Research in the fields of molecular conductors and magnets over the past four decades has involved collaborative efforts of chemists and physicists whose common goal is to design useful materials composed of molecular building blocks. Of particular interest are materials whose properties can be tuned by electronic or steric changes in the molecular sub-units. The research on TCNQ derivatives described in this thesis was inspired by the observation that, although a vast amount of research has been directed at understanding binary M(TCNQ•-) materials, analogous compounds based on substituted TCNQ acceptors are surprisingly scarce. Single crystals of a new structure type for the M+(TCNQ)•- binary family were isolated from reactions of two dihalogenated TCNQ derivatives with Cu(I) ions, namely Cu(TCNQX2) (X = Cl, Br). The new 3-D compound Cu(TCNQCl2) exhibits the highest conductivity of the M+(TCNQ)•- series to date, despite the greater separation of TCNQCl2 units as compared to other derivatives. Compounds of lower dimensionality were also obtained, namely the 2-D Cu(TCNQBr2)(CH3CN) and 1-D Cu(TCNQI2)(CH3CN)2 phases. Several 2p-3d heterospin molecular magnets were also synthesized. For example a “magnetic sponge” material based on a 2-D hexagonal framework of composition {[Mn2(TCNQF4)(CH3OH)7.5(H2O)0.5]-(TCNQF4)2•7.5CH3OH}∞, as well as molecular magnets based on first row metal ions and TCNQF4 ligands of composition MII(TCNQF4)-•(TCNQF42-)0.5(CH3CN) (M = Mn, Co) were prepared. In addition, unprecedented isostructural 2-D frameworks based on combinations of first row metal ions with TCNQBr2 radicals of composition [M(TCNQBr2)2(H2O)2]∞ (M = Mn, Zn) were synthesized. Lanthanide chemistry is also described in this dissertation. A series of mononuclear Ln-TCNQF4 heterospin complexes of composition {MIII[TCNQF4]2[H2O]x}(TCNQF4)(3H2O) (M = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er and Yb) was also obtained which exhibit remarkable properties. In this family of compounds there exists an unprecedented subtle interplay between single molecule magnetic behavior and phonon bottleneck effect behavior for the Tb analogue. Magnetic ordering was observed for the Sm analogue. A homologous series of 1-D materials based on alternating lanthanide ions and hexacyanometallates of formula {[Ln(tptz)(H2O)4Fe(CN)6]•8H2O}∞ (Ln = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb) was obtained and a detailed magnetic study provided incontrovertible evidence that the SmIII-[FeIII(CN)6]3- compound exhibits ferromagnetic and not antiferromagnetic coupling as had been reported for related 1-D chains.

L'élaboration de nanomatériaux fonctionnels destinés à une large gamme d'applications est l'un des domaines les plus étudiés de la chimie des matériaux modernes. L'intérêt des chercheurs porte sur la conception de nanomatériaux multifonctionnels combinant dans un unique système les propriétés de différents matériaux et présentant diverses réponses physiques lorsque soumis à différents stimuli. Ce travail décrit la combinaison des propriétés optiques de l'or et des propriétés magnétiques de polymères de coordination tels que les analogues de Bleu de Prusse, pour obtenir des hétérostructures nanoscopiques magnéto-optiques présentant une architecture de type cœur-coquille. Dans un premier temps, nous avons préparé une série de nanoparticules à base d'un analogue du Bleu de Prusse tel que Ni3[Fe(CN)6]2 de différentes tailles et de manière contrôlée, afin de mieux comprendre l'évolution de leurs caractéristiques physiques avec la réduction de la taille jusqu'à une l'échelle nanométrique. Deuxièmement, nous nous sommes focalisés sur la conception de nano-objets hétérostructurés composés par un cœur d'or décoré par une coquille uniforme d'analogue du Bleu de Prusse K+/Ni2+/[FeII(CN)6]4- suivant une approche rationnelle et innovante. Ces nanoparticules cœur-coquilles d'Au@K+/Ni2+/[FeII(CN)6]4- présentent à la fois les propriétés optiques du cœur d'or et le comportement paramagnétique provenant de la couche de polymère de coordination cyano-ponté. Une étude a été menée sur le mécanisme de croissance de ce système complexe. Les propriétés optiques peuvent être modulées en contrôlant la taille du cœur d'or et l'épaisseur de la couche d'analogue de cyanometallate, en modifiant les paramètres de synthèse. Nous avons ensuite étendu cette approche de synthèse à d'autres hétérostructures contenant un cœur d'or et une coquille de K+/Co2+/[FeII(CN)6]4-. Nous avons également recherché une voie originale pour obtenir des nanoparticules creuses d'analogue du Bleu de Prusse en dissolvant le cœur d'or par lixiviation.Des propriétés magnétiques différentes, telles que le ferromagnétisme ou le superparamagnétisme, peuvent être apportées par la croissance additionnelle d'une seconde coquille d'analogue du Bleu de Prusse sur les nanoparticules de Au@K+/Ni2+/[FeII(CN)6]4-. Pour cela, différents analogues du Bleu de Prusse ont été sélectionnés. Les nanoparticules avec une double-couche d'analogues du Bleu de Prusse présentent les propriétés optiques dues au cœur d'or. Des propriétés de ferromagnétisme ont bien été ajoutées, démontrant la multifonctionnalité de ces nano-objets. En particulier, une étude a été menée sur une série de nanoparticules d'Au@K+/Ni2+/[FeII(CN)6]4-@K+/Ni2+/[CrIII(CN)6]3- de différentes tailles de manière à démontrer l'influence de l'architecture cœur-coquille sur la nature des propriétés magnétiques. Finalement, nous avons évalué les potentialités de ces nanoparticules pour l'imagerie médicale par scintigraphie. Des nanoparticules composées de Bleu de Prusse ou de type Au@K+/Ni2+/[FeII(CN)6]4-@K+/Fe3+/[FeII(CN)6]3- ont été préparées, puis greffées par des molécules organiques (dextrane commercial, biopolymères ou bicouches lipidiques) pour assurer leur dispersion en milieu aqueux. Ces nanoparticules ont été chargées en ions 201Tl+ et leur comportement in vivo a été déterminé par tomographie SPECT-CT, de manière à établir l'influence de la composition chimique, de la morphologie et de la fonctionnalisation de ces nanoparticules sur leur biodistribution dans l'organisme. / One of the most studied fields of modern material chemistry concerns the elaboration of functional nanomaterials reserved for a wide range of applications. For several years, researchers have been particularly attracted by the design of multifunctional systems combining in a single system the properties of different materials and exhibiting diverse physical responses when subjected to various stimuli. This work describes the combination of both optical properties of gold and magnetic properties of coordination polymers such as Prussian Blue analogous to form magneto-optical nano-heterostructures presenting an intricate core-shell architecture.Firstly, we have synthesized a series of Prussian Blue Analogous nanoparticles such as Ni3[Fe(CN)6]2 presenting different and controlled sizes, in order to better understand the evolution of their characteristics upon the size reduction from the micro- to the nanoscale.Secondly, we focalized on the design of heterostructured nano-objects composed by a gold core coated with a uniform K+/Ni2+/[FeII(CN)6]4- Prussian Blue analogous shell based on a new and rational approach. These core-shell Au@K+/Ni2+/[FeII(CN)6]4- nanoparticles exhibit both optical properties of the gold core and paramagnetic properties originating from the cyano-bridged coordination polymer layer. Using several techniques, we have investigated the growing mechanism of such intricate system. The optical responses of these nanoparticles can be modulated by controlling the gold core size and the Prussian Blue analogous shell thickness by modifying the experimental parameters. Then we extended the used synthetic approach to other gold core containing heterostructures with K+/Co2+/[FeII(CN)6]4- shell. We have also investigated an original way to design hollow nanoparticles by etching the gold core.The implement of different magnetic behavior, such as ferromagnetism or superparamagnetism, can be achieved by the subsequent growing of a new Prussian Blue Analogous shell on the Au@K+/Ni2+/[FeII(CN)6]4- nanoparticles. In this aim, several Prussian Blue analogous were selected to form the second layer. These double-layered nanoparticles exhibit optical properties originating from the gold core. Additionally, ferromagnetic properties have been successively implemented, proving the multifonctionality of these nano-objects. Particularly, a study on the evolution of the magnetic properties according to the shell thickness of the Prussian Blue analogous was performed on a series of different–sized Au@K+/Ni2+/[FeII(CN)6]4-@K+/Ni2+/[CrIII(CN)6]3- nanoparticles in order to demonstrate the influence of the core-shell architecture on the nature of the magnetic properties.Finally, we evaluated the potential of these nanoparticles for the medical imaging by scintigraphy. Simple Prussian Blue and core-shell Au@K+/Ni2+/[FeII(CN)6]4-@K+/Fe3+/[FeII(CN)6]3- nanoparticles were synthesized and post-synthetically grafted by organic molecules (commercial dextran, biopolymers or lipidic bilayer) to ensure their dispersibility in aqueous media. These nanoparticles have been loaded by radioactive 201Tl+ ions in order to investigate their behavior in the living organism by using SPECT-CT tomography in vivo and establish the influence of the nanoparticles composition, the morphology and the functionalization on the nanoparticles biodistribution and kinetic.

La conception et la préparation de réseaux moléculaires organiques et hybrides à l’état cristallin ont été envisagées par un processus itératif d’auto-assemblage entre des briques de construction moléculaires préprogrammées et complémentaires appelées tectons. Cette approche est basée sur la reconnaissance moléculaire de modules dicationiques, donneurs de liaisons hydrogène, et d’unités anioniques, accepteurs de liaisons hydrogène. Ainsi, la combinaison des tectons moléculaires de la famille des bis-benzimidazoliums, intrinsèquement luminescents, avec des anions polycyanométallates conduit à la formation de réseaux moléculaires hybrides luminescents à l’état cristallin. Il a été procédé à l'étude des propriétés photophysiques de ces réseaux à l'état solide. De même, l’association de bis-amidiniums,briques dicationiques, à des anions de type azodibenzoates mène à des assemblages cristallins possédant la propriété de photo-commutation, c’est-à-dire conduisant à une isomérisation sous stimulus lumineux. / The design and synthesis of organic and hybrid molecular networks in the crystalline state has been investigated using iterative self-assembly processes involving preprogrammed complementary molecular building blocks called tectons. This approach is based on molecular recognition events between dicationic hydrogen bond donors and anionic hydrogen bond acceptors tectons. Thus, the combination of intrinsically luminescent molecular tectons belonging to the family of cationic bis-benzimidazoliums with polycyanometallates anions leads to the formation of luminescent hybrid molecular networks in the crystalline state. Their optical properties have been studied in the solid state. Similarly, the association of bis-amidiniums, dicationic bricks, to azodibenzoates type anions leads to crystalline assemblies presenting photo-switching property, i.e. the ability to isomerise under light stimulus.