Synthèse et étude de nouvelles molécules potentiellement polymérisables pour la fabrication de matériaux électroluminescents : analogues du 1,3,5 benzènetripyrrole, méthyle 3,5-bipyrrolebenzoate et 6,12-diméthyle-1,5-dipyrrolediazocane

Pyrroles are found in various natural products and in the chemical composition of certain drugs because of their interesting biological properties. Lipitor, Tolmetin and Amtolmetin are examples of drugs with 1,2,5-substituted pyrroles in their composition, in which biological activities have been certified. Moreover, pyrroles are used as precursors of semiconductor polymers, oligomers and dendrimers useful for the synthesis of electroluminescent materials used in devices, such as organic light-emitting diodes, field-effect transistors, solar and organic photovoltaic cells. We are interested in conjugated polymers based on pyrrole due to their optical properties, electrochemical and the conductivity produced by electron delocalization along their carbon chains. The overall objective of the work presented in this thesis is the synthesis of new molecules based on pyrrole for studying their electronic and electrochemical properties as well for the synthesis of conjugated polymers. Initially, we performed the synthesis of 1,3,5-tri-(1-alkyl-5-methylpyrrol-2-yl)benzenes, which may serve as precursors for the synthesis of conjugated dendrimers. Their synthesis was made in three steps starting from trimethyl 1,3,5-benzene-tricarboxylate which was converted to 1,3,5-tri-(pent-4-enoyl)benzene using vinylmagnesium bromide in a Grignard reaction catalyzed by copper cyanide. The olefins of 1,3,5-tri-(pent-4-enoyl)benzene were oxidized to produce 1,3,5-tri-(4-oxopentanoyl)benzene using a modified protocol of the Tsuji-Wacker reaction. Subsequent, Paal-Knorr condensation reactions on 1,3,5-tri-(4-oxopentanoyl)benzene with different amines were used to synthesize 1,3,5-tri-(1-alkyl-5-methylpyrrol-2-yl)benzenes with different N-substituents in yields between 44 and 60%. Incomplete reaction of vinylmagnesium bromide with trimethyl 1,3,5-benzenetricarboxylate gave the methyl-3,5-di(pent-4-enoyl)benzoate, which was converted to methyl-3,5-dipyrrolylbenzoate following the reaction of Tsuji- Wacker and Paal-Knorr with yields between 30 and 60%. The photochemical and electrochemical properties of the 1,3,5-tri-(1-alkyl-5-methylpyrrol-2-yl)benzenes and methyl-3,5-dipyrrolylbenzoates were studied in collaboration with the research group of professor William Skene. The results have shown that both types of pyrrole have potential for the synthesis of conjugated polymers and dendrimers used in the manufacture of electroluminescent materials. Following these encouraging results, we performed the synthesis of 6,12-dimethyl-1,5-dipyrrolediazocane. Methyl N-(Boc)-β-alaninate was converted to its corresponding homoallylic ketone, which was oxidized to N-(Boc)aminoheptan-3,6-dione. The Paal-Knorr condensation between N-(Boc)aminoheptan-3,6-dione and aminoheptan-3,6-dione hydrochloride gave 6,12-dimethyl-1,5-dipyrrolediazocane in 17% yield. In sum, we have synthesized and characterized seven new molecules, six of them having photochemical and electrochemical properties interesting for the synthesis of conjugated polymers and dendrimers. The latter offering potential as precursor for the conception of compounds of therapeutic interest.

Les pyrroles sont une classe de molécules que l'on trouve dans divers produits naturels ainsi que dans la composition chimique de certains médicaments en raison de leurs propriétés biologiques intéressantes. Le Lipitor, la Tolmetin et l'Amtolmetin sont des exemples de médicaments à base de pyrroles 1,2,5 substitués dont les activités biologiques ont été certifiées. Les pyrroles sont aussi utilisés comme précurseurs de polymères, oligomères et dendrimères semi-conducteurs nécessaires à la synthèse de certains matériaux électroluminescents, tels que les diodes organiques électroluminescentes, les transistors à effets de champ et les cellules organiques photovoltaïques. Nous nous sommes intéressés à ces polymères conjugués à base de pyrroles en raison de leurs qualités de bons conducteurs, de leurs propriétés optiques et électrochimiques que leur confère la délocalisation des électrons le long de leurs chaines carbonées. L'objectif général des travaux présentés dans ce mémoire est de synthétiser de nouvelles molécules à base de pyrroles pouvant éventuellement servir de précurseurs à la synthèse de dendrimères conjugués ainsi qu'à la synthèse de molécules thérapeutiques. Une étude de leurs propriétés électroniques et électrochimiques sera effectuée afin de déterminer leur potentiel pour la fabrication de matériaux électroluminescents. Dans un premier temps, la synthèse des analogues du 1,3,5-benzènetripyrrole a été faite en trois étapes à partir du 1,3,5-benzènetricarboxylate de triméthyle. Celui-ci a été converti en premier lieu en 1,3,5-benzènetricétone-γ,δ-insaturée lors d'une réaction de Grignard catalysée par le cyanure de cuivre. Ce dernier composé fut oxydé lors de la seconde étape en 1,3,5-tri-(4-oxopentanoyl)benzène selon un protocole modifié de la réaction de Tsuji-Wacker. Enfin, la réaction de condensation de Paal-Knorr du 1,3,5-tri-(4-oxopentanoyl)benzène de l'étape précédente mène au 1,3,5-benzènetripyrrole N-substitué selon l'amine utilisée pour la condensation, avec des rendements entre 44 et 60%. La réaction incomplète du bromure de vinylmagnésium avec le 1,3,5-benzènetricarboxylate de triméthyle mène au méthyl-3,5-di-(pent-4-énoyl)benzoate, qui a été converti en méthyl-3,5-dipyrrolylbenzoate suite à la réaction de Tsuji-Wacker et de Paal-Knorr avec des rendements entre 30 et 60%. L'étude des propriétés photochimiques et électrochimiques des tripyrroles et des bipyrroles a été faite en collaboration avec le groupe de recherche du professeur William Skene. Les résultats obtenus démontrèrent que ces pyrroles auraient un potentiel pour la synthèse de dendrimères conjugués servant à la fabrication de matériaux électroluminescents. Suite à ces résultats encourageants, la synthèse du 6,12-diméthyle-1,5-dipyrrolediazocane a aussi été réalisée. Celui-ci a été synthétisé à partir de l’ester méthylique de l’acide 3-tert-butoxycarbonylaminopropionique qui a été converti en sa cétone homoallylique correspondante, puis oxydée en N-Boc-3,6-dioxoheptylcarbamate. La condensation de Paal-Knorr de ce dernier composé avec le sel d'hydrochlorure 7-aminoheptane-2,5-dione mène au 6,12-diméthyle-1,5-dipyrrolediazocane avec un rendement de 17%. En somme, la recherche effectuée a permis la synthèse et la caractérisation de six nouvelles molécules ayant des propriétés photochimiques et électrochimiques intéressantes pour la synthèse de polymères et dendrimères conjugués. Ainsi que la synthèse d'un diazacycle, qui de part sa structure pourrait servir de précurseur à la synthèse de molécules thérapeutiques.