Les travaux de cette thèse portent sur la synthèse et les études en photoluminescence de nouveaux complexes de métaux de transitions (Ir(III), Pt(II), Pd(II)). Le principal objectif est d’obtenir de nouveaux matériaux phosphorescents pour des applications telles que les diodes organiques électroluminescentes (OLEDs) ou la bio-imagerie. L’incorporation de chromophores tels que le pyrene et le naphtalimide au complexe fac-Ir(thpy)3 sera tout d’abord présenté. La synthèse par activation C–H de ces nouveaux complexes sera également étudié. De nouveaux complexes organométalliques ultra-rigides seront ensuite développés. La synthèse ainsi que les analyses en photoluminescence de complexes tetradentate de platine et de palladium seront ensuite décrits. Enfin, une analyse de nouveaux complexes d’iridium comportant des ligands benzimidazoles (iso)-quinoline et bis-benzimidazole sensibles aux variations de pH sera faite. / The work of this thesis is focused on the synthesis and the photoluminescence studies of new 3 raw transition metal complexes (Ir(III), Pt(II), Pd(II)) . The main objective is to obtain new phosphorescent materials for applications such as organic light emitting diodes (OLEDs) and bio- imaging. The incorporation of chromophores such as pyrene and naphthalimide into fac-Ir-(thpy)3 complex will first be presented. The synthesis, by C–H activation, of the new complex will also be studied. New ultra-rigid organometallic complexes will then be developed. The synthesis and the photoluminescence analysis of these tetradentate platinum and palladium complexes will be described. Finally, a study of new iridium complexes incorporating benzimidazoles (iso)-quinoline and bis-benzimidazole ligands sensitive to pH variations will be made.

Mes travaux de thèse se sont portés sur la synthèse d'hélicènes organométalliques et hétéroatomiques, et se divisent suivant trois axes majeurs. Le premier sujet est l'étude des hélicènes avec un centre métallique redox. Nous avons introduit un motif chimique contenant un atome de fer sur l'hélicène connecté par une liaison C≡C. Dans ce sujet, nous avons étudié les propriétés chiroptiques avec le changement d'état redox du centre métallique. Pour cela, nous avons utilisé des techniques spectroscopiques chiroptiques comme le dichroïsme circulaire vibrationnel, le spectre d'activité optique Raman qui opèrent dans la région infrarouge. Le deuxième sujet est l'étude d'hélicènes avec un centre rédox et un centre photochrome. Nous avons introduit l'hélicène sur un bloc chimique contenant du ruthénium connecté par liaison une C≡C, puis introduit le motif photochrome DTE (dithiényléthène) sur le ruthénium. La molécule contient donc trois parties : un centre chiral, un centre rédox et un centre photochrome. Dans ce sujet, nous avons étudié l'activité d'interrupteur chiroptique provoquée par un stimulus redox et/ou par la lumière. Le troisième sujet est l'étude de platinahélicènes et de borahélicènes qui sont issus de l'incorporation d'un ou deux platinacycles ou cycles azaboroles dans le squelette de l'hélicène. Dans ce sujet, nous avons examiné les propriétés optiques et chiroptiques, et étudié l'influence du nombre de cycles et du nombre d'hétérocycles. Ces produits ont également révélé des propriétés d'émission et de la luminescence polarisée circulairement. / My PhD work has focused on the synthesis of organometallic and heteroatomic helicenes and is separated into three subjects. The first subject is the study of helicene with one redox metal center. We have introduced a building block containing an iron atom on the helicene connected by a C≡C bond. In this subject, we have studied the chiroptical properties with the change of the redox state of the metal center. Besides, we have used the techniques of chiroptical spectroscopies such as the vibrational circular dichroism, the Raman optical activity which occur in the infrared region. The second subject is the study of helicenes with one redox center and one photochromic center. We have introduced the helicene on the ruthenium building block, and then introduced a photochromic unit DTE (dithienylethene) on the ruthenium through C≡C bonds. This molecule contains three parts: one chiral center, one redox center and one photochromic center. In this subject, we have studied the redox- and/or light-triggered chiroptical switching activity. The third subject is the study on the platinahelicenes and borahelicenes which show one or two platinacycles or azaborole cycles incorporated in the helicene skeleton. In this subject, we have studied the optical and chiroptical properties, and also studied the influence of the number of cycles and number of the heterocycles. These compounds are also studied in the emission properties and circularly polarized luminescence.

Les Metal-Organic Frameworks résultent de l’organisation de clusters métalliques et demolécules organiques chélatantes qui forment un réseau cristallin poreux. Leur découverte apermis des avancées majeures dans le domaine du stockage et de la séparation des gaz.Malheureusement la faible stabilité et l’acidité modérée de ces matériaux ne les rendent quepeu compétitifs par rapport aux zéolites dans le domaine du raffinage ou de la dépollution. Ils’agit d’explorer, avec ces matériaux, de nouvelles applications catalytiques en tirant partie deleur principale qualité : leur modularité. En effet le large choix de métaux, de ligands, ainsique la post fonctionnalisation de ces derniers permet la synthèse contrôlée de matériauxpossédant des propriétés de flexibilité, de confinement ainsi qu’un environnement chimiquesimilaire à celui des sites actifs des enzymes. Ce travail s’inspire du procédé catalytique desenzymes pour obtenir des MOFs hautement sélectifs en conditions douces. Nous décrivons ledéveloppement de méthodes pour encapsuler des catalyseurs organométalliques dans despores calibrés afin de modifier la sélectivité d’une réaction d’oxydation et stabiliser lecatalyseur. Quatre MOFs supportant des groupes amino ont été synthétisés afin de permettreleur post fonctionnalisation. Les propriétés de flexibilité ainsi que la distribution des sitespotentiellement actifs du MOF MIL-53 ont également été contrôlés grâce à lafonctionnalisation partielle de la structure. Enfin ces amino MOFs furent post fonctionnalisésen isocyanate en deux étapes afin d’améliorer la réactivité de la structure et de permettre legreffage de diverses amines. Ces outils pourraient permettre à court terme la conception deMOFs dont les pores ont un environnement semblable aux metalloenzymes. / MOFs are generated from the association of metallic clusters connected by organic linkers toform crystalline porous materials. Their discovery was a breakthrough in the domain ofseparation and gas storage. Unfortunately, MOFs have a low stability and moderate acidityand cannot compete with zeolites for use in industrial catalysis. To design a viable MOFcatalyst, we can take advantage of its almost infinite possibility of customisation. Indeed, alarge choice of metal, linkers or post synthetic modifications allow the creation ofenvironments similar to the active sites of enzymes and can lead to the synthesis of solidswith analogue flexibility or “molecular recognition” properties. This work takes inspirationfrom enzymes to mimic their ability to catalyse reactions with high chemio-, region- andenantio-selectivity in mild conditions. We developed a method for the encapsulation oforganometallic complexes in the large pore of MOF MIL-101. The selectivity of an oxidationreaction was modified and the catalyst was stabilised within the MOF. In addition, four aminofunctionalized MOFs were synthesized as starting materials for post functionalization. Theirflexibility and the active site distribution were controlled by the use of a “mixed linker”strategy: functionalized linkers were diluted with unfunctionalized ones during the synthesis.Lastly, these amino-MOFs were post-functionalized in two steps in isocyanate in order toameliorate the structure reactivity and allow for the grafting of a large range of amines. Thiswork brings the tools for the synthesis of potential “artificial enzymes”.

La catalyse constitue un élément clé en synthèse chimique et la recherche actuelle tend à rendre les procédés catalytiques plus propres dans le contexte de la chimie verte. Dans cet esprit, cette thèse a impliqué la recherche de catalyseurs nanoparticulaires utilisés en milieu aqueux, sans ligand toxique et en très faible quantité. La synthèse des nanoparticules (NPs) catalytiques a utilisé des ions des éléments de transition de la droite du tableau périodique et des réducteurs capables de réduire rapidement ces cations en atomes de degré d’oxydation nul s’agrégeant en petites NPs métalliques très actives en catalyse. Les réducteurs choisis ont été des composés réservoirs d’électron organique (naphthyl sodium) ou organométalliques (complexes sandwichs à 19 électrons de valence du fer tel que [Fe(I)Cp*(ŋ6-C6Me6)] ou du cobalt tel que [Co(II)Cp*2], (Cp* = ŋ5-C5Me5)). Les supports limitant l’agrégation des NPs métalliques ont été le solvant (polyéthylène glycol, 1ère partie de la thèse), les cations des réservoirs d’électron organométalliques (2ème partie de la thèse) ou un réseau zéolitique imidazolate (MOF de type ZIF-8, 3ème partie de la thèse). Au lieu d’un cation métallique, il a aussi été possible d’utiliser un cluster tel que [Au25(SR)18] (R = CH2CH2Ph) comme précurseur, auquel cas la réduction peut se limiter à un simple transfer d’électron produisant un cluster anionique stabilisé par le contre-cation sandwich encombré du réservoir d’électron. Les petites NPs ainsi stabilisées se sont avérées d’excellents catalyseurs “verts” de plusieurs réactions de couplage C-C ou C-N et de production d’hydrogène par hydrolyse d’hydrures métalliques en milieu aqueux dans des conditions très douces. Cette dernière réaction a été efficacement catalysée par des NPs bimétalliques Ni2Pt NP@ZIF-8 avec une synergie spectaculaire entre les deux métaux. / Catalysis is a key element in chemical synthesis, and current research is focusing on making catalytic processes cleaner in the context of green chemistry. In this spirit, this thesis involves the research of nanoparticle (NP) catalysts used in aqueous medium, without toxic ligand and in very small quantities toward a variety of useful processes. The synthesis of the catalytic NPs used cations of the transition elements of the right of the periodic table and of reducing agents capable of rapidly reducing these cations to atoms of zero oxidation state aggregating into small catalytically active metal NPs. The chosen reducing agents were organic (naphthyl sodium) or organometallic (19-electron) sandwich complexes of iron such as [Fe(I)Cp*(ŋ6-C6Me6)] or cobalt such as [Co(II)Cp*2], (Cp* = ŋ5-C5Me5)) used as electron reservoirs. The supports limiting the aggregation of the metal NPs were the solvent (polyethylene glycol, first part of the thesis), the cations of the organometallic electron reservoirs (2nd part of the thesis) or a zeolitic imidazolate framework (MOF of ZIF-8 type, 3rd part of the thesis). Instead of a metal cation, it has also been possible to use a cluster such as [Au25(SR) 18] (R = CH2CH2Ph) as a precursor, in which case the reduction was limited to a simple electron transfer producing an anionic cluster stabilized by the congested sandwich counter cation of the electron reservoir. The small NPs thus stabilized proved to be excellent "green" catalysts for several C-C or C-N reactions and hydrogen production by hydrolysis of metal hydrides in an aqueous medium under very mild conditions. This latter reaction was efficiently catalyzed by Ni2Pt@ZIF-8 bimetallic NPs with a spectacular synergy between the two metals.

Ces travaux de recherche présentés ici traitent de la synthèse d’une nouvelle classe d’assemblages de coordination de platine luminescents. En raison du savoir-faire du groupe, deux stratégies ont été suivies: (i) La première approche consiste en l’auto-assemblage d’une nouvelle famille de métallocages de platine de formule [Pt2L4][OTf]4 contenant divers ligands bidentés rigides. Les structures moléculaires de plusieurs complexes ont été déterminées. Les propriétés d'absorption et d'émission de ces assemblages ont été étudiées. De plus, la cage Pt2L4 (L=5-methoxy-1,3-bis(pyridin-3-ylethynyl)benzène) a montré des propriétés intéressantes en tant que molécule hôte envers une série de complexes métalliques plan-carrés agissant comme invités. Remarquablement on a déterminé la structure moléculaire d’un rare exemple dans lequel l’anion complexe dithiobenzène or(III) [Au(bdt)2]-1 a été encapsulé. Le comportement en solution a également été déterminé. De plus (ii) dans une seconde approche, on a décrit la synthèse d’un unique type d’assemblages de platine luminescents contenant un nouvel organométalloligand comportant une fonction chirale. L’organométalloligand permet un contrôle précis de la chiralité de l’assemblage au niveau supramoléculaire aussi bien que la modulation des interactions intermoléculaires Pt···Pt et π-π. En effet, plusieurs structures moléculaires analysées par diffraction des rayons X, ont été obtenues et confirment ce comportement. Les propriétés de luminescence de ces composés ont été étudiées en solution et à l’état solide. Elles ont montré que ces composés agissent en tant qu’intenses émetteurs rouges avec de bons rendements quantiques. De plus les propriétés chiroptiques de ces complexes de platine énantiopurs ont été étudiées aussi bien que leurs propriétés de luminescence par lumière polarisée. / The PhD research work presented herein deals with the synthesis of novel class of luminescent coordination platinum assemblies. Owing to the now-how of the group two strategies were followed: (i) The first approach consists in the self-assembly of novel family the platinum metallacages of the formula [Pt2L4][OTf]4 containing various rigid bidentate ligands. The molecular structures of several complexes were determined. The absorption and emission properties of these metallacages were investigated. Moreover the Pt2L4 (L = 5-methoxy-1,3-bis(pyridin-3-ylethynyl)benzène) showed interesting properties as host molecule towards a series of square planar metal complexes acting as guests. Remarkably the molecular structure of a rare host-guest system in which the anion dithiobenzene gold(III) complex [Au(bdt)2]-1 was encapsulated is determined. The solution behavior was also investigated. Moreover (ii) in a second approach the synthesis of a unique type of luminescent platinum assemblies containing a novel organometalloligand bearing chiral function is described. The organometalloligand allows a fine control of the chirality of the assemblies at the supramolecular level as well as the modulation of the intermolecular Pt···Pt and π-π interactions. Indeed several X-ray molecular structures were determined and confirmed this behavior. The luminescent properties of these compounds were investigated in solution and in solid state and showed that these compounds act as deep red emitters with good quantum yields. Furthermore the chiroptical properties of the enantiopure platinum complexes were investigated as well as their circular polarized luminescence (CPL) properties.

Le but de ce travail de thèse était de développer de nouvelles familles de ligands polyfonctionnels pour étudier, dans un premier temps, leur chimie de coordination vis-à-vis de métaux de transition et, dans un second temps, en fonction des espèces formées, leurs propriétés physiques (magnétiques par exemple) et/ou catalytiques. L’évaluation de leur potentiel pour la formation de nouveaux matériaux ou la fonctionnalisation de supports métalliques faisait également partie intégrante des objectifs de cette thèse. De ce fait, chaque ligand a été fonctionnalisé avec des groupements adaptés à l’ancrage sur surfaces, comme des fonctions zwitterioniques ou des thio-éthers. / The aim of this thesis was to develop new families of polyfunctional ligands to study their coordination chemistry towards transition metals and, depending on the products formed, to investigate their physical (e.g. magnetic) and / or catalytic properties. The evaluation of their potential for the formation of new materials as well as for the functionalization of metal surfaces was also part of the objective of this thesis. Therefore, each ligand has been functionalized with groups suitable for the anchoring on metallic surfaces, such as zwitterionic or thioethers moieties.

Cette thèse présente le greffage de complexes organométalliques sur des anions hydroxyborates. Ces ligands originaux sont susceptibles de conférer des propriétés particulières à la sphère de coordination du métal. Leur caractère anionique pourrait permettre l'immobilisation des catalyseurs dans une phase liquide ionique. La majeure partie des travaux a porté sur la réactivité des anions hydroxyborates avec les métaux du groupe IV de la classification périodique. Les complexes alkyles du zirconium et de l'hafnium réagissent avec la fonction hydroxyle de l'anion par protonolyse de la liaison métal-alkyle. La résolution par diffraction des rayons X de la structure des complexes métallocènes [Cp2MMe(OB(C6F5)3)]- [PPN]+ (M = Zr et Hf) a confirmé la nature covalente des liaisons M-O et B-O et donc l'intérêt des anions hydroxyborates comme ligands de complexes organométalliques. Cette réactivité a ensuite été déclinée sur différents précurseurs du zirconium et de l'hafnium. Le complexe ionique [Ti(OiPr)3(OB(C6F5)3]-[PPN]+ a été synthétisé à partir d'un complexe alkoxy du titane par une réaction d'échange de ligands. Ce complexe activé par le triéthylaluminium dimérise sélectivement l'éthylène en butène-1 en milieu liquide ionique. L'extension du concept à d'autres métaux de la classification périodique : aluminium, fer, molybdène, a été abordée. Deux complexes anioniques du molybdène ont notamment été isolés et sont des catalyseurs de métathèse des oléfines / This thesis presents the use of hydroxyborate anions as anchors for organometallic complexes. These original ligands might confer particular properties to the coordination sphere of the metal. Their anionic nature might also allow the immobilization of catalysts in ionic liquids. The main part of this work dealt with the reactivity of hydroxyborate anions with group IV metals. Zirconium and hafnium complexes reacted with the hydroxyl function of the anion by protonolysis of the metal-alkyl bond. Resolution of the structure of metallocene complexes [Cp2MMe(OB(C6F5)3)]-[PPN]+ (M = Zr and Hf) by X-Ray diffraction confirmed the covalent nature of M-O and B-O bonds and so the relevance of hydroxyborate anions as ligands for organometallic complexes. Then, this reactivity was extended to different zirconium and hafnium precursors. The ionic complex [Ti(OiPr)3(OB(C6F5)3)]- [PPN]+ was synthesized from an alkoxy titanium complex by a ligand exchange reaction. This complex activated by triethylaluminium selectively dimerized ethylene into 1-butene in ionic liquids. Extension of the concept to other metals such as aluminum, iron and molybdenum, was studied. Two anionic molybdenum complexes were isolated and are catalysts for olefin metathesis

La combrétastatine A-4 (CA-4) est une molécule naturelle qui perturbe sélectivement la vascularisation tumorale en se fixant sur la tubuline. Ce composé sous sa forme phosphate est actuellement en développement clinique de phase III et est indiqué dans le traitement du cancer de la thyroïde et de sarcomes aux Etats-Unis. Au sein de notre laboratoire, nous avons identifié et synthétisé un analogue structural simple de la CA-4 : l’isocombrétastine A-4 (isoCA-4) qui conserve l’activité biologique de la CA-4 et est dénuée de problème d’isomérisation lui conférant ainsi une stabilité accrue par rapport à la CA-4.L’objectif de cette thèse a été d’étudier le métabolisme de l’isoCA-4. L’identification et la synthèse des métabolites ont été réalisées avec succès en collaboration avec une équipe de chercheurs Italiens. La suite de ce travail a été tout d’abord dédiée à la synthèse d’analogues de l’isoCA-4 portant le motif N-méthylamine ou N-propylamine à la jonction des cycles A et B. Parmi les composés synthétisés, les diarylamines 3-15 et 3-20 présentent des activités biologiques in vitro similaires à celles de l’isoCA-4. Il nous paru aussi intéressant dans une troisième partie de remplacer le cycle A de l’isoCA-4 par un noyau hétérocyclique retrouvé dans de nombreuses molécules biologiquement actives. Les résultats préliminaires de cytotoxicité et d’inhibition de la polymérisation de la tubuline sont extrêmement prometteurs. / Combretastatin A-4 (CA-4) is a natural molecule that selectively disrupts tumor vasculature by binding to tubulin. Its phosphate prodrug is currently in clinical phase III and is indicated in the treatment of thyroid cancer and sarcomas in USA.In our laboratory, we have identified and synthesized a structural analogue of CA-4 named isocombretastatin A-4 (isoCA-4) that retains the biological activity of CA-4 and is devoid of isomerization problems that increased its stability.The aim of this thesis was first to study the isoCA-4 metabolism. Identification and synthesis of metabolites were successfully achieved in collaboration with an Italian team. Then, in a second part, we synthesized a novel series of analogues isoCA-4 having a N-methylamine or N-propylamine link between the A- and B-rings. Among these compounds, diarylamines 3-15 and 3-20 display in vitro biological activities comparable to those of isoCA-4. Iin a third party, we have replaced the A-ring of isoCA by an heterocyclic ring which was found in many bioactive molecules. Preliminary results including cytotoxicity and inhibition of tubulin polymerization are extremely promising.

Les amphidinolides C et F sont des macrocycles isolés de dinoflagellés Amphidinium sp. vivant en symbiose avec des plathelminthes Amphiscolops sp.. Ces amphidinolides ont montrés des activités cytotoxiques importantes sur des lignées de cellules KB et L1210. Au vu du potentiel thérapeutique intéressant et de l’architecture complexe de ces substances naturelles, un programme de synthèse totale a été initié. Dans ce manuscrit, différentes approches pour la construction de ces produits naturels sont détaillées, les principaux défis étant la création efficace de motifs 2,5-Trans THF, l’incorporation de motifs diénique par des méthodes catalytiques et le contrôle des centres asymétriques grâce à des époxydes chiraux. / Amphidinolides C and F are macrocyles isolated from dinoflagellates Amphidinium sp., which are living in symbiosis with marine flatworms Amphiscolops sp.. Those amphidinolides had shown an important cytotoxic activity against KB and L1210 cell lines. Due to promising therapeutical potential and complex framework of these natural products, a total synthesis program had been initiated. In this manuscript, different approaches for the construction of these natural targets are detailed. The main challenges were the efficient formation of 2,5-Trans THF, incorporation of dienic moieties by catalytic processes and the installation of chiral centers through chiral epoxyde chemistry.

Une série de calixarènes portant une unité imidazolium ou deux, en conformation cône ont été synthétisés et caractérisés par différentes méthodes. Ces sels chargés positivement constituaient des précurseurs de carbènes N-hétérocycliques pour la synthèse de complexes de nickel correspondants. Les complexes Ni-NHC-calix[4]arènes obtenus ont été testés dans la catalyse de la réaction de couplage croisé de Suzuki-Miyaura. Des moyennes à bonnes conversions ont été obtenues selon l’espacement du centre métallique de la cavité calixarénique, ainsi que le nombre de centre métallique présents sur la même plateforme. / A series of new calix[4]arenes bearing one or two imidazoliums units in the lower rim were synthesized as precursors of N-heterocyclic carbenes for the synthesis of the corresponding nickel complexes. All products obtained were characterized by NMR spectroscopy, microanalysis and mass spectroscopy and was revealed to be in cone conformation. The application of Ni-NHC-calix[4]arene in Suzuki-Miyaura cross coupling showed moderate to good conversions. This is been depending on the length of the alkyl chain and the number of the catalytic centers grafted on the platform.