Architectures moléculaire et supramoléculaires à base de Lanthanides Luminescents

Luminescent Lanthanide-Based Molecular and Supramolecular Architectures

• Auteur / Autrice : Gulay Bozoklu
• Direction : Marinella Mazzanti, Daniel Imbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 29/09/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut nanosciences et cryogénie (Grenoble ; 2008-2018) - Service de chimie inorganique et biologique (Grenoble ; 19..-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe de reconnaissance ionique et chimie de coordianation
• Jury : Président / Présidente : Frédérique Loiseau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anja-Verena Mudring
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Nief, Stephane Petoud

Mots clés

Mots clés libres

Lanthanides divalents et trivalents

Auto-assemblage

Polymetallique

Luminescence

Diastéréosélectif

Trivalent and divalent lanthanides

Self-assembly

Polymetallic

Luminescence

Diastereoselective

Résumé

La construction de complexes polymétalliques de lanthanides préprogrammés et sophistiqués, de taille nanométrique, pour le développement de matériaux luminescents présentant des propriétés photophysiques nouvelles ou améliorées (double émission, transfert d'énergie intermétallique, etc.) est un des sujets de la chimie supramoléculaire des lanthanides suscitant énormément d'intérêt. La compréhension, le contrôle et la programmation de l'auto-assemblage de complexes de lanthanides est un défi majeur en raison de la difficulté à contrôler l'environnement de coordination de ces ions qui se caractérise par des nombres de coordinations importants et variables et peu de préférences stéréochimiques. Ainsi, la plupart des complexes polynucléaires de lanthanides décrits dans la littérature sont formés de façon fortuite plutôt que par conception rationnelle. Afin d'inclure les ions lanthanides dans des architectures polymétalliques de haute nucléarité tout en améliorant leurs propriétés photophysiques, nous nous sommes concentrés sur des études de complexation de ligands dissymétriques (tridentates anioniques, tétradentates chiraux) permettant de promouvoir la formation des assemblages. Nous avons par ailleurs commencé à explorer le potentiel d'une méthode synthétique originale de clusters oxo par réactivité redox de complexes divalents de lanthanides. Nous présentons ici la synthèse et les propriétés photophysiques de complexes stables émettant dans le proche infrarouge basés sur des ligands anioniques hydroxyquinoléine fonctionnalisé par des groupes carboxylates ou tétrazolates. En outre, nous pouvons montrer que l'utilisation de ligands chiraux possédant un groupement oxazoline favorise l'auto-assemblage diastéréosélectif de complexes de lanthanides homo- et hétéro-polymétalliques énantiopures émettant dans le visible et le proche infrarouge. Un complexe trinucléaire d'europium énantiopure a été caractérisé par cristallographie, celui-ci présentant une forte activité en polarisation circulaire de luminescence (CPL). Le ligand chiral oxazoline a permis d'obtenir une roue heptanucléaire d'europiums, le plus important assemblage polymétallique énantiopure. Enfin, nous avons pu préparer et caractériser des complexes de lanthanides divalents hautement réactifs basés sur un ligand tripode neutre possédant des groupements pyridine (tpa). Des résultats préliminaires montrent que ces complexes peuvent être des précurseurs très utiles pour isoler des clusters oxo polymétalliques. En particulier, la réaction d'un complexe de néodyme hautement réactif a conduit à isoler un cluster oxo volumineux et très intéressant par clivage de THF en présence de tpa.

The construction of preprogrammed, sophisticated and nanoscopic polymetallic lanthanide complexes for the development of luminescent materials that possess new or improved photophysical properties (dual emission, intermetallic energy transfer, etc.) is one of the hot topics in the lanthanide supramolecular chemistry. Understanding, controlling and programming self assembly of lanthanide complexes is a key challenge due to the difficulty in controlling the coordination environment of these ions which display high and variable coordination numbers with little stereochemical preferences. As a result of this, most of the polynuclear lanthanide complexes reported in literature are formed by serendipity rather than rational design. In order to include lanthanide ions in discrete high nuclearity polymetallic architectures with improved photophysical properties we have concentrated on complexation studies with dissymmetric chelating ligands (tridentate anionic ligands, tetradentate chiral ligand) with possibility of promoting assembly formation, and we started to investigate the potential of an original synthetic method using the redox reactivity of divalent lanthanides complexes for the synthesis of oxo clusters. Here we present the synthesis and photophysical properties of NIR emissive stable complexes obtained with hydroxyquinoline based tridentate dianionic ligands functionalised with carboxylic acid and tetrazole groups. Moreover we show that the use of a chiral tetradentate ligand possessing oxazoline ring promotes the diastereoselective self assembly of enantiopure homo- and hetero-polymetallic lanthanide complexes emitting in the visible and NIR range. An original enantiopure trinuclear europium complex was crystallographically characterised and we found that it displays a high circularly polarized luminescence (CPL) activity. The chiral oxazoline based ligand also led to the synthesis of the largest enantiopure polymetallic assembly of europium, a heptanuclear wheel. Finally we were able to prepare and characterize highly reactive complexes of divalent lanthanides with a neutral tripodal pyridine based ligand and very preliminary results show that these complexes can be useful precursors for the isolation of polymetallic oxoclusters. Notably, the reaction of the highly reactive neodymium complex led to the isolation of a very interesting large neodymium oxo cluster by cleavage of THF in the presence of the ligand tpa.