Activation d'une molécule d'eau coordonnée au manganèse : quatre études de cas.

The daunting energy consumption of western societies calls for the development of renewable energies. Among them, hydrogen stands as a major candidate. The cleanest way of producing hydrogen is water electro- or photolysis. This reaction is carried out in natural photosynthesis by a manganese-oxo cluster, the functioning of which remains unknown. Insight into this mechanism would greatly help the search for low-cost water splitting catalysts. Our contribution to this field is the understanding of the fundamental processes that govern the activation of water by manganese complexes. This manuscript describes our attempts to generate electrochemically mononuclear manganese(IV) complexes bearing a fully deprotonated water molecule (oxo ligand). We have studied four different cases, which reflect different possible coordination spheres capable of stabilizing such species. In the first chapter, we will give a brief overview of the present energetic challenges faced by western societies. In the second chapter, we will present general considerations about manganese chemistry and a descprition of the structure and functioning of the water oxidizing enzyme. We will also describe the basic requirements for the splitting of water and present the goals of our work. In the third chapter, we will present the synthesis of a new family of tetradentate ligands, together with the synthesis and full characterization of the corresponding nickel(II) complexes. The first results obtained with the manganese analogue will also be shown. Chapter four presents the formation and the full characterization of a mononuclear manganese(IV)-oxo complex, by electrochemical oxidation of a manganese(II)-aqua complex. We will present different pathways to generate this species and show which intermediates are involved in this 2 e-, 2 H+ reaction. Chapter five describes the formation of a mononuclear manganese(IV) complex, by electrochemical oxidation of a manganese(III)-hydroxo complex. The manganese(IV) complex has not been fully characterized yet, but these results provide important information on the criteria for the formation of mononuclear versus dinuclear complexes. Chapter six presents the synthesis of a new binucleating ligand for the preparation of face-to-face dinuclear manganese complexes.Les conséquences économiques, politiques et environnementales de la consommation énergétique galopante de nos sociétés nécessitent le développement d'énergies renouvelables. Le dihydrogène est un des principaux candidats à ce poste. Sa production par électro- ou photolyse de l'eau est réalisée par des catalyseurs métalliques. Dans le processus de la photosynthèse, cette réaction est réalisée par un agrégat d'ions manganèses liés par des ponts oxo, selon un mécanisme qui reste inconnu. Le développement de nouveaux catalyseurs de coût plus faible nécessite la compréhension des mécanismes fondamentaux de la réaction d'oxydation de l'eau. Notre travail de thèse a consisté à étudier les étapes élémentaires de cette réaction, à savoir, l'activation d'une molécule d'eau par des complexes de manganèse. Nous avons étudié pour cela la formation par voie électrochimique de complexes mononucléaires manganèse(IV) et (V)-oxo. Le premier chapitre traite de la problématique environnementale et énergétique actuelle. Le second chapitre décrit les éléments fondamentaux de la chimie du manganèse, ainsi que la structure et le fonctionnement de l'enzyme responsable de l'oxydation de l'eau. Une approche générale de la catalyse artificielle d'oxydation de l'eau est également présentée, ainsi que les objectifs de nos travaux. Le chapitre trois présente la synthèse et la caractérisation d'une nouvelle famille de ligands tétradente et des complexes de nickel(II) et de manganèse(III) correspondant. La préparation électrochimique de complexes de nickel(III) et manganèse(V) est présentée. Le chapitre quatre décrit la préparation d'un complexe mononucléaire manganèse(IV)- oxo par oxydation électrochimique d'un complexe manganèse(II)-aqua. Le complexe de manganèse(IV), ainsi que certains intermédiaires de manganèse(III) ont été caractérisés par différentes techniques spectroscopiques. Le chapitre cinq présente la synthèse d'une famille de ligands pentadentes et des complexes de manganèse(II) et (III) correspondant. La formation électrochimique de deux complexes de manganèse(IV) mononucléaire et (III/IV) dinucléaire nous renseigne sur les critères régissant la nucléarité au sein d'une même famille de ligands. Le chapitre six présente la synthèse d'un ligand possédant une double cavité, pour l'élaboration de complexes dinucléaires de manganèse en face-à-face