Organic and organometallic fluorenyl-pophyrins for optics

par Xu Zhang

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Christine Paul-Roth.

Le président du jury était Isabelle Ledoux-Rak.

Le jury était composé de Isabelle Ledoux-Rak, Duncan Carmichael, Philippe Blanchard, Frédéric Paul, Olivier Mongin.

Les rapporteurs étaient Duncan Carmichael, Philippe Blanchard.

  • Titre traduit

    Fluorényl-porphyrines organiques et organométalliques pour l'optique


  • Résumé

    Au cours de cette thèse, nous avons synthétisé de nouveaux composés en utilisant des macrocycles de porphyrines comme socle pour nos architectures. L'objectif était d'étudier leurs propriétés en optique linéaire et non linéaire. Plus précisément, nous avons synthétisé et caractérisé trois groupes de dendrimères de type fluorényl-porphyrine, une série de porphyrines organométalliques dérivés du ruthénium, et commencé une dernière série de nouvelles porphyrines. Les corrélations entre les propriétés et la structure ont été étudiés, le processus de transfert d'énergie du donneur vers la porphyrine a aussi été évalué. En introduction, nous avons présenté le contexte général de la chimie des porphyrines basé sur quatre aspects: (1) la structure chimique, (2) les voies de synthèse, (3) les propriétés en optique linéaire (4) et en optique non linéaire. Nous avons ensuite présenté les différents travaux qui ont été effectués dans notre groupe, et conclut en proposant de nouvelles structures basées sur ces résultats. Dans le premier chapitre, nous présentons la synthèse d'un groupe de dendrimères dérivés de thiényl-porphyrines. Les unités thiényles font le pont entre les dendrons conjugués de type fluorényle et le coeur de la porphyrine. Le transfert d'énergie pour ces molécules est efficace et ces dernières présentent des propriétés en optique non linéaire qui sont intéressantes avec une amélioration de l'absorption à deux photons (ADP). Dans le deuxième chapitre, nous présentons la synthèse d'une série de composés à base de ruthénium dérivés de la Tétrafluorényl- porphyrine (TFP), pour des applications en optique non linéaire (üNL). Dans le troisième chapitre, nous présentons la synthèse de deux nouveaux dendrons avec des antennes fluorényles terminales greffées en position 9 d'un troisième fluorényle, respectivement par voie conjuguées ou non conjuguées. Puis deux nouveaux dendrimères ont été obtenus par couplage de Sonogashira à partir de ces dendrons sur le coeur porphyrine TFP. Le transfert d'énergie de ces dendrons vers la porphyrine est efficace. Ces molécules présentent des propriétés en optique non linéaire qui sont intéressantes et les résultats en ADP sont très prometteurs. Dans le quatrième chapitre, nous présentons la synthèse de porphyrines avec des bras fluorénones terminales. Ces porphyrines émettent également une luminescence rouge et le transfert d'énergie est très efficace. Comme perspectives, un nouveau type de porphyrine méso-alcynyle est envisagé, pour l' instant nous avons juste synthétisé la génération 0 de cette série de dendrimères: Les quatre bras tluorényles sont pontés au coeur de la porphyrine avec des liens alcynyles, et les études optiques de ces prototypes sont en cours.


  • Résumé

    During this thesis, we have elaborated new compounds using the porphyrin macrocycle as the basic platform of our architectures. The aim, after their syntheses, was to study the linear optical (LO) and non-linear optical (NLO) properties of these new molecules. More precisely, we have synthesized and characterized three groups of fluorenyl-porphyrin dendrimers, a series of ruthenium organometallic porphyrins, and started a series of new type of porphyrin. Their correlations on optical property-structure have been discussed, as well as the energy transfer processes from the donor fragments to porphyrin core acceptor. In the introduction, we presented the general background of the porphyrin chemistry based on four aspects: ( I) structure, (2) synthetic methods, (3) LO properties and (4) NLO properties. We further reviewed prior porphyrin studies done in our group and proposed new molecular designs based on these results. In the first chapter, we synthesized a group of thienyl porphyrin cored dendrimers. The thienyl units connect the conjugated fluorenyl dendrons to porphyrin ring by alkynyl bridges. The energy transfer (ET) of these porphyrins is very efficient and they present interesting NLO properties with enhanced Two-photon absorption (TPA). In the second chapter, we synthesized a series of ruthenium compounds based on Tetra-fluorenyl porphyrin core (TFP) for NLO applications. In the third chapter, we synthesized two new dendrons with two terminal fluorenyl antennae fi xed on the 9 position of the fluorenyl units in conjugated or non-conjugated way respecti vely. Then two new porphyrin dendrimers were obtained by Sonogashira coupling reaction of these dendrons on TFP porphyrin core. Their ET from dendrons to porphyrin core is very efficient. They present interesting LO properties and the TPA results are very promising. In the fourth chapter, we synthesized a group of TFP cored porphyrins with terminal fluorenone anns. These porphyrins emit red luminescence and the ET is very efficient from the linear arms toward their cores. As perspective, a new type of meso-alkynyl porphyrin series is considered, for the moment we synthesized only the generation 0 of the dendrimers: the four fluorenyl arms of this porphyrin are bridged to the centre ring by alkynyl chains, and the optical studies of this prototype are in progress.


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