La recherche de petites molécules bioactives et la quête de diversité moléculaire sont des sources d’inspiration infinies pour les chimistes de synthèse. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse a été de développer de nouvelles voies de synthèse pour accéder aux squelettes de molécules naturelles complexes, et à élaborer une méthodologie de synthèse polyvalente et modulable permettant l’accès à des composés hétéroaromatiques polyazotés. La première partie de ce manuscrit concerne le développement d’une stratégie de synthèse, vers une plateforme de type amincyclopentitol, dont les représentants naturels, la pactamycine et la jogyamycine, présentent un potentiel pharmacologique établi. Ce projet implique l’utilisation de transferts catalytiques de nitrènes dans des réactions d’aziridination et d’amination C-H. La deuxième partie décrit une approche en synthèse totale d’une nouvelle classe de produits naturels, les raputindoles. L’étape clé est une réaction de cycloaddition [3+2] iridocatalysée permettant de préparer des indanes possédant deux centres asymétriques dont la stéréochimie peut être contrôlée. Enfin, la troisième partie relate le développement d’une réaction domino multi-composant, catalysée par le cuivre, pour la synthèse de composés hétéroaromatiques. Les quinazoline-4(3H)-imines, les quinazoline-4-ones et les benzimidazo[1,2-c]quinazolines peuvent être obtenues via l'assemblage d'un cyanamide, d'un acide boronique et d'une amine, promu par un système catalytique unique. / The search for small bioactive molecules and molecular diversity are constant sources of inspiration for organic chemists. In this context, major developments in the design of always more effective, flexible and environment-friendly synthetic methods were described, in particular thanks to organometallic catalysis. Within this context, this Thesis project deals with the development of synthetic approaches towards natural molecules or simplified analogues, and the development of a new methodologies for the synthesis of nitrogen-containing heteroaromatic compounds.The first part of this manuscript concerns the development of a synthetic strategy towards a cyclopentitol platform, found in the natural products pactamycin and jogyamycin which show a great pharmacological potential. This project involves the use of catalytic nitrene transfers within aziridination and C-H amination reactions.The second part of the project describes a total synthesis approach towards a new class of natural products, the raputindoles. The key step is a [3+2] cycloaddition reaction, catalysed by an iridium complex, to prepare indanes possessing two asymmetric centres whose stereochemistry can be controlled. Finally, the third part is devoted to the development of a domino multicomponent reaction, catalysed by copper, for the synthesis of heteroaromatic compounds. Quinazolin-4(3H)-imines, quinazolin-4-ones and benzimidazo[1,2-c]quinazolines can be obtained from the same catalytic system, by the assembly of a cynamide, a boronic acid and an amine with an unique catalytic system.

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l’imogolite-méthylée, un nanotube dispersé en phase aqueuse avec une nanocavité hydrophobe.Nous avons tout d’abord étudié ses mécanismes de formation. A court terme, les premiers précipités formés se réorganisent en nanoobjets ayant la même structure locale que l’imogolite et dont la taille dépend des conditions de synthèses (concentration, précurseur). Ils conduisent à la formation d’objets cylindriques (imogolite) ou sphériques (allophane).Sur le long terme, nous avons observé que l’imogolite-méthylée coexiste avec des sous-produits (hydroxyde d’aluminium, proto-imogolite et allophane). En choisissant judicieusement les paramètres de synthèse (rapport molaire entre les précurseurs, température de synthèse) il est possible de réduire la proportion de ces sous-produits mais pas de les éliminer complétement.Ensuite, nous avons étudié la fonctionnalisation de ces nanotubes par substitution d’une partie des groupes méthyles internes par des groupes dopants. L’encapsulation de Nile Red, un colorant solvatochromique, dans la cavité interne des nanotubes hybrides a mis en évidence la fonctionnalisation des imogolites avec les différents groupes utilisés. Enfin, nous avons exploré l’encapsulation de molécules organiques (polaires, apolaires, solubles et insolubles dans l’eau) dans la cavité des nanotubes. Les courbes de diffusion X montrent que l’imogolite-méthylée piège toutes les molécules testées. De plus, les quantités adsorbées calculées sont comparables à celles mesurées dans le cas où des charbons actifs ou des zéolithes sont employés comme adsorbants. / In this work, we studied methyl-imogolite, an inorganic nanotube dispersed in water with a hydrophobic cavity.First, we examined the formation mechanisms. On a short time scale, the initial precipitates reorganize to give nano-objects with the same local structure as imogolite. Their size depends on the synthesis conditions (concentration, precursor) and could lead to the formation of cylindrical (imogolite) or spherical (allophane) objects.On a long time scale, we observed that methyl-imogolite coexists with byproducts (aluminum hydroxide, proto-imogolite and allophane). It is possible to reduce their proportion by wisely selecting the synthesis parameter (molar ratio between precursors, synthesis temperature). However, they cannot be fully eliminated. Then, we studied the functionalisation of this nanotube by substituting part of the internal methyl groups by doping ones. Encapsulation of Nile Red, a solvatochromic dye, in the internal cavity of these hybrid nanotubes highlighted the functionalisation of the imogolite with the various groups used.Finally, we investigated the encapsulation of organic molecules (polar, apolar, soluble or insoluble in water) in the nanotubes cavity. SAXS curves evidenced the trapping of all the molecules tested by methyl-imogolite. Moreover, calculated adsorption capacities are similar to the ones obtained when activated carbon or zeolites are used as adsorbents.

Description détaillée du sujet : Au cours des dernières années, les électrodes recouvertes d’un film polymère déposé par voie électrochimique ont suscité un engouement croissant dans le domaine des capteurs chimiques et des biocapteurs. Un exemple d’application est celui des capteurs de pH potentiométriques qui utilisent les atomes d’azote présents dans des polymères pour détecter des variations de pH. Ces électrodes sont intéressantes en vue d’applications cliniques et biologiques comme l’analyse in vivo dans la mesure où elles sont, contrairement aux électrodes de pH traditionnelles, miniaturisables tout en étant biocompatibles si les polymères choisis le sont également. Le développement d’un capteur enzymatique permettant de quantifier la présence d’urée dans un échantillon liquide est également d’un intérêt significatif dans la mesure où l’urée, qui est présente dans l’organisme humain, est un des indicateurs biologiques du bon fonctionnement des reins. En effet, des taux élevés d’urée révèlent une insuffisance rénale. De plus le contrôle des quantités d’urée est d’intérêt dans l’industrie agro-alimentaire et le contrôle environnemental. Les polymères électrodéposés peuvent également être utilisés comme supports de culture de cellules biologiques ce qui peut permettre de développer des applications dans le domaine de la médecine, par exemple pour le développement de prothèses, la lutte contre les maladies neurogénératrices, la création de muscles artificiels. Par conséquent, nous souhaitons proposer une thèse portant sur l’élaboration de films polymères originaux permettant le développement de nouveaux (bio)capteurs électrochimiques et de promouvoir des applications dans le domaine de la médecine / Detailed description of the subject: during the last years, electrodes covered with a polymer movie put down by electrochemical way aroused a craze growing in the field of the chemical sensors and the biosensors. An example of application is the one sensors of pH potentiométriques who use the present atoms of nitrogen in polymers to detect variations of pH. These electrodes are interesting with the aim of applications clinical and biological as the in vivo analysis as far as they are, contrary to the traditional electrodes of pH, miniaturisables while being biocompatible if the chosen polymers are also. The development of an enzymatic sensor allowing to quantify the presence of urea in a liquid sample is also

La fonctionnalisation de la surface du verre par des molécules organiques permet de modifier son énergie de surface ou d’améliorer l’adhésion d’un revêtement. La méthode classique de fonctionnalisation directe du verre repose sur une réaction de silanisation, via la formation de ponts siloxanes Si O Si. Ces ponts ont tendance à s’hydrolyser en milieu salin ou alcalin, entrainant la perte de la fonctionnalité du verre. Une solution envisagée consiste à déposer une couche de nitrure de silicium (SixN4) sur le verre, permettant de greffer des molécules organiques via des liaisons covalentes robustes : Si C ou N C. Le nitrure de silicium présente l’avantage d’être un matériau très souvent utilisé dans l’industrie verrière en raison de sa capacité à bloquer la diffusion des ions sodium et de protéger ainsi le verre de la corrosion.L’objectif de ce travail de thèse est de caractériser et contrôler la surface du nitrure de silicium, puis d’optimiser et de comprendre la modification de sa surface par le greffage covalent de molécules organiques.Lorsque le nitrure de silicium est exposé à l’air, une couche d’oxynitrure est formée en surface. L’optimisation et la compréhension du décapage de cette couche d’oxynitrure natif en milieu liquide est l’objet de la première phase de ce travail. La composition chimique de la surface est finement caractérisée et quantifiée en combinant des mesures de spectroscopie infrarouge en mode de réflexion totale atténuée (IR-ATR), de spectroscopie de photoélectrons X (XPS) et des dosages chimiques de surface. Le décapage dans des solutions fluorées (HF et NH4F) permet de retirer efficacement la couche d’oxynitrure et laisse majoritairement en surface des liaisons Si-F et dans une moindre mesure des liaisons N H et Si OH. La composition chimique de la surface peut toutefois être modifiée pour former des groupements Si H, soit en enrichissant la couche du SixN4 en silicium, soit en soumettant la surface à un traitement par plasma d’hydrogène à l’issue du décapage. A partir des observations expérimentales, une proposition décrivant les mécanismes mis en jeu lors du décapage est présentée.Dans la seconde partie de la thèse, la surface du nitrure de silicium est modifiée par l’immobilisation de molécules organiques, plus spécifiquement par la réaction d’un 1 alcène sous activation thermique ou photochimique. La composition chimique de la surface et les conditions d’activation de la réaction modifient la réaction de greffage et la densité des couches organiques. En particulier, la présence de liaisons Si-H et l’enrichissement de la couche en silicium sont étudiés en détail. Dans une dernière partie, dans une visée plus applicative, des couches denses fluorées présentant un caractère hydrophobe naturel sont greffées sur la surface du nitrure de silicium. / Covalent grafting of organic molecules on glass can modify its surface physico-chemical properties or improve the adhesion of a coating. Such a functionalization usually relies on a silanisation reaction, bonding molecules to the surface through Si-O-Si bonds. Unfortunately, the resulting molecular layers do not exhibit long-term stability due to the hydrolysis of siloxane groups. One solution would consist in depositing a silicon nitride layer on glass, allowing the glass surface to be functionalized through more stable bonds N-C or Si-C. Silicon nitride layers are frequently used in glass industry. They are well-known for their durability properties and are often used as a protective layer against glass corrosion.The aim of this project is to characterize and control the non-oxidized silicon nitride surface, then to optimize and understand the surface modification by covalent grafting of organic molecules.When silicon nitride is exposed to atmosphere, an oxynitride layer is formed on its surface. Several efficient ways to remove this native oxynitride are first studied and optimized. The quantitative characterization and control of the surface chemical composition provide a reliable starting point for the functionalization step. The surface chemical composition is quantitatively investigated by combining Attenuated Total Reflection InfraRed spectroscopy (ATR-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and chemical dosing. The etching in HF-based solutions efficiently removes the oxynitride layer and leads to a surface mainly covered with Si-F bonds and smaller amounts of Si-OH and N-H bonds. The surface composition can be modified by a H2 plasma treatment performed after the wet etching or by changing the silicon nitride layer composition (silicon enrichment), leading in either case to the formation of Si-H bonds on surface. An etching mechanism is suggested from these experimental observations.The second part of this work is focused on the grafting of the alkyl chains on the silicon nitride surface. The surface is reacted with a 1-alkene, using photochemical or thermal activation. The grafting efficiency depends on the surface composition and the activation conditions. The presence of surface Si-H bonds and the effect of Si enrichment are considered in details. In a final part, in an applicative view, functional hydrophobic molecules are grafted on the silicon nitride surface.

Dans ce travail, nous étudions les conditions de synthèse pour la croissance directe des MOF Fe3 + / H2BDC et Fe3 + / H2NDC sur des surfaces de silicium fonctionnalisées (111) présentant une structure bien définie et dont la chimie de surface peut être adaptée pour favoriser / diriger la nucléation et la croissance hétérogènes Des MOF. Le mécanisme de croissance des MOF pertinents aux conditions choisies et les propriétés flexibles des cadres MIL-88B et MIL-88C sont également présentés avec l'aide des résultats du traitement post-synthèse.En ce qui concerne le système de morphologies et structures Fe3 + / H2BDC, les structures des couches obtenues dépendent fortement de la chimie de surface des monocouches greffées et aussi des conditions de synthèse (température, composition de la solution et temps de réaction). Les cristaux MIL-88B orientés sur la direction [001] sont seulement observés sur des surfaces fonctionnalisées par COOH et se sont révélés être favorisés en présence d'un excès de ligand en solution. La formation de la phase MIL-101 texturée le long de la direction [111] sur les surfaces de Si pyridyl et hydroxy-terminé est observée indépendamment de la condition de synthèse. Des cristaux MIL-101 isolés avec une orientation préférée le long de la direction [111] ont également été trouvés sur une surface terminée par acide à un excès de métal, alors que les îlots MIL-101 orientés au hasard sont observés au rapport R ≧ 1. Au contraire, aucune croissance du film ne s'est produite sur les surfaces de Si à terminaison méthyle. L'introduction de HCl, de H2O et de base faible organique -triéthylamine dans les solutions précurseurs affecte également la formation de films MOF avec différentes morphologies et couverture entre MIL-101 et MIL-88B sur des surfaces de Si à terminaison carboxylique. La dépendance temporelle de la croissance du film à un excès de ligand (R = 2) et d'un excès de métal (R = 0,5) sans et avec addition de HCl indique clairement que les deux MIL-88B et MIL-101 suivent un mode de croissance Volmer-Weber, Au cours de laquelle, des cristaux ou des grappes tridimensionnels isolés se sont formés à l'étape initiale et se sont développés latéralement et verticalement à la surface.En ce qui concerne le système de Fe3 + / H2NDC, en fonction des conditions de synthèse, y compris la température, le rapport du ligand à la concentration [Fe3 +] et [Fe3 +] seulement une phase-MIL-88C avec une couverture de surface variable allant des cristaux hexagonaux séparés aux couches composées d'isolés On a observé des faisceaux de cristallites hexagonales tous avec une orientation préférentielle le long de la direction. L'évolution des cristaux de MIL-88C avec le temps de cristallisation suggère également un mode Volmer-Weber.Les mesures ex-situ XRD du post-traitement vers les couches synthétisées constituées de MIL-88B et MIL-88C démontrent respectivement leur flexibilité lors de la désorption des molécules. Les mesures provisoires de la XRD in situ montrent également la réversibilité du cadre MIL-88C lors de l'absorption et de la libération de l'éthanol. / Within this work we investigate synthesis conditions for the direct growth of Fe3+/H2BDC and Fe3+/H2NDC MOFs onto functionalized silicon (111) surfaces exhibiting well-defined structure and whose surface chemistry can be tailored in order to favor/direct the heterogeneous nucleation and growth of the MOFs. Growth mechanism of relevant MOFs at chosen conditions and flexible properties of MIL-88B and MIL-88C frameworks are presented as well with the assistance of post-synthesis treatment results.Regarding the system of Fe3+/H2BDC morphologies and structures of obtained layers strongly depend both on surface chemistry of grafted monolayers and also on the synthesis conditions (temperature, solution composition and reaction time). Oriented MIL-88B crystals along [001] direction is only observed onto COOH-functionalized surfaces and was found to be favored in presence of ligand excess in solution. The formation of textured MIL-101 phase along [111] direction on pyridyl and hydroxyl terminated Si surfaces is observed irrespective of the synthesis condition. Isolated MIL-101crystals with preferred orientation along [111] direction was also found on acid terminated surface at excess of metal, whereas randomly oriented MIL-101 islands are observed at ratio R≧1. In contrary, no film growth happened on methyl terminated Si surfaces. Introduction of HCl, H2O and organic weak base-triethylamine into the precursor solutions also affects the formation of MOF films with various morphologies and coverage between MIL-101 and MIL-88B on carboxylic terminated Si surfaces. Time dependence of film growth at excess of ligand (R=2) and at excess of metal (R=0.5) without and with addition of HCl indicates clearly that both of MIL-88B and MIL-101 follows a Volmer-Weber growth mode, during which, isolated three-dimensional crystals or clusters formed at initial stage and grew both laterally and vertically on the surface.As to the system of Fe3+/H2NDC, depending on the synthesis conditions including temperature, ratio of ligand to [Fe3+] and [Fe3+] concentration only one phase-MIL-88C with variable surface coverage ranging from separated hexagonal crystals to layers composed of isolated bundles of hexagonal crystallites all with preferential orientation along [001] direction was observed. Evolution of MIL-88C crystals along with crystallization time also suggests a Volmer-Weber mode.Ex-situ XRD measurements of post-treatment towards the as-synthesized layers comprised of MIL-88B and MIL-88C respectively demonstrate their flexibility during molecule desorption. Tentative in-situ XRD measurements also show the reversibility of MIL-88C framework upon ethanol uptake and release.

Dans cette thèse, nous avons entrepris une aventure pour découvrir une application plus large de la chimie du xanthate dans la construction de cycles fusionnés et l'alkylation directe des hétéroarènes. Au chapitre II, nous avons abordé le problème de la préparation de l'azaindane en tirant parti de la capacité des xanthates à agir à la fois sur l'addition intermoléculaire et la cyclisation intramoléculaire. Au chapitre III, une étude sans précédent sur la fonctionnalisation directe des pyrazines a été décrite, conduisant à des pyrazines hautement fonctionnalisées avec de bons rendements et une bonne régiosélectivité. Enfin, au chapitre IV, nous avons développé une méthode de méthylation et de fluorométhylation des hétéroarènes. / In this thesis, we have undertaken an adventure to discover wider application of xanthate chemistry in the construction of fused cycles and direct alkylation of heteroarenes. In Chapter II, we have tackled the problem of preparation of azaindane by taking advantage of the ability of xanthates to mediate both intermolecular addition and intramolecular cyclisation. In Chapter III, an unprecedented investigation into the direct functionalization of pyrazines was described, leading to highly functionalized pyrazines in good yields and good regioselectivity. Finally, in Chapter IV, we have developed a method for the methylation and fluoromethylation of heteroarenes.

L’incorporation de groupements pharmacologiquement intéressants pendant la dernière étape de synthese d’une cible thérapeutique potentielle permet une exploration rapide et efficace de son espace chimique. En particulier, les cycles hétéroaromatiques sont des structures clefs en chimie médicinale et agrochimie et un grand nombre d’études ont porté sur leur modification tardive. La chimie radicalaire des xanthates est apparue comme étant particulièrement adaptée à cette stratégie, grâce à sa grande tolérance de groupements fonctionnels. La fonctionnalisation d’hétéroaryles par l’intermédiaire des xanthates a permis l’introduction de groupements tertiaires et secondaires sur des motifs hétéroaromatiques simples, ainsi que sur des composes plus complexes telles que des principes actifs de médicaments et produits phytosanitaires commerciaux. / The late introduction of pharmacologically relevant groups before evaluating the biological properties of potent targets enables a faster and efficient exploration of their chemical space. This has been particularly studied and applied on heteroaromatic rings which are key scaffolds in medicinal and agrochemical research. In this context, the radical chemistry of xanthates has emerged as an useful tool, thanks to its high functional group compatibility. The xanthate-mediated addition of tertiary and secondary alkyl radicals to heteroarenes enables the easy functionalization of heteroaromatic rings as well as more decorated structures, such as marketed drugs or agrochemicals.

Nous proposons dans ce travail une méthode robuste et bas-coût afin de fabriquer des détecteurs de gaz à base de Nanotubes de Carbone bi-parois (DWCNTs) chimiquement fonctionnalisés. Ces nano-objets (DWCNTs) sont synthétisés par dépôt catalytique en phase vapeur (CCVD), puis purifiés avant d'être oxydés ou bien fonctionnalisés par des terminaisons fluorées ou aminées. Les dispositifs de détection électriques ont été fabriqués par lithographie douce en utilisant un pochoir de PDMS (Poly-DiMethyl Siloxane) et un dépôt en phase liquide à la pipette d'une suspension aqueuse contenant les nanotubes fonctionnalisés, rinçage puis séchage à l'azote sec. Chaque dispositif (1 cm X 2 cm) est équipé d'un jeu de 7 résistors à base de DWCNTs. Chaque résistor peut accueillir des nanotubes fonctionnalisés par une entité chimique différente afin de cibler un gaz spécifique, permettant ainsi une détection multiplexée. En raison de leur faible encombrement et la possibilité de les fabriquer sur tout type de substrat y compris des substrats souples, ces détecteurs pourraient être utilisés pour une large gamme d'applications et notamment les détecteurs de gaz portatifs et intégrés. La résistance électrique des résistors s'avère décroître avec la température suggérant une conduction électrique gouvernée par l'effet tunnel et les fluctuations au sein du tapis désordonné de nanotubes de carbone. Nous avons cependant montré dans ce travail que pour des applications réelles de détection de gaz, une régulation thermique des dispositifs n'est pas nécessaire car les variations de résistance engendrées par l'adsorption de molécules de gaz sont significativement plus grandes que les variations causées par de possibles fluctuations de température. Les dispositifs produits présentent un caractère métallique à température ambiante et pour des applications de détection de gaz nous avons sélectionné des dispositifs présentant des résistances inférieures à 100 kO. Le principe de base de la détection de gaz étant basé sur la mesure directe de la résistance électrique du dispositif, la consommation électrique de ces dispositifs reste faible (<1 µW). La réponse des dispositifs à base de nanotubes de carbone non fonctionnalisés aux analytes testés (éthanol, acétone, ammoniac et vapeur d'eau) est faible. Les nanotubes de carbone fonctionnalisés présentent quant à eux, une réponse modérée à la vapeur d'eau, à l'éthanol et à l'acétone mais montrent une sensibilité excellente à l'ammoniac. En particulier, les nanotubes de carbone oxydés se sont avérés capables de détecter des concentrations sub-ppm d'ammoniac en présence de vapeur d'eau en excès et à température ambiante et ont montré une grande stabilité dans le temps même pour des expositions de gaz répétées. Nous pensons que les groupes chimiques fonctionnels ancrés à la surface des nanotubes de carbone modifient les interactions entre les molécules de gaz et les nanotubes et que le transfert de charges induit provoque les modifications de la conductance électrique du système. / We have successfully fabricated gas sensors based on chemically functionalized double-wall carbon nanotubes (DWCNTs) using a robust and low cost process. The DWCNTs were synthesized by catalytic chemical vapor deposition (CCVD) method. They were then purified before functionalization (oxidation, amination, and fluorination). The sensor devices were fabricated by soft lithography using PDMS (Poly-DiMethylSiloxane) stencils and liquid phase pipetting of a suspension of chemically functionalized DWCNTs in deionized water, rinsing and finally drying in a nitrogen flow. Each device (1 cm x 2 cm) is equipped with a set of 7 DWCNT based resistors. Each resistor can accommodate a precise chemical functionalization for targeting a specific gas species, allowing a multiplexed (up to 7) detection. Due to their small size and the possibility to fabricate them on soft substrates, they could be used for many kinds of applications including wearable devices. The electrical resistance of the produced resistors turned out to decrease with temperature, suggesting fluctuations induced tunneling conduction through the disordered network of metallic nanotubes. However, we have shown in our work that for realistic applications, gas sensing can be achieved without any temperature regulation of our devices, because the variations of electrical conductance caused by gas molecules adsorption are significantly larger than those caused by possible temperature fluctuations. The as fabricated devices exhibit at room temperature a metallic conducting behavior. Devices with a resistance less than 100 kO were selected for gas detection. Because the sensing principle is based on the direct measurement of the resistance, our scheme ensures low power consumption (<1 µW). Raw (not functionalized) DWCNTs-based gas sensors exhibited a low sensitivity to the tested analytes, including ethanol, acetone, ammonia and water vapor. Functionalized DWCNTs-based gas sensors exhibited a moderate sensitivity to ethanol, acetone and water vapor but the response to ammonia, even in the presence of additional water vapor, was excellent. In particular, oxidized DWCNTs based gas sensors exhibited a high stability in the case of prolonged and repeated gas exposures. The oxidized DWCNTs gas sensors were also able to detect ammonia vapor at sub-ppm concentration in the presence of water vapor at high concentration.

Les matériaux électrochromes et électrofluorescents sont des matériaux dont les propriétés optiques peuvent être modulées par l’application d’un potentiel. La plupart de ces matériaux sont composés soit de polymères, de petites molécules organiques ou encore d’assemblages donneur-accepteur. L’anthraquinone est une petite molécule biosourcée catégorisée comme colorant, qui lorsqu’elle est fonctionnalisée permet une absorption de la lumière dans la région du visible. Elle présente des fonctions (carbonyle) qui peuvent subir des processus d’oxydo-réduction. Six dérivés d’anthraquinones ont été synthétisés sur lesquels ont été fixés diverses fonctions (amine, alcool, sulfure) sur des positions différentes du cycle aromatique (ortho et para). Dépendamment de la fonction fixée, les six dérivés présentent différentes absorptions (453 à 640 nm), mais toujours dans la région du visible. La caractérisation par électrochimie permet de connaître quels sont les processus réversibles et irréversibles. L’étude de la durée de vie en cyclage a pu montrer que tous les dérivés pouvaient être stables jusqu’à 300 cycles en phase de réduction (-0,81 à -1,54 V). Les propriétés électrochromiques des dérivés ont pu être démontrées par caractérisation spectroélectrochimique, suivie de leurs critères de performance électrochromique (113,3 à 781,2 cm².C-1). Il a été observé que les dérivés possèdent une certaine stabilité colorimétrique par la caractérisation en contraste optique (52,6 à 98,1 %). L’efficacité colorimétrique et la capacité électrochimique ont été calculées et ont permis de constater que certains dérivés étaient de très bons électrochromes. Certains dérivés de couleur jaune, cyan et magenta, ont permis de produire des mélanges binaires et tertiaires. Certains mélanges (tertiaires) démontraient jusqu’à huit transitions colorimétriques lors de l’application d’un potentiel passant de noir jusqu’à transparent. Des phénomènes d’émission ont été mesurés pour quelques dérivés les présentant. Tous les dérivés émissifs possèdent la propriété de solvatochromisme, permettant de moduler leur émission en fonction du solvant utilisé. Un seul dérivé a pu montrer des propriétés d’électrofluorescence. Dépendamment de la longueur d’onde d’excitation, soit l’émission subit des déplacements (hypsochromes et bathochromes), soit il y a désactivation de l’émission. Des calculs théoriques par DFT avec différents modèles ont permis une meilleure compréhension des phénomènes liés à la fonctionnalisation de l’anthraquinone. / The optical properties of electrochromic and electrofluorochromic materials can be modulated with an applied potential. Such organics materials are either molecular or polymer in structure and they usually have donor-acceptor constitutional components. Anthraquinone is a bio-based dye, which when functionalized, absorbs light in the visible region. Anthraquinone is also electroactive and it can be electrochemically reduced and oxidized. Six anthraquinone derivatives were synthesized to examine the effect of both the type of the heteroatom (amine, alcohol, and sulfide) and their regio-substitution on the opto-electronic properties. The absorption of the six anthraquinones varied between 453 and 640 nm in the visible region contingent on the heteroatoms and their regiosubstitution. The anthraquinones retained their reversible electrochemistry with the cathodic redox potential occurring between -0,81 and -1,54 V. The anthraquinones examined were electrochemically stable during 300 cycles of cathodic cyclic voltammetry. The electrochromic behavior of the anthraquinones was confirmed by spectroelectrochemistry and their electrochromic performance was evaluated. Electrochromic measurements confirmed the anthraquinones retained their coloration efficiency (113,3 to 781,2 cm².C-1) and contrast ratio (52,6 to 98,1 %) according to multiple spectroelectrochemical cycles. Leveraging color subtractive theory and the intrinsic primary colors of the anthraquinones (yellow, cyan, and magenta), the spectroelectrochemistry of binary and ternary mixtures of the anthraquinones was examined. Eight colorimetric transitions were possible with an applied potential, transitioning from a composite black color to colorless for the yellow + cyan + magenta ternary mixture. The fluorescence of the anthraquinones was solvatochromic with spectral shifts between 587 and 675 nm contingent on the solvent polarity. Only the 1,5-bis((2- hydroxyethyl)amino) anthraquinone was electrofluorochromic with its intrinsic weak emission being quenched with an applied negative potential. DFT calculations with different functionals helped understand the opto-electronic properties of the functionalized anthraquinones.

Ce travail de thèse est consacré à l'utilisation de nanotubes de carbone monocouches (SWNTs) comme agent structurant, ainsi qu'au greffage covalent de SWNTs en vue de modifier leurs propriétés de surface. La première partie traite de l'emploi de SWNTs comme agent structurant dans la synthèse, par voie hydrothermale, d'aluminosilicates mésoporeux de type MCM-41. Les composites qui en résultent sont caractérisés par microscopie électronique, diffusion Raman, diffraction des rayons X et adsorption-désorption de N2. La microscopie à transmission a permis d'observer la présence de nanotubes isolés au sein des mésopores, mais la structure des composites n'est pas encore clairement élucidée. La deuxième partie aborde la fluoration de SWNTs par F2. Les évolutions spectroscopiques de buckypapers fluorés sont suivies en fonction de stoechiométries CnF croissantes. La bonne solubilité des fluorotubes C2F dans l'isopropanol est mise en évidence par microscopie à force atomique (observation d'une majorité de tubes isolés, et non pas de fagots). La réaction de défluoration, utilisant l'hydrazine, a été étudiée par diffusion Raman, d'abord sur des fluorotubes en solution, puis sur des fluorotubes isolés préalablement déposés sur une surface. Les évolutions des modes radiaux observées après défluoration sont expliquées par l'effet fagot. Le dernier chapitre traite du greffage de groupes aryles sur des SWNTs, par réduction électrochimique de sels de diazonium. Des films minces de nanotubes sont employés comme électrode de travail dans un montage à potentiel constant. Les greffages de groupes 4-bromophényles, 4-carboxyphényles et 4-chlorométhylphényles ont été caractérisés par spectroscopies de diffusion Raman et de photoélectrons X. La possibilité d'effectuer des couplages entre les aryles greffés et d'autres groupes a été explorée sur les nanotubes fonctionnalisés par les 4-chlorométhylphényles (substitutions nucléophiles par des amines et diamines).