L’objectif de la thèse vise au développement d’architectures moléculaires et supramoléculaires commutables par contrôle rédox. La stratégie proposée repose sur l’exploitation du processus de π-dimérisation subi par les radicaux cations de dérivés du viologène comme force motrice pour la génération électro-induite de mouvements intramoléculaires. Nous décrivons la conception de nouvelles charnières organiques à squelette calixarène permettant d’accéder à des pinces moléculaires. Convenablement fonctionnalisée par des mâchoires de type pyridine-pyridinium, le mouvement de la pince est déclenché par la combinaison d’une activation chimique et électrochimique. Dans un deuxième exemple, nous montrons comment il est possible de verrouiller et déverrouiller les mouvements de la charnière calixarène en utilisant un réseau de liaisons hydrogène intramoléculaires. Nous décrivons également la conception d’une charnière inorganique originale fondée sur un complexe de palladium qui joue le rôle du pivot d’un carrousel moléculaire dont les bras à base de viologène sont mis en rotation sous l’effet d’une réduction électrochimique centrée sur les motifs viologènes. Le contrôle rédox des phénomènes d’auto-association au sein de polymères de coordination dynamiques est également abordé au travers de deux exemples de pinces moléculaires aux mâchoires fonctionnalisées soit par des briques auto-complémentaires, soit par des ligands bidentés. Dans un dernier exemple, un centre métallique palladium est utilisé à la fois comme vecteur de polymérisation et comme charnière pour la π-dimérisation intramoléculaire de ligands ditopiques à base de viologènes. / The aim of the thesis is to develop new concepts in the design of redox-switchable molecular and supramolecular architectures. The strategies which have been implemented rely on the π-dimerization of viologen radical cations as a driving force for the generation of electron-triggered intramolecular movements. Upon studying a series of viologen-appended calixarenes, we have established that bipyridinium radicals can be reversibly -dimerized under the joined effects of chemical (proton transfer) and electrochemical (electron transfer) stimulus. Our investigations also led to the discovery that a bis-pyridinyl appended calixarene intermediate is involved in a fully reversible redox-triggered sigma-dimerization process. We have also established that the ability of a phenol-containing calixarene to dimerize in its two electron reduced state depends on a subtle balance of weak interactions associated with hydrogen bond formation on the lower rim and orbital overlap between -radicals on the upper rim.We also demonstrate that inorganic hinges based on palladium complexes can be used as pivots in viologen-containing π-dimerizable architectures. The redox-controlled self-assemby of dynamic coordination polymers is also addressed through two examples of molecular tweezers, whose arms are functionalized by self-complementary complexing units or by bidentate ligands. In a last example, a palladium metal center is used both as a carrier of polymerization and as a hinge enabling the intramolecular π-dimerization of ditopic viologen-based ligands.

Ce mémoire s'articule autour de deux aspects complémentaires des processus qui accompagnent le transfert d'électron. Le cœur de ce projet concerne la valorisation de l'électrochimie moléculaire comme technique d'activation dans deux directions : activation de processus mécaniques ou de mouvements moléculaires dans des architectures commutables pour lesquelles un transfert d'électron fournit l'impulsion tout en permettant le contrôle et la lecture de l'état d'un système dynamique, et activation de processus chimiques pour lesquels l'électrochimie est exploitée en ingénierie moléculaire pour élaborer des molécules complexes et proposer une alternative efficace aux méthodes classiques de la synthèse organique. Le fil conducteur « activation électrochimique » est déroulé autour deux grandes classes de composés : les -dimères de dérivés du viologène et les macrocycles conjugués à base de pyrrole. Dans la première partie de ce mémoire, nous présenterons nos résultats en matière de systèmes moléculaires commutables dont les mouvements intramoléculaires et les propriétés sont activés et contrôlés par simple transfert d'électron tandis que la deuxième partie est centrée sur l'ingénierie électrochimique de porphyrines étendues.

Les hybrides halométallates permettent d'obtenir des matériaux (multi)fonctionnels, en associant un cation organique fonctionnel à un anion inorganique, constitué des métaux du groupe 14 et 15 (typiquement SnII, PbII, BiIII, et SbIII), et dont la paire libre ns2 joue un rôle clé dans les propriétés collectives du matériau. Au cours des présents travaux, nous avons porté notre attention sur la synthèse et la caractérisation d'hybrides halobismuthates et haloantimonates de viologène (V2+), le dication viologène étant bien connu en tant que fort accepteur d'électron. Au cours de la première partie, on a montré que le méthylviologène a stabilisé des chaînes 1D halométallates originales d'octaèdres trans-connectés, menant à une série de composés (MV)[MIII(X,X')5]∞ (MV=méthylviologène ; MIII=Bi3+, Sb3+ ; X,X'=Cl- ,Br-,I-). La géométrie régulière ou distordue des chaînes, principalement gouvernée par l'activité stéréochimique de la paire libre de Bi3+ ou Sb3+, a permis l'obtention d'une nouvelle famille de matériaux ferroélectriques avec notamment une valeur de polarisation record dans le cas de (MV)[BiI3Cl2]∞. Dans la deuxième partie, on a tenté de comprendre les propriétés de transfert de charge photo-induit dans une nouvelle famille de composés du type (V)n+1[MIII 2nX8n+2]∞ (V2+=méthylviologène et dérivés ; MIII=Bi3+, Sb3+ ; X=Cl-, Br-, I- ; n=1,2,3,∞). On a mis en évidence que le changement de couleur, issu d'une réaction de transfert de charge photo-induit, dépend de la nature du cation métallique (Bi3+), de l'halogène (Cl-), du potentiel redox du viologène (V2+), de la taille de l'anion inorganique et de la nature des interactions à l'interface organique-inorganique.

La conduction dans les matériaux organiques est un défi fondamental relevé par de nombreux chercheurs pour adapter au mieux la structure des matériaux à leur application. Les radicaux pi-conjugués sont les plus petites entités pouvant être le support d’une charge délocalisée. Ce travail s’inscrit dans le domaine de la synthèse de composés électro-actifs conduisant à des radicaux pi-conjugués pour l’auto-assemblage et le contrôle redox des propriétés de matériaux. Le chapitre 1 introduit les interactions spécifiques aux radicaux pi-conjugués et les propriétés physicochimiques liées aux édifices construits sur ces interactions. L’utilisation de ces interactions est ensuite illustrée par différents exemples choisis de la littérature. Le chapitre 2 porte sur la synthèse de dérivés de viologènes et la formation d’auto-assemblage en solution. Le chapitre 3 concerne le développement de synthèses de bis-viologènes cycliques suivi de l’étude de leur structure à l’état cristallin et en solution. / Conduction in organic materials is a current challenge addressed by many research groups in order to adapt the structure of materials to their expected applications. The understanding of the conduction requires the exploring of conjugated pi-radicals which are the smallest vector for charge delocalisation. This work focuses on the synthesis of electro-active materials, precursors of conjugated pi-radicals for the self-assembly and the redox control of the physical properties of materials. The first chapter introduces intermolecular interactions that are specific of conjugated pi-radicals and the relevant physical evidences characterizing the interactions. The use of these interactions is then illustrated by selected literature examples. The second chapter describes the synthesis of viologens and the formation of assembly in solution. The third chapter deals with the development of synthesis of bis-viologen cyclophanes and their studying both in the solid state and in solution.