Synthèse et études physico-chimiques de complexes trimétalliques flexibles en séries bisporphyriniques

Synthesis and physico-chemical studies of flexible trimetallic complexes in bisporphyrinic serie

• Auteur / Autrice : Benoit Habermeyer
• Direction : Jean-Michel Barbe, Claude Gros
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 08/07/2011
• Etablissement(s) : Dijon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot (Dijon ; .....-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Moléculaire de l'Université de Bourgogne (ICMUB) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Roger Guilard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Shunichi Fukuzumi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mir Wais Hosseini, Fabrice Odobel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Porphyrines

Photosynthèse

Catalyse

Mots clés libres

Porphyrine

Systèmes Pacman

Pince moléculaire

Ligand

Catalyse

Photosynthèse

Porphyrin

Pacman systems

Molecular tweezer

Ligand

Catalysis

Photosynthesis

Résumé

Motivé par leur implication dans le centre réactionnel de l’appareil photosynthétique, puis plus tard, par les défis de la catalyse par transfert multi–électronique, des exemples d'édifices composés de deux porphyrines maintenues face–à–face apparaissent dans les années 70. Les premiers exemples font appel à l’utilisation d’espaceurs rigides qui maintiennent les porphyrines selon une géométrie bien définie permettant d’établir des relations précises entre la structure et les propriétés de ces dérivés. Ce projet de recherche a consisté à synthétiser une « nouvelle génération » de systèmes Pacman, plus flexibles et présentant deux types de conformations : une ouverte et une fermée. En ce sens, ces dérivés peuvent être décrits comme des pinces moléculaires. Le passage d’une conformation à l’autre serait contrôlé par la coordination d’un cation métallique au sein d’un espaceur–ligand. La conformation du système ne dépendrait alors plus de l’espaceur mais serait imposée par la géométrie de coordination du métal. Outre le contrôle conformationnel en fonction de la nature du cation métallique, l’avantage de cette approche est de pouvoir moduler, ou réguler dans le cas d’une coordination réversible, les propriétés physico–chimiques du système par simples interactions de type hôte/invité. Alors que les porphyrines sont supposées se comporter indépendamment dans la forme ouverte, la fermeture de la pince devrait se traduire par un rapprochement des macrocycles selon une disposition cofaciale impliquant des interactions entre les porphyrines. Ainsi, une modification des propriétés physico–chimiques de l’espèce et de son activité est attendue de par la communication électronique et/ou la coopérativité intermétallique établie. Nous nous sommes attachés également à présenter les études physico–chimiques entreprises sur certains systèmes bi– et trimétalliques afin de valider ces différents concepts.

Motivated by their involvement in the reaction center of the photosynthetic apparatus, and later, by the challenges of the multi–electron transfer catalysis, some examples of porphyrin dimer maintained in a face–to–face arrangement, appeared in the seventies. The first examples consisted in rigid spacers, which maintain the porphyrins in a well–defined geometry in order to establish a precise relationship between the structure and the properties of these derivatives. This research project consists in the synthesis of a “new generation” of Pacman systems, more flexible and presenting two types of conformations: one open, the other closed. In this way, these derivatives can be described as molecular tweezers. The way to go from one conformation to the other would be controlled by the coordination of a metal cation within a spacer–ligand. Thus, the conformation of the system will not depend on the spacer (like in the previous Pacman systems) but would be determined by the metal coordination geometry. In addition to the conformational control as a function of the nature of the metal cation, the advantage of this appraoch is to modulate, or regulate in the case of a reversible coordination, the physico–chemical properties of the system by simple host/guest interactions. Although the porphyrins are supposed to act independantly in the open form, the closure of the tweezer would bring the macrocycles closer according to a cofacial arrangement involving interporphyrinic interactions. Thus, a modification of the physico–chemical properties and the activity of the species is expected by the electronic communication between both macrocycles and/or the established bimetallic cooperativity. In order to validate these concepts, physico–chemical studies performed on some bis– and tris–metal systems are described.