Les switches multimodulables sont des systèmes qui, sous l'action d'un ou de plusieurs stimuli extérieurs, donnent naissance à un ensemble d'états aux propriétés physico-chimiques différentes. Au cours de cette thèse, plusieurs voies de synthèse permettant l'obtention d'une nouvelle famille de biphotochromes organiques constitués d'un dithiényléthène relié à une indolino[2,1-b]oxazolidine ont été mises au point. Les dithiényléthènes préparés présentent d'excellentes performances photochromiques et s'interconvertissent de façon réversible entre deux états stables thermiquement. Les 10-styryl-indolino[2,1-b]oxazolidines sont des molécules acidochromiques et doublement photochromiques par ouverture du cycle oxazolidine ou isomérisation de la double liaison. Ce système moléculaire compte jusqu'à huit états multicolores aux propriétés physico-chimiques différentes, accessibles par irradiations lumineuses et variation de l'acidité. Les propriétés ont été étudiées en solution et en matrice polymère, tous les états des biphotochromes étant caractérisés par spectroscopie d'absorption électronique et RMN. Cette thèse a été l'occasion de développer le premier système multimodulable incorporant huit états différents au sein d'une même molécule. / Multi-addressable switches are systems that give rise to a set of states with different physical-chemical properties upon the effect at least one external stimulus. During this thesis, several synthetic routes to a new family of organic biphotochromes composed of a dithienylethene linked to an indolino[2,1-b]oxazolidine have been developed. Synthesized dithienylethenes exhibit excellent photochromic properties and can be reversibly photoswitched between two thermally stable states. 10-styryl-indolino[2,1-b]oxazolidines are acidochromic molecules and photochromic by opening of the oxazolidine ring or cis/trans isomerization of the double bond. This molecular system exhibits up to eight multicoloured states with different physical-chemical properties, interchangeable by different sequences of light irradiation and pH variation steps. Properties were studied in solution and in a polymer matrix and all biphotochromes states have been characterised by electronic absorption spectroscopy and NMR. Additionally, the first multi-addressable system incorporating eight different states within the same molecule is described.

Plant derived oils bear intrinsic double-bond functionality that can be utilized directly for the thiol–ene reaction. Although terminal unsaturations are far more reactive than internal ones, studies on the reversible addition of thiyl radicals to 1,2-disubstituted alkenes show that this is an important reaction. To investigate the thiol–ene coupling reaction involving these enes, stoichiometric mixtures of a trifunctional propionate thiol with monounsaturated fatty acid methyl esters (methyl oleate or methyl elaidate) supplemented with 2.0 wt.% Irgacure 184 were subjected to 365-nm UV-irradiation and the chemical changes monitored. Continuous (RT– FTIR) and discontinuous (NMR and FT–Raman) techniques were used to follow the progress of the reaction and reveal details of the products formed. Experimental results supported by numerical kinetic simulations of the system confirm the reaction mechanism showing a very fast cis/trans-isomerization of the alkene monomers (<1.0 min) when compared to the total disappearance of double-bonds, indicating that the rate-limiting step controlling the overall reaction is the hydrogen transfer from the thiol involved in the formation of final product. The loss of total unsaturations equals thiol consumption throughout the entire reaction; although product formation is strongly favoured directly from the trans-ene. This indicates that initial cis/trans-isomer structures affect the kinetics. High thiol–ene conversions could be easily obtained at reasonable rates without major influence of side-reactions demonstrating the suitability of this reaction for network forming purposes from 1,2-disubstituted alkenes. To further illustrate the validity of this concept in the formation of cross-linked thiol–ene films a series of globalide/caprolactone based copolyesters differing in degree of unsaturations along the backbone were photopolymerized in the melt with the same trithiol giving amorphous elastomeric materials with different thermal and viscoelastic properties. High thiol–ene conversions (>80%) were easily attained for all cases at reasonable reaction rates, while maintaining the cure behaviour and independent of functionality. Parallel chain-growth ene homopolymerization was considered negligible when compared with the main coupling route. However, the comonomer feed ratio had impact on the thermoset properties with high ene-density copolymers giving networks with higher glass transition temperature values (Tg) and a narrower distribution of cross-links than films with lower ene composition. The thiol–ene systems evaluated in this study serve as model example for the sustainable use of naturally-occurring 1,2-disubstituted alkenes at making semi-synthetic polymeric materials in high conversions with a range of properties in an environment-friendly way. / Vegetabiliska oljor som innehåller dubbelbindningar kan användas direkt för thiolene reaktioner. Trots att terminala dubbelbindningar är mycket mer reaktiva än interna visar dessa studier att den reversibla additionen av thiyl radikaler till 1,2-disubstituerade alkener är en viktig reaktion. För att undersöka tiol–ene reaktionerna, som ivolverar dessa alkener förbereddes stökiometriska blandningar av en trifunktionell propionat tiol och enkelomättade fettsyrametylestrar (metyloleat eller metyl elaidat) samt 2.0 vikt.% Irgacure 184. Dessa blandningar utsattes för 365-nm UV strålning och de kemiska förändringarna studerades. De kemiska förändringarna analyserades med olika kemiska analysmetoder; realtid RT–FTIR, NMR och FT–Raman. Dessa användes för att analysera de kemiska reaktionerna i realtid och följa bildandet av produkterna. Reaktionsmekanismen bekräftades med hjälp av experimentella data och beräkningar av numeriska och kinetiska simuleringar för systemet. Resultaten visar en mycket snabb cis/trans-isomerisering av alkenmonomeren (<1.0 min) jämfört med den totala förbrukningen av dubbelbindningarna, vilket indikerar att det hastighetsbegränsande steget kontrolleras av väteförflyttningen från tiolen till slutprodukten. Förbrukningen av den totala omättade kolkedjan är lika med tiolförbrukningen under hela reaktionen, även om bildandet av produkten gynnas från trans-enen. Detta indikerar att den första cis/trans-isomerstrukturen påverkar kinetiken. Höga tiol-ene utbyten kan enkelt erhållas relativt snabbt utan inverkan av sidoreaktioner. Detta innebär att denna reaktion kan användas som nätverksbildande reaktion för flerfunktionella 1,2-disubstituted alkenmonomerer. Vidare användes fotopolymerisation i smälta på en serie globalid/kaprolaktonbaserade sampolyestrar med varierad grad av omättnad med samma tritiol vilket resulterade i bildandet av amorfa elastomeriska material med olika termiska och viskoelastiska egenskaper. Hög omsättning (>80%) uppnåddes relativt enkelt för samtliga blandningar oberoende av den initiala funktionaliteten. Homopolymerisation av alkenen var försumbar i jämförelse med den tiol–en-reaktionen. Mängden alkengrupper har inverkan på härdplastsegenskaperna där en hög andel alken ger en nätstruktur med högre glastransitionstemperatur (Tg). Tiol–ene reaktionen utvärderades i modellsystem baserade på naturlig förekommande 1,2-disubstituterade alkener för att demonstrera konceptet med tiol-förnätade halvsyntetiska material. / QC 20110915

No description available.

Ο όρος μη γραμμική οπτική (nonlinear optics) αναφέρεται στον κλάδο της φυσικής που μελετά τις μεταβολές που επέρχονται στις οπτικές ιδιότητες της ύλης, όταν αυτή αλληλεπιδρά με ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Οι δέσμες λέιζερ (laser) αποτελούν το κατ’ εξοχήν ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που χρησιμοποιείται για να προκαλέσει τη μη γραμμική οπτική απόκριση της ύλης, λόγω της ισχυρής ακτινοβολίας. Με την ανακάλυψη του λέιζερ τη δεκαετία του 1960, παράλληλα αναπτύχθηκαν πολλές τεχνικές μέσω των οποίων καθίσταται εφικτός ο προσδιορισμός της μη γραμμικής οπτικής απόκρισης των υλικών. Κίνητρο για αυτή την εκτεταμένη έρευνα αποτελεί το γεγονός ότι υλικά με σημαντική μη γραμμική απόκριση βρίσκουν πολλές εφαρμογές στη φωτονική και την οπτοηλεκτρονική. Ειδικότερα, τέτοια υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οπτικοί περιοριστές (optical limiters) για την προστασία από υψηλές δέσμες λέιζερ, ως οπτικοί διακόπτες (optical switches), καθώς και ως οπτικές λογικές πύλες (optical logic gates) κ.α. Τα τελευταία χρόνια υπάρχει ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον στο πεδίο των μοριακών διακοπτών (molecular switches). Ο όρος μοριακός διακόπτης αναφέρεται στην δυνατότητα ύπαρξης ενός μορίου μεταξύ δύο διαφορετικών καταστάσεων, ικανότητα που θα αποτελέσει την αφετηρία για μια λειτουργία “on/off”, σε μοριακό επίπεδο. Υποψήφια μόρια που μπορούν να υποστηρίξουν μια διακοπτική λειτουργία είναι εκείνα που παρουσιάζουν κάτω από ορισμένες συνθήκες αλλαγή σε μια εγγενή ιδιότητά τους, όπως ο φθορισμός, η αγωγιμότητα, η μαγνήτιση, ο στερεο-ισομερισμός, η μη γραμμικότητα κ.α. Σκοπός της παρούσας ειδικής ερευνητικής εργασίας ήταν ο προσδιορισμός της τρίτης τάξης μη γραμμικής οπτικής απόκρισης μοριακών συστημάτων που περιέχουν αζοβενζόλιο, υπό μορφή διαλυμάτων. Τα μόρια αυτά είναι ενδιαφέροντα γιατί αφ’ ενός εμφανίζουν trans/cis ισομερισμό, αφ’ ετέρου παρουσιάζουν μια αλλαγή στη μη γραμμικότητά τους εξαιτίας του φωτο-ισομερισμού του διπλού δεσμού –N=N-. Η δομή της εργασίας έχει ως εξής : Στο πρώτο κεφάλαιο θα γίνει μια περιγραφή της μη γραμμικής αλληλεπίδρασης ύλης-πεδίου, η εξαγωγή της μη γραμμικής κυματικής εξίσωσης, καθώς επίσης και μερικών φυσικών διαδικασιών που περιγράφονται μέσω αυτής. Στο δεύτερο κεφάλαιο θα περιγραφεί η πειραματική τεχνική που ακολουθήθηκε, θα αναφερθούν οι οπτικές παράμετροι που σχετίζονται με τη τρίτης τάξης μη γραμμικότητα και τέλος θα περιγραφεί η διαδικασία ανάλυσης των πειραματικών αποτελεσμάτων. Στο τρίτο κεφάλαιο θα γίνει μια σύντομη περιγραφή της πειραματικής διάταξης καθώς και των κυριότερων οργάνων που την αποτελούν. Στο τέταρτο κεφάλαιο θα παρουσιασθούν τα πειραματικά αποτελέσματα που προέκυψαν από την εργασία. Αρχικά παρουσιάζεται μια σύντομη περιγραφή των μοριακών συστημάτων που μελετήθηκαν. Ακολουθεί η μη γραμμική οπτική απόκριση των συστημάτων για διέγερση με παλμούς χρονικής διάρκειας 35 ps, στα 532 και 1064 nm,και ακολουθεί ο προσδιορισμός της μη μεταβατικής μη γραμμικής απόκρισης για διέγερση με παλμούς διάρκειας 4 ns. Αναφέρονται τα συμπεράσματα από τη μελέτη των συστημάτων και ακολουθεί μια πρόταση για μελλοντική μελέτη. / Extensive research in the field of molecular switches promises a wide variety of switching mechanisms characterized by an eclectic range of intrinsic properties regarding their luminescence, conductivity, magnetic and optical outputs. Because of their controlled alternating properties and the ease of their preparation and modification, molecular switches hold the promise of becoming pivotal components of organic–integrated photonic devices. Among the many available systems, azobenzene dyes represent a particularly promising class of organic switchable materials. The advantage of azobenzene chromophores as molecular switches is based not only on the large geometrical change accompanying the cis–trans isomerization, but also on their photo–stability, and the ease of their preparation and derivatization. In addition, azobenzene chromophores, exhibiting in general large nonlinear optical response, are characterized by an important change in their third-order nonlinear optical response due to the photo-isomerization of the –N=N- double bond. The purpose of this work is hence to describe how the NLO properties of the azobenzene are influenced when surrounded by an always more electron-donating and conjugated environment. In order to do so, we are studying three azobenzene-centered molecules. In two of them, the switch is bonded to two electron-rich groups such as alkylated anilines via either one or two ethynil spacers. In the latter, a Zn-porphyrin was instead linked to the aza-core. The insertion of a porphyrin core was driven by its high polarizability and optical oscillator strength which gives the material remarkable NLO behavior, making it potentially useful for ultra-fast switching technologies. In that view, the nonlinear optical response of these novel azobenzene based molecules dissolved in dichloromethane are studied by means of Z-scan technique using 35 ps laser pulses at 532 and 1064 nm. From the measurements, the nonlinear absorption and refraction and the corresponding third-order susceptibility χ(3) and second hyperpolarizability are determined.