Synthesis of new conjugated meso porphyrin dendrimers and oligomers and study of their optical properties

par Dandan Yao

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Christine Paul-Roth.

Soutenue le 16-03-2015

à Rennes, INSA , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière (Rennes) , en partenariat avec Institut des Sciences Chimiques de Rennes (laboratoire) , Université européenne de Bretagne et de Institut des Sciences Chimiques de Rennes (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Synthèse de nouveaux dendrimères et des oligomères de porphyrine méso-conjugué et d'étude de leurs propriétés optiques


  • Résumé

    Au cours de cette thèse, nous avons synthétisé et caractérisé de nouveaux composés en utilisant le macrocycle porphyrine en tant que brique moléculaire. L’objectif, après la synthèse, était d’étudier les propriétés photophysiques de ces nouvelles molécules. Plus précisément, nous avons considérés trois groupes de dendrimères fluorènyles-porphyrines et deux oligomères avec des structures conjuguées. Les corrélations structures et propriétés optiques ont été discutées en détail, ainsi que le transfert d’énergie du dendron conjugué donneur. Dans le premier chapitre, nous avons décrit la chimie des porphyrines en considérant surtout trois aspects: (i) structure, (ii) propriétés optiques et (iii) méthode synthétique. Nous avons également reporté les porphyrines préalablement étudiées dans notre groupe de recherche et proposé de nouveaux modèles lors de cette thèse. Dans le deuxième chapitre, nous avons étudié l’influence de la position de substitution du phényle sur le coeur central qui est la porphyrine TPP. Deux groupes de nouveaux dendrimères ont été synthétisés avec différentes positions de substitution du phényle de la TPP: série parasubstituée TPP1, TPP2 et TPP3, et série méta-substituée TPP4, TPP5 et TPP6. Ces dendrimères ont tous des dendrons conjugués avec des ponts phényl-alcynes et des groupements fluorènyles terminaux. Dans le troisième chapitre, pour étudier l’influence des antennes périphériques, une série de dendrimères de porphyrine à base de TFP avec différentes positions de fluorènyles dans les dendrons conjugués (fluorényle central, fluorényle pontant et fluorényle terminal): TFP1, TFP2 et TFP3 a été synthétisée. Le fluorényle central influence principalement l’émission et le rendement quantique, alors que le fluorényle ponté et le fluorényle terminal ont un plutôt un effet sur l’absorption et l’émission du dendron en raison du transfert d’énergie prenant effet. Pour le plus gros dendrimère TFP3, lors de l’excitation du dendron, une émission résiduelle lors du processus de transfert est observée due à une trop grande distance entre ce chromophore et le coeur de la porphyrine. Dans le quatrième chapitre, afin d’étudier l’influence des connexions dans le dendron, deux nouveaux dendrimères de porphyrine incorporant des ponts vinyles et alcynyles, TPP-D et TFP-D, ont été synthétisés et comparés aux analogues avec des ponts alcynes TPP-T et TFP-T. Ces ponts avec des doubles liaisons influencent dans une certaine mesure les propriétés optiques des dendrimères de porphyrine en fonction des positions occupées. Dans le dernier chapitre, deux oligomères (un dimère linéaire et en un trimère en étoile), ont été synthétisés à partir du même monomère de porphyrine avec TFP comme groupement terminaux.


  • Résumé

    During this thesis, we have worked on the synthesis and characterization of new compounds using the porphyrin macrocycle as a starting material. The aim, after synthesis, was to study the photophysical properties of these new molecules. More precisely, we have synthesized and characterized three groups of fluorenyl-porphyrin dendrimers and two oligomers in conjugated structures. Their correlation on optical property-structure have been discussed in detail, as well as the energy transfer processes from the conjugated dendron donor to porphyrin acceptor. In the first chapter, we introduce the general background of the porphyrin chemistry based on three aspects: (i) structure, (ii) optical properties and (iii) synthetic methods. We further review prior porphyrin studies done in our group and propose new molecular designs based on these results. In the second chapter, we study the influence of substitution position and nature of the antennae on the central core. Two groups of new TPP-cored porphyrin dendrimers were synthesized according to different substituted positions on the peripheral phenyl rings: para-substituted series TPP1, TPP2 and TPP3, and meta-substituted ones TPP4, TPP5 and TPP6. All have conjugated dendrons with bridged phenyl-alkynyl and are terminated by fluorenyl groups. In the third chapter, we study the influence of positions of light absorbers. To this aim, a series of TFP-cored porphyrin dendrimers presenting fluorenyls in conjugated dendrons on different positions is reported (core fluorenyl, bridging fluorenyl and terminal fluorenyl): TFP1, TFP2 and TFP3. The core fluorenyl mainly influences emission peaks and quantum yield, while the bridging fluorenyl and terminal fluorenyl have a large effect on the dendron absorption and on the energy transfer efficiency. Thus, for the largest dendrimer TFP3, dendron emission is not totally quenched by long distance energy transfer process when exciting the peripheral dendrons. In the fourth chapter, we study the influence of linkages in the Dendron. Thus, two new porphyrin dendrimers with bridged vinyl, TPP-D and TFP-D, were synthesized and compared to analogues with alkynyl bridged TPP-T and TFP-T. Vinyl and alkynyl bridges are shown to influence the optical properties of the porphyrin dendrimers to a certain extent depending on the substituted positions. Finally, in the last chapter, two oligomers with n-butyl substituted TFP as terminal group, a linear dimer and a star – shaped trimer, were synthesized from the same porphyrin monomer.

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