π-Conjugated organic materials have gained much attention and proven useful in multiple optoelectronic applications such as nonlinear optics, organic light-emitting diodes, organic solar cells, and organic field-effect transistors due to their low cost, facile synthesis, light weight, fine tunability, high processibility and mechanical flexibility. Particularly, molecular designs of π-conjugated systems featuring electron donors and acceptors (donor-acceptor systems), or just electron-deficient moieties (acceptor materials) are essential and valuable in realizing critical properties that are desirable for a wide range of optoelectronic materials, such as nonlinear optical materials, thermally activated delayed fluorescence emitters, solar harvesting materials and organic n-type semiconductors. Pentafluorosulfanyl (SF5) is a strong electron-withdrawing group that can certainly be applied in the structural designs of donor-acceptor systems and acceptor materials. Along with its strongly electron-withdrawing nature, SF5 is also sterically bulky, chemically/thermally robust and hydrophobic/lipophilic, rendering it unique among electron-withdrawing groups and highly desirable in various optoelectronic materials. However, the SF5 group was only adopted sporadically in a small number of optoelectronic materials and its potential in a wide range of other optoelectronic materials remained largely untapped. Therefore, this thesis aims to investigate the potential of SF5 in a wider variety of molecular designs for novel optoelectronic materials. Specifically, Chapter One provides a brief overview of optoelectronic materials and covers the potential and reported application of SF5 in the molecular designs for different optoelectronic organic materials. Chapter Two will discuss the synthesis of five SF5-containing push-pull dyes and their photophysical properties, particularly their large two-photon absorption characters. In Chapter Three, two styrenic polymers bearing the polar SF5 groups are synthesized and utilized as charge-storage electrets in nonvolatile organic field-effect transistor memory devices. Also, their superior memory device performance to other polar styrenic polymers will be revealed. Chapter Four elaborates the synthesis of a series of SF5-functionalized ullazine derivatives, with the success of synthesis ascribed to the chemical and thermal robustness of SF5. Additionally, the photophysical and electrochemical properties of these SF5-functionalized ullazine derivatives will be investigated, and their potential application in dye-sensitized solar cells will be examined. Finally, in Chapter Five, the work presented in Chapters Two through Four, as well as the previously reported work on SF5-containing optoelectronic materials (in Chapter One), is summarized. In addition, the future scope of SF5 in optoelectronic materials will be proposed as well.

Grâce à ses propriétés uniques, le groupement pentafluorosulfanyle (SF5) a récemment retenu beaucoup d'attention. Ce substituant encombrant, hautement lipophile et électro-attracteur est souvent considéré comme un "super groupement trifluorométhyl". Aujourd’hui, la chimie de groupement SF5 est un domaine de la chimie du fluor qui se développe rapidement, et les méthodologies de synthèse des nouveaux « building-blocks » pentafluorosulfanylés sont constamment développées. Néanmoins, les méthodes permettant l'introduction du groupement SF5 dans les hétérocycles restent encore assez limitées. L’objectif de cette thèse était de synthétiser des nouveaux « building-blocks » pentafluorosulfanylés, d’une part, et de développer des nouvelles approches synthétiques, conduisant à des hétérocycles azotés originaux, substitués par un groupement SF5, d’autre part. Dans la première partie de notre travail, nous avons développé une synthèse en 4 étapes, conduisant à de nouveaux esters et amides acryliques substitués par un groupement SF5, à partir des dérivés commerciaux de l’acetate allylique. En utilisant la même stratégie, quelques nouveaux allylsilanes pentafluorosulfanylés ont été synthétisés. Nous avons aussi développé une réaction d’allylation des aldéhydes, catalysée par indium, en utilisant le bromure SF5-allylique, conduisant aux alcools alpha- et gamma-homoallyliques correspondants.Dans la deuxième partie, deux stratégies différentes pour la synthèse de nouveaux hétérocycles SF5-substitués, ont été explorées. La première était la fluoration directe des thiols ou disulfures hétérocycliques, suivant la procédure de Umemoto. La deuxième approche était basée sur les réactions de cycloaddition de nos "building-blocks" pentafluorosulfanylés. Ainsi, nous avons développé avec succès la synthèse des premières pyrrolidines et isoxazolidines pentafluorosulfanylées. Enfin, des post-fonctionnalisations des SF5-pyrrolidines ont été effectuées, conduisant aux plusieurs "plateformes" pentafluorosulfanylées qui pourraient être facilement incorporées dans les molécules d’intérêt biologique. / Due to its unique properties, the pentafluorosulfanyl (SF5) group has recently reached much attention. This bulky, highly lipophilic and electron-withdrawing substituent is often called as a “super-trifluoromethyl group”. Currently, the SF5-chemistry is becoming a fast growing field of the fluorine chemistry and the new pentafluorosulfanylated building-blocks are under continuous development. Nevertheless, the methods for the introduction of the SF5-group into heterocycles remain still quite limited.The aim of this thesis was to synthesize new pentafluorosulfanylated building-blocks, on the one hand, and to develop new synthetic approaches leading to original pentafluorosulfanylated nitrogen-containing heterocyles, on the other hand.In the first part of our work, we have developed an efficient four-step synthesis of new SF5-acrylic esters and amides, starting from commercially available allyl acetate derivatives. Using the same strategy, several new pentafluorosulfanylated allylsilanes were synthesized. We have also developed an In-mediated allylation reaction of aldehydes, using the SF5-allyl bromide, leading to the corresponding pentafluorosulfanylated alpha- and gamma-homoallylic alcohols.In the second part, two different strategies for the synthesis of new SF5-substituted heterocycles were explored. The first one was the direct fluorination of heterocyclic thiols or disulfides, according to the Umemoto’s procedure. The second approach was based on the cycloaddition reactions of our pentafluorosulfanylated building-blocks. As a result, we have successfully developed the synthesis of the first SF5-substituted pyrrolidines and isoxazolidines. Finally, post-functionalizations of SF5-pyrrolidines were performed, leading to several pentafluorosulfanylated scaffolds which could be easily introduce into molecules of biological interest.

Organická elektronika a bioelektronika zažívá v moderním věku obrovskou snahu o vývoj nových organických materiálů s vlastnostmi, které běžná elektronika na bázi křemíku obvykle nedosahuje. Tato práce se zabývá syntézou a charakterizací nových organických materiálů pro organickou elektroniku. Zaobírá se přípravou nových pentafluorsulfanylových heterocyklických stavebních bloků, alkylovaných vysokoúčinných organických pigmentů a bioinspirovaných organických -konjugovaných materiálů s modifikovatelnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi a racionálními syntetickými přístupy k jejich přípravě. Pentafluorsulfanylová skupina (SF5) je ceněna pro svou vysokou elektronegativitu, lipofilitu, tepelnou a chemickou stabilitu. Pozitivně ovlivňuje optické a elektronické vlastnosti, rozpustnost a stabilitu v často lepší míře než u zavedených CF3-analogů. Šesti a čtyřkrokovou syntézou byly připraveny dva typy derivátů 3-SF5-substituovaných pyrrolidinů, které mohou sloužit jako všestranné stavební jednotky pro začlenění do pokročilých aromatických a heteroaromatických -konjugovaných systémů prostřednictvím atomů dusíku jako fluorované terminální skupiny. Modelový derivát byl zaveden jako terminální skupina do elektronově chudého heteroaromatického systému nukleofilní substitucí. Vodíkovými můstky vázané vysokovýkonné organické pigmenty přitahují velkou pozornost díky svým působivým polovodivým vlastnostem, silné 2D molekulární asociaci, vysoké tepelné, chemické a fotochemické stabilitě a nízké toxicitě. Přesto jsou pouze omezeně rozpustné a zpracovatelné, což lze vyřešit zavedením solubilizačních skupin. Je známo, že obzvláště objemné rigidní skupiny nesoucí adamantyl zlepšují uspořádání molekulární struktury, tepelnou stabilitu a výsledné vlastnosti díky samoorganizační schopnosti adamantanu. Adamantylmethylová a adamantylethylová skupina byla zavedena do vybraných barviv a pigmentů ze skupiny karbonylových azaacenů, rylen-diimidů a indigoidů pomocí nukleofilní substituce se zaměřením na zvýšení rozpustnosti a zpracovatelnosti při zachování tepelné stability a efektivní molekulární organizaci v pevné fázi. Fyzikálně-chemické studie série derivátů quinacridonu a epindolidionu ukázaly srovnatelnou, nebo vyšší tepelnou stabilitu než u nesubstituovaných derivátů, dobrou rozpustnost v organických rozpouštědlech, silnou fluorescenci v pevné fázi a roztoku v oblasti VIS a unikátní krystalovou strukturu pozorovanou z RTG analýzy. Flaviny jsou všudypřítomné bioinspirované organické materiály s nepostradatelnými biologickými funkcemi, výhodnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi, chemickou a aplikační všestranností. Cílem práce byla modifikace optických, elektronických, elektrochemických, tepelných a dalších vlastností rozšířením -konjugovaného systému syntetizovaných materiálů. V první fázi byly navrženy dva syntetické přístupy pro přípravu série NH-nesubstituovaných flavinů, u kterých byly provedeny komplexní fyzikálně-chemické studie. Poté byly navrženy dva přístupy k syntéze N,N'-dialkylovaných flavinů s inkorporovaným butylovým, adamantylethylovým a triethylenglykolovým substituentem. Alkylací byla zvýšena rozpustnost v organických rozpouštědlech a vodném prostředí, zesílena fluorescence v pevné fázi a v roztocích a modifikovány tepelné vlastnosti v závislosti na zavedeném alkylovém substituentu.