Les enzymes à molybdène ou à tungstène sont présentes dans toutes les formes de vie. La plupart d’entre elles sont des oxotransférases ou des hydroxylases. Elles contiennent un ou deux cofacteurs à molybdoptérine Moco coordiné au centre métallique par une fonction dithiolène. Ce cofacteur est très instable et la synthèse de complexes biomimétiques est difficile. Dans cette thèse, une nouvelle stratégie de synthèse d’un ligand dithiolène (qpdt) analogue du cofacteur à molybdoptérine a été développée. Le complexe de molybdène (Bu4N)2[MoO(qpdt)2] correspondant a été synthétisé et caractérisé. Ce complexe unique a montré un fort potentiel pour la réduction des protons. La photoréduction des protons en milieu acide (pH = 4), en présence du complexe de molybdène, du photosensibilisateur Ru(bpy)32+ et d’un excès d’acide ascorbique, donne d’excellentes activités allant jusqu’à 500 TONs en 15 heures. Ce complexe a aussi montré une très grande stabilité en milieu organique-acqueux. De même, l’électroréduction des protons par ce complexe dans l’acétonitrile a mis en évidence une constante de vitesse remarquable de 1030 s-1 à un potentiel de 1.3 V (vs Ag/AgCl). Afin de valoriser ce ligand original, les complexes bisdithiolène de nickel (Et4N)[Ni(qpdt)2] et de cobalt (Et4N)2[Co(qpdt)2]2 ont été synthétisés et caractérisés. Des études préliminaires de ces complexes ont montré un potentiel pour la photoréduction et l’électroréduction des protons. L’ensemble de ces résultats ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de catalyseurs pour la réduction des protons. De plus, la synthèse de ce premier complexe biomimétique devrait permettre de mieux comprendre la chimie de ces enzymes encore peu connues. / Enzymes containing molybdenum or tungsten within their active sites appear to be present in all form of life. Most of them are oxotransferase or hydroxylase. They contain one or two pyranopterin-dithiolene cofactor, also called Moco, in which the metal is coordinated by the dithiolene moiety. The molybdenum cofactor is highly unstable and mimicking the active site of these enzymes is challenging. A new strategy for the synthesis of a pyranopyrazine dithiolene ligand (qpdt) has been developed in our laboratory. The corresponding molybdenum complex (Bu4N)2[MoO(qpdt)2] was synthesized and characterized extensively. This unique Mo-enzyme biomimetic complex demonstrated its potential for H2 production. This complex was shown to be active for the photoreduction of protons in acidic conditions (pH = 4), in the presence of the catalyst, the photosensitizer Ru(bpy)32+, ascorbic acid in exces and gave excellent activities of 500 TON with a high stability in aqueous organic media. Moreover, the electroreduction of protons by this complex in acetonitrile showed a remarkable rate constant value of 1030 s-1 at 1.3 V. (vs Ag/AgCl). To valorize this very original ligand qpdt, (Et4N)[Ni(qpdt)2] and (Et4N)2[Co(qpdt)2]2 bisdithiolene complexes were synthesized and characterized. Preliminary studies of theses complexes have shown a potential for the photoreduction and the electroreduction of protons. These results open new directions for the search of proton reduction catalysts. This first biomimetic complex should also be exploited to understand the chemistry of this class of oxidoreductase that is still not well understood.

Cette thèse est consacrée à la synthèse de complexes 3d homo et hétérométalliques avec des ligands bases de Schiff ou dérivés de la 1,2,4,5-tétrazine, à l’investigation de leur structure et de leurs propriétés physico-chimiques. Ce travail peut être divisé en trois parties. Dans la première partie, nous nous sommes principalement concentrés sur les ligands bases de Schiff, dérivés du salicylaldéhyde et des aminoalcools, formés in situ. Treize complexes hétérométalliques ont été obtenus et entièrement caractérisés. Il a été montré que les composés synthétisés possèdent une activité catalytique dans la réaction de l’oxydation photochimique de l’eau, présentent des propriétés de photoconductive dans les polymères composites et peuvent être utilisés pour le développement de matériaux multifonctionnels. La deuxième partie décrit la fonctionnalisation des ligands base de Schiff par l’introduction dans leur structure des unités tétrathiafulvalène et métaux dithiolènes électroactives. Deux nouvelles familles de ligands ont été synthétisées et caractérisées. La série de sels de radicaux cations et de complexes dithiolènes homo et hétérométalliques ainsi que leurs propriétés physiques ont été discutées. La dernière partie est consacrée aux ligands à base de tétrazine. Les principaux avantages du noyau tétrazine ont été discutés. Deux nouveaux ligands dérivés de la picolylamine et leurs complexes 3d mono- et binucléaires ont été décrits. / The thesis is devoted to the synthesis of homo- and heterometallic 3d-metal complexes with Schiff base ligands or derivatives of 1,2,4,5- tetrazine, together with the investigation of their structural and physico-chemical properties. This work can be divided in three parts. In the first part we have been mainly focused on the Schiff base ligands, derivatives of the salicylaldehyde and aminoalcohols. Thirteen heterometallic complexes were obtained and fully characterized. It has been shown that the synthesized compounds possess catalytic activity in the photochemical water oxidation, exhibit photoconducting properties in polymeric composites and can be used for the development of multifunctional materials of wide use. The second part describes the functionalization of Schiff base ligands by the introduction into their structure of electroactive tetrathiafulvalene and dithiolate moieties. Two new families of ligands were synthesized and characterized. The series of radicalcation salts and homo- and heterometallic dithiolene complexes together with the investigation of their physical properties have been described. The last part is devoted to the tetrazine based ligands. The main advantages of the tetrazine ring have been discussed. Two new ligands, derivative of picolylamine and their mono- and binuclear 3d-metal complexes are reported. In conclusion, perspectives of further research related to the described results were highlighted.

La fonctionnalisation de surfaces de silicium hydrogéné par des films de molécules organiques suscite un intérêt croissant en raison des nombreuses applications potentielles (photovoltaïsme, détection chimique et biochimique, électronique moléculaire...). Dans ce cadre, nous avons cherché à greffer des tétrathiafulvalènes ou des complexes dithiolène de platine à ligand bipyridine, électroactifs, sur cette surface par hydrosilylation d’alcynes. Nous avons montré que ces composés organiques étaient bien immobilisés par une liaison robuste Si-C et nous avons noté la présence de plusieurs états redox stables et réversibles associés aux molécules greffées. Les méthodes de greffage direct et de post-fonctionnalisation de monocouches, ont permis l’obtention de films denses stables aux constantes de transfert de charge élevées. / The functionalization of silicon surfaces by thin layers of organic molecules raises increasing interest due to the large extent of potential applications (photovoltaics, chemical and biochemical detection, molecular electronics and so on). In this context, we have prepared TTF and platinum dithiolene complex-modified silicon surfaces through a hydrosilylation reaction between hydrogen-terminated silicon and alkyne-terminated precursors. We have shown that these organic compounds were covalently bound to the surface through a robust Si-C bond. We have demonstrated that the electroactivity of the grafted molecules characterized by several reversible one-electron systems was maintained after the immobilization step. Post-functionalization and direct grafting reactions lead to dense and stable films, with high values of electron-transfer rate constants.

Ce travail démontre l'utilité des propriétés photothermiques dans le proche Infrarouge (NIR) des complexes de nickel-bis(dithiolène) neutres pour des applications en science des matériaux et biotechnologies. Des complexes Ni-bis(dithiolène) neutres hydrophiles et hydrophobes ont été élaborés et leur effet photothermique, sous irradiation laser NIR, a été quantifié pour la première fois. Grâce à cette propriété remarquable et à leur grande stabilité sous irradiation, il a été mis en évidence, que ces complexes pouvaient trouver des applications pour la thérapie photothermique, la libération contrôlée de médicament mais également pour le développement de nanomatériaux photosensibles à un stimulus externe. En effet, cet effet photothermique, sous irradiation laser NIR, permet de détruire des cellules cancéreuses, d'augmenter la perméabilité de nanoparticules polymériques ou de liposomes contenant des principes actifs et de désagréger des métallogels à base de complexes Ni-bis(dithiolène). Enfin, nous avons montré que les complexes [Ni(R2-timdt)2]0 ayant une haute efficacité photothermique sont de nouveaux candidats très prometteurs pour ce type d'applications. / The photothermal properties in the near Infrared (NIR) of neutral nickel-bis(dithiolene) complexes were used in materials science and for the first time in biotechnology. Hydrophilic and hydrophobic neutral Ni-bis(dithiolene) complexes were developped and for the first time, their photothermal effect under NIR laser irradiation was quantified. Thanks to this remarkable property and their high stability under irradiaton, it has been demonstrated that these complexes could find applications to photothermal therapy, controlled drug delivery but also in the developpement of stimuli responsive nanomaterials. Indeed, this photothermal effect, under NIR laser irradiation, allow to destroy malignant cells, increase the permeability of polymeric nanoparticles or liposomes containing active ingredients and disintegrate métallogels based on Ni-bis(dithiolene) cores. Finally, we showed that the [Ni(R2-timdt)2]0 complexes having higher phothothermal activity are very promising new candidates for these applications.

Au cours de ce travail, nous nous sommes particulièrement intéressés à une classe de molécules électroactives précurseurs de matériaux moléculaires conducteurs à composant unique, les complexes bis(1,2-dithiolène) d'or et de nickel neutres. Nous avons tout d'abord développé une série originale de complexes radicalaires d'or [Au(R-thiazYdt)2] à partir de ligands dithiolène, riches en électron, les N-alkyl-1,3-thiazoline-2-chalcogénone-4,5-dithiolate (R-thiazYdt)2 avec Y = O, S, Se et R = Pr, iPr, cycloPr, NMe2. Le substituant R de l'hétérocycle joue un rôle majeur sur les propriétés des matériaux, résultant des interactions électroniques intermoléculaires entre ces complexes paramagnétiques. Les complexes de nickel diamagnétiques, [Ni(R-thiazSdt)2], des mêmes ligands dithiolène, présentent quant à eux une organisation à l'état solide très différente, conséquence de leur caractère à "couche fermée". Enfin, la réactivité originale des dérivés avec R = tBu conduit à des ligands dithiolène portés par un cycle aromatique 2-alkylthio-thiazole (RS-tzdt). Leurs complexes d'or neutres [Au(RS-tzdt)2] forment des empilements fortement dimérisés et semi-conducteurs. / During this work, we particularly focused on one type of electroactive molecules, precursors of single component molecular conductors, the neutral gold and nickel bis(1,2-dithiolene) complexes. First we developed a series of radical gold complexes [Au(R-thiazYdt)2] derived from electron rich dithiolene ligands, the N-alkyl-1,3-thiazoline-2-chalcogenone-4,5-dithiolate (R-thiazYdt)2 with Y = O, S, Se and R = Pr, iPr, cycloPr, NMe2. The R substituent plays an important role on the properties of these materials resulting from the intermolecular electronic interactions between these paramagnetic complexes. Besides, diamagnetic nickel complexes, [Ni(R-thiazSdt)2], with the same dithiolene ligands exhibit a different organization in the solid state, a consequence of their closed shell nature. Finally, the original reactivity of the derivatives with R = tBu leads to dithiolene ligands with an aromatic 2-alkylthio-1,3-thiazole ring (RS-tzdt). Their neutral gold complexes [Au(RS-tzdt)2] form semi-conducting strongly dimerized stacks.