Le ligand nacnacxylH (xyl = C6Me2H3) et les ligands dikétimines N-alkyle substitués (nacnacCH(Me)PhH, nacnacBnH and nacnaciPrH) ont été préparés avec de bons rendements à l’exception du nacnaciPrH (23%) en utilisant un protocole en une étape et à l’aide d’un montage Dean-Stark. La réaction du S,S-nacnacCH(Me)PhH et du nacnacBnH avec le nBuLi dans le THF conduit au S,S-nacnacCH(Me)PhLi(THF) et au nacnacBnLi(THF). Les tentatives de bromation de ces composés par le N-bromosuccinimide conduisent plutôt aux ligands S,S-succnacnacCH(Me)PhH et succnacnacBnH (succ = succinimido) substitués par un groupement succinimido sur le carbone  La chloration par le N-chlorosuccinimide conduit au produit désiré, mais avec des impuretés. La réaction de ces ligands avec le CuOtBu (ou bien MesCu, où Mes = C6Me3H2, et une quantité catalytique de CuOtBu) en présence de bases de Lewis donne les (nacnacxylCu)2(-toluène), nacnacxylCuCNC6H3(Me)2, nacnacCH(Me)PhCuL (L = PPh3, PMe3, CNC6H3(Me)2, DMAP, lutidine, Py, MeCN), nacnacBnCuL (L = PPh3, CNC6H3(Me)2, styrène, trans-stilbene, phenylvinylether, acrylonitrile, diphenylacetylène), nacnaciPrCuL (L = PPh3, CNC6H3(Me)2, MeCN) et le succnacnacCH(Me)PhCuL (PPh3, CNC6H3(Me)2, pyridine). Tous ces complexes sont jaunes et sensibles à l’air et à l’humidité. En l’absence de fortes bases de Lewis, on n’observe pas de réaction entre les précurseurs de cuivre et les ligands N-alkyle substitués. Les études RMN des complexes dans le C6D6 ne présentent pas de complexe de toluène mais un mélange à l’équilibre du (nacnacxylCu)2(-C6D6) et nacnacxylCu(C6D6) dans une proportion de 2 pour 1. Alors que l’addition de plus de cinquante équivalents soit de THF, soit de toluène n’induit aucun changement des spectres RMN, l’addition de 2 équivalents de MeCN conduit instantanément au complexe nacnacxylCu(MeCN). De plus, le (nacnacxylylCu)2(-C6D6) ne se coordone ni ne réagit avec le N2O, même après avoir été chauffé à 60°C pendant treize jours. En présence de DPA (diphenylacétylène), la réaction du nacnacBnH avec le CuOtBu conduit au dimère ponté (nacnacBnCu)2(µ-DPA). L’addition d’un excès de DPA (10-12 équivalents) transforme le dimère ponté en complexe lié en position terminale nacnacBnCuDPA. Les nacnacRH (R = CH(Me)Ph et i-Pr) ne forment pas de complexe ni avec les oléfines ni avec le DPA. Une réactivité similaire a été observée avec les complexes de nacnacCH(Me)PhCu(NCMe) et nacnaci-PrCu(NCMe). Tandis que le complexe lié en position terminale par MeCN a été isolé et caractérisé, l’équilibre en solution nous laisse suspecter la formation d’un complexe d’acétonitrile ponté. Des études de réactivité comparatives ont été menées sur quelques complexes de cuivre. La Morpholine ne réagit pas avec le nacnacBnCu(acrylonitrile) contrairement à l’acrylonitrile libre. L’expérience de l’échange d’oléfine montre que l’acrylonitrile (une oléfine électro-attractrice) se lie plus fortement que les autres oléfines, mettant ainsi en évidence l’importance de la rétrodonation  face à la donation La rétrodonation est cependant faible comparée aux autres complexes de styrène structurellement caractérisés. Les complexes nacnacCH(Me)PhCuL (L = PPh3 et MeCN) ont été employés dans la cyclopropanation catalytique du styrène et dans l’addition conjuguée du ZnEt2 sur la 2-cyclohexénone, mais les résultats indiquent que le ligand dikétimine est éliminé avant son entrée dans le cycle catalytique. Par conséquent, il n’y a pas d’induction chirale. Les complexes tétra coordinées de cuivre avec les nacnacRCu(phen) (R = Bn, CH(Me)Ph et Phen = 1,10-phenanthroline, 2-Mes-1,10-phenanthroline, 2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline (dmp) et 2,9-diphenyl-1,10-phenanthroline (dpp)) ont été synthétisés. Ces complexes sont d’une intense couleur bleue et des interactions d’empilement entre l’un des cycles phényle des ligands nacnac et la phénanthroline ont été observées dans les structures à l’état solide. Les mesures en absorption UV-visible ont été effectuées dans le toluène et les bandes MLCT sont déplacées vers le rouge par rapport à celles des complexes de cuivre et bisphénanthroline. Tous ces composés émettent à l’état solide mais les complexes 1,10-phenanthroline et 2-Mes-1,10-phenanthroline n’émettent pas en solution. Pour renforcer les interactions d’empilement , les nouveaux ligands nacnacRH (R = CH2C6H2(OMe)3, CH2C6F5) et leurs complexes de cuivre respectifs ont été préparés avec du dmp et dpp. Afin de permettre la comparaison, le nacnaciBuCu(dmp) a été synthétisé. Alors que les complexes dmp montrent une augmentation des interactions intramoléculaires - avec les substituants phényle du ligand dikétimine et de la phénanthroline, les complexes dpp ne révèlent pas de telles interactions. Les complexes perfluorés montrent, en absorption et en émission, un déplacement significatif vers le bleu, alors que les complexes substitués par un groupements isobutyle présentent des transitions déplacées vers le rouge. Alors que les intensités de luminescence et les durées de vie sont faibles, les déplacements réduits de Stokes et les pics étroits de luminescence comparables indiquent une réduction des distorsions de l’état excité. / The ligand nacnacxylH (xyl = C6Me2H3) and the N-alkyl substituted diketimine ligands (nacnacCH(Me)PhH, nacnacBnH and nacnaciPrH) have been prepared in good yields except nacnaciPrH (23%) using a one-step procedure with the help of a Dean-Stark apparatus. Reaction of S,S-nacnacCH(Me)PhH and nacnacBnH with nBuLi in THF gave S,S-nacnacCH(Me)PhLi(THF) and nacnacBnLi(THF). Attempts to brominate these THF adducts with N-bromosuccinimide gave instead the -carbon substituted succinimido ligands S,S-succnacnacCH(Me)PhH and succnacnacBnH (succ = succinimido). Chlorination with N-chlorosuccinimide, afforded the desired product albeit with significant amounts of impurities. Reaction of these ligands with CuOtBu (or MesCu and catalytic amounts of CuOtBu, Mes = C6Me3H2) in the presence of Lewis bases gave (nacnacxylCu)2(-toluene), nacnacxylCuCNC6H3(Me)2, nacnacCH(Me)PhCuL (L = PPh3, PMe3, CNC6H3(Me)2, DMAP, lutidine, Py, MeCN), nacnacBnCuL (L = PPh3, CNC6H3(Me)2, styrene, trans-stilbene, phenylvinylether, acrylonitrile, diphenylacetylene), nacnaciPrCuL (L = PPh3, CNC6H3(Me)2, MeCN) and succnacnacCH(Me)PhCuL (PPh3, CNC6H3(Me)2, pyridine). All complexes are yellow and sensitive to air and moisture. There was no reaction between the copper precursors and the N-alkyl substituted ligands in the absence of strong Lewis bases. NMR studies of the complex (nacnacxylCu)2(-toluene) in C6D6, showed no toluene adduct but an equilibrium mixture of (nacnacxylCu)2(-C6D6) and nacnacxylCu(C6D6) in a ratio of 2:1. While addition of up to 50 equiv of either toluene or THF did not cause any significant change in the 1H NMR spectrum, addition of 2 equiv MeCN gave instantaneously the nacnacxylCu(MeCN) complex. In addition, (nacnacxylylCu)2(-C6D6) did not coordinate or react with N2O even after heating at 60 oC for thirteen days. In the presence of DPA (diphenylacetylene), reaction of nacnacBnH with CuOtBu yields the bridged dimer (nacnacBnCu)2(µ-DPA). Addition of excess DPA (10-12 equiv) converts the bridged dimer to the terminally bound complex nacnacBnCuDPA. NacnacRH (R = CH(Me)Ph and i-Pr) did not form complexes with olefins or with DPA. Similar reactivity was observed in nacnacCH(Me)PhCu(NCMe) and nacnaci-PrCu(NCMe) complexes. While the terminally bound MeCN complex was isolated and characterized, equilibrium in solution led us to suspect the formation of a bridged acetonitrile adduct. Reactivity and comparative studies were performed with several copper complexes. Morpholine did not react with nacnacBnCu(acrylonitrile) while free acrylonitrile does. Olefin exchange experiment showed that acrylonitrile (an electron withdrawing olefin) binds stronger than the other olefins examined, showing the importance of -backbonding relative to -donation. -Backbonding is, however, still low when compared other structurally characterized transition metal styrene complexes. Complexes nacnacCH(Me)PhCuL (L = PPh3 and MeCN) have been employed in catalytic cyclopropanation of styrene and the conjugate addition of ZnEt2 to 2-cyclohexenone, but results indicate that the diketimine ligand is lost before it enters the catalytic cycle. Hence, there was no chiral induction. Four-coordinate copper(I) complexes of the form nacnacRCu(phen) (R = Bn, CH(Me)Ph and Phen = 1,10-phenanthroline, 2-Mes-1,10-phenanthroline, 2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline (dmp) and 2,9-diphenyl-1,10-phenanthroline (dpp)) were also prepared. The complexes are intensely blue in colour and intramolecular -stacking interactions between one of the phenyl rings of nacnac ligand with the phenanthroline were observed in the solid state structures. UV-vis absorption measurements were performed in toluene and the MLCT bands are red-shifted relative to those of bisphenanthroline copper complexes. All compounds are emissive in the solid state, but 1,10-phenanthroline and 2-Mes-1,10-phenanthroline complexes do not emit in solution. To buttress the -stacking interactions, the new ligands nacnacRH (R = CH2C6H2(OMe)3, CH2C6F5) and their respective copper complexes with dmp and dpp were prepared. For the sake of comparison, nacnaciBuCu(dmp) was prepared. While the dmp complexes showed enhanced -intramolecular interactions with both phenyl substituents of the diketimine ligand and the phenanthroline, dpp revealed no such interactions. The perfluorinated complex showed a significant blue-shift in absorption and emission spectra when compared to the other complexes, while the isobutyl substituted complex displayed red-shifted transitions. While luminescence intensities and lifetimes were low, reduced Stoke shifts and comparable sharp luminescence peaks indicate reduced distortions in the excited state.

Les complexes de la famille des ansa-chromocènes sont relativement peu nombreux, mais ils ont tout de même démontré des réactivités intéressantes comme la possibilité de coordonner une molécule de monoxyde de carbone au centre métallique sans être sous pression constante de gaz, ce qui n’est pas le cas pour l’homologue chromocène. L’ansa-chromocène le plus surprenant est sans doute le Me2Si(C5Me4)2Cr, car il est le seul qui ne comporte pas de ligand autre que celui de type ansa. Cependant, ce composé a été obtenu sans que le mécanisme de la réaction ne soit compris et prouvé, seul un mécanisme proposé a été publié. Au cours de cette étude, le mécanisme proposé a tout d’abord été infirmé grâce à de nombreuses expériences qui ont mené à l’élaboration d’un nouveau mécanisme. Par la suite, la réactivité du Me2Si(C5Me4)2Cr a été approfondie en le faisant réagir avec divers réactifs. Aucun produit d’addition oxydante n’a été isolé, mais la réaction avec l’isonitrile forme un complexe asymétrique avec deux isonitriles coordonnés. La détermination du moment magnétique du composé Me2Si(C5Me4)2Cr confirme la présence de deux électrons non-pairés à la température de la pièce et évoque la possibilité d’une transition à S=2 à température plus élevée. La synthèse de nouveaux complexes de type ansachromocène insaturé a été tentée avec d’autres ligands ansa, et la réaction avec [C2H4(C9H6)2]Li2 mène à un complexe dimérique avec des ligands indényles pontés. / Only a few ansa-chromocenes complexes are known but some of them have shown interesting reactivities such as the ability to coordinate a carbon monoxide molecule to the chromium center without being under continuous gas pressure, which is not the case for the chromocene analogue. The most surprising ansa-chromocene is without doubt Me2Si(C5Me4)2Cr, because it is the only example of an ansa-chromocene lacking additional ligands. However, the compound was obtained by accident and the mechanism of its formation was neither well established nor understood. Only a tentative mechanism was published. During the course of the present study, the proposed mechanism has been disproved by a series of experiments that led to the elaboration of a new mechanism. The reactivity of Me2Si(C5Me4)2Cr has been studied by reactions with various compounds. No oxidative addition product was isolated, but the reaction with isonitrile yielded an asymmetric complex with two isonitriles coordinated to chronium. The determination of the magnetic moment of this complex confirmed two unpaired electrons at room temperature and indicated the possibility of an S=2 transition at higher temperature. The synthesis of new unsaturated ansa-chromocene complexes has been attempted with other ansa ligands, and the reaction with [C2H4(C9H6)2]Li2 led to a dimeric complex with bridged indenyl ligands.

L'étude suivante décrit la synthèse des ligands nacnacxylH, nacnacBnH, nacnacR,RH et nacnacCyH en utilisant une méthode générale qui implique des rendements élevés et des coûts raisonnables, la complexation de ces ligands au Zr, la caractérisation de ces complexes et l’investigation de leurs réactivités. Les complexes de zirconium ont été obtenus en utilisant deux méthodes synthétiques principales : la première consiste en traitement du sel de lithium du ligand avec le ZrCl4. La seconde est la réaction du ligand neutre avec les complexes d’alkyl-zirconium(IV) par protonation de l'alkyle coordonné. Le ligand adopte deux modes de coordination avec le Zr. Une coordination 2 est observée dans les complexes octaèdriques contenant un ou deux ligands nacnac. En présence d'un autre ligand ayant une coordonnation 5, par exemple Cp ou Ind, le ligand nacnac se trouve en coordination x avec le centre métallique de zirconium. En solution, les complexes obtenus de (nacnac)2ZrX2 montrent un comportement dynamique via un « Bailar-twist » et les paramètres d'activation de cette isomérisation ont été obtenus. Le complexe octaèdrique (nacnacBn)2ZrCl2, 2c, n'a pas montré de réactivité dans la carbozirconation et son alkylation n'était pas possible par l’échange des chlorures avec les alkyles. L’analogue dimethylé (nacnacBn)2ZrMe2, 2d, peut être préparé par alkylation du ZrCl4 avant la complexation du ligand. Ce dernier a été prouvé aussi de ne pas être réactif dans la carbozirconation. / The present study describes the synthesis of ligands nacnacxylH, nacnacBnH, nacnacR,RH and nacnacCyH, using a general method of synthesis which affords high yields at affordable costs, the complexation of these ligands to Zr, the characterization of these complexes and the investigation of their reactivities. Zirconium complexes were obtained using two major synthetic routes: The first one consists of treatment of the previously prepared lithium salt of the ligand with ZrCl4. The second is the reaction of the neutral ligand with alkyl-Zr(IV) complexes by protonation of the coordinated alkyl(s). The nacnac ligand adopts two coordination modes with the Zr metal. 2-Coordination is observed in octahedral complexes containing one or two nacnac ligands. In the presence of another 5-coordinated ligand, such as Cp or Ind, the nacnac ligand is found to be 4/5-coordinated to the Zr center. The obtained complexes (nacnac)2ZrX2 showed a fluxional behavior in solution via a Bailar Twist and the activation parameters of this isomerisation were obtained. The cis octahedral dichloride complex (nacnacBn)2ZrCl2, 2c, showed no reactivity in carbozirconation and its alkylation was not possible by exchange of chlorides with alkyls. The dimethyl analogue (nacnacBn)2ZrMe2, 2d, could be prepared by alkylation of ZrCl4 prior to ligand complexation, but proved as well to be unreactive in carbozirconation.

Le premier volet de ce travail portera sur l’expérience acquise lors d’un stage d’étude à Tokyo, au Japon, dans le groupe de recherche du Pr. Makoto Fujita, une sommité d’envergure internationale dans le domaine de l’auto-assemblage. En continuité avec les plus récents travaux du Pr. Fujita, des systèmes poreux auto-assemblés présentant des cavités fonctionnalisées ont été développés dans le but d’encapsuler des acides gras afin d’en déterminer la structure cristalline. Ces éponges ont été caractérisées par des techniques courantes telles que la spectroscopie à résonance magnétique nucléaire 1H, 13C{1H} et Cosy, la spectrométrie de masse, l’analyse élémentaire, la microscopie optique infrarouge ainsi que la diffraction des rayons X. Une autre approche employée pour obtenir de meilleures propriétés spectroscopiques fut la synthèse de dendrimères métalliques de génération 0. Un nouveau ligand de type 1,3,5-triazine a été synthétisé par une réaction typique de cyclisation de nitrile en présence catalytique d’hydrure de sodium. Des espèces mono-, bis- et trinucléaire de Ru(II) furent synthétisés ainsi que deux espèces hétérométalliques de Ru(II)/Pt(II) et de Ru(II)/Os(II). Tous les complexes obtenus furent caractérisés par spectroscopie à résonance magnétique nucléaire (1H, 13C{1H} et Cosy) à l’état liquide, par spectroscopie de masse à haute résolution et par analyse élémentaire. La génération de dihydrogène à partir de l’espèce hétérométallique a été étudiée. Les propriétés optiques et électroniques ont été analysées par spectroscopie UV-Vis, par analyse de la luminescence, du temps de vie de luminescence, par des analyses de rendement quantique ainsi que par des analyses de voltampérométrie cyclique à balayage. Finalement, dans le but d’améliorer les propriétés spectroscopiques d’absorption de complexes métalliques, nous avons synthétisé une série de polymères homo- et hétérométalliques, intégrant des ligands de type bis(2,2’:6,2’’-terpyridine). Les complexes générés furent caractérisés par diverses techniques tel que la spectroscopie à résonance magnétique nucléaire (1H, 13C{1H} et Cosy) à l’état liquide, par spectroscopie de masse à haute résolution ainsi que par analyse élémentaire. Les propriétés optiques et électroniques ont été analysées par spectroscopie UV-Vis, par analyse de la luminescence, du temps de vie de luminescence, par des analyses de rendement quantique ainsi que par des analyses de voltampérométrie cyclique à balayage. / It is well known that the self-assembly of small molecules into macromolecular species gives rise to an amplification and amelioration of their general properties. A first section on self-assembly will emphasize the acquired experience during an internship in Tokyo, Japan, in Pr. Makoto Fujita’s research group, a worldwide Figure in the area of self-assembly. Concomitant with the latest results obtained in Pr. Fujita research group on the self-assembly of molecular sponges, studies on molecular sponges with functionalized cavities will be presented. Such sponges were used to encapsulate fatty acids in order to determine their crystal structure. The sponges were characterized in different ways, such as 1H and 13C NMR, mass spectrometry, elemental analysis, optical microscopy coupled with infrared detection as well as X-ray diffraction. Another path of investigation to gain good spectroscopic properties is to synthesize metallodendrimers. A new 1,3,5-triazine ligand was synthesized by a typical nitrile cyclization in the presence of sodium hydride. Mono-, bis- and trimetallic Ru(II) species as well as heterometallic Ru(II)/Pt(II) and Ru(II)/Os(II) complexes were synthesized. All the complexes were characterized by nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H, 13C{1H} and Cosy NMR) in the liquid state, high-resolution mass spectrometry, elemental analysis as well as X-ray diffraction in some cases. Attempts to generate H2 with the heterometallic species as catalysts have been investigated. The optical and electronic properties were also investigated by UV-Vis spectroscopy, luminescence analysis, excited state lifetimes, quantum yield efficiency and cyclic voltammetry.Finally, with the goal of having enhance light absorption, we synthesized a series of homo- and heterometallic coordination polymers with a ligand of the “back-to-back” terpyridine type. The complexes obtained were characterized by various techniques, such as nuclear magnetic resonance spectroscopy, high-resolution mass spectrometry as well as elementary analysis. The optical as well as the electronic properties were also investigated, using luminescence spectroscopy, excited state lifetime analysis, quantum yield determination and by cyclic voltammetry.

Des ligands diketimines porteurs de substituants N-benzyl, N-9-anthrylmethyl et N-mesitylmethyl (nacnacBnH, nacnacAnH, and nacnacMesH) ont été synthétisés par condensation d’une amine et d’acétyl acétone ou son monoacétal d’éthylène glycol. La chlorination de la position 3 a été effectuée à l’aide de N-chlorosuccinimide conduisant à la formation des ligands ClnacnacBnH et ClnacnacAnH. Cette même position 3 a également été substituée par un groupement succinimide par lithiation du nacnacBnH, suivi de la réaction avec le N-chlorosuccinimide (3-succinimido-nacnacBnH). Les ligands N-aryl nacnacippH et nacnacNaphH (ipp = 2-isopropylphenyl, Naph = 1-naphthyl) ont été préparés selon les procédures reportées dans la littérature. La réaction de ces ligands avec Zn(TMSA)2 (TMSA = N(SiMe3)2) conduit à la formation des complexes nacnacAnZn(TMSA) et ClnacnacBnZn(TMSA). La protonation avec l’isopropanol permet l’obtention des complexes nacnacAnZnOiPr et ClnacnacBnZnOiPr. La réaction avec Mg(TMSA)2 permet quant à elle la formation des complexes nacnacAnMg(TMSA), nacnacMesMg(TMSA), ClnacnacBnMg(TMSA) et ClnacnacAnMg(TMSA). La protonation subséquente à l’aide du tert-butanol permet l’obtention du nacnacMesMgOtBu et du ClnacnacBnMgOtBu, alors que l’on observe uniquement une décomposition avec les ligands possédant des substituants N-anthrylmethyl. La réaction de ces diketimines avec Cu(OiPr)2 conduit aux dimères hétéroleptiques [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 et [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 lors de l’usage des ligands stériquement peu encombrés. Lors de l’utilisation de ligands plus encombrés, la stabilisation du complexe hétéroleptique par dimérisation n’est plus possible, conduisant, par un échange de ligand, à la formation des complexes homoleptiques Cu(nacnacipp)2 et Cu(nacnacNaph)2. Les complexes homoleptiques Cu(nacnacBn)2 et Cu(3-succinimido-nacnacBn)2 ont été obtenus à partir des ligands N-benzyl. Les ligands encore plus encombrés tels que nacnacAnH, nacnacMesH ou ceux comportant des substituants N-methylbenzyl ne présentent alors plus de réactivité avec le Cu(OiPr)2. La plupart des complexes ont été caractérisés par Diffraction des Rayons X. Les complexes homoleptiques ainsi que ceux de TMSA sont monomériques, alors que ceux formés à partir d’alkoxides se présentent sous forme de dimères à l’état solide. Tous les complexes d’alkoxides ainsi que les nacnacAnMg(TMSA)/BnOH et ClnacnacAnMg(TMSA)/BnOH présentent une réactivité modérée à haute en matière de polymérisation du rac-lactide (90% de conversion en 30 secondes à 3 heures). Le nacnacAnZnOiPr permet la synthèse d’un polymère hautement hétérotactique (Pr = 0.90) quand le ClnacnacBnMgOtBu/BnOH génère un polymère isotactique à -30°C (Pr = 0.43). Tous les autres catalyseurs produisent des polymères atactiques avec une légère tendance hétérotactique (Pr = 0.48 – 0.55). Les complexes hétéroleptiques [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 et [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 se révèlent être de très bons catalyseurs pour la polymérisation du rac-lactide présentant une conversion complète du monomère à température ambiante, en solution, en 0,5 à 5 minutes. Le [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 est actif en présence ou absence d’isopropanol, agissant comme agent de transfert de chaine à haute activité (k2 = 32 M–1•s–1) dans le dichlorométhane. Dans l’acétonitrile, le THF, le dichloromethane et le toluène, [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 conduit à une étroite polydispersité, possédant respectivement des kobs = 2.4(1), 5.3(5), 3.6-4.4 and 10(1) min–1. Aucune réaction parasite, telle qu’une trans-esterification, une épimerisation ou une décomposition du catalyseur, n’a été observée. Les complexes homoleptiques en présence d’alcool libre semblent présenter un équilibre avec une petite quantité de leurs équivalents hétéroleptiques, permettant une polymérisation complète, en moins de 60 min, à température ambiante. Tous les catalyseurs de cuivre présentent un haut contrôle de la polymérisation avec une polydispersité égale ou inférieure à 1.1. Les polymères obtenus sont essentiellement atactiques, avec une légère tendance à l’hétérotacticité à température ambiante et -17°C. Le [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 polymérise également la -butyrolactone (BL), l’-caprolactone (CL) et la -valerolactone (VL) avec des constantes respectivement égales à kobs = 3.0(1)•10–2, 1.2–2.7•10–2, et 0.11(1) min–1. Les homopolymères présentent une étroite polydispersité d’approximativement 1.1. Les polymérisations par addition séquentielle ont mis en évidence une trans-estérification (non observée dans les homopolymérisations) si BL ou CL sont introduits après un bloc lactide. / Diketimine ligands bearing N-benzyl, N-9-anthrylmethyl and N-mesitylmethyl substituents (nacnacBnH, nacnacAnH, and nacnacMesH) were prepared from condensation of amine with either acetyl acetone or its ethylene glycol monoketal. Chlorination of the 3-position was achieved using N-chlorosuccinimide, yielding ClnacnacBnH and ClnacnacAnH. The 3-position was also substituted by succinimido by lithiation of nacnacBnH followed by reaction with N-chlorosuccinimide (3-succinimido-nacnacBnH). N-aryl ligands nacnacippH and nacnacNaphH (ipp = 2-isopropylphenyl, Naph = 1-naphthyl) were prepared from literature. The ligands were reacted with Zn(TMSA)2 (TMSA = N(SiMe3)2) to yield nacnacAnZn(TMSA) and ClnacnacBnZn(TMSA). Protonation with isopropanol gave nacnacAnZnOiPr and ClnacnacBnZnOiPr. Reaction of the diketimines with Mg(TMSA)2 afforded nacnacAnMg(TMSA), nacnacMesMg(TMSA), ClnacnacBnMg(TMSA) and ClnacnacAnMg(TMSA). Subsequent protonation with tert-butanol produced nacnacMesMgOtBu and ClnacnacBnMgOtBu, but only decomposition was observed with N-anthrylmethyl substituents. Reaction of the diketimines with Cu(OiPr)2 yielded the heteroleptic [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 and [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 when using sterically undemanding ligands. When sterically more demanding diketimines were used, stabilization of the heteroleptic complex by dimerization was not possible, resulting in the formation of the homoleptic complexes Cu(nacnacipp)2 and Cu(nacnacNaph)2 by ligand exchange. Homoleptic complexes were also prepared with N-benzyl ligands, i. e. Cu(nacnacBn)2 and Cu(3-succinimido-nacnacBn)2. Even bulkier ligands such as nacnacAnH, nacnacMesH or N-methylbenzyl substituents failed to react with Cu(OiPr)2. Most complexes were characterized by single crystal X-ray diffraction. TMSA complexes and homoleptic complexes were monomeric, alkoxide complexes were dimeric in the solid state. All alkoxide complexes, as well as nacnacAnMg(TMSA)/BnOH and ClnacnacAnMg(TMSA)/BnOH were moderately to highly active in rac-lactide polymerization (90% conversion in 30 sec to 3 h). nacnacAnZnOiPr produced highly heterotactic polymer (Pr = 0.90), ClnacnacBnMgOtBu/BnOH produced slightly isotactic polymer at –30 °C (Pr = 0.43), all other catalysts produced atactic polymers with a slight heterotactic bias (Pr = 0.48 – 0.55). Heteroleptic complexes [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 and [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 are very highly active rac-lactide polymerization catalysts, with complete monomer conversion at ambient temperature in solution in 0.5 – 5 min. [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 specifically polymerized in the presence or absence of isopropanol as a chain-transfer reagent with very high activity (k2 = 32 M–1•s–1), in methylene chloride. While in acetonitrile, THF, dichloromethane and toluene has a kobs = 2.4(1), 5.3(5), 3.6-4.4 and 10(1) min–1, respectively. [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 yields narrow polydispersities and no evidence of side reactions such as transesterification, epimerization or catalyst decomposition. The homoleptic complexes in the presence of free alcohol, seem to be in equilibrium with small amounts of the respective heteroleptic complex, which are sufficient to complete polymerization in less than 60 min at room temperature. All Cu catalysts show high control of polymerization with polydispersities of 1.1 and below. The obtained polymers were essentially atactic, with a slight heterotactic bias at ambient temperature and at –17 °C. [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 polymerizes -butyrolactone (BL), -caprolactone (CL) and -valerolactone (VL) with rate constants of kobs = 3.0(1)•10–2, 1.2–2.7•10–2, and 0.11(1) min–1, respectively. Homopolymers showed narrow polydispersities of appr. 1.1. Sequential addition polymerizations showed evidence for transesterification (not seen in homopolymerizations) if BL or CL are introduced after a lactide block.

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Le ligand phénoxy-imine était préparés par condensation de para-formaldéhyde, 4-(tert-butyl)- 2-tritylphénol et di-(2-picolyl)amine. LZnN(SiMe 3 ) 2 était préparé par la réaction de Zn(N(SiMe 3 ) 2 ) 2 avec le ligand. Le complexe était étudié par diffraction de rayons X et par RMN. L’utilisation de ce complexe dans la polymérisation du rac-lactide amène à un acide polylactique atactique parun mécanisme de contrôle par la fin de la chaine, transféré par le site catalytique. Des ligands pyridyle -aminophénol étaient préparé à partir du phénol (2,4-di-tert-butylphénol, 2,4-di-chlorophénol, 2,4-di-méthylphénol), pyridine-2-ylméthylamine et formaldéhyde (LH 2 = (2,4-X 2 C 6 (OH)H 2 (5-CH 2 ) 2 N(CH 2 C 5 H 4 N), X = Me ou Cl). Réaction de Zr(OnPr) 4 avec 2 équiv de LH 2 a fourni L 2 Zr. L 2 Zr était un mélange des isomères avec une symétrie C 2 . Ceci était conformé par RMN, DFT et diffraction de rayons X. La seule isomère pour X=Me était l’isomère cis. Pour X=Cl, l’isomère majeur était l’isomère trans. Tous les complexes étaient actifs pour la polymérisation du rac-lactide à 140 °C et un acide polylactique atactique était obtenu. L 2 Zr a suivi un mécanisme du monomère activé avec l’alcool benzylique comme co-initiateur. / The phenoxy-imine ligand bearing heteroatom-containing N and O were prepared from condensation of paraformaldehyde, 4-(tert-butyl)-2-tritylphenol with di-(2-picolyl)amine. LZnN(SiMe3)2 was prepared by reaction of Zn(N(SiMe3)2)2 and the ligand. The complex has been studied by X-ray diffraction and NMR. Application of this complex in rac-lactide polymerization gave atactic PLA via a catalytic-site mediated chain-end control mechanism. Pyridylaminophenol ligands were prepared from phenol (2,4-di-tert-butylphenol, 2,4-di-cholorolphenol, 2,4-di-methylphenol), pyridine-2-ylmethylamine and formaldehyde (LH2 = (2,4-X2C6(OH)H2(5-CH2)2N(CH2C5H4N), X = Me or Cl). Reaction of Zr(OnPr)4 with 2 equiv of LH2 gave L2Zr. L2Zr were mixtures of C2-symmetric isomers, which was confirmed by NMR, DFT and X-ray diffraction studies. The only isomer for X=Me was the cis-isomer while the major isomer for X=Cl was the trans-isomer. All complex were active in rac-lactide polymerization at 140 °C and heterotactic PLA was obtained. L2Zr followed an activated monomer mechanism with benzyl alcohol as co-initiator.

This thesis was conducted as cotutelle-de-thèse between the Université de Montréal and the Universität Würzburg (Germany). Cette thèse a été réalisée en cotutelle de thèse entre l'Université de Montréal et l'Universität Würzburg (Allemagne). / Cette thèse étudie la conception de différentes ligands pour les complexes de Ru(II) et leur activité comme photosensibilisateur (PS) dans l'évolution photocatalytique de l'hydrogène. Le système catalytique contient généralement un catalyseur, un donneur d'électron sacrificiel (SED) et un PS, qui doit présenter une forte absorption et luminescence et un comportement redox réversible. Les substituants pyridine attracteurs d'électrons sur le récepteur d'ions métalliques terpyridine entraînent une augmentation de la durée de vie de l'état excité et du rendement quantique (Φ = 74*10-5; τ = 3.8 ns) et permettent au complexe III-C1 de présenter une activité en tant que PS. Bien que la fréquence (TOFmax) et le nombre de cycle catalytique (TON) soient relativement faibles (TOFmax = 57 mmolH2 molPS-1 min 1; TON(44 h) = 134 mmolH2 molPS-1), le système catalytique a une longue durée de vie, ne perdant que 20% de son activité au cours de 12 jours. De manière intéressante, la conception hétérolytique dans III-C1 s'avère être bénéfique pour la performance en tant que PS, malgré des propriétés photophysiques et électrochimiques comparables à celles du complexe homoleptique IV-C2 (TOFmax = 35 mmolH2 molPS-1 min-1; TON(24 h) = 14 mmolH2 molPS-1). L'extinction réductive de la PS excitée par le SED est identifiée comme l'étape limitant la vitesse dans les deux cas. Par conséquent, les ligands sont modifiés pour être plus accepteurs d'électrons, soit par N-méthylation des substituants pyridine périphériques, soit par introduction d'un cycle pyrimidine dans le récepteur d'ion métallique, ce qui conduit à une augmentation des durées de vie des états excités (τ = 9–40 ns) et des rendements quantiques de luminescence (Φ = 40–400*10-5). Cependant, le caractère plus accepteur d'électrons des ligands entraîne également des potentiels de réduction décalés anodiquement, ce qui conduit à un manque de force motrice pour le transfert d'électrons du PS réduit au catalyseur. Ainsi, cette étape de transfert d'électrons s'avère être un facteur limitant de la performance globale du PS. Alors que des TOFmax plus élevés dans les expériences d'évolution de l'hydrogène sont observés pour les PS contenant le motif pyrimidine (TOFmax = 300–715 mmolH2 molPS-1 min-1), la longévité de ces systèmes est réduite avec des temps de demi-vie de 2–6 h. L'expansion des ligands contenant le motif pyrimidine en complexes dinucléaires conduit à une absorptivité plus forte (ε = 100–135*103 L mol-1 cm-1), une luminescence accrue (τ = 90–125 ns, Φ = 210–350*10-5) et peut également entraîner un TOFmax plus élevé si la force motrice est suffisante pour le transfert d'électrons vers le catalyseur (1500 mmolH2 molPS-1 min-1). En comparant des complexes avec des forces motrices similaires, une luminescence plus forte se traduit par un TOFmax plus élevé. Outre les considérations thermodynamiques, les effets cinétiques et l'efficacité du transfert d'électrons sont supposés avoir un impact sur l'activité observée dans l'évolution de l'hydrogène. En résumé, ce travail montre que la conception ciblée de ligands peut faire du groupe précédemment négligé des complexes de Ru(II) avec des ligands tridentés des candidats attrayants pour une utilisation comme PS dans l'évolution photocatalytique de l'hydrogène. / This thesis investigates different ligand designs for Ru(II) complexes and the activity of the complexes as photosensitizer (PS) in photocatalytic hydrogen evolution. The catalytic system typically contains a catalyst, a sacrificial electron donor (SED) and a PS, which needs to exhibit strong absorption and luminescence, as well as reversible redox behavior. Electron-withdrawing pyridine substituents on the terpyridine metal ion receptor result in an increase of excited-state lifetime and quantum yield (Φ = 74*10-5; τ = 3.8 ns) and lead to complex III-C1 exhibiting activity as PS. While the turn-over frequency (TOFmax) and turn-over number (TON) are relatively low (TOFmax = 57 mmolH2 molPS-1 min-1; TON(44 h) = 134 mmolH2 molPS-1), the catalytic system is long-lived, losing only 20% of its activity over the course of 12 days. Interestingly, the heteroleptic design in III-C1 proves to be beneficial for the performance as PS, despite III-C1 having comparable photophysical and electrochemical properties as the homoleptic complex IV-C2 (TOFmax = 35 mmolH2 molPS-1 min-1; TON(24 h) = 14 mmolH2 molPS-1). Reductive quenching of the excited PS by the SED is identified as rate-limiting step in both cases. Hence, the ligands are designed to be more electron-accepting either via N-methylation of the peripheral pyridine substituents or introduction of a pyrimidine ring in the metal ion receptor, leading to increased excited-state lifetimes (τ = 9–40 ns) and luminescence quantum yields (Φ = 40–400*10-5). However, the more electron-accepting character of the ligands also results in anodically shifted reduction potentials, leading to a lack of driving force for the electron transfer from the reduced PS to the catalyst. Hence, this electron transfer step is found to be a limiting factor to the overall performance of the PS. While higher TOFmax in hydrogen evolution experiments are observed for pyrimidine-containing PS (TOFmax = 300–715 mmolH2 molPS-1 min-1), the longevity for these systems is reduced with half-life times of 2–6 h. Expansion of the pyrimidine-containing ligands to dinuclear complexes yields a stronger absorptivity (ε = 100–135*103 L mol-1 cm-1), increased luminescence (τ = 90–125 ns, Φ = 210–350*10-5) and can also result in higher TOFmax given sufficient driving force for electron transfer to the catalyst (TOFmax = 1500 mmolH2 molPS-1 min-1). When comparing complexes with similar driving forces, stronger luminescence is reflected in a higher TOFmax. Besides thermodynamic considerations, kinetic effects and electron transfer efficiency are assumed to impact the observed activity in hydrogen evolution. In summary, this work shows that targeted ligand design can make the previously disregarded group of Ru(II) complexes with tridentate ligands attractive candidates for use as PS in photocatalytic hydrogen evolution. / In dieser Arbeit werden verschiedene Liganden für Ru(II)-Komplexe und die Aktivität der Komplexe als Photosensibilisatoren (PS) in der photokatalytischen Wasserstoffentwicklung untersucht. Das katalytische System besteht typischerweise aus einem Katalysator, einem Opferelektronendonator (SED) und einem PS, welcher eine starke Absorption und Lumineszenz sowie ein reversibles Redoxverhalten aufweisen sollte. Elektronenziehende Pyridin-Substituenten am Terpyridin-Metallionenrezeptor resultieren in einer Erhöhung der Lebensdauer des angeregten Zustands sowie der Quantenausbeute (Φ = 74*10-5; τ = 3.8 ns), was dazu führt, dass Komplex III-C1 als PS aktiv ist. Während die Wechselzahl (TOFmax) und der Umsatz (TON) relativ niedrig sind (TOFmax = 57 mmolH2 molPS-1 min-1; TON(44 h) = 134 mmolH2 molPS 1), ist das katalytische System langlebig und verliert im Laufe von 12 Tagen nur 20% seiner Aktivität. Das heteroleptische Design in III-C1 erweist sich als vorteilhaft für die Leistung als PS, obwohl III-C1 vergleichbare photophysikalische und elektrochemische Eigenschaften besitzt wie der homoleptische Komplex IV-C2 (TOFmax = 35 mmolH2 molPS-1 min-1; TON(24 h) = 14 mmolH2 molPS-1). In beiden Fällen erweist sich das reduktive Lumineszenzlöschen des angeregten PS durch den SED als geschwindigkeitsbestimmender Schritt. Daher werden die Liganden entweder durch N-Methylierung der peripheren Pyridin-Substituenten oder durch Einführung eines Pyrimidinrings in den Metallionenrezeptor elektronenziehender gestaltet, was zu erhöhten Lebensdauern des angeregten Zustands (τ = 9–40 ns) und Lumineszenzquantenausbeuten (Φ = 40–400*10-5) führt. Der stärker elektronenziehende Charakter der Liganden führt allerdings auch zu anodisch verschobenen Reduktionspotentialen, wodurch die treibende Kraft für den Elektronentransfer vom reduzierten PS zum Katalysator reduziert wird. Daher erweist sich dieser Elektronentransferschritt als ein limitierender Faktor für die Gesamtleistung des PS. Während höhere TOFmax in Wasserstoffproduktionsexperimenten für Pyrimidin-haltige PS beobachtet werden (TOFmax = 300–715 mmolH2 molPS-1 min-1), ist die Langlebigkeit für diese Systeme mit Halbwertszeiten von 2–6 h deutlich reduziert. Die Erweiterung der Pyrimidin-haltigen Liganden zu zweikernigen Komplexen führt zu einem stärkeren Absorptionsvermögen (ε = 100–135*103 L mol-1 cm-1), erhöhter Lumineszenz (τ = 90–125 ns, Φ = 210–350*10-5) und kann bei ausreichender treibender Kraft für den Elektronentransfer zum Katalysator auch zu einer höheren TOFmax führen (TOFmax = 1500 mmolH2 molPS-1 min-1). Beim Vergleich von Komplexen mit ähnlichen treibenden Kräften spiegelt sich die stärkere Lumineszenz in einem höheren TOFmax wider. Es wird angenommen, dass neben thermodynamischen Faktoren auch kinetische Effekte und die Effizienz des Elektronentransfers die beobachtete Aktivität bei der Wasserstoffentwicklung beeinflussen. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass gezieltes Ligandendesign die bisher vernachlässigte Gruppe der Ru(II)-Komplexe mit tridentaten Liganden zu attraktiven Kandidaten für den Einsatz als PS in der photokatalytischen Wasserstoffentwicklung machen kann.

Le développement de technologies électrosynthétiques pour la production de H2O2 est attrayant du point de vue de la durabilité. L’utilisation de dioxyde de carbone et/ou d’espèces carbonatées comme médiateurs dans l’oxydation de l’eau en peroxyde est apparue comme une voie viable pour y parvenir, mais de nombreuses questions demeurent quant au mécanisme qui doit être abordé avant que des systèmes pratiques n’émergent. À cette fin, ce travail combine des méthodes électrochimiques et spectroscopiques pour étudier les voies de reaction possibles et les facteurs influençant l'efficacité de cette réaction. Nos résultats électrochimiques indiquent que le CO32- est l'espèce clé qui subit une oxydation électrochimique, avant de réagir avec l'eau loin de la surface du catalyseur vers la production de H2O2. Grâce à des expériences spectroélectrochimiques infrarouges et Raman, nous avons noté que l'épuisement du CO32- est un facteur clé qui limite la sélectivité du procédé. À son tour, l'application de l'électrolyse pulsée peut augmenter cela, avec un ensemble initial de paramètres optimisés augmentant la sélectivité de 20 % à 27 %. Dans l’ensemble, ces travaux contribuent à ouvrir la voie au développement futur d’un système électrosynthétique H2O2 pratique. / The development of electrosynthetic technologies for H2O2 production is appealing from a sustainability perspective. The use of carbon dioxide and/or carbonate species as mediators in water oxidation to peroxide has emerged as a viable route to do so but still many questions remain about the mechanism that must be addressed before practical systems emerge. To this end, this work combines electrochemical and spectroscopic methods to investigate possible reaction pathways and factors influencing the efficiency of this reaction. Our electrochemical results indicate that CO32- is the key species that undergoes electrochemical oxidation, prior to reacting with water away from the catalyst surface en route to H2O2 production. Through spectroelectrochemical infrared and Raman experiments, we noted that CO32- depletion is a key factor that limits the selectivity of the process. In turn, showed how the application of pulsed electrolysis can augment this, with an initial set of optimized parameters increasing the selectivity from 20% to 27%. In all, this work helps pave the way for future development of practical H2O2 electrosynthetic system.