Radicaux π-conjugués pour la construction et le contrôle redox d'assemblages moléculaires organisés

π-conjugated radicals for the construction and redox control of organized molecular assemblies

• Auteur / Autrice : Christophe Kahlfuss
• Direction : Christophe Bucher, Eric Saint-Aman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 30/10/2015
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie. Lyon (2003-….)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Dutasta
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Bucher, Eric Saint-Aman, Jean-Pierre Dutasta, Stéphane Bellemin-Laponnaz, Gwénaël Rapenne, Jennifer A. Wytko
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphane Bellemin-Laponnaz, Gwénaël Rapenne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commutateurs moléculaires

Autoassemblage

Chimie supramoléculaire

Électrochimie

Mots clés libres

Viologène

Électrochimie

Supramoléculaire

Auto-assemblage

Dynamère

Commutateur

Viologen

Electrochemistry

Supramolecular

Self-assembly

Dynamer

Switch

Résumé

L’objectif de la thèse vise au développement d’architectures moléculaires et supramoléculaires commutables par contrôle rédox. La stratégie proposée repose sur l’exploitation du processus de π-dimérisation subi par les radicaux cations de dérivés du viologène comme force motrice pour la génération électro-induite de mouvements intramoléculaires. Nous décrivons la conception de nouvelles charnières organiques à squelette calixarène permettant d’accéder à des pinces moléculaires. Convenablement fonctionnalisée par des mâchoires de type pyridine-pyridinium, le mouvement de la pince est déclenché par la combinaison d’une activation chimique et électrochimique. Dans un deuxième exemple, nous montrons comment il est possible de verrouiller et déverrouiller les mouvements de la charnière calixarène en utilisant un réseau de liaisons hydrogène intramoléculaires. Nous décrivons également la conception d’une charnière inorganique originale fondée sur un complexe de palladium qui joue le rôle du pivot d’un carrousel moléculaire dont les bras à base de viologène sont mis en rotation sous l’effet d’une réduction électrochimique centrée sur les motifs viologènes. Le contrôle rédox des phénomènes d’auto-association au sein de polymères de coordination dynamiques est également abordé au travers de deux exemples de pinces moléculaires aux mâchoires fonctionnalisées soit par des briques auto-complémentaires, soit par des ligands bidentés. Dans un dernier exemple, un centre métallique palladium est utilisé à la fois comme vecteur de polymérisation et comme charnière pour la π-dimérisation intramoléculaire de ligands ditopiques à base de viologènes.

The aim of the thesis is to develop new concepts in the design of redox-switchable molecular and supramolecular architectures. The strategies which have been implemented rely on the π-dimerization of viologen radical cations as a driving force for the generation of electron-triggered intramolecular movements. Upon studying a series of viologen-appended calixarenes, we have established that bipyridinium radicals can be reversibly -dimerized under the joined effects of chemical (proton transfer) and electrochemical (electron transfer) stimulus. Our investigations also led to the discovery that a bis-pyridinyl appended calixarene intermediate is involved in a fully reversible redox-triggered sigma-dimerization process. We have also established that the ability of a phenol-containing calixarene to dimerize in its two electron reduced state depends on a subtle balance of weak interactions associated with hydrogen bond formation on the lower rim and orbital overlap between -radicals on the upper rim.We also demonstrate that inorganic hinges based on palladium complexes can be used as pivots in viologen-containing π-dimerizable architectures. The redox-controlled self-assemby of dynamic coordination polymers is also addressed through two examples of molecular tweezers, whose arms are functionalized by self-complementary complexing units or by bidentate ligands. In a last example, a palladium metal center is used both as a carrier of polymerization and as a hinge enabling the intramolecular π-dimerization of ditopic viologen-based ligands.