzyle et cyclohexyle ont produit du PLA isotactique. La chiralité portée par le liguand n'était donc pas requise pour le stéréocontrôle. Le complexe bromobenzyl-substitué a été le seul à fournir un site catalytique achirale avec les deux imines coordinées et produit un PLA atactique. Des complexes monoiminopyrrolidiques de cuivre(II) avec des ligands pyridylméthoxydes ont été préparés avec des substituants imino N-naphtyle, -diphénylméthyle, -xylyle et -2,6-diisopropylphényle. Ils ont démontré un stéréocontrôle réduit, qui est présument due à une épimérisation plus lente (une rotation autour de la liaison Cu-pyrrole est désormais nécessaire). Tous les complexes ont fourni des PLA isotactiques, mais le stéréocontrôle obtenu n'a pas dépassé celui des complexes diiminopyrrolidiques. La substitution de la position 5 du pyrrole par un Chlore conduit à une perte d'activité tandis qu'un substituant méthyle fournit un PLA atactique. Les ligands phénoxy-imine ont été préparés par condensation de dérivée de salicylaldéhydes et d’une amine (benzyle, cyclohexyle, xylyle et diphénylméthyle). Leurs complexes de Cuivre(II) portant soit un ligand diméthylaminoéthoxyde ou pyridylméthoxyde étaient structurellement similaires aux complexes iminopyrrolidiques. Tous les complexes étaient actifs dans la polymérisation du rac-lactide, mais bien que les résultats GPC indiquaient la croissance d'une seule chaîne par dimère pour les complexes de pyridylméthoxyde et ainsi une espèce active similaire, seul du PLA atactique était produit. Un analogue de zinc du complexe de cuivre isotactique avec le ligand N,N'-bis (méthylbenzyl-diiminopyrrolide) a été préparé et structurellement caractérisé, mais a produit du PLA hétérotactique (Pr = 0,75). Les complexes de zinc de 2,4-di-tert-butyl-6-aminométhylphénol, où les substituants amino sont le N,N,N',N'-tétraméthyldiéthylènetriamine ou le di-(2-picolyl)amine ont été préparés et structurellement caractérisés. Ils ont montré un centre zincique tétrahédrique chiral avec un "bras" coordiné et un non coordinné pour l'éthylènediamine et un centre zincique pentacoordiné avec les deux groupes picolylamine. Les analyses par RMN ont indiqué une épimérisation rapide du centre métallique, sur l'échelle de temps de la RMN. Les deux complexes de zinc sont hautement actifs dans la polymérisation du lactide et atteignent une conversion complète en seulement quelques minutes, les plaçant parmi les catalyseurs de zinc les plus actifs connus à ce jour. Un PLA légèrement isotactique (Pm jusqu'à 0,6) a été obtenu pour les deux complexes, démontrant en principe l'avantage de l'introduction d'un site catalytique capable de s’épimériser. Le complexe substitué par le ligand picolylaminique présentait une suppression du stéréocontrôle à des concentrations élevées de catalyseur, qui n'est pas entièrement compris. La polymérisation en masse du lactide a été réalisée avec des complexes de manganèse diamino-diphénolate suivant un mécanisme de coordination-insertion. Leur activité était faible et seul un PLA hétérotactique a été obtenu. Des complexes tri / tétradentate de phénoxy-imine-cuivrique ont également été utilisés dans la polymérisation en masse, en suivant un mécanisme de monomère activé et utilisant de l'alcool benzylique en tant que co-initiateur. Les polymérisations étaient stables dans l'air et en présence d'eau ou d'acide acétique, mais le contrôle du poids moléculaire du polymère était faible du à des réactions de transestérification intramoléculaire aisées. Des PLA hétérotactiques étonnamment élevées ont été obtenues dans le monomère fondu (Pr jusqu'à 0,85), mais il n'y avait aucune preuve que le site basique additionnel des ligands participe au stéréocontrôle. / Diiminopyrrolide ligands bearing two chiral N-methylbenzyl substituents were prepared by a condensation reaction of the 1H-pyrrole-2,5-dicarbaldehyde and S-methylbenzylamine. Reaction of the ligand with Cu(OMe)2 in the presence of 2 equiv of pyridylmethanol or dimethylaminoethanol yielded the dimeric Cu(II) catalysts L2Cu2(μ-OR)2. Application of these complexes in rac-lactide polymerization gave isotactic (Pm = 0.73) and atactic (Pm = 0.50) PLA, respectively. Kinetic studies conducted on these two complexes indicated the presence of two different active species. GPC results obtained for the copper catalyst containing two pyridylmethoxide bridges indicate the growth of only one chain per dimer (thus one alkoxide remains as a spectator ligand), while in the complex bearing two dimethylaminoethoxides both alkoxides inserted lactide. A ligand mediated chain-end control mechanism, which is accomplished by the epimerization of the catalytic site based on the chirality of the last inserted unit, is proposed. The presence of a coordinated and an uncoordinated imine “arms” facilitates epimerization since it requires only dissociation/re-coordination. The effects of the ligand framework (steric bulk) on activity and stereocontrol of the catalyst were investigated by variation of the imine substituents to benzyl, bromobenzyl, xylyl, diphenylmethyl and cyclohexyl. Benzyl, bromobenzyl and cyclohexyl were the only imine substituents providing the desired dimeric copper catalyst with pyridylmethoxide. Benzyl and cyclohexyl substituted complexes produced isotactic PLA. Substituent chirality was thus not required for stereocontrol. The bromobenzyl-substituted complex was the only one providing an atactic catalytic site with both imines coordinated and produced atactic PLA. Monoiminopyrrolide copper(II) complexes with pyridylmethoxide ligands were prepared with naphtyl, diphenylmethyl, xylyl and 2,6-diisopropylphenyl N-substituents. They showed reduced stereocontrol which is assumed to be due to slower epimerization (rotation around the Cu-pyrrole bond is now required). All complexes provided isotactic PLA, but the stereocontrol did not surpass that of the diiminopyrrolide complexes. Substitution of the 5-position of the pyrrole by chloride led to loss of activity while a methyl substituent provided atactic PLA. Phenoxy-imine ligands were prepared by a condensation reaction of the salicylaldehyde derivative and the desired amine (benzyl, cyclohexyl, xylyl and diphenylmethyl). Their complexes bearing either dimethylaminoethoxide or pyridylmethoxide ligands were structurally similar to the iminopyrrolide complexes. All complexes were active in rac-lactide polymerization, but although GPC results indicated the growth of only one chain per dimer for the pyridylmethoxide complexes and thus indicated a similar active species, only atactic PLA was produced. A zinc analog of the isotactic copper complex with the N,N’-bis(methylbenzyldiiminopyrrolide ligand was prepared and structurally characterized, but produced heterotactic PLA (Pr = 0.75). Zinc complexes with 2,4-di-tert-butyl-6-aminomethyl-phenol ligands with amino = N,N,N’,N’-tetramethyldiethylenetriamine or di-(2-picolyl)amine substituents were prepared and structurally characterized. They showed a chiral tetrahedral zinc center with one coordinated and one uncoordinated for the ethylenediamine substituents and a five-coordinated zinc center with both amino groups coordinated for picolylamine. NMR investigations indicated fast epimerization of the metal center on the NMR time scale. Both zinc complexes are highly active in lactide polymerization and reach full conversion in only a few minutes, placing them among the most active zinc catalysts known. Slightly isotactic PLA (Pm up to 0.6) was obtained for both complexes, showing in proof-of-principle the advantage of introducing catalytic site epimerization. The picolylamine-substituted complex showed a suppression of stereocontrol at high catalyst concentrations, which is not fully understood. Bulk polymerization of lactide was conducted with manganese diamino-diphenolate complexes following a coordination-insertion mechanism. Their activity was low and only heterotactic PLA was obtained. Tri/tetradentate phenoxy-imine copper complexes were likewise used in bulk polymerization, following an activated monomer mechanism with benzyl alcohol as co-initiator. Polymerizations were stable in air and in the presence of water or acetic acid, but polymer molecular weight control was low with evidence for facile intramolecular transesterification reactions. Surprisingly high heterotacticities were obtained in molten monomer (Pr up to 0.85), but there was no evidence that the additional basic site on the ligand participates in stereocontrol.