Thèse soutenue

Conception et synthèse de machines moléculaires dérivées du pentaphénylcyclopentadiène

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Auteur / Autrice : Yohan Gisbert
Direction : Claire KammererGwénaël Rapenne
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie moléculaire
Date : Soutenance le 30/09/2021
Etablissement(s) : Toulouse 3
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (Toulouse ; 1988-....)
Jury : Président / Présidente : Rémi Chauvin
Examinateurs / Examinatrices : Claire Kammerer, Gwénaël Rapenne, Jean-Pierre Sauvage
Rapporteurs / Rapporteuses : Muriel Hissler, Bernold Hasenknopf

Résumé

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Le domaine de la mécanique moléculaire, et en particulier l'étude des machines moléculaires, constitue aujourd'hui un sujet de premier plan, dans un contexte de miniaturisation des technologies en évolution constante. De nombreux exemples de moteurs nanométriques capables de fournir un mouvement directionnel et contrôlé à partir de sources d'énergie variées ont été décrits dans la littérature au cours des trente dernières années. Cependant, le travail ou la puissance accessibles lors de la rotation des moteurs moléculaires sont souvent méconnus. Au cours de cette thèse, onze prototypes de treuils moléculaires ont été conçus et synthétisés, dérivant de l'architecture d'un moteur moléculaire organométallique déjà étudié dans l'équipe. Ces machines moléculaires ont été conçues pour être impliquées dans des expériences de microscopie à sonde locale (Microscopie à Force Atomique ou Microscopie à Effet Tunnel) à l'échelle de la molécule unique, afin d'étudier les propriétés mécaniques du moteur moléculaire de façon directe en conditions ambiantes, ou indirecte à travers le tractage de charges moléculaires sur une surface d'or à très basse température. Ces molécules présentant une forte complexité structurale, un intérêt particulier a été apporté à la conception de stratégies de synthèse modulaires permettant d'obtenir une large variété de machines moléculaires à partir de précurseurs communs. La seconde partie de cette thèse est consacrée à la préparation d'une série de pentaarylcyclopentadiènes en tant que prototypes de roues dentées moléculaires, sous-unités nécessaires à la construction de trains d'engrenages qui seront étudiés par Microscopie à Effet Tunnel. Différentes voies de synthèse conduisant à ces composés ont été explorées et ces études ont mené au développement d'une nouvelle réaction d'arylation directe du cyclopentadiène catalysée par du cuivre(I), permettant d'accéder à des pentaarylcyclopentadiènes en une seule étape à partir du cyclopentadiène et d'un excès d'iodure d'aryle. Après optimisation, cette méthodologie a été étendue à la préparation d'une famille d'hexaarylcyclopentadiènes, jusqu'ici inconnus.