Grace à leur excellente propriété photochromique, les dérivés d’azobenzène trouvent de plus en plus d’applications pour le photocontrôle spatio-temporel de conformations moléculaires, de réactivités chimiques, des activités biologiques et pharmaceutiques. Dans ce contexte, introduire un motif photochromique dans les macrocycles contenant de glucides représente une approche excitante afin de moduler par la lumière les propriétés physicochimiques, chimiques et biologiques de cette unique classe de molécules qui attirent d’attention croissante en chimie médicinale et en science des matériaux.Deux séries de glycomacrocycles photocommutables ont été synthétisés dans cette thèse. La première est obtenue via une approche d’O-alkylation en one-pot, à partir 2,2’-dihydroxyazobenzène et di-O-bromoacétyl glycosides. Ces glycomacrocycles possèdent d’excellentes propriétés photochromiques, avec une haute résistance à la fatigue. Le transfert de chiralité de glucide à l’azobenzène a été observé. L’un des glycomacrocycles est capable de former d’organogels qui répond aux stimuli photo, thermique et mécanique. La seconde série de macrocycles est synthétisée via une glycosylation intramoléculaire, en utilisant dihydroxyazobenzène comme attache. Dans cette approche, l’efficacité et la stéréoselectivité de glycosylation sont étudiées en modulant la nature de liens et la configuration d’azobenzène. / As excellent photochromic molecules, azobenzene derivatives have increasing applications in the spatial and temporal photocontrol of molecular conformation, chemical reactivity, biological and pharmacological activities. In this context, an exciting attempt is introducing a photochromic motif into carbohydrate-containing macrocycles, a unique class of products with growing attention in medicinal and material science, so as to modulate their physicochemical, chemical and biologic properties by light.Two series of photoswitchable glycomacrocycles have been prepared in this thesis. The first one is obtained from 2,2’-dihydroxyazobenzene and di-O-bromoacetyl glycosides via one-pot O-alkylation approach. These macrocycles show excellent photophromic properties with high fatigue resistance. Chirality transfer from sugar to azobenzene moiety has been observed. One of the macrocycles can form organogel that responses to photo-, thermal- and mechanical stimulus. The second series of glycomacrocycles were prepared through intramolecular glycosylation by using dihydroxyazobenzene as tether. The efficiency and the stereoselective outcome of glycosylation have been investigated by modulating the nature of the linkers and the configuration of the azobenzene tether.

Univ., Diss., 2009--Bayreuth.

Universiẗat, Diss., 2001--München.

abstract: Photochromic molecules, which photoisomerize between two chemically and optically distinct states, are well suited for electron and energy transfer to covalently attached chromophores. This dissertation aims to manipulate electron and energy transfer by photochromic control in a number of organic molecular systems. Herein the synthesis, characterization and function of these organic molecular systems will be described. Electron and energy transfer were quantified by the use of steady state absorbance and fluorescence, as well as time-resolved fluorescence and transient absorbance. A dithienylethene-porphrin-fullerene triad was synthesized to investigate photochromic control of photo-induced electron transfer. Control of two distinct electron transfer pathways was achieved by photochromic switching. A molecular dyad was synthesized, in which fluorescence was modulated by energy transfer by photoinduced isomerization. Also described is a triplet-triplet annihilation upconversion system that covalently attaches fluorophores to improve quantum yield. Overall these studies demonstrate complex molecular switching systems, which may lead to advancement in organic electronic applications and organic based artificial photosynthesis systems. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Chemistry 2014

The aim of this work was to test and tailor new sol gel derived hybrid polymer coatings for the incorporation of photochromic spirooxazines and chromenes. The development and optimisation of work was performed via two different routes (dye and matrix ones), that led to photochromic multi-layer coating systems with coloration depth and photostabilities comparable to commercially available products. Hybrid sol-gel derived polymers were found to be suitable host materials for photochromic dyes. Matrix properties and the type of entrapment heavily influence the photochromic activity, as well as the degradation rate and the kinetics of incorporated dyes. Dyes incorporated within more polar and rigid matrices were found to show slower kinetics and higher coloration but associated with faster photodegradation. On the other hand, hosts with less polar sites, low residual water concentration and low rigidity are preferable in terms of photostability. Significant differences were found for physically incorporated and covalently grafted chromophores. Using silylated dyes that can participate in the sol-gel process, the photodegradation rate of the whole system can be decreased as compared to the physically entrapped systems. The higher photostability and slower kinetics for covalently bonded photochromes is probably due to sterical hindrance. Addition of proper stabilisers increases the photostability: The employment of UV light stabilisers, excited state quenchers and HALS was found to be beneficial but not sufficient. Besides the presence of stabilisers, also the reduction of oxygen migration into the coating (by a hard top coat and an inorganic anti reflective coating) strongly increases stability of photochromes. Finally, it was found that the separation of photochromes within two (or more) different layers leads to a further improvement of the coloration and fatigue behaviour of the whole coating stack, presumably by preventing the contact of dye molecules with excited states of other molecules or their degradation products. These latter findings are considered to pave the way for stable photochromic coatings based on hybrid polymers. Future development should be directed towards more photostable yellow and red switching dyes. The results of the present investigations should help to choose the most suitable molecular environments for the tested photochromes in terms of photostability, kinetics and activity, which is considered relevant with respect to potential applications, in particular in the ophthalmic sector. Furthermore, the interesting combination of properties of this type of materials offers a large potential with regard to many applications, such as coatings for sunglasses, radiation protectors, filters, sunroofs, reversible markings, printing applications and smart textiles. / Das Ziel dieser Arbeit war es, neue, über das Sol Gel Verfahren hergestellte Beschichtungsmaterialien zu entwickeln, die als Matrices für photochrome Spirooxazine und Chromene geeignet sind. Die Entwicklungs- und Optimierungsarbeit erfolgte über zwei Routen (Farbstoff- und Matrix-Rout) und führte zu komplexen photochromen Mehrschichtaufbauten, deren Einfärbungs und Photostabilitätseigenschaften mit kommerziell erhältlichen Produkten vergleichbar sind. Über das Sol-Gel Verfahren hergestellte hybride Polymere stellen geeignete Wirtsmaterialien für photochrome Farbstoffen dar. Die Eigenschaften der Matrix und die Einbauweise beeinflussen sowohl die photochrome Aktivität, als auch die Degradationsgeschwindigkeit und Kinetik der eingebauten Farbstoffe. Farbstoffe integriert in rigide Matrices höherer Polarität zeigen geringere Schaltgeschwindigkeit und stärkere Einfärbung, jedoch verknüpft mit höherer Degradationsgeschwindigkeit. Andererseits Matrixmaterialien mit eher unpolarem Charakter, niedriger Konzentration an Restwasser, und niedriger Rigidität sind zu bevorzugen, wenn gute Photostabilität erreicht werden soll. Wesentliche Unterschiede bestehen zwischen chemisch angebundenen und physikalisch eingebauten Farbstoffen. Durch den Einsatz von silylierten Farbstoffen, die am Sol Gel-Prozess partizipieren können, kann eine Verringerung der Photodegradationsgeschwindigkeit im Vergleich zu physikalisch eingebauten Farbstoffen erreicht werden. Höhere Photostabilität und langsamere Schaltkinetikt sind vermutlich auf sterische Hinderung zurückzuführen. Der Zusatz geeigneter Stabilisatoren erhöht die Photostabilität: Der Einsatz von UV Stabilisatoren, Excited State Quenchern und HALS ist vorteilhaft aber nicht ausreichend. Neben der Präsenz von Stabilisatoren, führt auch die Verringerung der Sauerstoffpermeation (durch eine harte Deckschicht und eine reflexionsmindernde PVD Beschichtung) zu einer Stabilitätserhöhung. Schließlich wurde gefunden, dass die räumliche Trennung der Farbstoffe in zwei (oder mehr) unabhängigen Schichten ebenfalls die Färbetiefe und Photoresistenz der Beschichtungen erhöhte, vermutlich dadurch, dass der Kontakt von Farbstoffmolekülen mit angeregten Zuständen anderer Moleküle oder ihren Degradationsprodukten verhindert oder zumindest eingeschränkt wird. Diese Befunde können den Weg für stabile photochrome Beschichtungen auf de Basis von Hybridpolymeren ebnen. Weiterer Optimierungsbedarf wird in den bisher erzielbaren Farbtönen gesehen. Zukünftige Entwicklungen sollten sich auf photostabilere gelb und rot schaltende Farbstoffe konzentrieren. Die Ergebnisse der vorgelegten Untersuchungen können bei der Auswahl der am besten geeigneten, molekularen Umgebung für erprobte Photochrome in Bezug auf Photostabilität, Kinetik und Aktivität helfen. Dies ist von großer Bedeutung im Hinblick auf mögliche Anwendung vor allem im ophthalmischen Bereich. Darüber hinaus bergen die interessante Eigenschaftskombinationen dieser Art von Materialien großes Potential für ein weites Feld möglicher Anwendungen (Sonnenbrillen, Strahlungsschutz, Filter, Sonnendächer, schaltbare Markierungen, Druck, Textilien).

Les diaryléthènes et leurs dérivés terrylènes sont prometteurs pour la prochaine génération de dispositifs optoélectroniques en raison de leurs excellentes propriétés photochimiques. Pour les rendre viables pour les appareils électroniques miniaturisés, il est nécessaire d'étudier cette classe de molécules au niveau unimoléculaire avec le microscope à tunnel sous vide ultra-élevé (UHV STM). Cette thèse comporte trois parties: 1) développement de terarylènes hautement sensibles à la commutation; (2) leur modification pour les études STM; et 3) les résultats de ces études STM. Pour être étudié à l'échelle de la molécule unique par STM, des terarylènes ayant une sensibilité de commutation élevée ont été sélectionnés. Ces composés présentent des rendements quantiques élevés allant jusqu'à 100%. Cependant, la réaction de cycloréversion reste faible, de sorte qu'une voie alternative, grâce à un mécanisme oxydatif à réaction en chaîne, a été recherchée. Dans une première partie, nous montrons que l'efficacité et la vitesse de cette réaction peuvent être contrôlées par la fixation de groupes aromatiques sur les carbones réactifs. Dans la deuxième partie, nous avons fonctionnalisé ces molécules afin de les étudier par STM en introduisant des groupes tert-butyle et chlorure. Tout en préservant leurs excellentes propriétés photochimiques, les groupes tert-butyle présentent un excellent contraste lumineux dans les images STM, ils minimisent aussi l'agrégation de ces molécules sur la surface et découplent légèrement les molécules de la surface. Les atomes de chlore permettent de contrôler les assemblages moléculaires sur des substrats isolants de type bicouche de NaCl cristalline précédemment déposés sur un substrat métallique. Dans la troisième partie, les résultats de STM sont présentés. Nous avons développé une nouvelle approche ascendante pour la formation reproductible de nano-assemblages du terarylène non modifié à 77 K. Quant au terarylène modifié par les groupes tert-butyle, il présente à 5 K sur une surface d'Ag (111) différentes formes qui, grâce à la position des groupes tert­butyles à contraste élevé et à l'aide de calculs DFT, ont pu être assignées comme étant différentes conformations de surface de la molécule. Sur NaCl / Ag (111), il a été possible de visualiser les états occupés et inoccupés de la molécule. Cela illustre que, pour ces applications, des molécules avec des propriétés appropriées peuvent être des candidates intéressantes pour des études STM afin d'obtenir des informations sur leurs propriétés à l'échelle de la molécule unique. De telles molécules peuvent être optimisées pour tenir compte de la surface, car sa simple présence peut induire un comportement bien différent de celui obtenu en solution. Cette thèse ouvre les terarylènes à des applications futures nécessitant une surface solide. / Photoswitching diarylethenes, and their terarylene derivatives, are promising for the next generation optoelectronic devices because of their excellent photochemical properties. To make them viable for miniaturized electronic devices, it is necessary to study this class of molecules at the single molecular level by scanning tunneling microscopy under ultra-high vacuum (UHV STM). This thesis has three parts: 1) development of terarylenes highly sensitive to switching; (2) their modification for STM studies; and 3) results of STM investigations. To be studied at the single molecular level by STM, terarylenes with high switching sensitivity have been selected. These compounds display high quantum yields of up to 100 %. However, the cycloreversion reaction remains low so an alternative route, through a chain-reaction oxidative mechanism, has been sought. In the first part, we show that the efficiency and speed of this reaction may be controlled by attachment of aromatic groups on the reactive carbons. In the second part, we functionalized these molecules for STM studies by attaching tert-butyl and chloride groups. These substituents preserve their excellent photochemical and switching properties while tert-butyl groups show bright contrast in STM images, minimize aggregation of these molecules on the surface, and slightly decouple the molecule from the surface. The chlorine group has been introduced to direct their surface assembly on insulating substrates composed of crystalline NaCl bilayer previously grown over a metallic substrate. In the third part, results of STM are presented. We developed a new bottom-up approach for forming reproducible nanoassemblies of the unmodified terarylene at 77 K. Meanwhile, at 5 K, the terarylene functionalized with tert-butyl groups present different forms on the Ag(111) surface. From the positioning of the high-contrast tert-butyl groups and with the aid of DFT calculations, we assign different conformations of the molecule on the surface. On NaCl/Ag(111), direct visualization of the occupied and unoccupied states could be achieved. This illustrates that for these applications, molecules with appropriate properties can be interesting candidates for STM studies to obtain information at the single molecular level. Such molecules may be redesigned with a consideration of the surface as its mere presence may induce behavior previously unobserved or neglected if they were studied in solution. This thesis opens terarylenes to future applications which require a solid surface.

University, Diss., 2005--Würzburg. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2004.

Le travail de cette thèse de doctorat est axé sur le design, la synthèse et la caractérisation de systèmes moléculaires organiques et organométalliques luminescents dans le but de déclencher des processus de transfert photoinduit d’électron (PeT) ou d’énergie (EET) pour des applications dans les dispositifs optiques ou électroniques. Nous nous sommes d’abord intéressés aux molécules de type push-pull car elless’avèrent être des modèles intéressants pour l’étude du PeT. Nos systèmes sont construits autour de BτDIPY qui sert d’espaceur entre le donneur d’électron (julolidine ou triazatruxène) et l’accepteur d’électron (une unité dicyanovinyl). Les études en électrochimie et spectroscopie ont montrés un caractère à transfert de charge très prononcé. Entre autre nous avons synthétisé et étudié une série de ligands de type N^O (type base de Schiff) dérivés de la julolidine, une amine cyclique avec des propriétés électroniques très inattendues. Ces ligands, subissent des processus de transfert photoinduit de proton à l’état excité (ESIPT) et leurs spectres d’émission présentent une luminescence panchromatique. La compléxation desligands N^O au BF2 supprime l’ESIPT et augment les rendements quantiques de fluorescence. Les ligands derivés de la julolidine sont combinés avec d’autres unités chromophoriques i.e. Ir(III), Pt(II) afin de construire des systèmes multichromophoriques et stimuler des processus de EET entre les composants.Lors de ces travaux de thèse nous nous somme particulièrement intéressés aux systèmes moléculaires photocommutables dont l’unité centrale est un photochrome, le [1,3]oxazine. L’oxazine est combiné à un module moléculaire qui sert de donneur d’énergie et un module accepteur d’énergie choisie de façon optimale afin d’induire un transfert électronique d’énergie de manière contrôlé. / The present doctoral thesis work deals with the design, synthesis and characterization of organic and organometallic luminescent molecular frameworks for triggering Photoinduced electron Transfer (PeT) and Electronic Energy Transfer (EET) processes for applications in optical andelectronic devices. First, we turned toward the organic push-pull chromophores because they are useful model systems for studying the mechanism of PeT process. We synthesized new push-pull systems bearing a dicyanovinyl fragment as the electron-acceptor and a strong electron-donorsuch as julolidine and triazatruxene covalently linked through a BODIPY dye bridge. Electrochemical and photophysical studies showed a pronounced charge transfer character within the new push-pull systems. Furthermore, we synthesized and studied a series of chelating N^O-type ligands (Schiff base-type), based on the strong electron-donating julolidine motif, displaying ESIPT process. Their luminescence profiles exhibited panchromatic luminescence band covering the whole visible spectrum. Complexation of N^O-site with boron difluoride fragment suppressed the ESPIT process and highly increased the fluorescence quantum yield. The N^O-chelating ligands were combined with Pt(II) chromophore, B(III) and Ir(III) such as to obtainmultichromophoric frameworks. According to the photophysical studies, EET processes were observed within the multichromophoric systems. We successfully obtained a new florescent switching triad constructed around a photochromic core, [1,3]oxazine, which bears an energy-donor and an energy-acceptor module such as to directly control the EET process.

Regensburg, Univ., Diss., 2004.

Visant des applications en électronique moléculaire, de nouveaux édifices moléculaires combinant quatre dithiényléthènes (DTEs) et une porphyrine ont été synthétisés par de nouvelles voies de synthèse. Les études en solution par photochimie ou spectroélectrochimie des édifices tetraDTEs-porphyrine métallée ou base livre ont montré l’efficacité (62-88 pourcent) des photochromes en tant qu’interrupteurs et la possibilité de lire l’état des DTEs par la fluorescence de la porphyrine. Pour mieux comprendre les interactions électroniques DTEs- porphyrines, des édifices plus simples, bis(porphyrine)DTE, déjà partiellement étudiés dans la littérature, ont été explorés. L’ensemble de ces études à mis en évidence l’impact des métaux sur la capacité photochromique des édifices dithiényléthène – porphyrine. / The main purpose of this thesis was the synthesis of new molecular structures, combining dithienylethenes and porphyrins, for applications in molecular electronics and spintronic. Metallated and free base porphyrins bearing four DTEs were characterizes and studied in solution by photochemistry and spectroelectrochemistry. The efficiency of switching of our systems reach 88 percent and strong quenching porphyrin’s fluorescence was reported. New synthetic pathways were investigated to prepare a broader scope of tetraDTEs-porphyrin derivatives. Moreover, to better understand the electronic communications between DTEs and porphyrins, a simpler bis(porphyrin)DTE molecular structure was synthetized and studied. These studies demonstrated showed the important role of the metal on photochromic behavior of dithienylethene – porphyrin architectures.