Matériaux moléculaires pour l'optique : Synthèse, Structures et propriétés

The work presented in this thesis focuses on the synthesis and study of properties (electro) optical multifunctional ligands and their metal complexes designed for various applications especially in the field of optics and photonics. This work is structured around two main axes : the photoactive ligands and electroactive ligands and their metal complexes. In the case of photoactive ligands our choice fell on the use of functions based photoactive azobenzene or stilbene known for their photochromic properties and pyrene known for its outstanding emission properties and its ability to organize via intermolecular interactions of ¶-stacking. The iminopyridine function known to coordinate various metal cations was used as complexing unit. Complexation of these ligands then allowed the preparation of new photoactive metal complexes. The novel ligands and their complexes were characterized in solution by various methods of analysis as well as the solid state by X-ray diffraction. Great interest was then focused on the study of nonlinear optical properties using experimental techniques SHG, THG and Z-scan. These studies showed that all studies ligands showed extensive NLO response and that the same response was modulated depending on the number of photoactive units and the nature of the substituents on these ligands. In addition, the NLO response was modulated by the complexation of the metal cation and also by the nature of the metals used. These results indicate that the prepared and studied systems were good candidates for applications in photonics and optoelectronics. In the case electroactive ligands we are interested in the synthesis of new ligands containing tetrathiafulvalen unit (TTF) known to be a good electron donor and a chelating entity azine and their complexes. The complexation of these ligands has allowed us to obtain new electroactive metal complexes that were characterized in solution and in the solid state by the resolution of crystalline structures. In addition some of the prepared ligands exhibit optimal recognition properties vis-a-vis the ion F- that result in the appearance of a new absorption band in the visible region and changes in redox potential in which complemented by a visible color signature to the naked eye (color change of the solution)Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse portent sur la synthèse et l’étude des propriétés (électro)optiques de ligands multifonctionnels et de leurs complexes métalliques conçus pour des applications variées en particulier dans le domaine de l’optique et de la photonique. Ce travail s’articule autour de deux grands axes : les ligands photo-actifs et les ligands électro-actifs ainsi que leurs complexes métalliques. Dans le cas des ligands photo-actifs notre choix s’est porté sur l’utilisation de fonctions photo-actives à base d’azobenzène ou de stilbène connus pour leur propriétés photochromes ainsi que le pyrène connu pour ses propriétés émissives remarquables et sa capacité à s’organiser via des interactions intermoléculaires de type Pi-stacking. La fonction iminopyridine connu pour coordonner divers cations métalliques a été utilisée comme unité complexante. La complexation de ces différents ligands a permis ensuite la préparation de nouveaux complexes métalliques photo-actifs. Les nouveaux ligands ainsi que leurs complexes ont été caractérisés en solution par diverses méthodes d’analyses ainsi qu’à l’état solide par diffraction des rayons X. Un grand intérêt s’est ensuite porté sur l’étude des propriétés optiques non linéaires en utilisant des techniques expérimentales SHG, THG et Z-scan. Ces études ont montré que tous les ligands étudiés présentait une réponse ONL importante et que cette même réponse était modulé en fonction du nombre d’unités photo-actives ainsi que de la nature des substituants portés par ces ligands. De plus, la réponse ONL était modulée par la complexation des cations métalliques et aussi par la nature des métaux utilisés. Ces résultats indiquent que les systèmes préparés et étudiés étaient de bons candidats pour des applications en photonique et en optoélectronique. Dans le cas des ligands électro-actifs nous nous sommes intéressés à la synthèse de nouveaux ligands contenant l’unité TétraThiaFulvalène (TTF) connue être un bon donneur d’électrons et une entité chélatante de type azine et des leurs complexes. La complexation de ces ligands nous a permis l’obtention de nouveaux complexes métalliques électro-actifs qui ont été caractérisés en solution et à l’état solide par la résolution cristalline de leurs structures. De plus certains des ligands préparés présentent des propriétés reconnaissance optimales vis-à-vis de l’ion F- qui se traduisent par l’apparition d’une nouvelle bande d’absorption dans la région du visible et la variation des potentiels redox à laquelle vient s'ajouter une signature colorimétrique visible à l'œil nu (changement de couleur de la solution)