Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les molécules organiques semi-conductrices (MOS) ont suscité un intérêt considérable ces dernières années en raison de leurs propriétés électroniques uniques et de leurs applications potentielles dans divers domaines, tels que les diodes électroluminescentes (DEL), les transistors à effet de champ (FET) et les cellules solaires. Leurs propriétés intrigantes découlent des systèmes d'électrons π conjugués, qui permettent la délocalisation des électrons sur des structures moléculaires étendues. La synthèse des MOS implique la conception et la construction de molécules organiques présentant des propriétés électroniques spécifiques. Diverses stratégies de synthèse, notamment l'ingénierie moléculaire, la polymérisation, les complexes donneur-accepteur et les techniques d'auto-assemblage, ont été utilisées pour adapter les structures moléculaires et optimiser leurs propriétés. La possibilité de moduler la largeur de bande interdite et la structure électronique des MOS a facilité le développement de dispositifs électroniques avancés. Dans ce travail, les MOS sont préparées en utilisant des approches synthétiques modernes et de nouvelles connaissances sur le comportement des systèmes π découvertes au cours des dernières décennies pour former des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) de grande taille et à faible bande interdite. Tout d'abord, une série de composés diradicalaires a été synthétisée en fusionnant des motifs fluorène dans un axe longitudinal sur un noyau conjugué plutôt qu'en les fusionnant latéralement, comme effectué précédemment dans la littérature. Les diradicaux neutres et les dication tetrathiafulvalène ont été étudiés et présentent un caractère diradicalaire très marqué, constituant l'un des rares exemples rapportés. De plus, une méthode efficace a été développée pour produire un isomère de l'azulénoazulène, dont la synthèse n'avait été rapportée que dans les années 1970. Les composés d'intérêt sont obtenus en moins d'étapes de synthèse et peuvent être facilement fusionnés avec d'autres unités aromatiques. Les molécules non-benzénoïdes peuvent être comparées à leur forme annulène. Cette classe de composés n'avait jamais été rapportée auparavant et présente une forte absorption dans la région UV-visible, ainsi qu'un comportement de couche ouverte, un processus de dimérisation/photodissociation et une bonne mobilité de charge dans les dispositifs FET. De plus, le vat orange 3, un colorant, est utilisé comme précurseur de polymères conjugués. En reliant son noyau à ses unités voisines par des positions spécifiques avec des atomes de carbone $sp^\textit{3}$, l'encombrement stérique est minimisé. Il s'agit des premiers dérivés d'anthantrone entièrement planarisés et conjugué. L'aplanissement des motifs conjugués avec le noyau d'anthantrone améliore les propriétés optoélectroniques, résultant en un meilleur chevauchement des orbitales π, bien que certains défis de connectivité entre le noyau et les comonomères soient identifiés dans les polymères synthétisés. Enfin, de nouveaux dérivés d'anthantrone entièrement conjugués ont été synthétisés en utilisant une stratégie similaire à celle précédente, cette fois en reliant les unités avec des atomes de carbone $sp^\textit{2}$. Ces dérivés montrent des déplacements exceptionnels d'absorption UV-visible en fonction des unités de solubilisation et un comportement d'agrégation en solution. Deux de ces analogues sont incorporés avec succès dans des dispositifs FET. / Semiconducting organic molecules (SOMs) have gained significant attention in recent years due to their unique electronic properties and potential applications in various fields, such as in light-emitting diodes (LEDs), field-effect transistors (FETs) and solar cells. Their intriguing properties arise from the conjugated π-electron systems, which enable the delocalization of electrons over extended molecular frameworks. The synthesis of SOMs involves the design and construction of organic molecules with specific electronic properties. Various synthetic strategies, including molecular engineering, polymerization, donor-acceptor complexes, and self-assembly techniques, have been employed to tailor the molecular structures and optimize their properties. The ability to tune the energy bandgap and the electronic structure of SOMs has facilitated the development of advanced electronic devices. In this work, SOMs are synthesized by taking advantage of modern synthetic approaches and novel knowledge about π-system behavior discover in the last decades to form low bandgap large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Firstly, a series of diradical compounds is synthesized by fusing fluorene moieties in a longitudinal axis on a conjugated core rather than laterally fused, as previously shown in the literature. The neutral and tetrathiafulvalene dication diradicals are studied and both classes exhibit high diradical character, which is one of the few reported examples. Additionally, an efficient synthetic method is developed to produce an azulenoazulene isomer, whose synthesis was only reported in the 1970s. The compounds of interest are obtained in fewer synthetic steps and could be easily fused with other aromatic units. The resulting non-benzenoid molecules can be compared to their annulene form. That class of compounds has never been made before and it exhibits strong absorption in the UV-visible region and shows open-shell behavior, dimerization/ photodissociation process and good charge mobility in FET devices. Furthermore, vat orange 3, a common dye, is utilized as a precursor for conjugated polymers. By bridging its core to its linking units at specific positions with $sp^\textit{3}$ carbons, the steric hindrance is minimized. It is the first report of a fully planarized π-extended anthanthrone derivative. Flattening the conjugated moieties with the anthanthrone core improves optoelectronic properties, resulting of a better π-orbitals overlap, although some challenges in connectivity between the aromatic core and the comonomers are identified in the synthesized polymers. Finally, new fully conjugated anthanthrone derivatives are synthesized by using a similar strategy than before, this time by bridging the units on specific positions with $sp^\textit{2}$ carbon atoms. These are demonstrating exceptional solubilizing units-dependant UV-visible absorption shifts and in-solution aggregation behavior. Two of these analogs are successfully incorporated into FET devices.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/129665 |
| Date | 24 January 2024 |
| Creators | Lirette, Frédéric |
| Contributors | Morin, Jean-François |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxvii, 259 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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