Les objectifs de cette thèse sont articulés autour de deux axes principaux : la synthèse et l’étude de cages moléculaires photo-modulables, et la génération de nano-cristaux d’or par photo-catalyse supramoléculaire. Ces deux thématiques sont reliées entre elles par l’exploitation des propriétés photophysiques et photochimiques d’un motif commun, le 9,10-diphénylanthracène (DPA). Dans un premier temps, de nouvelles architectures tridimensionnelles photo-modulables de type cage moléculaire ont été conçues et étudiées. En présence d’oxygène, l’irradiation directe ou sensibilisée du DPA permet de former réversiblement le dérivé endoperoxyde et ainsi moduler les propriétés de complexation de la cage. Les différentes stratégies de synthèse mises en place reposent sur l’exploitation conjuguée de la réactivité de la 2,4,6-trichloro-1,3,5-triazine, et de réactions de chimie « click » (métathèse des oléfines, cycloaddition de Huisgen). L’étude et la modulation des propriétés des reconnaissances ont été effectuées sur des sels de cations alcalins (sodium et césium) et suivies par émission de fluorescence et spectroscopie d’absorption UV-visible. Les résultats obtenus avec deux cages possédant des constantes d'associations élevées (logK = 8,7 pour le cation sodium) montrent une augmentation de la constante d’association d’un facteur 10 et 20 pour respectivement le sodium et le césium entre la forme DPA et la forme endoperoxyde. Dans un second temps, des photocatalyseurs supramoléculaires basés sur le chromophore DPA ont été étudiés en vue de la synthèse de nano-cristaux d’or nus. L’association du chromophore avec des thioéthers permet de former un complexe en phase organique par extraction de sels d’or(III) depuis une phase aqueuse. L’irradiation à 400nm permet la réduction de l’or(III) par transfert d’énergie depuis le 9,10-diphénylanthracène. Les atomes d’or sont ensuite relargués en phase aqueuse pour former des nano-cristaux nus qui ont pu être caractérisés par MET, XPS, AFM et DLS. Par ailleurs, ce procédé est catalytique dans le toluène et un système de réduction en flux continu a été mis au point permettant un turnover moyen de 150. / The goals of this thesis are organized around two major axes: the synthesis and study of photo-gated molecular cages, and the generation of gold nanocrystals by supramolecular photocatalysis. These two themes are connected by the use of the photochemical and photophysical properties of a common chromophore, 9,10-diphenylanthracene (DPA). Three-dimensional photo-gated cage-like architectures were designed and synthesized. Various synthetic strategies based on the combined use of the 2,4,6-trichloro-1,3,5-triazine unit and "click" chemistry reactions (olefin metathesis, Huisgen cycloaddition) were employed for the synthesis. In the presence of oxygen, sensitized or direct irradiation of the DPA chromophore forms the corresponding endoperoxide derivative, thereby modulating the binding properties of the cage. The study and the modulation of the recognition properties were performed on various alkali metal cations and a strong binding of sodium and cesium was evidenced by fluorescence emission and UV-visible absorption spectroscopy. The cages investigated possessed high association constants towards sodium and cesium cations (logK = 8.7 for the sodium cation) which could be reversibly increased by a factor 10 and 20 for sodium and cesium, respectively, upon formation of the endoperoxide. Supramolecular photocatalysis of gold(III) reduction based on the DPA chromophore was also studied for the preparation of uncapped gold nanocrystals. The combination of the DPA chromophore with thioether chains allows the formation of a complex in the organic phase by extraction of gold(III) chloride from an aqueous phase. Irradiation at 400 nm enables the reduction gold(III) by energy transfer from the 9,10-diphenylanthracene followed by oxidation of the solvent. The gold atoms are subsequently released in the aqueous phase to form uncapped nanocrystals characterized using TEM, XPS, AFM, and DLS techniques. Furthermore, the process is catalytic in toluene, where a continuous flow reactor was developed. The latter allowed an average catalytic turnover of 150 to be determined.

La reconnaissance moléculaire est un phénomène omniprésent dans les systèmes vivants et intervient dans de nombreux processus biologiques comme la reconnaissance cellulaire ou encore la transmission de signaux par les neurotransmetteurs. L’élaboration de molécules synthétiques capables de mimer l’action des récepteurs naturels en complexant sélectivement un substrat cible est, à l’heure actuelle, très recherchée pour la détection ou le diagnostic en biologie et médecine. Parmi l’ensemble des récepteurs synthétiques, les hémicryptophanes sont des molécules cages composées d’un cyclotribenzylène connecté à une autre unité moléculaire par trois bras espaceurs. Les travaux de cette thèse reposent sur l’élaboration de nouveaux hémicryptophanes et l’étude de leurs propriétés de complexation vis-à-vis de molécules d’intérêt biologique. Dans un premier temps, la chiralité de ces récepteurs a été utilisée pour étudier leurs propriétés de reconnaissance stéréosélective face à différents sucres et analogues de neurotransmetteurs. De bonnes diastéréosélectivités et énantiosélectivités ont ainsi pu être observées en milieu organique pour les substrats étudiés. En parallèle, plusieurs hémicryptophanes hydrosolubles ont été synthétisés et ont permis de reconnaitre sélectivement des neurotransmetteurs comme la choline dans l’eau. Enfin, une dernière partie de cette thèse à été consacrée à la mise en place d’une voie de synthèse pour rendre ces récepteurs fluorescents, dans le but d’élaborer par la suite des sondes moléculaires capables de détecter et de suivre spatio-temporellement des molécules d’intérêt biologique dans les systèmes vivants par fluorescence. / Molecular recognition is a very important phenomenon for living systems as it occurs in many biological processes like cell-cell recognition or transmission of signals by neurotransmitters. Nowadays, the design of synthetic host molecules able to mimic natural receptors by complexing selectively a target substrate, is much sought-after for detection or diagnostic in biology and medicine. Among all the different synthetic receptors, hemicryptophanes are cage-shape molecules which are composed of a cyclotribenzylene moiety connected to another molecular unit by three spacer arms. This thesis is about the synthesis of new hemicryptophanes and the study of their complexation properties toward biologically important molecules. First, the stereoselective recognition of carbohydrates and neurotransmitter analogues by these chiral receptors was investigated in organic solvents and revealed good enantioselectivities and diastereoselectivities. In parallel, several water-soluble hemicryptophanes were synthesized and showed an aptitude for recognizing selectively ammonium substrates like choline in water. The last part was devoted to the development of a synthetic pathway to make hemicryptophanes fluorescent, in order to design molecular probes able to track biologically important molecules in living systems by fluorescence.

Le travail présenté concerne la synthèse de calixarènes fonctionnalisés par des groupes sulfonates et carboxylates et l'étude détaillée des structures cristallines de leurs complexes moléculaires ou métalliques avec des métaux 3d et 4f. L'une des préoccupations majeures de ce travail concerne la compréhension des assemblages supramoléculaires dans ces systèmes. Le premier chapitre présente des éléments bibliographiques sur les calixarènes, leur histoire, les différentes conformations et les méthodes principales de fonctionnalisation puis la chimie supramoléculaire associée comprenant les complexes moléculaires et métalliques. Le deuxième chapitre est dédié à une série de complexes moléculaires de type hôte-invité formés entre le para-sulfonatocalix[4]arène (SC4) et différentes bipyridine En continuité avec ce travail nous présentons en suite la structure et les propriétés magnétiques d'un complexe métallique constitué d'un SC4 pontant deux entités dinucléaires de phenanthroline [FeIII2(μ-O)(H2O)5(phen)2] par la coordination des groupes sulfonates. Le troisième chapitre est consacré à la chimie de coordination des calixarènes sulfonatés avec les lanthanides. Nous avons mis en évidence trois types de structures cristallines qui sont toutes des polymères de coordination où les ions lanthanides jouent le rôle d'assembleur des calixarènes par la coordination des groupes sulfonates selon trois types de structure (A, B et C). Nous avons obtenu ces trois structures (A, B et C) pour l'ensemble de lanthanide (La, Pr, Nd , Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb). Le quatrième chapitre concerne la chimie de coordination des métaux de transition 3d (Co, Mn, Zn, Cu) avec des calixarènes fonctionnalisés par des groupes carboxylates sur leur partie basse. Avec le calixarène dicarboxylate nous avons obtenu une série de complexes isomorphes dans lesquels deux calixarènes sont coordinés à deux centres métalliques pour former des chaînes infinies. Le cinquième chapitre présente les résultats d'un travail exploratoire visant à synthétiser des azacalix[4]arènes, dans le but de complexer des métaux de transition. L'étude RPE des précurseurs a mis en évidence des espèces radicalaires / This work presents the synthesis of calixarenes functionalized with sulfonate and carboxylate groups and the detailed study of the crystal structures of their molecular or metal complexes with 3d and 4f metals ions. One of the major concerns of this work is the understanding of supramolecular assemblies in these systems. The first chapter gives bibliographic elements on the history, the different conformations and the main methods of functionalization of calixarenes and on their supramolecular chemistry comprising molecular and metal complexes. The second chapter is dedicated to a series of molecular complexes of the host-guest type formed between the para-sulfonatocalix[4]arene (SC4) and various bipyridine. In continuation with this work we then present the synthesis, structure and magnetic properties of a metal complex comprising a SC4 bridging by the sulfonate groups two iron(II) dinuclear entities with coordinated phenathroline [FeIII2 (μ-O)(H2O) 5(phen) 2]. The third chapter is devoted to the coordination chemistry of sulfonated calixarenes with lanthanides. We have found three types of crystal structures which are polymers wherein the lanthanide ion function as an assembler of calixarenes by the coordination of the sulfonate groups along three type of structure (A, B and C). We obtained these three structures (A, B and C) for all lanthanide (La, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb). The fourth chapter concerns the coordination chemistry of 3d transition metals (Co, Mn, Zn) with calixarenes functionalized with carboxylate groups on lower rim. With calixarene dicarboxylate we got a series of isomorphic complexes in which two calixarenes are coordinated to two metal centers to form infinite chains. The fifth chapter presents the results of an exploratory work to synthesize azacalix[4]arene with the aim to complex transition metals ions. The EPR study of the precursors has evidenced free radical species

L’élaboration de récepteurs artificiels pouvant reconnaître soit des ions métalliques soit des molécules chargées ou neutres avec une haute affinité et une grande sélectivité est l’un des objectifs majeurs de la chimie supramoléculaire. En effet, de tels récepteurs ont de potentielles applications dans de nombreux domaines comme en imagerie médicale ou en analyse environnementale. Afin de pouvoir obtenir des récepteurs sophistiqués, il faut cependant généralement passer par une étape d’ingénierie de la molécule dont la conception concrète nécessite une fonctionnalisation ad hoc. Cela requiert souvent la mise au point de méthodes originales de synthèse accompagnée d’un travail méthodologique important. Par ailleurs, alors que l’eau, de par ses propriétés physico-chimiques, joue un rôle tout à fait particulier dans la reconnaissance moléculaire (effet hydrophobe) et dans les réactions enzymatiques (transfert d’électrons et de protons), la majorité des études décrites dans la littérature ont été faites en solvant organique. Si quelques récepteurs, principalement basés sur des molécules intrinsèquement hydrosolubles (telles que la cyclodextrine ou le cucurbiturile) ont permis d’enrichir la chimie supramoléculaire dans l’eau, l’étude comparée de récepteurs en milieux organique et aqueux, qui apporterait de nombreuses informations est, elle, en revanche peu explorée par la communauté supramoléculaire. Ce travail de thèse s’insère dans ces deux cadres et cherche à répondre en partie à ces problématiques. Il est axé sur : (i) le développement d’une méthodologie unique pour la fonctionnalisation sélective de calix[6]arènes; et (ii) la synthèse et l’étude de nouveaux récepteurs hydrosolubles dérivés du calix[6]tren. La première partie de ce travail décrit le développement d’une stratégie supramoléculaire, qui consiste en l’utilisation des propriétés réceptrices du macrocycle calix[6]arène comme un outil pour sa monofonctionnalisation sélective. Le champ d’application d’une telle approche est notamment étudié à partir de différents récepteurs calix[6]arèniques dont la reconnaissance est basée sur divers types d’interactions (interactions ioniques ou chimie de coordination). Ces travaux s’insèrent dans un cadre plus général de fonctionnalisation sélective de macrocycles via assistance supramoléculaire, qui fait l’objet du chapitre introductif de cette partie. Les propriétés émergentes de ces nouveaux ligands monofonctionnalisés sont également présentées dans ce document. La deuxième partie du travail concerne l’hydrosolubilisation de ligands calixaréniques et l’étude de leurs propriétés de reconnaissance ainsi que celles de leurs complexes (Zn(II), Cu(II)) correspondants dans l’eau. L’étude est pour cela dirigée vers l’hydrosolubilisation d’un récepteur qui s’est révélé particulièrement prometteur en solvant organique, mais qui n’était pas soluble en milieu aqueux : le calix[6]tren. / The elaboration of artificial receptors that can bind either metal ions or charged/neutral species with a high affinity and a high selectivity is one of the major goals of supramolecular chemistry. Indeed, such receptors have potential applications in many fields such as in medical imaging or in environmental analysis. In order to obtain sophisticated receptors however, one has generally to go through a step of molecular engineering. This often requires the development of original synthetic methods, accompanied by an important methodologic work. Furthermore, although water, by its special physico-chemical properties, plays a particular role in molecular recognition (hydrophobic effect) and in enzymatic reactions (transfer of electrons and protons), the majority of the studies reported in the literature have been conducted in organic solvent. If a few receptors, mainly based on intrinsically water-soluble molecules (such as cyclodextrin and cucurbituril) have permitted to enrich the field of supramolecular chemistry in water, the comparative study of given receptors in both organic and aqueous environment, which could be very informative, has been less explored by the supramolecular community. The present work fits into these two frameworks and seeks to answer, in part, to these problematics. The work is centered around: (i) the development of an unique methodology for the selective functionalization of calix[6]arenes; and (ii) the synthesis and study of new water-soluble derivatives of calix[6]tren. The first part of this work describe the development of a supramolecular strategy that relies on the use of the host-guest properties of the calix[6]arene macrocycle as a tool for its selective monofunctionalization. The scope of such approach is studied using several different calix[6]arene-based receptors which recognition process is based on different type of interactions (ionic interaction or coordination chemistry). The emerging properties of these newly monofunctionalized ligands are also presented in this document. The second part of this work deals with the water-solubilization of calix[6]arene ligands and the study of their coordination properties towards Zn(II) and Cu(II). The work is for this directed towards the water-solubilization of a receptor which revealed to be particularly promising in organic solvent, but that was not soluble in water: the calix[6]tren.

L’essor de la chimie supramoléculaire et plus particulièrement de la tectonique moléculaire a rendu la formation de matériaux poreux hautement organisés possible. La fonctionnalisation de tels composés favorise leur utilisation pour de nombreuses applications. Les travaux présentés dans cette thèse ont été consacrés aux réseaux moléculaires poreux homochiraux ainsi que leur utilisation pour le stockage de gaz, la reconnaissance et la séparation d’énantiomères.Le premier chapitre décrit la synthèse de divers ligands organiques optiquement purs et leur assemblage avec des sels de cuivre pour l’obtention de monocristaux. Les isothermes d’adsorption de chacun de ces composés cristallins ont été mesurés via des analyses BET et le stockage de N2,CO2 et CH4 ont été évalué.Le second chapitre s’intéresse à l’utilisation de ces mêmes composés chiraux pour la reconnaissance des énantiomères (L)- et (D)-tryptophane. Des tests de séparation énantiosélective de molécules aminées ou dérivées d’amides sont également exposés.Le dernier chapitre décrit la formation de réseaux moléculaire mono- et tridimensionnels par l’association de ligands organiques avec des sels métalliques variés. Leurs structures cristallines ont pu être déterminées par diffraction des rayons X sur monocristal. / The development in supramolecular chemistry and more particularly in molecular tectonics has madepossible the formation of porous and highly organized materials. The functionalization of suchcompounds favored their use for various applications. This PhD work is about the application ofporous homochiral coordination networks for storage, enantioselective recognition or separation.The first chapter deals with the synthesis of chiral ligands and their combinations with copper salts toenable the formation of single crystals. Their adsorption isotherms were evaluated by BETmeasurements. Storage of N2, CO2 and CH4 by these crystalline architectures was also evaluated.The second part describes the use of these chiral compounds for enantioselective recognition of (L)-and (D)-tryptophan. Tests of enantioselective separation of amines or amides were also carried out.The last part of this work deals with the formation of mono- or tridimensional coordination polymersby combinations of organic ligands and a variety of metallic salts. Their structures were determinedby X-ray diffraction on single crystal.

Les travaux décrits dans ce manuscrit utilisent les principes de la tectonique moléculaire pour générer des polymères de coordination hautement fluorés et /ou chiraux pour une application potentielle en séparation chirale. La synthèse de 13 porphyrines de type A2B2 substituées en position méso par deux pyridines et par deux chaines fluorées et/ou alkyles a été mise au point. Des réseaux de coordination ont été obtenus en présence de Zn(II) et de Cd(II) et caractérisés par diffraction des RX sur monocristal (DRX). Une analyse systématique des interactions supramoléculaires et notamment de interactions F---F présentes à l’état solide a été conduite. Des réseaux à base de liaisons halogènes ont également été obtenus en présence de di- et tri-iodoarènes et caractérisés par DRX.Le premier chapitre est une introduction générale sur la tectonique moléculaire, le deuxième chapitre décrit les voies des synthèses utilisées pour générer les ligands chiraux et fluorés et leur caractérisation à l’état solide. Le troisième chapitre présente la structure des réseaux mono, bi, et tridimensionnels formés en présence de Zn(II) ou de Cd(II), l’analyse structurale met en évidence un nombre croissant d’interaction F---F en fonction du nombre de fluors présents à la périphérie du macrocycle porphyrinique. Le dernier chapitre se concentre sur l’utilisation des liaisons halogènes de type N---I impliquant des porphyrines ou des tectons de type bipyridine et une série d’ iodofluoroarenes. / This manuscript focuses on the use of molecular tectonics to generate chiral and / or fluorinated coordination polymers based on porphyrin building blocks for potential application in chiral separation. Synthesis of novel A2B2 fluorinated porphyrin tectons is described and their combinations with metal ions and haloarenes molecules are characterized by X-Ray diffraction.The first chapter gives a general introduction on molecular tectonics; the second chapter focuses on the synthetic routes used for the synthesis of highly fluorinated and/or chiral porphyrins and their solid state characterization by X-Ray diffraction analysis, highlighting the importance of the number of fluorine atoms present at the periphery of the tecton on the crystal packing. The third chapter presents the mono-, bi- and three dimensional networks formed by a combination of the porphyrins with Zn(II) or Cd(II). In the solid state, short F---F contacts were observed depending on the number of fluorine atoms present on the porphyrin backbone. The last chapter focuses on the use of halogen bonds, by merging the neutral porphyrin or bipyridine tectons with a series of iodofluoroarenes. The crystalline materials described in this work can be used as potential candidates for the separation of chiral and fluorinated molecules.

Dans ce manuscrit est décrite l'utilisation d'interactions supramoléculaires pour diriger l'auto-assemblage de composés donneurs et accepteurs d'électrons au sein de dispositifs photovoltaïques organiques. Dans ce but, des matériaux de type oligo-3-hexylthiophène et fullerène ont été fonctionnalisés avec des groupements de reconnaissance complémentaires mélamine – acide barbiturique. La présence de élements solubilisants confère à ces composés une bonne mise en oeuvre permettant la fabrication de dispositifs photovoltaïques à hétérojonction volumique. L'effet de la composition et du post-traitement de la couche active sur la performance de ces dispositifs ont été explorés. Les études de mobilité de charge et des mécanismes de recombinaison au sein de ces matériaux indiquent que l'équilibre entre auto-association et séparation de phases est crucial pour l'efficacité en conversion photovoltaïque. / This research aims to elucidate the use of supramolecular interaction to guide the formation of well-defined nanoscale self-assembled architecture in photovoltaic solar cells as a means to improve device efficiency. Complementary molecular recognition sites based on melamine and barbituric acid were used to obtain functionalized fullerene and oligothiophene materials with superior processibility thanks to the presence of specific solubilizing groups. The efficiency of solid-state devices fabricated using the bulk heterojunction design was studied with respect to device morphology and composition. Experiments on recombination mechanism and field effect mobilities suggest that the balance between hydrogen-bonding interactions induce self-assembly and p-p interactions to promote phase segregation is crucial to the micro-structure of the active layer. The investigated of the relationship between the oligothiophene chain size and various complementary hydrogen-bonding motifs is envisaged.

La reconnaissance moléculaire énantiosélective est un processus fondamental et universel qui est au cœur de tous les systèmes biologiques. Ce travail a pour but de contribuer à la compréhension des phénomènes, mis en jeu lors de cette reconnaissance, par l’utilisation de récepteurs artificiels, capables de complexer et discriminer des acides aminés. De par leurs rigidités et leurs modularités fonctionnelles, les calix[4]arènes constituent des plateformes de choix pour la conception de ces récepteurs organisés. Une série de 12 ligands calixarèniques et thiacalixarèniques chiraux homo et hétéroditopiques, portant des groupements fonctionnels dérivés d’acides aminés, a donc été synthétisée. La synthèse de ces ligands a nécessité la mise au point d’une méthode originale et sélective, qui a permis d’obtenir une série de calix[4]arènes mono-O-fonctionnalisés par des groupements fonctionnels variés. Une étude mécanistique a permis de mettre en évidence les intermédiaires réactionnels. Après caractérisation de tous les composés synthétisés, des études de complexation des ligands avec des dérivés tosylés d’acides aminés neutres ont été effectuées. Les investigations, menées par spectrométrie de masse, par microcalorimétrie et par RMN 1H, nous ont permis de mettre en évidence la capacité de certains ligands à complexer et discriminer des acides aminés. La stœchiométrie et les constantes d’association des complexes formés ont ainsi pu être déterminées. Des études par RMN 2D ont permis de déterminer les liaisons impliquées dans la formation des complexes et ont révélé un réarrangement spatial des ligands, au sein des complexes, afin d’améliorer la stabilité de ceux-ci / Molecular recognition is a fundamental and universal process in biological systems. This work aims to contribute to the understanding of phenomena involved in this recognition by the use of artificial receptors able to complex and discriminate amino acids. Because of their rigidity and their functional modularity, calix[4]arenes and thiacalix[4]arenes are good starting materials for the design of these receptors. A series of 12 chiral homo and heteroditopic calix[4]arenes and thiacalix[4]arenes bearing amino acids derivatives has been synthesized. In order to improve the synthesis of heteroditopic receptors, an original and selective method for the preparation of mono-O-functionalized calix[4]arenes was developed. This procedure, based on the de-O-functionalization of 1,3 di-O-substituted calix[4]arenes by titanium tetrachloride (TiCl4), yielded a series of calix[4]arenes, mono-O-substituted by various functional groups (alcohol, halogen, nitrile, ester, alkyne ...). A mechanistic study revealed the formation of two titanium calixarene complexes during the reaction. After characterization of all these compounds, complexation studies of chiral receptors with neutral N-tosyl amino acids derivatives (valine, leucine, and phenylalanine) were done. Various investigations carried out by mass spectrometry, microcalorimetry and 1 H NMR allowed us to establish the ability of some ligands to complex and discriminate amino acids. Stoichiometry and association constants of the complexes were determined. 2D NMR (NOESY, COSY) studies were used to specify the bonds implied in complex formation

Les sels d’imidazolium ont un rôle important dans certaines protéines et acides nucléiques et ont été utilisés à de nombreuses reprises dans des assemblages supramoléculaires en raison de leurs propriétés uniques. Les sels de diimidazolium dérivés sont toutefois moins connus. Ils ont pour l’instant uniquement été utilisés comme des précurseurs de carbènes N-hétérocycliques. Ils sont donc à la base de plusieurs catalyseurs utilisés pour des réactions de couplage croisés mais leurs propriétés sont toutefois méconnues dans le cadre de la chimie supramoléculaire. Cette classe de composés a nottament attiré notre attention en raison de la facilité de modification de leurs propriétés physico-chimiques par modification de leur structure chimique. L’objectif général des travaux présentés dans cette thèse est l’étude des propriétés supramoléculaires des sels de diimidazolium disubstitués en solution (aqueuse ou organique), ainsi qu’en phase solide ou cristal-liquide. L’influence de l’espaceur entre les deux noyaux imidazolium ainsi que l’influence des substituants latéraux et des contre-ions a été étudiée. Dans un premier temps, les propriétés de complexation des sels de diimidazolium à des macrocycles sont étudiées. Les sels bromure sont étudiés en solution aqueuse avec plusieurs cyclodextrines et le cucurbit[7]uril, et les sels hexafluorophosphate sont étudiés en solution organique pour leur complexation avec l’éther couronne DB24C8 et un calix[4]arène. Cette nouvelle classe de composés a montré de très bonnes propriétés de complexation à ces différents macrocycles en solution et a également permis de contrôler différents assemblages supramoléculaires à l’interface air-eau. Dans un deuxième temps, l’étude des sels de phénylènediimidazolium a permis de modifier les propriétés de complexation en solution pour obtenir la formation de complexes multiples avec le cucurbit[7]util en solution aqueuse. Cette même famille de composés a également permis la formation de cristaux liquides ioniques lorsque les substituants sont des chaînes alkyles plus longues. La résolution de plusieurs structures cristallines de différents sels de diimidazolium a finalement permis de comprendre la nature des interactions intermoléculaires à l’état cristallin. La recherche présentée dans cette thèse a donc permis une étude détaillée des propriétés supramoléculaires des sels de diimidazolium dans tous les états de la matière qui leur sont accessibles. / Imidazolium salts play an important role in different proteins and nucleic acids and have been used many times in supramolecular assemblies due to their unique properties. Diimidazolium salts derived from imidazolium salts are less known. To date, they have only been used as precursors for N-heterocyclic carbenes, which are used to catalyze various cross-coupling reactions. Their properties are not well known in supramolecular chemistry. This class of compounds attracted our attention because of the ease of tuning their properties by modifying their chemical structure. The main goal of the research presented in this thesis was to study the supramolecular properties of disubstituted diimidazolium salts in solution (aqueous or organic solution), in the solid state and in the liquid-crystalline state. The role of the spacer between the two imidazolium moieties, of the sidechains and of the counterions was studied. Firstly, the complexation between diimidazolium salts and various macrocycles was studied. Bromide salts were studied in aqueous solution with cyclodextrins and cucurbit[7]uril, while hexafluorophosphate salts were studied in organic solution with a DB24C8 crown ether and a calix[4]arene. This novel class of compounds showed very promising complexation properties with these macrocycles in solution and also allowed us to control the formation of various supramolecular assemblies at the air-water interface. Secondly, phenylenediimidazolium salts were studied and allowed the modification of the complexation properties in aqueous solution. Multiple complexes can be formed simultaneously with cucurbit[7]uril in aqueous solution. The same class of compounds also has the ability to yield ionic liquid crystals when the alkyl sidechains are long. The resolution of the crystalline structures of some synthesized diimidazolium salts allowed us to understand the nature of the intermolecular interactions in the solid state. The research presented in this thesis is a complete study of the supramolecular properties of diimidazolium salts in every accessible state of matter.

Le fullerène C60 est une molécule sphérique composée exclusivement d'atomes de carbone. Ce composé possède une surface aromatique convexe homogène et peut s'associer, entre autres, avec des molécules possédant des surfaces aromatiques par des interactions non-covalentes. Le triptycène est une molécule en forme de "Y" qui possède des surfaces aromatiques convexes. Cette molécule possède l'habileté de s'associer avec le C60 par des interactions de type π qui sont amplifiées par la complémentarité des surfaces concaves et convexes impliquées dans les arrangements cristallins. Nous avons synthétisé des dérivés triptycényles portant des groupements fonctionnels aux extrémités des bras de ce noyau de façon à étendre les cavités disponibles pour interagir avec le C60. En effet, nous avons découvert que les atomes de chlore, de brome et d'iode ainsi que les groupements méthyle permettent d'étendre les surfaces disponibles pour interagir avec les fullerènes C60 et C70. Nous avons étudié les associations entre les dérivés triptycényles et les fullerènes par l'analyse des structures cristallographiques résolues par diffraction des rayons-X. De plus, nous avons étudié les associations entre les molécules considérées par l'analyse des surfaces d'Hirshfeld entourant les fullerènes. Découlant de ces études, l'effet d'amplification des atomes de chlore, de brome et d'iode ainsi que les groupements méthyle a été employé pour identifier de nouveaux solvants aptes à solubiliser efficacement le C60. / The fullerene C60 is a spherical molecule made up exclusively of carbon atoms. The surface of this compound is homogenous, convex and aromatic. As a result, C60 can associate with other aromatic molecules via non-covalent π-stacking interactions to form supramolecular assemblies. The triptycene is a "Y"-shaped molecule with concave aromatic surfaces. This molecule can thereby interact with C60 and form crystals through amplified π-stacking interactions resulting from the concave/convex complementary arrangement. In the course of our work, we made a series of new triptycene derivatives with functional groups added to the periphery of the aromatic core. In particular, we found that methyl groups, as well as atoms of chlorine, bromine and iodine, can be placed on the extremities of the triptycene core to expand the concave cavities available to interact with C60 and C70. We studied the non-covalent interactions between fullerenes and triptycene derivatives using X-ray crystallography. Furthermore, Hirshfeld surfaces have been used to map the interaction patterns around fullerene surfaces. In addition, we have found that aromatic solvents that are properly functionalized with halogen atoms and methyl groups have a special ability to solubilize C60.