Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Au cours de cette thèse, nous avons synthétisé de nouveaux composés en utilisant des macrocycles de porphyrines comme socle pour nos architectures. L'objectif était d'étudier leurs propriétés en optique linéaire et non linéaire. Plus précisément, nous avons synthétisé et caractérisé trois groupes de dendrimères de type fluorényl-porphyrine, une série de porphyrines organométalliques dérivés du ruthénium, et commencé une dernière série de nouvelles porphyrines. Les corrélations entre les propriétés et la structure ont été étudiés, le processus de transfert d'énergie du donneur vers la porphyrine a aussi été évalué. En introduction, nous avons présenté le contexte général de la chimie des porphyrines basé sur quatre aspects: (1) la structure chimique, (2) les voies de synthèse, (3) les propriétés en optique linéaire (4) et en optique non linéaire. Nous avons ensuite présenté les différents travaux qui ont été effectués dans notre groupe, et conclut en proposant de nouvelles structures basées sur ces résultats. Dans le premier chapitre, nous présentons la synthèse d'un groupe de dendrimères dérivés de thiényl-porphyrines. Les unités thiényles font le pont entre les dendrons conjugués de type fluorényle et le coeur de la porphyrine. Le transfert d'énergie pour ces molécules est efficace et ces dernières présentent des propriétés en optique non linéaire qui sont intéressantes avec une amélioration de l'absorption à deux photons (ADP). Dans le deuxième chapitre, nous présentons la synthèse d'une série de composés à base de ruthénium dérivés de la Tétrafluorényl- porphyrine (TFP), pour des applications en optique non linéaire (üNL). Dans le troisième chapitre, nous présentons la synthèse de deux nouveaux dendrons avec des antennes fluorényles terminales greffées en position 9 d'un troisième fluorényle, respectivement par voie conjuguées ou non conjuguées. Puis deux nouveaux dendrimères ont été obtenus par couplage de Sonogashira à partir de ces dendrons sur le coeur porphyrine TFP. Le transfert d'énergie de ces dendrons vers la porphyrine est efficace. Ces molécules présentent des propriétés en optique non linéaire qui sont intéressantes et les résultats en ADP sont très prometteurs. Dans le quatrième chapitre, nous présentons la synthèse de porphyrines avec des bras fluorénones terminales. Ces porphyrines émettent également une luminescence rouge et le transfert d'énergie est très efficace. Comme perspectives, un nouveau type de porphyrine méso-alcynyle est envisagé, pour l' instant nous avons juste synthétisé la génération 0 de cette série de dendrimères: Les quatre bras tluorényles sont pontés au coeur de la porphyrine avec des liens alcynyles, et les études optiques de ces prototypes sont en cours. / During this thesis, we have elaborated new compounds using the porphyrin macrocycle as the basic platform of our architectures. The aim, after their syntheses, was to study the linear optical (LO) and non-linear optical (NLO) properties of these new molecules. More precisely, we have synthesized and characterized three groups of fluorenyl-porphyrin dendrimers, a series of ruthenium organometallic porphyrins, and started a series of new type of porphyrin. Their correlations on optical property-structure have been discussed, as well as the energy transfer processes from the donor fragments to porphyrin core acceptor. In the introduction, we presented the general background of the porphyrin chemistry based on four aspects: ( I) structure, (2) synthetic methods, (3) LO properties and (4) NLO properties. We further reviewed prior porphyrin studies done in our group and proposed new molecular designs based on these results. In the first chapter, we synthesized a group of thienyl porphyrin cored dendrimers. The thienyl units connect the conjugated fluorenyl dendrons to porphyrin ring by alkynyl bridges. The energy transfer (ET) of these porphyrins is very efficient and they present interesting NLO properties with enhanced Two-photon absorption (TPA). In the second chapter, we synthesized a series of ruthenium compounds based on Tetra-fluorenyl porphyrin core (TFP) for NLO applications. In the third chapter, we synthesized two new dendrons with two terminal fluorenyl antennae fi xed on the 9 position of the fluorenyl units in conjugated or non-conjugated way respecti vely. Then two new porphyrin dendrimers were obtained by Sonogashira coupling reaction of these dendrons on TFP porphyrin core. Their ET from dendrons to porphyrin core is very efficient. They present interesting LO properties and the TPA results are very promising. In the fourth chapter, we synthesized a group of TFP cored porphyrins with terminal fluorenone anns. These porphyrins emit red luminescence and the ET is very efficient from the linear arms toward their cores. As perspective, a new type of meso-alkynyl porphyrin series is considered, for the moment we synthesized only the generation 0 of the dendrimers: the four fluorenyl arms of this porphyrin are bridged to the centre ring by alkynyl chains, and the optical studies of this prototype are in progress.

Nous présentons dans ce mémoire une étude sur l'influence de la texture de la couche organique sur le transport des porteurs. Pour mesurer la mobilité des porteurs, deux techniques ont été mises en place : le temps de vol et la réalisation de transistors à effet de champ. La première partie de ce mémoire est consacrée au fluorène. La synthèse d'un copolymère fluorène-fluorénone a permis d'améliorer l'empilement p-p, et donc la formation d'excimères. Cela nous a permis de comprendre l'origine du décalage vers le jaune de la luminescence du fluorène, mais aussi d'obtenir un nouveau composé présentant de très bonnes propriétés de luminescence dans le jaune. Une analogie avec les poly(alkylthiophènes) nous a permis de comprendre les limitations du transport dans les polymères de la famille du fluorène. Nous avons finalement étudié la relation texture-transport dans deux familles dérivées du thiophène : des copolymères thiophène-bipyridine et des fractions solubles de gels de polythiophène.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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Dans les dernières années, l'avancement rapide du domaine de l'électronique organique a mené au développement d'une multitude de nouvelles classes de polymères n-conjugués. Parmi ces polymères, les dérivés du poly(2,7-fluorène) se sont avérés être des matériaux prometteurs pour des utilisations en dispositifs opto-électroniques légers, flexibles et peu coûteux à produire. Plus récemment, de nouvelles classes de polymères à base d'hétérofluorènes comme les dérivés du poly(2,7-carb, azole) et du poly(2,7-dibenzosilole) ont été largement étudiées et ont démontré des résultats prometteurs dans les dispositifs électroniques à base de polymère comme les diodes électroluminescentes (DEL), les transistors à effet de champ (TEC) et les cellules photovoltaïques (CP). Suite aux bons résultats obtenus avec ces poly(hétérofluorène)s, nous voulions étudier une nouvelle classe de polymères à base d'hétérofluorène qui a été que très peu étudiée jusqu'à maintenant, c'est-à-dire le germafluorène. Le germafluorène étant un .analogue du fluorène et du dibenzosilole, nous voulions évaluer si cette nouvelle cl.asse possédait le même potentiel que ces dernières. C'est ainsi que nous avons synthétisé deux monomères de germafluorène. Trois dérivés du poly(germafluorène) soit PGFDTBT, PGFDTDPP (C4) et PGFDTDPP (Cg), ont été synthétisés en utilisant soit le 5,5-(4', 7'-di-2-thienyl-2', l', 3'-benzothiadiazole) ou le 3,6-bis(thiophen-5-yl)-2,5-dioctyl-2,5-dihydropyrrolo[3,4-]pyrro le-l, 4-dione] comme comonomère. De plus, deux homopolymères de germafluorène, PGF (C4) et PGF (C4, Cg) ont aussi été synthétisés. Tous ces polymères ont été caractérisés pour déterminer leurs propriétés thermiques, optiques et électrochimiques. Des cellules photovoltaïques ainsi que des transistors à effet de champ ont été fabriqués avec certains de ces polymères pour obtenir des taux de conversion énergétique allant jusqu'à 2,8 % avec le PGFDTBT et des mobilités de charge allant jusqu'à 0,04 cm2/V-s pour le PGFDTDPP (C4).

Le monoxyde d'azote (NO•) est connu pour son rôle dans de nombreux processus biologiques et physiologiques. Il peut cependant avoir des effets antagonistes selon sa concentration dans le milieu. Le développement de sources exogènes capables de relarguer localement et quantitativement NO• est donc nécessaire pour profiter pleinement de son potentiel thérapeutique. La chimiothérapie photoactivée offre une approche intéressante qui consiste en l'irradiation de systèmes photosensibles non toxiques dans l'obscurité, mais capables de déclencher la mort cellulaire sous activation à la lumière. Cette thèse s'articule autour de trois complexes de ruthénium nitrosyle (RuNO) à ligands polypyridines, développés dans la perspective d'étudier leur comportement par excitation mono- et biphotonique. La fonctionnalisation des ligands polypyridines par des groupements riches en électrons permet d'envisager une excitation à 2 photons dans la fenêtre thérapeutique afin de traiter de manière locale des tumeurs plus profondes. Un état de l'art sur ces enjeux et cette thématique est dressé dans le premier chapitre. Dans le deuxième chapitre, une étude théorique comparative de plusieurs complexes RuNO à ligand bipyridine fonctionnalisée par des fluorènes permet de sélectionner le meilleur candidat pour la photolibération de NO•. Dans le troisième chapitre, la synthèse et la caractérisation de [Ru(terpy)(F2bpy)(NO)](PF6)3 (terpy = 2,2':6',2''-terpyridine; F2bpy = 4,4'-bis(9,9'-dibutyl-9H-fluoren-2-yl)-2,2'-bipyridine) sont décrites. Sont ensuite présentées dans le quatrième chapitre la synthèse et la caractérisation de [Ru(terpy)(MP2bpy)(NO)](PF6)3 (T0B2) et [Ru(MPterpy)(MP2bpy)(NO)](PF6)3 (T1B2), avec MP2bpy = 4,4'-bis(4-méthoxyphényl)-2,2'-bipyridine et MPterpy = 4'-(4-méthoxyphényl)-2,2':6',2''-terpyridine. Dans le cinquième chapitre, les propriétés photophysiques de [Ru(terpy)(F2bpy)(NO)](PF6)3 sous excitation à un photon et à deux photons sont étudiées, la libération de NO• est mise en évidence (détermination du rendement quantique фNO et de la section efficace σ) et le photoproduit est caractérisé. Le comportement des complexes T0B2 et T1B2 sous irradiation monophotonique est étudié dans le sixième chapitre, à travers la photolibération de NO•, la caractérisation de leur photoproduit et la détermination de фNO. / Nitric oxide (NO•) is known for its role in many biological and physiological processes. Nonetheless its effects are opposite according to the concentration in the media. The development of exogeneous sources able to release locally and quantitatively NO• is therefore necessary to fully benefit from its therapeutic potential. Photoactivated chemotherapy offers an interesting approach consisting in the irradiation of non toxic photoreactive systems in the dark, but able to trigger cell death when irradiated with light. This thesis is based on three ruthenium nitrosyl complexes (RuNO) with polypyridyl ligands, developed in view of studying their behavior under mono- and biphotonic excitation. The functionalization of polypyridyl ligands by electron-rich groups enables to consider a two-photon excitation in the therapeutic window in order to access deeper tumors locally. A state of art on those stakes and on this theme is addressed in the first chapter. In the second chapter, a comparative theoretical study of several RuNO complexes with a bipyridine ligand functionalized with fluorene enables to select the best candidate for NO• photorelease. In the third chapter, the synthesis and the characterization of [Ru(terpy)(F2bpy)(NO)](PF6)3 (terpy = 2,2':6',2''-terpyridine; F2bpy = 4,4'-bis(9,9'-dibutyl-9H-fluoren-2-yl)-2,2'-bipyridine) are detailed. In the fourth chapter are presented the synthesis and characterization of [Ru(terpy)(MP2bpy)(NO)](PF6)3 (T0B2) and [Ru(MPterpy)(MP2bpy)(NO)](PF6)3 (T1B2), with MP2bpy = 4,4'-bis(4-methoxyphenyl)-2,2'-bipyridine et MPterpy = 4'-(4-methoxyphenyl)-2,2':6',2''-terpyridine. In the fifth chapter, the photophysical properties of [Ru(terpy)(F2bpy)(NO)](PF6)3 under one-photon and two-photon excitation are studied, NO• release is demonstrated (determination of the quantum yield фNO and the cross section σ) and the photoproduct is characterized. The behavior of T0B2 and T1B2 under monophotonic irradiation is described in the sixth chapter, through the photorelease of NO•, the characterization of their photoproduct, and the determination of фNO.

Depuis deux décennies, la modernisation des techniques d’imagerie de fluorescence a permis decomprendre et d’étudier de nombreux processus biologiques. Ce formidable essor a néanmoins étéralenti par les faibles performances des sondes fluorescentes disponibles pour ce type d’imagerie. Cemanque d’objets luminescents a motivé des recherches intenses dans le but d’optimiser les sondesmoléculaires fluorescentes déjà existantes afin de leur permettre d’être plus fluorescentes, mais aussiplus stables. En parallèle à ces optimisations, l’avancée des nanotechnologies à permis de développerde nouveaux outils pour l’imagerie biologique. Du fait de leurs propriétés optiques, de leur excellentephotostabilité, ainsi que la possibilité de fonctionnaliser leur surface, les nanoparticules semiconductrices(QDs) ont connu un succès phénoménal dans les domaines de l’imagerie. Au fur et àmesure de leur utilisation, de nombreuses questions partiellement élucidées sur la toxicité des QDs ontémergé. Dans le but de proposer une alternative aux QDs, de nombreux groupes de recherche onttravaillé sur la préparation de nanoparticules (ONPs) à base de molécules organiques, ce qui a mis finà l’hégémonie des QDs en imagerie biologique. Parmi ces ONPs, les nanoparticules fluorescentes àbase de molécules organiques (FONs) se sont imposées comme des candidats sérieux pour sonder levivant. Dans cette optique, nous développons de nouveaux chromophores qui, par un designmoléculaire adapté, peuvent former des FONs avec des brillances à un et deux photons comparables àcelle des QDs tout en étant biocompatibles. / Since decades, bioimaging technics increased a lot, thus leading to a better understanding of biologicalprocesses. However, the fluorescence imaging was limited due to the low photostability and brightnessof available organic dyes. In order to improve the lack of photostability and brightness of thecommercially available dyes, lots of effort was done by organic chemists. In the mean time with theincoming of nanotechnologies, new tools such as the semi-conductors QDs raised as promisingluminescent probes for bioimaging. Due to their intrinsic properties, QDs are bright and photostablenano-objects, furthermore, the labeling of the surface of the QDs is of interest for targeting (such asthe detection of cancer cells). Despite their popularity, with time, issues about the clearance and thetoxicity of the QDs have been adressed and are still not fully solved. So the development of safer andbiocompatible tools for bioimaging emerged as evidence for scientists. In that context, the use ofnanoparticles made of organic materials gain in interest and particularly the fluorescent organicnanoparticles (FONs). We aimed to propose biocompatible and safer alternative to QDs, so wedeveloped new nanotools, based on the self aggregation of propeller-shaped fluorophores as FONs.Because of the specific design of the chromophores, these FONs have large one and two-photonbrightness combine with good photostability. These features made these FONs promising tools foreither one-photon and two-photon fluorescence imaging in cells and in vivo.

Polyfluorenes are polymers with outstanding properties: They are semi-conducting, relatively rigid, quite stable chemically and thermally, easily substituted and therefore potentially soluble in numerous solvents and more importantly, they exhibit blue electro- and photoluminescence. For all these reasons, these polymers are the subjects of numerous academic and industrial researches.<p>The first subject of this work deal with the design, the synthesis and the characterisation of polyfluorenes end-capped with perylene dicarboximide derivatives. These perylene moieties are able to interact by energy transfer under specific conditions of illumination, proximity and orientation. Their observation by single molecule spectroscopy permitted therefore to gain valuable information concerning the three-dimensional folding of single polyfluorene chains. To complete this study, the synthesis and characterisation of a perylene end-capped trimer of fluorene was performed. This structure being monodisperse, a finer analysis of the energy-transfer occurring between both perylene dyes could be accomplished, which confirmed the structural hypothesis made for the polymer. During these studies, it has been observed that, in addition to the energy transfer occurring between both perylene derivatives, another energy transfer occurs between the polyfluorene backbone and the perylene derivatives upon excitation of the first. This led to the idea of the synthesis of a polyfluorene bearing perylenes dicarboximide as side chains. This perylene-rich polyfluorene has been used to build a photovoltaic cell efficient in the wavelengths of both polyfluorene absorption and perylene carboximide absorption. <p>Another subject of this work was the design, synthesis and characterisation of polyfluorenes bearing bulky phenoxy groups as side-chains. These polymers, due to their lower tendency toward aggregation, exhibited a better stability of their emission colour upon annealing. Similarly, a series of homo- and copolymers of fluorene bearing bulky and hole accepting triphenylamine substituants was synthesised and characterised. In addition to their improved colour stability in comparison with dialkylpolyfluorenes, the LEDs build with these materials exhibited a very low turn on voltage. <p> / Doctorat en sciences, Spécialisation chimie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La pollution atmosphérique est omniprésente du fait de nombreuses sources émettrices de composés chimiques. Dans ce contexte, les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) sont largement diffusés dans l’air et ont déjà montré des effets délétères sur la santé.Ce travail a consisté en l’évaluation de la neurotoxicité du fluorène, composé choisi comme molécule représentative de la pollution liée aux HAP, chez le rat adulte exposé par voie i.p., par voie orale ou par inhalation. Le modèle d’exposition par inhalation a ensuite été appliqué à l’étude des effets du polluant sur le développement sensori-moteur et l’activité comportementale de l’animal exposé in utero ou au cours de la lactation.Ces études ont montré que le fluorène était susceptible d’affecter le niveau d’anxiété et l’activité locomotrice du rat adulte exposé directement et indirectement au polluant, et n’avait aucun effet sur les capacités d’apprentissage. En revanche, aucune atteinte majeure de la maturation des fonctions sensori-motrices n’a été mise en évidence. L’analyse de la présence du composé et de trois de ses métabolites a par ailleurs montré que le polluant était capable de traverser la barrière hémato-encéphalique et d’être métabolisé au niveau du cerveau. Les réponses physiologiques et comportementales étant variables entre les études, les effets induits par le fluorène dépendent donc de la voie d’entrée, du niveau de contamination et du moment d’exposition.Ces résultats ont ainsi révélé chez l’animal la toxicité comportementale du fluorène à des niveaux de contamination réalistes, confirmant ainsi le risque sanitaire de l’exposition aux HAP tout au long de la vie des individus / Actually air pollution is ubiquitous due to the emission of chemical compound from many sources. In this context, Polycyclic Aromaric Hydrocarbons (PAH)related compounds are widely distributed in the air and have shown deleterious health effects.Fluorene was chosen as a representative compound of PAHs pollution. This work consisted in the evaluation of its neurotoxic effects in adult animals, exposed i.p., orally or by exposure nose-only. The inhalation model of exposure was then applied to the study of its effects on sensorimotor development and on behavioral activity of animals exposed in utero or during lactation.The results showed that fluorene is able to induce behavioral changes in adult animals exposed directly or indirectly on the level of anxiety and the locomotor activity, whereas no effect on learning and memory abilities has been observed. However, no defect on the development of motor and sensory functions was demonstrated. Furthermore, the analysis of the presence of the compound and three of its metabolites showed that the pollutant was able to cross the blood brain barrier and can be metabolized in the brain. Moreover, variations have been observed concerning behavioral and physiological responses between studies, showing that effects induced by fluorene are dependent on the way of administration, the level of contamination and the time of exposure.In conclusion, these results demonstrate in animals the behavioral toxicity of fluorene at levels of contamination corresponding to human cases of exposure, confirming so the risk of PAH exposure throughout life