Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la synthèse de photo-interrupteurs organiques [DAE, di(hétéro)arylethenes] via activation de liaisons sp² C-H d'hétéroaromatiques catalysées par le palladium. Le système catalytique pour l'arylation directe précédemment établi, Pd(OAc)₂/KOAc/DMAc, s'est montré adapté aux nouvelles transformations souhaitées. Cette méthode permet l'accès direct à une grande variété de molécules photo-commutable en peu d'étapes. En outre, concernant le développement de nouvelles procédures de fonctionnalisation de liaisons C-H d'hétéroaromatiques, nous avons constaté que le système catalytique Pd(CH₃CN)₂Cl2/Li₂CO₃/dioxane, pour le couplage de thiophènes avec des chlorures d'arylsulfonyle conduit à des thiophènes β-arylés. Ce nouveau système catalytique peut également être utilisé dans une réaction d'addition conjuguée, en utilisant des énones et des chlorures d'arylsulfonyle en tant que partenaires de couplage. Enfin, nous avons décrit la formation de 4-aryl-1,2,3,4-tetrahydroquinolines via Heck/sp² C-H activation co-catalysée par PdCl₂/CuBr.

Les diodes organiques électroluminescentes (OLEDs), dans lesquelles l’émission de couleur provient de la fluorescence de molécules organiques, représentent une évolution de la technologie des diodes électroluminescentes (LED) classiques. Les OLEDs phosphorescentes (PhOLEDs) permettre d’atteindre des rendements plus élevée que les OLEDs, en utilisant comme couche émissive un couple « matériau organique/dopant phosphorescent ». Ce travail porte sur la synthèse et l'étude de nouvelles molécules à haut état triplet, pour des applications comme matrices hôtes dans des PhOLEDs bleues. Après une introduction à ce domaine novateur, la synthèse de nouveaux semi-conducteurs organiques dérivés de l’architecture 2π-1spiro et l’analyse détaillée des propriétés physico-chimiques sont présentées. Les performances de PhOLEDs bleues utilisant ces nouvelles matrices sont alors décrites et montrent l’intérêt du design de ces nouvelles molécules hôtes.

Nous nous sommes intéressés au TMC-95A, un tripeptide cyclique naturel inhibant le protéasome humain d’une façon non-covalente à des concentrations de l’ordre du nanomolaire. Nous avons montré que des mimes linéaires du TMC-95A contenant un motif 3-hydroxyoxindolyl alanine conservent l’activité inhibitrice de ce dernier. Mon travail a porté sur la synthèse d’une bibliothèque de mimes linéaires du TMC-95A en partant des amino-acides protéogéniques et des dérivés de la 3-hydroxyoxindolyl alanine. Nous avons préparé des bras espaceurs hydrosolubles contenant des motifs éthylène glycol que nous avons couplés avec les têtes inhibitrices pour l’élaboration de nouveaux inhibiteurs bivalents capables de cibler simultanément deux des six sites catalytiques du protéasome constitutif et de l’immunoprotéasome. Au cours de la synthèse de la 3-hydroxyoxindolyl alanine, il a été observé qu’en milieu basique, ce résidu C-protégé se transpose lentement et d'une façon peu décrite dans la littérature en γ-lactame. Nous avons généralisé cette réaction à la synthèse de lactames de 5 à 12 chaînons par isomérisation d’oxindoles substitués en N-1 par un groupement électroattracteur et en C-3 par une chaine ω-aminée de longueur variable. Ces oxindoles ayant une chaîne aminée ont été obtenus à partir de deux familles différentes : des composés nitrés et des dérivés N-Boc protégés. L’aptitude des différentes molécules synthétisées à inhiber le protéasome et l’immunoprotéasome a été étudiée.

Le développement de capteurs optiques fonctionnant dans le moyen infrarouge est un enjeu majeur pour détecter les (bio-) molécules. En effet, le moyen infrarouge (4000 - 400 cm-1) contient une grande majorité des absorptions dues aux vibrations des molécules organiques. L'objectif de ces travaux de recherche est d'élaborer des capteurs plus sélectifs, plus sensibles et plus compacts. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit concernent donc le développement de guides d'ondes optiques à base de verre de chalcogénure sensibles aux molécules cibles via l'absorption de la partie évanescente de la lumière guidée se propageant à la surface du guide. La synthèse des matériaux infrarouges est l'une des étapes clés. Les verres de chalcogénures sont des matériaux particulièrement appropriés pour cette application de détection de polluants. Ces verres présentent un large domaine de transparence dans l'infrarouge (2 - 15 µm pour les verres à base de sélénium) et des indices de réfraction élevés (entre 2 et 3). L'élaboration du guide d'onde nécessite la fabrication de couches minces de verre de chalcogénure par pulvérisation cathodique RF magnétron. Afin de maîtriser le développement du micro-capteur infrarouge, un plan d'expériences a été élaboré pour étudier l'influence des paramètres de dépôt sur les caractéristiques des couches minces. L'architecture du guide a été définie et réalisée par gravure RIE-ICP (gravure ionique réactive couplée au procédé de gravure plasma à couplage inductif) et les mesures de pertes optiques et d'injection dans le MIR (6,3 µm et 7,8 µm) ont été réalisées. Il s'agit des tous premiers guides fonctionnant aussi loin dans le moyen infrarouge. L'ultime étape consiste à fonctionnaliser la surface du guide augmenter sa sélectivité. Des premiers tests ont été réalisés sur un cristal ATR en ZnSe par un polymère hydrophobe. Ils ont permis la détection de molécules polluantes absorbant à 13,8 µm, présentes en très faible concentration (25 ppb) dans des solutions d'hydrocarbures (BTX) ou des eaux plus complexes (eaux de station d'épuration et eaux souterraines).

L'augmentation des émissions de CO2 entraîne un réchauffement de la planète préjudiciable aux équilibres écologiques terrestres. Dans ce contexte, le stockage de CO2 dans des formations géologiques terrestres et sous-marines se pose comme un moyen intéressant de limiter les conséquences de ces émissions. Cependant cette solution nécessite une surveillance continue afin de détecter d'éventuelles fuites au niveau d'une zone de stockage. Les travaux de thèse présentés concernent le développement d'un capteur optique en fibre de chalcogénures pour la détection de CO2 gazeux fonctionnant dans le moyen infrarouge. Cette détection est basée sur un phénomène de luminescence, jouant le rôle de source déportée et partiellement absorbée en présence de CO2. Le développement de ces fibres optiques a demandé un important travail en sciences des matériaux et en caractérisation spectroscopique. Un prototype a été fabriqué et utilisé avec succès sur le terrain lors de campagnes de mesure menées in-situ.

L’objectif principal de ce travail est de développer des optiques moulées transparentes du visible à l’infrarouge thermique 8-12μm pour des applications de vision multi-spectrales. La recherche de compositions de verres utilisables pour ces applications a été faite parmi les verres de chalcogénures (connus pour leurs grandes transparences dans l’infrarouge), plus précisément dans les systèmes GeS2-Ga2S3-CsCl et GeSe2-Ga2Se3-CsI. Ces deux systèmes présentent des transparences étendues dans le visible avec l’ajout d’halogénures d’alcalin. En privilégiant une transparence dans le domaine visible, le système à base de soufre a été plus précisément étudié avec la sélection de deux compositions 75GeS2-15Ga2S3-10CsCl et 65GeS2-20Ga2S3-15CsCl. Les transmissions optiques, les indices de réfraction, les dispersions chromatiques et les variations d’indices en fonction de la température pour ces compositions ont été mesurés. Les propriétés thermiques, la mise en forme des verres ainsi que les propriétés mécaniques ont été présentées pour compléter la caractérisation de ces matériaux. Ces compositions possèdent de bonnes stabilités contre la cristallisation et des transparences étendues de 0,5μm à 11,5μm. Ces résultats nous permettent d’envisager la production d’optiques couvrant une large bande spectrale et de proposer une alternative au matériau ZnS pour les systèmes optiques. Cependant, les dispersions chromatiques de ces deux verres possèdent des comportements très similaires. Une étude de ce paramètre important pour corriger les aberrations chromatiques a été faite pour permettre de déterminer une composition avec une dispersion différente. Pour ces verres, l’addition de chlorure de césium engendre une légère dégradation des propriétés optiques due à la réaction du verre avec l’humidité environnante. Pour protéger ces verres contre la corrosion de l’atmosphère, une couche protectrice de ZnS a été appliquée par pulvérisation cathodique. De plus, un traitement antireflet a été appliqué par Thales Angénieux pour optimiser la transmission de ces verres dans les bandes spectrales spécifiées. Ce revêtement antireflet agit également comme un revêtement de protection. Ces travaux sur des verres à base de GeS2-Ga2S3 pour des applications optiques, nous ont également conduits à étudier ces verres contenant des ions de sodium pour la conduction ionique avec l’ajout d’halogénure de sodium (NaI et NaCl). La conductivité ionique de ces verres a été mesurée et comparée à la conductivité des verres contenant du lithium. Il a été démontré que le système GeS2-Ga2S3-NaI peut conduire à des verres avec une conductivité ionique de 10-6 S.cm-1 à température ambiante.

Les ions lanthanide sont employés avec succès pour la synthèse de molécules-aimants caractérisées par une relaxation lente du moment magnétique d’origine purement moléculaire. Ces propriétés sont principalement liées à la forte anisotropie intrinsèque de ces ions, ainsi qu’à leur moment magnétique intense. Dans le cas de complexes contenant plusieurs porteurs de spin (métaux 3d, 4f ou radicaux organiques), la proximité de ces centres peut induire entre ces derniers une interaction de couplage aussi appelée échange magnétique. La rationalisation de telles propriétés est notamment rendue possible par l’approche ab initio.

Mon travail au sein de l'équipe Chimie du Solide et Matériaux (CSM) à l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes a porté sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux composés hybrides à clusters, en particulier des clustomésogènes. Depuis leur publication en 2010, les clustomésogènes représentent une nouvelle famille de cristaux liquides, combinant les propriétés physiques des clusters, en particulier la luminescence, avec les propriétés de mise en forme et d'organisation des cristaux liquides. La première partie de ce manuscrit est consacrée à la synthèse, aux études de luminescence, d'oxydo-réduction et aux calculs DFT d'un nouveau composé à clusters, K4[Re6Sei8(N3)a6]·4H2O, précurseur de briques moléculaires pour l'élaboration de nanomatériaux hybrides. La deuxième partie porte sur la synthèse et l'étude de trois clustomésogènes (CL3, CL6 et CL9) présentant différentes densités en unités mésogéniques grâce à la modulation d'un espaceur entre le coeur inorganique et l'unité mésogénique. LC3, LC6 et LC9 possèdent respectivement une chaine aliphatique de 3, 6 et 9 carbones entre le cluster et les unités mésogéniques de type cyanobiphényls. Finalement, une prospective de simulation par dynamique moléculaire a été menée dans le but de comprendre les interactions entre ces macromolécules cristal-liquides, les clustomésogènes, afin de comprendre et prévoir les processus d'auto-assemblage de ces composés hybrides. Ce travail est une première étape pour le développement futur de clustomésogènes de structures contrôlées pour des applications dans les domaines de l'affichage et de l'éclairage.

Les précurseurs de ligands base de Schiff électro-donneurs et électro-accepteurs R-ONOH₂ sont préparés par réaction de monocondensation entre les β-dicétones appropriées et respectivement le 1,2- et le 1,2-4-nitro-aminophénol. Ils existent exclusivement sous leurs formes tautomériques céto-énamine en solution et à l'état solide. Dans les complexes correspondants de NiII et de CuII, le métal adopte une géométrie plan carré et est coordiné par les atomes d'azote et d'oxygène du ligand dianionique tridentate et par l'azote du coligand pyridine. L'hyperpolarisabilité quadratique, déterminée par la technique DHL est très élevée. La substitution de la pyridine par la 4,4'-bipyridine conduit systématiquement aux complexes dimériques correspondants. Un composé similaire comportant l'espaceur bis(4-pyridyle)acétylène est formé après réaction de couplage croisé de Sonogashira. Cette même réaction de couplage croisé entre les blocs de construction électrodonneurs et électro-accepteur permettent de préparer le système «push-pull» D-π-A désiré. Les réponses ONL du second ordre des complexes contenant le ligand électro-actif methylène-pyrane peuvent être modulées par bi- (R = An) et tétra- (R = Fc) oxydation réversible avec formation/rupture d'une liaison C-C, constituant ainsi un nouvel exemple de commutateur ONL-2 réversible.

La présence des antibiotiques à usage humain et vétérinaire dans l’écosystème aquatique, est devenue un problème écologique sérieux. En effet, ces substances résistent aux traitements des stations d’épuration, ce qui engendre leur introduction et accumulation dans l’environnement. Par conséquent, le développement de méthodes efficaces pour le traitement de ces polluants est nécessaire. La première partie de ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la dégradation des antibiotiques par procédé électro-Fenton. Ce procédé consiste à produire in situ des espèces fortement oxydantes, les radicaux hydroxyle, permettant la dégradation totale des composés organiques persistants. La sulfaméthazine (SMT) et le triméthoprime (TMP) ont été choisis comme composés modèles, en raison de leur détection régulière dans les effluents des stations d’épuration, les eaux de surface et les eaux souterraines. Dans cette première partie, nous avons examiné l’influence de différents paramètres expérimentaux, sur l’efficacité du procédé électro-Fenton. Les conditions opératoires optimales nécessaires pour la dégradation totale des deux antibiotiques étudiés, ont été également déterminées. En outre, les produits intermédiaires aromatiques générés lors de la dégradation des deux antibiotiques, ont été identifiés. Leur évolution durant l’électrolyse a été également suivie. La deuxième partie est consacrée à l’étude de la minéralisation de la SMT et du TMP par procédé électro-Fenton. Les résultats obtenus indiquent que les taux de minéralisation de la SMT et du TMP sont respectivement de 91 et 85% après dix-huit heures de traitement. Les acides carboxyliques formés, ainsi que les ions inorganiques libérés ont été identifiés, leur évolution a été suivie au cours du traitement. De plus, en se basant sur les différents sous-produits générés, nous avons proposé des mécanismes réactionnels pour la minéralisation de la SMT et du TMP par procédé électro-Fenton. La troisième partie de ce travail porte sur l’étude de la minéralisation des deux antibiotiques considérés par couplage du procédé électro-Fenton et d’un traitement biologique. La SMT et le TMP, ont été prétraités par procédé électro-Fenton, ce qui a conduit à leur dégradation totale, avec des taux de minéralisation faibles. Par la suite, un traitement biologique a été effectué durant 20 jours, les taux globaux de minéralisation ont alors augmenté pour atteindre 81 et 68% pour respectivement la SMT et le TMP. Dans une dernière partie, nous avons procédé à la minéralisation de deux effluents industriels, contenant les antibiotiques étudiés, par couplage du procédé électro-Fenton et d’un traitement biologique. Les taux de minéralisation globaux obtenus sont de 81 et 89% pour respectivement l’effluent SMT et l’effluent TMP. Ce qui prouve la pertinence du procédé combiné, pour le traitement des effluents industriels.