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Dielectric resonances in the microwave region 16 to 40 GHz have been observed in single crystals of the highly anisotropic material TTF-TCNQ below 25°K. The application of open-circuit boundary conditions to the dielectric resonator problem is shown to be inappropriate for this material and a tractable alternative theory, which takes external fields into account, is presented. Using this theory, the dielectric modes were analyzed at 4.2°K to obtain the complex dielectric constant εb along the crystallographic b-axis. For four samples studied in detail, the average values for the real and imaginary parts of the dielectric constant are found to be 4200 and 16 respectively at 25 GHz. A frequency dependence of ε’b is found; however, it is not clear whether this frequency dependence is intrinsic to the samples or is due to the approximate nature of the solution. No frequency dependence of ε”b was observed. / Science, Faculty of / Physics and Astronomy, Department of / Graduate

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Over the last decade, the classic organic donor tetrathiafulvalene (TTF) has emerged as an important functionality in supramolecular systems and complex ligand chemistry. Due to synthetic advances, TTF is no longer a moiety strictly limited to the area of charge transfer salts in material science. In fact, many complex systems incorporating the electron rich donor system are known. More can be imagined. This doctoral dissertation describes the author's journey in designing, synthesizing, and studying various compounds in which the TTF moiety serves a practical purpose, oftentimes giving known molecules new functions. The reported findings have led to a greater understanding of anion binding effects on TTF-containing anion receptors, the use of transition metals to pre-organize [pi]-faces for through-space donor-acceptor interactions, and the introduction of actinide species to tetrathiafulvalene ligands. The first Chapter provides a brief introduction and a short history of TTF chemistry. It also provides an overview describing the fundamental properties of TTF compounds, including TTF dimeric behavior and redox properties. Chapter 2, as the major focus of this dissertation, details the use of a flexible TTF-modified macrocyclic ligand, which upon metallation can effectively preorganize two TTF units to interact when oxidized. Specifically, a new way to stabilize the through-space mixed-valence TTF dimer, in which a transition metal can affect the degree of interaction between the two TTF units, is described. The mixed-valence TTF species in question could see use as components in molecular machines and could play an important role as molecular organic conductors, and discussions along these lines are included in this chapter. These mixed valence complexes were investigated by spectroscopic (¹H-NMR, UV-Vis NIR titrations, and EPR analysis) and X-ray single crystallographic analyses involving both the neutral and oxidized products. Chapter 3 introduces the synthesis, characterization, and electrochemistry of the first TTF-ligand to form a complex with an actinide cation. Chapter 4 details the synthesis, binding studies and X-ray single crystallographic analyses of a TTF-based electrochemical sensor for dihydrogen phosphate anion detection. Experimental procedures and characterization data are reported in Chapter 5. / text

Le tétrathiafulvalène (TTF) est l'une des molécules hétérocycliques les plus étudiées de ces quarante dernières années en raison de ses propriétés électroniques remarquables. En tant que donneur d’électrons, il a ainsi été associé à des molécules acceptrices d’électrons pour former des complexes de transfert de charge. Néanmoins, son intégration dans des architectures de type clips moléculaires reste pour l’instant limitée. Ce travail est dédié à la synthèse et aux caractérisations spectroscopiques et électrochimiques de clips moléculaires associant deux bras TTF articulés autour d’une plateforme rigidifiée de type glycolurile ou conformationnellement plus flexible avec le motif quinoxaline. Nous avons ainsi synthétisé des édifices moléculaires en forme de pince qui présentent une taille de cavité et un pouvoir donneur modulables. L’étude porte ensuite sur les propriétés de reconnaissance de molécules invitées neutres électrodéficientes planes (m-dinitrobenzène, TCNQ-F4, macrocycles de type bis-bipyridinium) ou tridimensionnelles (fullerène C60). Ces phénomènes de reconnaissance sont favorisés par l’établissement d’interactions de type donneur-accepteur. Nous présentons également la synthèse d’une architecture originale en forme de double pince avec l’objectif de pouvoir réaliser une double reconnaissance spécifique d’accepteurs d’électrons. Un autre domaine de la chimie supramoléculaire est abordé avec la mise en évidence en solution d’un phénomène d’agrégation de ces clips moléculaires, qui peut permettre d’envisager l’accès à des matériaux hautement auto-organisés à l’état solide. / No english summary

Cette thèse est consacrée à la synthèse de complexes 3d homo et hétérométalliques avec des ligands bases de Schiff ou dérivés de la 1,2,4,5-tétrazine, à l’investigation de leur structure et de leurs propriétés physico-chimiques. Ce travail peut être divisé en trois parties. Dans la première partie, nous nous sommes principalement concentrés sur les ligands bases de Schiff, dérivés du salicylaldéhyde et des aminoalcools, formés in situ. Treize complexes hétérométalliques ont été obtenus et entièrement caractérisés. Il a été montré que les composés synthétisés possèdent une activité catalytique dans la réaction de l’oxydation photochimique de l’eau, présentent des propriétés de photoconductive dans les polymères composites et peuvent être utilisés pour le développement de matériaux multifonctionnels. La deuxième partie décrit la fonctionnalisation des ligands base de Schiff par l’introduction dans leur structure des unités tétrathiafulvalène et métaux dithiolènes électroactives. Deux nouvelles familles de ligands ont été synthétisées et caractérisées. La série de sels de radicaux cations et de complexes dithiolènes homo et hétérométalliques ainsi que leurs propriétés physiques ont été discutées. La dernière partie est consacrée aux ligands à base de tétrazine. Les principaux avantages du noyau tétrazine ont été discutés. Deux nouveaux ligands dérivés de la picolylamine et leurs complexes 3d mono- et binucléaires ont été décrits. / The thesis is devoted to the synthesis of homo- and heterometallic 3d-metal complexes with Schiff base ligands or derivatives of 1,2,4,5- tetrazine, together with the investigation of their structural and physico-chemical properties. This work can be divided in three parts. In the first part we have been mainly focused on the Schiff base ligands, derivatives of the salicylaldehyde and aminoalcohols. Thirteen heterometallic complexes were obtained and fully characterized. It has been shown that the synthesized compounds possess catalytic activity in the photochemical water oxidation, exhibit photoconducting properties in polymeric composites and can be used for the development of multifunctional materials of wide use. The second part describes the functionalization of Schiff base ligands by the introduction into their structure of electroactive tetrathiafulvalene and dithiolate moieties. Two new families of ligands were synthesized and characterized. The series of radicalcation salts and homo- and heterometallic dithiolene complexes together with the investigation of their physical properties have been described. The last part is devoted to the tetrazine based ligands. The main advantages of the tetrazine ring have been discussed. Two new ligands, derivative of picolylamine and their mono- and binuclear 3d-metal complexes are reported. In conclusion, perspectives of further research related to the described results were highlighted.

Ce travail traite de la synthèse et de la caractérisation de nouvelles cages moléculaires discrètes riches en électrons préparées via la méthodologie d'auto-assemblage dirigée par les métaux, ainsi que de leurs propriétés redox et d’encapsulation. Les concepts généraux guidant la méthodologie d’auto-assemblage pilotée par les métaux sont présentés. Trois types de ligands tétratopiques rédox-actifs (L) constitués de tétrathiafulvalène (TTF), de dithiol-fluorène (DTF) ou de tétrathiafulvalène π étendu (exTTF) ont été conçus. Leur capacité à générer des cages auto-assemblées avec divers complexes (M) a été étudiée. Dans le premier cas, des métallacages M8L2 dont la géométrie offre une opportunité unique de favoriser des interactions inter-TTF étroites au cours du processus d’oxydation ont été décrites. Ces interactions ont été confirmées par des études électrochimiques ainsi que par DRX à partir d’un sel oxydé électrocristallisé. Dans le second cas, plusieurs auto-assemblages discrets MxLy (cages, clips) ont été obtenus à partir de nouveaux ligands électroactifs basés sur l'unité 9- (1,3-dithiol-2-ylidène) fluorène (DTF). Leurs propriétés rédox ainsi que leur capacité à complexer des unités électro-déficientes sont fortement dépendantes de la géométrie de l’auto-assemblage. Concernant le ligand exTTF, de grandes métallacages électroactives M12L6 (environ 4 000 Å3) ont été obtenus par combinaison avec des complexes trans de palladium ou d'argent. Ces dernières se désassemblent lors de l'oxydation, donnant lieu à une transformation sans précédent d'une cage métallique discrète en un polymère de coordination. Enfin, un nouveau squelette aromatique benzo[1,2-b:4,5-b'] dithiophène est décrit en tant qu’alternative aux dérivés riches en électrons π étendus. Le rôle critique des interactions non-covalentes 1,5 S ···S est démontré par une approche combinée expérimentale et théorique. / This work deals with the synthesis and characterization of new electron-rich discrete molecular cages, prepared via the coordination-driven self-assembly methodology, as well as on evaluating their redox and host-guest properties. The general concepts guiding the metal-driven self-assembly methodology are presented. Three types of redox-active tetratopic ligands (L) featuring either a tetrathiafulvalene (TTF), a dithiol-fluorene (DTF) or a π-extended tetrathiafulvalene (exTTF) have been designed. Their ability to generate self-assembled cages upon combination with various metal complexes (M) has been studied. In the first case, M8L2 metallacages were obtained, whose geometry offers a unique opportunity to promote close inter-TTF interactions upon oxidation, as confirmed through electrochemical studies as well as from single-crystal DRX from an electrocrystallized oxidized salt. In the second case, several discrete self-assemblies MxLy (cages, clips) were obtained and characterized from new electro-active ligands based on the 9-(1,3-dithiol-2-ylidene)fluorene (DTF) unit. Their redox properties as well as their binding ability towards electro-deficient planar species show a strong dependence to the self-assembly geometry. Considering the exTTF ligand, large (ca. 4000 Å3) electroactive M12L6 metallacages were obtained from combining with trans palladium or silver complexes. Le latter exhibits a disassembling process upon oxidation, giving rise to an unprecedented redox-triggered transformation of discrete metalla-cage into a coordination polymer. Finally, a new benzo[1,2-b:4,5-b'] dithiophene aromatic scaffold is investigated as an alternative π-extended electron-rich derivative. The critical role of non-covalent 1,5 S···S interactions is demonstrated by a combined experimental and theoretical approach.

The research and development of organic electron donors is essential in the discovery of photodynamic therapy photosensitizers and catalysts, as well as in the fabrication of organic-based electronic devices. Recently, [pi]-extended tetrathiafulvalenes (exTTFs) have emerged as important organic donors due to their superb electronic properties. However, in general, exTTFs lack significant absorption in the visible and near-infrared portions of the electromagnetic spectrum, thereby limiting their utility. This doctoral dissertation depicts the author's efforts to address this inherent drawback of exTTFs by extending the electronic conjugation of tetrathiafulvalene moieties through pyrrole-based chromophores. The reported findings describe the design, synthesis, properties and potential applications of exTTFs with greatly enhanced absorption profiles. The first Chapter provides a brief historical overview on the history and development of [pi]-extended tetrathiafulvalenes. The various conjugated linkers utilized in exTTF systems are reviewed. In the latter part of the Chapter, emphasis is given to the applications in which exTTFs find use. Chapter 2, as the major focus of the dissertation, details the synthesis and characteristics of a quinoidal porphyrin-bridged exTTF, termed MTTFP. Several metalated complexes, including the Zn, Co, Cu, and Ni derivatives of MTTFP are reported. Additionally, the electrochemical, photophysical, and structural properties of MTTFPs are discussed. We also detail our efforts to synthesize and characterize both the one- and two-electron oxidized forms of MTTFPs. Finally, we discuss our efforts to reversibly switch thermodynamic electron transfer from ZnTTFP to Li@C₆₀ through coordination of axial ligands. Chapter 3 describes the formation of a 2:1 supramolecular ionic porphyrin complex between the two-electron oxidized form of ZnTTFP and a tetranionic sulfonated porphyrin. The association constants and the X-ray crystal structure of the complex are reported. A brief discussion outlining the photophysical characteristics (performed in Prof. Shunichi Fukuzumi and Prof. Dongho Kim's group) of the porphyrin donor-acceptor complexes are included. Chapter 4 details the synthesis, photophysical properties, and spectroelectrochemistry of a difluoroboradiazaindacene (BODIPY) bridged exTTF. This compound is referred to as ex-BODIPY. A singlet oxygen generation study provides initial evidence that ex-BODIPY could potentially serve as a photosensitizer. All of the experimental procedures, characterization data, and X-ray crystallographic data tables are reported in Chapter 5. / text

Orientadores: Lauro Tatsuo Kubota, Nelci Fenalti Hoehr / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T05:16:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marzal_PercyCalvo_D.pdf: 1469754 bytes, checksum: 089db3068a7acb221eecbb8dd258a085 (MD5) Previous issue date: 2005 / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

La conception de nouvelles molécules chirales est depuis plusieurs décennies un enjeu majeur. Ces travaux ont porté sur la synthèse ainsi que la caractérisation de diverses molécules à base d’hélicènes. En effet, les hélicènes sont chiraux et présentent des propriétés chiroptiques exceptionnelles. Ainsi, la combinaison de ces entités chirales associées à divers motifs permet la modulation de ces propriétés. Dans une première partie de ce manuscrit, nous nous sommes intéressés à l’association des hélicènes avec le motif tétrathiafulvalène (TTF) associant ainsi les propriétés redox du TTF à la chiralité des hélicènes. Une seconde partie concerne la préparation d’hélicènes luminescents à base de benzothiadiazole et de BODIPY avec pour objectif l’émission de lumière circulairement polarisée (CPL). Dans une troisième partie, nous avons étudié l’autoassemblage et la réactivité des motifs hélicéniques sur différentes surfaces de cuivre ou d’or. Enfin, nous avons réalisé des jonctions moléculaires à base d’hélicènes comme molécules uniques. En conclusion, nous avons développé différents motifs chiraux redox et photo-actifs ainsi que la formation de domaines auto-assemblés et des jonctions moléculaires à base d’hélicènes. / The development of new chiral molecules is a major challenge since few decades. This PhD work focuses on the synthesis and the characterisation of a variety of molecules based on helicenes. Indeed, helicenes are chiral and show exceptional chiroptical properties. Therefore, combining these chiral entities with various motifs allow the modulation of their properties. In a first part of this manuscript, we were interested in the association of helicenes with tetrathiafulvalene (TTF), thus combining the redox properties of TTF with the chirality of helicenes. The second part concerns the preparation of luminescent helicenes based on benzothiadiazole and BODIPY for circularly polarised light luminescence (CPL). In a third part we investigated the self-assembly and the reactivity of helicenes on gold and copper surfaces. Finally, we have prepared single molecule junctions based on helicenes. In Conclusion, we developed different redox and photoactive helicenes with applications towards the self-assembly on surfaces and single molecular junctions.