Synthèse de nouvelles tétrazines fonctionnalisées par des groupements photoactifs et électroactifs

Synthesis of new tetrazines functionalized with photoactive and electroactive groups

• Auteur / Autrice : Qing Zhou
• Direction : Fabien Miomandre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 20/07/2012
• Etablissement(s) : Cachan, Ecole normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pratiques (1998-2015 ; Cachan, Val-de-Marne)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Frochot, Pierre Audebert, Gilles Clavier, Fan Yang, Jie Tang
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Christophe Lacroix, Jean-Manuel Raimundo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tétrazine

Fluorescence

Chimie organique

Mots clés libres

Chimie organique

Fluorescence

Tétrazine

Organical chemistry

Fluorescence

Tetrazine

Résumé

Au cours de cette thèse, nous avons préparé différents classes de dérives de la s-tétrazine et étudies leurs propriétés de électrochimiques et de fluorescence. Dans la première partie, nous présentons une étude bibliographique de la tétrazine, principalement centre sur sa synthèse et ses propriétés. Dans le second chapitre, nous introduirons des nouveaux récepteurs de paires d’ions basés sur des bis-tétrazines. Ces récepteurs utilisent des interactions de type pi-anion, qui ont été rarement observées en solution, pour effectuer la reconnaissance. La complexation de ces récepteurs avec des sels d’halogénure d’ammonium (C8H17NH3Br et C8H17NH3I) a été démontrée par RMN et fluorescence. Il est démontré que le récepteur 82 forme des complexes plus stables avec les ammoniums que ces équivalents 80 et 81 à chaine plus courte. De plus, tous ces récepteurs présentent une sélectivité inattendue envers les halogènes suivant l’ordre : I->Br->Cl-. Enfin, une réaction secondaire a été mise en évidence par spectroscopie d’absorption qui conduit a la formation de Br2 ou I2. Un mécanisme probable pour cette réaction est propose au vu de tous les résultats spectroscopiques. Dans le troisième partie, de nombreux dérivés de la tétrazine portant des substituants de nature diverse ont été obtenus afin de mieux comprendre les propriétés physico-chimiques de cet aromatique. Il apparait clairement que les propriétés électrochimiques ne dépendent pas de la taille mais seulement de l’électronégativité du substituant. De plus, des groupes électrodonneurs conduisent à une inhibition de la fluorescence même s’ils ne sont pas directement liés. Une nouvelle classe de dérives de la s-tétrazine a été obtenue grâce à une nouvelle réaction des chlorotétrazines. Cette réaction conduit a l’obtention de dérivés non symétriques portant un hétéroatome et une chaine alkyle qui seront utiles pour de développements futurs. Dans la dernière partie, nous présentons de nouvelles dyades a base de tétrazine présentant une brillance améliorée. Ces dyades sont basées sur un transfert d’énergie entre un donneur (benzimidazole ou naphtalimide) et un accepteur (la tétrazine). Elles présentent des bons rendements quantiques de fluorescence, des durées de vie allongées et des brillances améliorées. L’un de ces dérivés a été utilisé pour fabriquer une cellule fluorescente à trois couleurs contrôlable par électrochimie.

In this thesis, we have prepared different types of s-tetrazine derivatives for electrochemical and fluorescence studies. In the first part, we present a blibliographic study of s-tetrazine focussing on theirs synthesis and properties. In the second chapter, we introduce s-tetrazine derivatives as the ion pair receptor. These receprtors uses pi-anion type of interactions between ion pairs and s-tetrazines whcih has been seldom been observed in solution. The formation of complex between the ammonium salt (C8H17NH3Br or C8H17NH3I) and bis-s-tetrazine receptors is demonstrated by NMR and fluorescence titration experiments. It is also proved that receptor 82 binds stronger to ammonium salt than the shorter equivalents 80 and 81. Furthermore, all of them give the same unexpected selectivity order toward anions namely: I- > Br- > Cl-. Finally, a side reaction has been uncovered by UV-vis absorption which leads to the formation of Br2 or I2. Taking fully into account all spectroscopic results, we proposed a mechanism for this transformation. In the third part, in order to better understand the physico-chemcal properties of s-tetrazine, various s-tetrazines with different types of substituents have been prepared. It is clear that the electrochemical properties of the tetrazine nucleus depend on the electron affinity of its substituent and not on the size. Furthermore, electron donor groups quench the fluorescence of s-tetrazine even if they are not directly linked. A new type of s-tetrazines has been obtained through an unexpected reactivity of chloro-s-tetrazine. This reaction could give unsymmetrical s-tetrazines bearing one heteroatom and one alkyl chain which is useful for future developmemt of their properties. In the last part, we talk about new s-tetrazine dyads with improved brightness. Based on energy transfer from a donor part (naphthalimide or benzimidazole) to an acceptor core (tetrazine), these compounds own good fluorescence quantum yields, longer lifetimes and higher brightness. One derivative has been used to prepare a three colors fluorescent and electrochemically switchable device.