Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work elaborates on the determination of crystal and molecular structures of four pro-ligands, emphasizing bis(triazenes), triazene 1-oxide and a new class of bis(triazenes) macrocyclic, and eight complexes involving Cu+, Cu2 +, Ni2 + and K+. Pro-ligands triazenes 1-oxide are relatively small and simple molecules. When they are deprotonated they presen a high ability to form supramolecular assemblies, either because they are planar and facilitate the metal-metal approach and the formation of π···π interactions _ as in the case of complex (2) _, or because they have substituents with capacity of act as agent of secondary complexation forming polycationic structures _ as in the case of complex (3). Pro-ligand bis(triazenes) are double agents of complexation. The bis(triazene) (4) complexed Copper(I) forming a binuclear complex (5). The same ligand also led to binuclear complexes of Copper(II) through the chelate and macrocyclic effect, forming two types of crystal structures, one non-centrosymmetric (6), the other centrosymmetric (7). The pro-ligand bis(triazene) macrocyclic (8) has a cavity with ideal size for the complexation of transition metals, resulting, for example, in complex (9) with the cation Nickel(II). The ligand in this complex has substituents in para position. These substituents, two pyridine molecules (in the coordination sphere of the metal) and two pyridine molecules (as solvate of crystallization) form weak electrostatic interactions in the supramolecular arrangement. The bis(triazene) macrocyclic (10) has a central cavity larger than the bis(triazene) macrocyclic (8), allowing the complexation of larger molecules or ions. The analysis by X-ray diffraction on single crystal for the compound (10) revealed the presence of disordered water molecules inside the cavity, forming a chain of water molecules perpendicular to the stacked molecules of (10). When the compound (10) is deprotonated with a weak base such as pyridine, the deprotonation occurs partially, leading to a binuclear complex with Copper(II)-bridged μ2-OH (11). Two molecules of the ligand coordinate the two Copper(II) cations, and the coordination sphere is completed by two axial pyridine molecules. When the compound (10) is deprotonated with a strong base such as sodium or potassium ethanolate, the deprotonation occurs totally, leading to a binuclear conmplex with Copper(II)-bridged μ2-OCH2CH3 (12). One molecule ligand coordinates two Copper(II) cations and the coordination sphere is also supplemented by two axial pyridine molecules. The synthesis of a new class of macrocyclic triazenes has been successfully performed as well as the synthesis of their metallic complexes. The characterization of their structures and supramolecular assemblies was performed using the analysis by X-ray diffraction on single crystal and other secondary methods. / Este trabalho apresenta as determinações das estruturas cristalinas/moleculares de quatro pró-ligantes, enfatizando bis(triazenos), triazeno 1-óxido e a nova classe de bis(triazenos) macrocíclicos, e oito complexos envolvendo os cátions Cu+, Cu2+, Ni2+ e K+. Pró-ligantes triazenos 1-óxido são moléculas relativamente pequenas e simples, que quando desprotonadas apresentam elevada capacidade de formação de arranjos supramoleculares, sejam pelo fato de serem planares e facilitarem a aproximação metal-metal e a formação de interações π···π, como no caso do complexo (2), ou pelo fato de apresentarem substituintes capazes de atuarem como complexantes secundários, formando estruturas policatiônicas complexas, como no caso do complexo (3). Pró-ligantes bis(triazenos) são agentes duplos de complexação. O bis(triazeno) (4) mostrou-se capaz de complexar o íon cobre(I) formando um complexo binuclear (5). O mesmo ligante, ainda, originou complexos binucleares de cobre(II), através do efeito quelato e macrocíclico, formando dois tipos de estruturas cristalinas, uma não-centrossimétrica (6) e outra centrossimétrica (7). O pró-ligante bis(triazeno) macrocíclico (8) apresenta uma cavidade com tamanho ideal para a complexação de metais de transição, originando, por exemplo, o complexo (9) com o cátion níquel(II). O ligante neste complexo apresenta substituintes em posição para e estes subtituintes, adicionados às moléculas de piridina que completam a esfera de coordenação do metal e às moléculas de piridina como solvato de cristalização, formam o arranjo supramolecular, através de interações eletrostáticas fracas. O pró-ligante bis(triazeno) macrocíclico (10) apresenta uma cavidade central maior que o pró-ligante bis(triazeno) macrocíclico (8), possibilitando a complexação de moléculas ou cátions maiores. A difração de raios-x em monocristal de (10) revelou a presença de moléculas de água desordenadas no interior da cavidade, formando uma cadeia perpendicular às moléculas empacotadas do pró-ligante macrocíclico. Quando o composto (10) é desprotonado com base fraca, como piridina, a desprotonação ocorre de maneira parcial, originando um complexo binuclear de cobre(II) unido por pontes μ2-OH (11), onde duas moléculas de ligante coordenam os dois íons cobre(II) e a esfera de coordenação quadrática é completada por duas moléculas de piridina axiais. Quando o composto (10) é desprotonado com base forte, como etóxido de sódio ou potássio, a desprotonação ocorre de maneira total, originando um complexo binuclear de cobre(II) unido por pontes μ2-OCH2CH3 (12), onde uma molécula de ligante coordena os dois íons cobre(II) e a esfera de coordenação quadrática também é completada por duas moléculas de piridina axiais. A síntese de mais representantes da nova classe de triazenos macrocíclicos foi realizada com sucesso neste trabalho, bem como a síntese de complexos, envolvendo triazenidos macrocíclicos. A caracterização de suas estruturas e arranjos supramoleculares foi realizada através de difração de raios-x em monocristal e outros métodos secundários.

Ce manuscrit décrit la synthèse et la caractérisation de nouveaux systèmes moléculaires à base de phosphore : dans la première partie sont étudiés des dérivés π-conjugués du cycle phosphole et la seconde partie fait état d'assemblages supramoléculaires à ligands phosphines. Tout d'abord, une introduction à la chimie du phosphole (historique, méthodes de synthèse, insertion dans des systèmes π-conjugués) est présentée. Le premier chapitre décrit la synthèse et l'étude physico-chimique de dérivés phospholes possédant un système π étendu afin de les utiliser en tant qu'émetteurs oranges-rouges dans des diodes électroluminescentes organiques (OLEDs). Différentes modifications chimiques de la triple liaison sont ensuite mises en place pour modifier les propriétés optiques des dérivés synthétisés en déplaçant leurs maximas d'absorption et/ou d'émission vers les plus grandes longueurs d'onde. Le chapitre II décrit la synthèse et l'étude de complexes utilisant une brique phosphole acétylénique comme connecteur conjugué entre deux centres métalliques. De nouveaux complexes de Fe(II), Pt(II) et d'Au(I) ont ainsi été développés et la communication électronique entre les métaux est étudiée. La deuxième partie de ces travaux de thèse commence avec un historique sur les complexes de Cu(I) luminescents, qu'ils soient mono- ou polynucléaires, qu'ils possèdent une structure de forme cubane ou autres. Dans le chapitre III, sont présentées les synthèses, les études structurales et optiques de nouveaux assemblages supramoléculaires émissifs à l'état solide synthétisés à partir de clips moléculaires de Cu(I) préassemblés et stabilisés par des ligands phosphines (dppm ou dpmp) avec des ligands connecteurs de type cyano CN-. Ensuite, le dernier chapitre utilise cette même stratégie de synthèse en utilisant des ligands connecteurs organiques à fonctions nitriles terminales et de nouveaux complexes de Cu(I) discrets ou étendus sont caractérisés. Tout au long de cette deuxième partie, les propriétés de luminescence des dérivés de Cu(I) sont étudiées en fonction de leur environnement extérieur et des phénomènes de thermochromisme, de vapochromisme et de mécanochromisme sont mis en évidence chez certains d'entre eux. / This manuscript describes the synthesis and characterization of new molecular systems based on phosphorus atom: we developed and studied π-conjugated systems based on phosphole and secondly supramolecular assemblies with phosphine ligand have been studied. Firstly, an introduction to the phosphole chemistry (history, synthesis methods, integration into π-conjugated systems) is presented. The first chapter describes the synthesis and physico-chemical study of phospholes derivatives having an extended π-system for the development of orange-red emitters in organic light-emitting diodes (OLEDs). Different molecular engineering involving the triple bond leads to modifications of the optical properties of the synthesized compounds by red-shifting their absorption and/or emission maxima. Chapter II describes the synthesis and the physical properties of complexes using phosphole based π-systems as linkers between two metal centers. New Fe (II), Pt (II) and Au (I) complexes have been developed and the electronic communication between the two metals is studied. The second part of the thesis work starts with a review on the emissive Cu(I) complexes. In Chapter III, are presented the syntheses, the structural and optical studies of new solid-state emissive supramolecular assemblies synthesized from pre-assembled Cu(I) molecular clips and stabilized by phosphine ligands (dppm or dpmp) with cyano ligands as linkers. Then in the final chapter new Cu(I) complexes are synthesized by using organic ligands with terminal nitrile functions as linkers. The solid-state luminescence properties of these new Cu(I) derivatives are studied according to their external environment and thermochromism, vapochromism and mechanochromism phenomena have been demonstrated for some of them.

Le microscope à force atomique (AFM) fait partie des microscopies de champ proche dites à sonde locale. De par sa versatilité, un grand nombre de domaines des nanosciences tant en physique, que chimie ou biologie utilisent cette technique. Cependant, le champ d’investigation de la microscopie AFM classique est restreint temporellement et spatialement. En effet, en raison de sa limite de vitesse d’acquisition d’image et sa limite de caractérisation des interactions en surface, des études de dynamique moléculaire ou d’éléments sub-surface ne sont pas envisageables. Nous montrons donc que la caractérisation en volume est permise en utilisant une méthode d’imagerie non destructive, la microscopie de champ proche holographique ultrasonore (SNFUH). Cette méthode développée pour étudier à l.air et en liquide, a fourni des informations localisées en profondeur avec une haute résolution spatiale, en utilisant des fréquences de résonance dans la gamme du MHz. Une calibration a été effectuée sur des échantillons de structures enterrées ou non, réalisés par lithographie e-beam. Ces échantillons ont été utilisés pour ajuster les fréquences de résonance et comprendre la formation des images en mode acoustique (profondeur investiguée et inversion de contraste). Cet outil non invasif et innovant de caractérisation a donc été développé. Il présente un énorme potentiel pour des échantillons biologiques en termes de résolution et d’information. Les microscopes AFMclassique et acoustique SNFUH sont soumis à des contraintes de temps. Pour s’en affranchir, un prototype, le microscope à force atomique haute-vitesse (HS-AFM) a été développé par l’équipe du Professeur T. Ando à l’Université de Kanazawa (Japon). Il autorise ainsi le balayage à vitesse vidéo, i.e. 25 images/s, en milieu liquide. Nous avons amélioré le prototype avec une nouvelle génération de boucle d’asservissement et augmenté la zone de caractérisation. La résolution dépend fortement du levier utilisé. De plus une qualité d’image supérieure est obtenue grâce à l’utilisation de surpointes en carbone sur ces mêmes leviers. Finalement, nous montrons des résultats obtenus avec ces deux techniques de microscopies sur différents édi.ces biologiques en milieu liquide. Ainsi, avec le microscope AFM haute-vitesse, des dynamiques biomoléculaires ont pu être visualisées (ex : structures protéine-ADN) avec une résolution nanométrique. Puis une étude des changements conformationnels intracellulaires de kératinocytes vivantes dans leur milieu physiologique a été réalisée par microscopie acoustique SNFUH et montre la dégradation du matériel biologique. L’ensemble de ces résultats ouvre un nouveau champ d’investigation dans le domaine de la biologie. / The atomic force microscope (AFM) made part of scanning near-field probe microscopy. Thanks to its versatility, many fields as physics, chemistry or biology use this technique. However, the field of investigation of the classical AFM microscope is limited temporally and spatially. Indeed, due to his scan speed limitation and surface interaction caracterisation limitation, studies of molecular dynamics and sub-surface elements are not possible. We show that the volume caracterisation is permitted using a non-destructive imaging method, called Scanning Near-Field by Ultrasound Holography (SNFUH). This tool developed for study in air and liquid has provided depth information as well as spatial resolution at the nanometer scale using resonant frequencies of about range of MHz. Calibration has been performed on samples of buried or not structures made by e-beam lithography and have been used to adjust the resonant frequency and understand the acoustic image formation (depth investigation and contrast in-version). We have developed a non-invasive and innovative tool of characterization for biology : he presents a huge potential for biological samples in terms of resolution and information. Classical AFM and acoustic SNFUH microscopes are time resolution limited. To overcome this time constraint, a prototype, High Speed Atomic Force Microscope (HS-AFM), has been developed by the team of Prof. T. Ando, Kanazawa University (Japan). It allows a scan rate at video speed, i.e. 25 frames/s, in liquid medium. We have improved the prototype, through a new generation of feedback control and increased the scan area. The resolution depends strongly of the probe used. Moreover a better image quality is obtained through the use of carbon tips on these cantilevers. Finally, we show our results obtained with these two microscopy techniques about biological buildings in liquid environment. Thereby, with the HS-AFM microscope, biomolecular dynamics have been visualized (e.g. protein-DNA structures) with nanometric resolution. Then a study about intracellular conformational changes of keratinocytes living cells in their physiological medium has been realized by acoustic microscopy SNFUH and show deterioration of biological components. All of these results provide new insights in biology field.