La performance des dispositifs moléculaires, tels que les cellules solaires ou des diodes électroluminescentes, peut être optimisée en contrôlant l’organisation des composantes des couches actives. Les fullerènes et leurs dérivés sont souvant utilisés dans des dispositifs photovoltaïques pour leurs propriétés électro-acceptrices et conductrices. Il est donc important de concevoir des structures moléculaires pouvant interagir avec les unités fullerène et ainsi de diriger leur organisation. Le caractère électro-accepteur et la forme convexe des fullerènes favorisent le choix d’un partenaire de surface complémentaire : électro-donneuse et concave. Le phosphangulène, une triarylphosphine hexacyclique qui répond à ces critères et est aisément fonctionnalisable, a été choisi comme structure de base pour la synthèse des cibles. La présente thèse décrit la synthèse et la structure des dérivés du phosphangulène et des cocristaux obtenus avec les fullerènes au travers de quatre articles soumis au courant de ce doctorat. Le premier article décrit la synthèse des dérivés chalcogénures du phosphangulène. Ces dérivés-ci présentent de nombreux polymorphes, résultant en de bons candidats pour la cocristallisation. Le second article se concentre sur les cocristaux de ces dérivés chalcogénures avec le C60 et le C70. Dans le troisième article, nous décrivons les complexes obtenus par la coordination du phosphangulène sur des métaux de transition. Enfin, dans le quatrième article, nous parlons des sels du µ-nitrido-bis(phosphangulène), un cation organique où deux unités phosphangulène sont pontées par un atome d’azote, ainsi que des cocristaux résultant de la combinaison de ce ligand pontant et du C60. / The performance of molecular devices such as solar cells or light-emitting diodes can be optimized by controlling how the active-layer components are organized. Fullerenes and their derivatives are often used in photovoltaic devices for their electron-accepting and conductive properties. It is therefore important to design molecular structures that can interact with fullerene units and thus direct their organization. The electron-accepting character and convex shape of fullerenes favor the choice of a partner with a complementary surface that is electron-donating and concave. Phosphangulene, a hexacyclic triarylphosphine that meets these criteria and is easily functionalizable, was chosen as the basic structure for synthesizing targets. This thesis describes the synthesis and structure of phosphangulene derivatives and their cocrystals obtained with fullerenes through four articles submitted during this doctorate. The first article describes the synthesis of chalcogenide derivatives of phosphangulene. These derivatives have many polymorphs, resulting in good candidates for cocrystallization. The second article focuses on cocrystals of these chalcogenide derivatives with C60 and C70. In the third article, we describe the complexes obtained by the coordination of phosphangulene with transition metals. Finally, in the fourth article, we talk about the salts of μ-nitrido-bis (phosphangulene), an organic cation where two phosphangulene units are bridged by a nitrogen atom, as well as the crystals resulting from the combination of this bridging ligand and C60.

Ce travail de thèse concerne l'étude théorique des mécanismes d'interaction de nanostructures à base de carbone avec les membranes cellulaires, constituant l'essentiel des cellules vivantes. Ce sujet très complexe compte tenu de la pluridisciplinarité de la thématique a été essentiellement réalisé à l'aide de simulations numériques. Nous avons volontairement partagé ce travail en deux parties distinctes. Nous avons d'abord étudié le fonctionnement des canaux ioniques à l'aide de la dynamique moléculaire et des études ab-initio. Ces canaux sont d'une part des protéines membranaires essentielles pour la fonction cellulaire, et d'autre part, elles constituent aussi des cibles thérapeutiques fréquentes dans la recherche des nouveaux médicaments. Dans une seconde partie, nous avons étudié le comportement d'espèces carbonées nus et fonctionnalisés tels que les fullerènes (C60) et les nanotubes (CNT) en présence de la membrane cellulaire en analysant finement le mécanisme d'ingestion (ang. uptake) de ces vecteurs de médicaments potentiels par les membranes biologiques. Ces études en dynamique moléculaire sur des temps très longs (sub-1 μs) et sur des systèmes très vastes étaient aussi le challenge du point de vue informatique. Pour palier la problématique dans le temps limitée d'une thèse le développement des calculs parallèles de haute performance CPU/GPU a du être mis en place. Les résultats obtenus tentent de mettre en évidence le rôle toxique que peuvent présentées certaines nanostructures vis-à-vis des protéines membranaires précédemment étudiées. Ce travail de thèse ouvre naturellement la voie à l'étude des nanovecteurs biocompatibles pour la délivrance des médicaments.