Ce travail de thèse explore la capacité des ligands anilates d’être employés pour la préparation de nouveaux matériaux moléculaires fonctionnels avec des propriétés magnétiques et de conduction électrique. Les anilates, qui sont les dérivés du 2,5-dihydroxy-1,4- benzoquinone substitués sur les positions 3 et 6, ont été sélectionnés comme ligands puisque leurs caractéristiques électroniques et structurales, leurs modalités de coordination et leur capacité de médiation des interactions de super-échange magnétique en font d’excellents ligands pour la préparation de ces matériaux. Plusieurs ligands anilates ont été utilisés pour le design et la préparation d'une nouvelle classe de complexes paramagnétiques octaédriques tris-chélates de formule générale [MIII(X2An)3]3- (MIII = Cr, Fe; X = Cl, Br, I, H, Cl/CN, An = C6O4 2- = anilate). Ces complexes métalliques paramagnétiques ont été complètement caractérisés et utilisés comme briques moléculaires pour la préparation de i) une nouvelle classe de ferriaimants moléculaires, dans laquelle la modification des substituants sur le ligand permet de modifier les interactions entre les centres métalliques, et, par conséquent, les propriétés magnétiques, ii) des conducteurs paramagnétiques moléculaires obtenus par combinaison avec le donneur organique BEDT-TTF, iii) une série de conducteurs moléculaires chiraux obtenus par combinaison du donneur organique TM-BEDT-TTF avec des couches hétéro-bimétalliques anioniques obtenues par association in situ de complexes tris(chloranilate)ferrate(III) et des ions potassium. En outre, ont été synthétisés de nouveaux dérivés anilates avec des propriétés electroactives et de luminescence, afin de démontrer la capacité du motif anilate d’être fonctionnalisé avec différents substituants comme porteurs de propriétés physiques spécifiques. / This work explores the potential of anilate-based ligands in the synthesis of new rational designed functional molecular materials exhibiting improved magnetic and conducting properties. Anilates, namely 3,6-disubstitued 2,5-dihyroxy-1,4- benzoquinones in their dianionic form, have been selected as ligands since their electronic/structural features, coordination modes and ability to mediate magnetic exchange interactions between coordinated metal centers make them potential candidates for the preparation of theabove-mentioned materials. Various anilate derivatives have been used for the preparation of a family of rationally designed tris-chelated octahedral paramagnetic metal complexes of general formula [MIII(X2An)3]3- (MIII = Cr, Fe; X = Cl, Br, I, H, Cl/CN, An = C6O4 2- = anilate). These paramagnetic metal complexes have been thoroughly characterized and used, in turn, as molecular building blocks for the preparation of i) a family of molecule-based magnets, where subtle changes in the nature of the substituents on the anilate moiety were employed as “adjusting screws” in tuning the magnitude of the magnetic interaction between the metals, and thus, the magnetic properties, ii) hybrid paramagnetic molecular conductors in combination with the BEDT-TTF organic donor, iii) a complete series of isostructural chiral molecular conductors obtained by combining the TMBEDT- TTF chiral donor with 2D heterobimetallic anionic layers obtained in situ by the self-assembling of tris (chloranilato)ferrate(III) metal complexes and potassium cations.Moreover, novel anilate derivatives showing electroactive and luminescent properties have been further synthesized, highlighting the versatility of the anilate moiety to be functionalized with suitable substituents carrying selected physical properties.

La chimie des formes moléculaires électro et photo-actives de chalcogénures à clusters octaédriques de Re(III) est un domaine frontière au carrefour des matériaux hybrides organiques/inorganiques et de la chimie du solide. La première partie de ce travail de thèse concerne l'utilisation du cluster [Re6Se8(CN)6]4- comme noeud octaédrique pour orienter l'organisation de la structure étendue de sels de radicaux cations de dérivés du tétrathiafulvalène (TTF). Les groupements cyano sont connus en ingénierie cristalline pour leur aptitude à diriger les structures cristallines par le biais de liaisons halogène directionnelles CN-...I. Ces liaisons faibles ont été mises en oeuvre dans un sel de radical cation ternaire, où une molécule organique neutre di-halogénée joue le rôle d'espaceur entre deux clusters. L'organisation de la structure anionique du sel peut modifier les propriétés électroniques du matériau. Ce résultat a conduit à synthétiser d'autres espaceurs polyhalogénés et à les engager dans des expériences d'électrocristallisation. La seconde partie de ce travail est, pour une part, consacrée à l'exploration de la réactivité des formes moléculaires [Re6Se8(CH3CN)6](SbF6)2 vis-à-vis de ligands acétylénures. Cette approche est motivée par le débat actuel sur la nature de la structure électronique de ces formes moléculaires. D'autre part, la réactivité établie de ce cluster avec des dérivés de la pyridine nous a conduits à développer de nouveaux ligands fonctionnels basés sur ce motif. La fonctionnalisation des ligands confère au cluster de nouvelles propriétés qui dépendent de la nature du groupement terminal.

Les sels conducteurs organiques basés sur la molécule BEDT-TTF présentent une gamme de comportements dont la diversité s'exprime par application de contraintes de température et de pression. La connaissance des prorpriétés structurales de ces sels en tout point du diagramme de phase s'avère indispensable à la compréhension de leurs propriétés physiques. La diffraction X à très basse température et haute pression demeure encore une voie d'investigation pionnière. Nous avons étudié les comportements structuraux et électroniques de plusieurs sels de BEDT-TTF aux conditions ambiantes mais aussi en variation de température (de 340K à 10K) et en variation de pression (de 1bar à 16kbar). En particulier, les structures cristallines sont déterminées en différents points du diagramme de phase et reliées aux changements de propriétés physiques.

L’objectif de cette thèse consiste à développer des matériaux semi-conducteurs organiques efficaces pour le photovoltaïque organique. Le travail est focalisé sur l’optimisation de matériaux à caractère donneur d’électrons pour la préparation de dispositifs à hétérojonction volumique, en association avec un dérivé de fullerène comme matériau à caractère accepteur d’électrons. Plus particulièrement, il s’agit de réaliser une étude d’optimisation systématique de deux familles de référence (respectivement macromoléculaire et moléculaire) issus du laboratoire, qui ont déjà conduit à des performances photovoltaïques intéressantes. Pour cela, nous avons suivi une démarche rigoureuse et systématique en ciblant les paramètres chimiques les plus pertinents à faire varier. Afin de déterminer les propriétés des nouveaux matériaux ainsi synthétisés, des caractérisations spectroscopiques, électrochimiques, structurales, de transport de charge et photovoltaïque ont systématiquement été effectué. / The aim of this thesis is to develop efficient semi-conducting organic materials for organic photovoltaics. This work is focuses on the optimization of electron-donor organic semiconductors for the preparation of bulk heterojunction devices, in blend with a fullerene derivative used as electron-acceptor material. More specifically, it is to perform a systematic optimization study of two reference families (macromolecular and molecular respectively) from the laboratory, which have already led to interesting photovoltaic performances. For this, we followed a structured and systematic approach targeting the most relevant chemical parameters to be varied. To determine the properties of new materials synthesized, spectroscopic, electrochemical, structural, charge transport and photovoltaic characterizations were systematically made.

Ce travail a concerné la préparation des premières nanoparticules de supraconducteurs moléculaires dont la croissance en solution a pu être contrôlée par l'ajout de molécules amphiphiles neutres (amines, imines, acides carboxyliques). Notre étude s'est principalement focalisée sur les sels de Bechgaard (TMTSF)2X (TMTSF : tétraméthyltétrasélénafulvalène, X = ClO4 ou PF6) et sur le dérivé (BEDT-TTF)2I3 (BEDT-TTF : bis(éthylènedithio)tétrathiafulvalène). La taille, la morphologie et l'état de dispersion des nanoparticules ont été contrôlés par la nature et la concentration du structurant amphiphile. Ces nanoparticules ont été caractérisées par des méthodes spectroscopiques (IR, Raman, UV-visible, spectrométrie de photoélectrons), diffractométriques et microscopiques (microscopie électronique à transmission et AFM). Elles présentent une transition vers un état supraconducteur mise en évidence par des mesures de résistivité électrique ou de susceptibilité magnétique. Finalement, le pouvoir thermoélectrique des nano-objets de (BEDT-TTF)2I3 a été évalué. Des mesures préliminaires de facteur de mérite thermoélectrique (ZT) en font des candidats potentiels pour la réalisation de modules thermoélectriques organiques. / In this work, we described the preparation of the first nanoparticles of molecule-based superconductors for which the growth has been controlled by the addition of neutral amphiphilic molecules (such as amines, imines, carboxylic acids). Our study focused on Bechgaard salts (TMTSF)2X (TMTSF: tetramethyltetraselenafulvalene, X = ClO4 or PF6) and (BEDT-TTF)2I3 (BEDT-TTF: bis(ethylenedithio)tetrathiafulvalene). The size, the morphology and the state of dispersion of the nanoparticles have been controlled by the nature and the concentration of the amphiphilic structuring agent. The particles have been characterized by spectroscopic methods (IR, Raman, UV-visible, photoelectron spectroscopy), X-Ray diffraction and microscopy (TEM and AFM). Small particles underwent a transition to a superconducting state, as evidenced by electrical resistivity or magnetic susceptibility measurements. Finally, the thermoelectric power of nano-objects of (BEDT-TTF)2I3 has been evaluated. Preliminary measurements of the thermoelectric figure of merit (ZT) make them potential candidates for future organic-based thermoelectric generators.