Síntese de compostos multiporfirínicos covalentes

Nesta tese descreve-se a síntese de compostos multiporfirínicos covalentes bem como a avaliação da potencial utilização destes compostos como quimiossensores de iões metálicos e para a construção de estruturas supramoleculares com fulerenos. No capítulo 1 desta tese é feita uma introdução à química, propriedades e aplicações das porfirinas e sistemas multiporfirínicos. Relativamente aos sistemas multiporfirínicos é feita uma revisão bibliográfica acerca das estratégias de síntese e abordagem geral à química supramolecular de sistemas porfirina-fulereno. No capítulo 2 são apresentados os resultados referentes à síntese e caracterização dos vários sistemas multiporfirínicos desenvolvidos neste trabalho. De um modo geral, a síntese desses compostos envolveu reações de substituição aromática nucleofílica. Para esse efeito foi necessário preparar porfirinas de partida contendo grupos nucleofílicos nas posições meso (-C6H4OH e -C6H4NH2). Os sistemas multiporfirínicos foram obtidos por reações entre as porfirinas de partida e hexafluorobenzeno ou 5,10,15,20tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. Descreve-se também a síntese de uma díade porfirina-C60 e de uma pentíade contendo quatro unidades de porfirina e uma de C60, envolvendo reações de cicloadição 1,3-dipolar e de substituição aromática nucleofílica. Os estudos efetuados ao nível da aplicação de alguns dos novos sistemas multiporfirínicos sintetizados e de um dos seus precursores, a 5-[4(pentafluorofeniloxi)fenil]-10,15,20-trifenilporfirina, como sensores de iões metálicos encontram-se descritos no capítulo 3. Neste capítulo, a título introdutório, é feita uma breve abordagem aos quimiossensores colorimétricos e de fluorescência, apresentando também alguns exemplos de porfirinas como quimiossensores de iões metálicos já descritos na literatura científica. A caracterização fotofísica dos compostos em estudo também é descrita neste capítulo. Os compostos estudados mostraram capacidade de interagir com vários iões metálicos, verificando-se um aumento da seletividade para o ião Hg2+ com o aumento do número de unidades porfirínicas constituintes dos sistemas multiporfirínicos. Os resultados referentes aos estudos de complexação de alguns dos sistemas multiporfirínicos sintetizados com fulerenos encontram-se descritos no capítulo 4. Neste capítulo descreve-se também a caracterização fotofísica dos compostos em estudo. Os estudos realizados com os sistemas multiporfirínicos mostraram uma fraca interação com os fulerenos C60 e C70. No entanto, os valores das constantes de afinidade obtidos com 1-metil-2-(4piridil)[60]fulero[c]pirrolidina mostraram que os sistemas multiporfirínicos apresentam capacidade para formar complexos com este derivado de C60 por coordenação axial e por interações π-π. No capítulo 5 é discutido o trabalho que envolveu o desenvolvimento de novos métodos na síntese de derivados tetrapirrólicos do tipo pirrolo[3,4-b]porfirinas contendo um grupo NH livre no anel exocíclico. A estratégia de síntese requereu a preparação de uma clorina fundida com um anel pirrolina seguida da redução do anel pirrolina. Deste modo obteve-se uma nova clorina fundida com um anel pirrolidina contendo um grupo NH livre. Esta nova clorina foi usada na preparação de uma díade clorina-porfirina por reação de N-arilação com 5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. A estrutura cristalina da nova díade foi resolvida por difração de raios-X de cristal único. A estrutura dos compostos sintetizados foi estabelecida recorrendo a diversas técnicas espectroscópicas nomeadamente ressonância magnética nuclear (RMN de 1H, 13C e 19F), espectrometria de massa e espectrofotometria de UVvis. No último capítulo desta tese descrevem-se, pormenorizadamente, todas as experiências efetuadas, incluindo os métodos de síntese, purificação e caracterização estrutural dos diversos compostos sintetizados bem como as medições espectrofotométricas e espectrofluorimétricas.

Carbon-carbon bond formation methods for the preparation of shape-persistent architectures

Carbon-rich, conjugated organic scaffolding is a popular basis for functional materials, especially for electronic and photonic applications. However, synthetic methods for generating these types of materials lack diversity and, in many cases, efficiency; the insistence of investigators focusing on the properties of the end product, rather than the process in which it was created, has led to the current state of the relatively homogeneous synthetic chemistry of functional organic materials. Because of this, there is plenty of room for improvement at the most basic level. Problems endemic to the preparation of carbon-rich scaffolding can, in many cases, be solved with modern advances in synthetic methodology. We seek to apply this synthesis-focused paradigm to solve problems in the preparation of carbon-rich scaffolds. Herein, the development and utilization of three methodologies: iridium-catalyzed arene C-H borylation; zinc- mediated alkynylations; and Lewis acid promoted Mo nitride-alkyne metathesis, are presented as improvements for the preparation of carbon-rich architectures. In addition, X-ray crystallographic analysis of two classes of compounds are presented. First, an analysis of carbazole-containing arylene ethynylene macrocycles showcases the significance of alkyl chain identity on solid-state morphology. Second, a class of rigid zwitterionic metal-organic compounds display an unusual propensity to crystallize in the absence of inversion symmetry. Hirshfeld surface analysis of these crystalline materials demonstrates that subtle intermolecular interactions are responsible for the overall packing motifs in this class of compounds.

Développement et caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque

Ce projet de recherche mené en collaboration industrielle avec St-Jean Photochimie Inc. / PCAS Canada vise le développement et la caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque. La quête du récoltage des photons se situant dans le proche-infrarouge a été au centre des modifications structurales explorées afin d’augmenter l’efficacité de conversion des cellules solaires de type organique et à pigments photosensibles. Trois familles de composés intégrant le motif dipyrrométhène ont été synthétisées et caractérisées du point de vue spectroscopique, électrochimique, structural ainsi que par modélisation moléculaire afin d’établir des relations structures-propriétés. La première famille comporte six azadipyrrométhènes au potentiel de coordination tétradentate sur des centres métalliques. Le développement d’une nouvelle voie synthétique asymétrique combinée à l’utilisation d’une voie symétrique classique ont permis d’obtenir l’ensemble des combinaisons de substituants possibles sur les aryles proximaux incluant les noyaux 2-hydroxyphényle, 2-méthoxyphényle et 2- pyridyle. La modulation du maximum d’absorption dans le rouge a pu être faite entre 598 et 619 nm. De même, la présence de groupements méthoxyle ou hydroxyle augmente l’absorption dans le violet (~410 nm) tel que démontré par modélisation. La caractérisation électrochimique a montré que les dérivés tétradentates étaient en général moins stables aux processus redox que leur contre-parti bidentate. La deuxième famille comporte dix dérivés BODIPY fusionnés de façon asymétrique en position [b]. L’aryle proximal a été modifié de façon systématique afin de mieux comprendre l’impact des substituents riches en électron et de la fusion de cycles aromatiques. De plus, ces dérivés ont été mis en relation avec une vaste série de composés analogues. Les résultats empiriques ont montré que les propriétés optoélectroniques de la plateforme sont régies par le degré de communication électronique entre l’aryle proximal, le pyrrole sur lequel il est attaché et le noyau indolique adjacent à ce dernier. Les maximums d’absorption dans le rouge sont modulables entre 547 et 628 nm et la fluorescence des composés se situe dans le proche- infrarouge. L’un des composé s’est révélé souhaitable pour une utilisation en photovoltaïque ainsi qu’à titre de sonde à pH. La troisième famille comporte cinq complexes neutres de RuII basés sur des polypyridines et portant un ligand azadipyrrométhène cyclométalé. Les composés ont montré une forte absorption de photons dans la région de 600 à 800 nm (rouge à proche- infrarouge) et qui a pu être étendue au-delà de 1100 nm dans le cas des dérivés portant un ligand terpyridine. L’analyse des propriétés optoélectroniques de façon empirique et théorique a montré un impact significatif de la cyclométalation et ouvert la voie pour leur étude en tant que photosensibilisateurs en OPV et en DSSC. La capacité d’un des complexes à photo-injecter un électron dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO2 a été démontré en collaboration avec le groupe du Pr Gerald J. Meyer à University of North Carolina at Chapel Hill, premier pas vers une utilisation dans les cellules solaires à pigments photosensibles. La stabilité des complexes en solution s’est toutefois avérée problématique et des pistes de solutions sont suggérées basées sur les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse.

Hydroxyamidinates et polymères de coordination : suspicions et valences mixtes

Dans un contexte où l’énergie représente un enjeu majeur pour les pays et organisations à économies émergentes et développées, la recherche de nouvelles sources renouvelables et la démocratisation des vecteurs énergétiques permettant l’approvisionnement mondial de façon durable constitue un devoir pour la communauté scientifique internationale. D’ailleurs, il serait essentiel que les nombreuses disciplines de la chimie concertent leurs efforts. Plus particulièrement, la croissance de la recherche en chimie de coordination orientée vers la photosynthèse artificielle ainsi que le développement de matériaux fonctionnels démontre l’importance indéniable de ce champ de recherche. Ce travail présente dans un premier temps l’étude des différentes voies de synthèse d’hydroxyamidines, un ligand chélatant aux propriétés de coordination prometteuses ne recevant que très peu d’attention de la part de la communauté scientifique. Dans un deuxième temps, nous présenterons le développement d’une stratégie d’assemblage de leurs complexes supramoléculaires impliquant des métaux de transition abondants et peu dispendieux de la première rangée. Dans un troisième temps, il sera question de l’investigation de leurs propriétés photophysiques et électrochimiques à des fins d’applications au sein de matériaux fonctionnels. Pour ce faire, les différentes voies de synthèse des hydroxyamidines et de leurs amidines correspondantes qui ont précédemment été étudiées par les membres du groupe seront tout d’abord perfectionnées, puis investiguées afin de déterminer leur versatilité. Ensuite, les propriétés de complexation des amox résultantes comportant des motifs sélectionnés seront déterminées pour enfin étudier les propriétés photophysiques et électrochimiques d’une série de complexes de métaux de transition de la première rangée. En somme, plusieurs designs qu’offrent les amox et bis-amox sont étudiés et les propriétés des architectures résultantes de leur auto-assemblage sont déterminées.

Diketonylpyridinium cations as a support of new ionic liquid crystals and ion-conductive materials: analysis of counter-ion effects

Ionic liquid crystals (ILCs) allow the combination of the high ionic conductivity of ionic liquids (ILs) with the supramolecular organization of liquid crystals (LCs). ILCs salts were obtained by the assembly of long-chained diketonylpyridinium cations of the type [HOO^(R(n)pyH)] + and BF_(4)^(-) , ReO_(4)^(-), NO_(3)^(-), CF_(3)SO_(3)^(-), CuCl_(4)^(2-) counter-ions. We have studied the thermal behavior of five series of compounds by differential scanning calorimetry (DSC) and hot stage polarized light optical microscopy (POM). All materials show thermotropic mesomorphism as well as crystalline polymorphism. X-ray diffraction of the [HOO^(R(12)pyH)][ReO_(4)] crystal reveals a layered structure with alternating polar and apolar sublayers. The mesophases also exhibit a lamellar arrangement detected by variable temperature powder X-ray diffraction. The CuCl_(4)^(2-) salts exhibit the best LC properties followed by the ReO_(4)^(-) ones due to low melting temperature and wide range of existence. The conductivity was probed for the mesophases in one species each from the ReO_(4)^(-) , and CuCl_(4)^(2-) families, and for the solid phase in one of the non-mesomorphic Cl^(-) salts. The highest ionic conductivity was found for the smectic mesophase of the ReO_(4)^(-) containing salt, whereas the solid phases of all salts were dominated by electronic contributions. The ionic conductivity may be favored by the mesophase lamellar structure.

Nanotubos de carbono de parede simples funcionalizados com polietilenoglicol: avaliação de parâmetros in vivo e in vitro

Os nanomateriais apresentam uma escala na qual ao menos uma das dimensões varia entre 1 e 100 nm e possuem propriedades químicas, físicas ou biológicas dependentes da nanoestrutura e que lhes confere características funcionais de interesse para fins comerciais ou aplicações na área médica. Dentre os nanomateriais mais estudados e utilizados, destacam-se os de carbono, que incluem os fulerenos e os nanotubos de carbono (NT). Uma potencial utilização dos nanomateriais de carbono é na área biomédica, já que estes podem interagir com os sistemas biológicos em nível molecular e supramolecular com alto grau de especificidade. Em contrapartida, é importante considerar que os nanotubos de carbono podem exercer efeitos tóxicos, tendo como possível mecanismo o estresse oxidativo. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi investigar a ação dos nanotubos de carbono de parede única funcionalizados com polietilenoglicol (SWNT-PEG) em Danio rerio “zebrafish” (Teleostei, Cyprinidae). Avaliaram-se parâmetros bioquímicos, histológicos, comportamentais e de biodistribuição para entender como esse material se comporta in vitro e in vivo. Foi observado que o tipo de funcionalização é determinante para a ação desse material em meio biológico. No experimento in vitro o SWNT-PEG não mostrou efeito pró-oxidante nas avaliações de peroxidação lipídica, capacidade antioxidante total, conteúdo de GSH e atividade de GCL. Na exposição intraperitoneal em zebrafish constatou-se a agregação e geração de processo inflamatório, o que sugere que a cadeia de PEG utilizada para a funcionalização dos NT possui um tamanho inadequado e/ou uma funcionalização ineficiente para manter a estabilidade do material em meio biológico e evitar uma resposta inflamatória por parte do organismo exposto. Possivelmente devido a esta característica do nanomaterial, nas análises de biodistribuição, através de espectroscopia Raman, não se observou distribuição de SWNT-PEG no sistema nervoso central de zebrafish. No entanto, através da análise histológica foi observado processo inflamatório no tecido nervoso central, bem como alterações comportamentais avaliadas na tarefa de campo aberto.

Applications of Photoinduced Electron Transfer Chemistry: Photoremovable Protecting Groups and Carbon Dioxide Conversion

Traditional organic chemistry has long been dominated by ground state thermal reactions. The alternative to this is excited state chemistry, which uses light to drive chemical transformations. There is considerable interest in using this clean renewable energy source due to concerns surrounding the combustion byproducts associated with the consumption of fossil fuels. The work presented in this text will focus on the use of light (both ultraviolet and visible) for the following quantitative chemical transformations: (1) the release of compounds containing carboxylic acid and alcohol functional groups and (2) the conversion of carbon dioxide into other useable chemicals. Chapters 1-3 will introduce and explore the use of photoremovable protecting groups (PPGs) for the spatiotemporal control of molecular concentrations. Two new PPGs are discussed, the 2,2,2-tribromoethoxy group for the protection of carboxylic acids and the 9-phenyl-9-tritylone group for the protection of alcohols. Fundamental interest in the factors that affect C–X bond breaking has driven the work presented in this text for the release of carboxylic acid substrates. Product analysis from the UV photolysis of 2,2,2-tribromoethyl-(2′-phenylacetate) in various solvents results in the formation of H–atom abstraction products as well as the release of phenylacetic acid. The deprotection of alcohols is realized through the use of UV or visible light photolysis of 9-phenyl-9-tritylone ethers. Central to this study is the use of photoinduced electron transfer chemistry for the generation of ion diradicals capable of undergoing bond-breaking chemistry leading to the release of the alcohol substrates. Chapters 4 and 5 will explore the use of N-heterocyclic carbenes (NHCs) as a catalyst for the photochemical reduction of carbon dioxide. Previous experiments have demonstrated that NHCs can add to CO2 to form stable zwitterionic species known as N-heterocylic-2-carboxylates (NHC–CO2). Work presented in this text illustrate that the stability of these species is highly dependent on solvent polarity, consistent with a lengthening of the imidazolium to carbon dioxide bond (CNHC–CCO2). Furthermore, these adducts interact with excited state electron donors resulting in the generation of ion diradicals capable of converting carbon dioxide into formic acid.

Połączenia krzyżowe pochodnych cysteiny z aldehydowymi adduktami nukleozydów adeninowych

Wydział Chemii

Transport in the blood of an anti-tumor water-soluble rutheniun cyclopentadienyl complex: a fluorescence study on albumin binding

Dissertação de mestrado, Qualidade em Análises, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Ligand-Free Palladium-Catalyzed Oxyarylation of Dihydronaphthal­enes and Chromenequinone with o-Iodophenols and 3-Iodolawsone in PEG-400: An Efficient Synthesis of 5-Carbapterocarpans and Pterocarpanquinones

Dihydronaphthalenes were oxyarylated with o-iodophenols, in PEG-400 at 140 or 170 °C, leading regio- and stereoselectively to 5-carbapterocarpans. By using Pd(OAc)2 (5–10 mol%) as precatalyst and Ag2CO3 (1.1 equiv) as base (conditions A), products were obtained in good to excellent chemical yields, in 5–30 minutes, irrespective of the pattern of substitution the starting materials. Alternatively, when p-hydroxyacetophenone oxime derived palladacycle (1 mol%) was used as precatalyst, and dicyclohexylamine (2 equiv) was used as base (silver-free, conditions B), the corresponding adducts were obtained in moderate to good yields, in 0.5 to 4 hours. Finally, the oxyarylation of dihydronaphthalenes­ and chromenquinone with o-iodophenols and 3-iodolawsone in PEG-400 under conditions A led regio- and stereoselectively to the formation of carbapterocarpanquinones and pterocarpanquinones in moderate yield.

Unraveling the performance of dispersion-corrected functionals for the accurate description of weakly bound natural polyphenols

Long-range non-covalent interactions play a key role in the chemistry of natural polyphenols. We have previously proposed a description of supramolecular polyphenol complexes by the B3P86 density functional coupled with some corrections for dispersion. We couple here the B3P86 functional with the D3 correction for dispersion, assessing systematically the accuracy of the new B3P86-D3 model using for that the well-known S66, HB23, NCCE31, and S12L datasets for non-covalent interactions. Furthermore, the association energies of these complexes were carefully compared to those obtained by other dispersion-corrected functionals, such as B(3)LYP-D3, BP86-D3 or B3P86-NL. Finally, this set of models were also applied to a database composed of seven non-covalent polyphenol complexes of the most interest.

Ultrafast transient absorption spectroscopy: principles and applications

The study of photophysical and photochemical processes crosses the interest of many fields of research in physics, chemistry and biology. In particular, the photophysical and photochemical reactions, after light absorption by a photosynthetic pigment-protein complex, are among the fastest events in biology, taking place on timescales ranging from tens of femtoseconds to a few nanoseconds. Among the experimental approaches developed for this purpose, the advent of ultrafast transient absorption spectroscopy has become a powerful and widely used technique.[1,2] Focusing on the process of photosynthesis, it relies upon the efficient absorption and conversion of the radiant energy from the Sun. Chlorophylls and carotenoids are the main players in the process. Photosynthetic pigments are typically arranged in a highly organized fashion to constitute antennas and reaction centers, supramolecular devices where light harvesting and charge separation take place. The very early steps in the photosynthetic process take place after the absorption of a photon by an antenna system, which harvests light and eventually delivers it to the reaction center. In order to compete with internal conversion, intersystem crossing, and fluorescence, which inevitably lead to energy loss, the energy and electron transfer processes that fix the excited-state energy in photosynthesis must be extremely fast. In order to investigate these events, ultrafast techniques down to a sub-100 fs resolution must be used. In this way, energy migration within the system as well as the formation of new chemical species such as charge-separated states can be tracked in real time. This can be achieved by making use of ultrafast transient absorption spectroscopy. The basic principles of this notable technique, instrumentation, and some recent applications to photosynthetic systems[3] will be described. Acknowledgements M. Moreno Oliva thanks the MINECO for a “Juan de la Cierva-Incorporación” research contract. References [1] U. Megerle, I. Pugliesi, C. Schriever, C.F. Sailer and E. Riedle, Appl. Phys. B, 96, 215 – 231 (2009). [2] R. Berera, R. van Grondelle and J.T.M. Kennis, Photosynth. Res., 101, 105 – 118 (2009). [3] T. Nikkonen, M. Moreno Oliva, A. Kahnt, M. Muuronen, J. Helaja and D.M. Guldi, Chem. Eur. J., 21, 590 – 600 (2015).

Covalent Protein Adduction by Drugs of Abuse

Recreational abuse of the drugs cocaine, methamphetamine, and morphine continues to be prevalent in the United States of America and around the world. While numerous methods of detection exist for each drug, they are generally limited by the lifetime of the parent drug and its metabolites in the body. However, the covalent modification of endogenous proteins by these drugs of abuse may act as biomarkers of exposure and allow for extension of detection windows for these drugs beyond the lifetime of parent molecules or metabolites in the free fraction. Additionally, existence of covalently bound molecules arising from drug ingestion can offer insight into downstream toxicities associated with each of these drugs. This research investigated the metabolism of cocaine, methamphetamine, and morphine in common in vitro assay systems, specifically focusing on the generation of reactive intermediates and metabolites that have the potential to form covalent protein adducts. Results demonstrated the formation of covalent adduction products between biological cysteine thiols and reactive moieties on cocaine and morphine metabolites. Rigorous mass spectrometric analysis in conjunction with in vitro metabolic activation, pharmacogenetic reaction phenotyping, and computational modeling were utilized to characterize structures and mechanisms of formation for each resultant thiol adduction product. For cocaine, data collected demonstrated the formation of adduction products from a reactive arene epoxide intermediate, designating a novel metabolic pathway for cocaine. In the case of morphine, data expanded on known adduct-forming pathways using sensitive and selective analysis techniques, following the known reactive metabolite, morphinone, and a proposed novel metabolite, morphine quinone methide. Data collected in this study describe novel metabolic events for multiple important drugs of abuse, culminating in detection methods and mechanistic descriptors useful to both medical and forensic investigators when examining the toxicology associated with cocaine, methamphetamine, and morphine.

Chronic intermittent hypoxia increases rat sternohyoid muscle NADPH oxidase expression with attendant modest oxidative stress

Chronic intermittent hypoxia (CIH) causes upper airway muscle dysfunction. We hypothesized that the superoxide generating NADPH oxidase (NOX) is upregulated in CIH-exposed muscle causing oxidative stress. Adult male Wistar rats were exposed to intermittent hypoxia (5% O2 at the nadir for 90 s followed by 210 s of normoxia), for 8 h per day for 14 days. The effect of CIH exposure on the expression of NOX subunits, total myosin and 4-hydroxynonenal (4-HNE) protein adducts in sternohyoid muscle was determined by western blotting and densitometry. Sternohyoid protein free thiol and carbonyl group contents were determined by 1D electrophoresis using specific fluorophore probes. Aconitase and glutathione reductase activities were measured as indices of oxidative stress. HIF-1α content and key oxidative and glycolytic enzyme activities were determined. Contractile properties of sternohyoid muscle were determined ex vivo in the absence and presence of apocynin (putative NOX inhibitor). We observed an increase in NOX 2 and p47 phox expression in CIH-exposed sternohyoid muscle with decreased aconitase and glutathione reductase activities. There was no evidence, however, of increased lipid peroxidation or protein oxidation in CIH-exposed muscle. CIH exposure did not affect sternohyoid HIF-1α content or aldolase, lactate dehydrogenase, or glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase activities. Citrate synthase activity was also unaffected by CIH exposure. Apocynin significantly increased sternohyoid force and power. We conclude that CIH exposure upregulates NOX expression in rat sternohyoid muscle with concomitant modest oxidative stress but it does not result in a HIF-1α-dependent increase in glycolytic enzyme activity. Constitutive NOX activity decreases sternohyoid force and power. Our results implicate NOX-dependent reactive oxygen species in CIH-induced upper airway muscle dysfunction which likely relates to redox modulation of key regulatory proteins in excitation-contraction coupling.

Transfert ultrarapide d’électron et transfert modéré d’énergie au sein d’assemblages supramoléculaires de colorants et d’un cluster de palladium

Résumé : Les transferts d’électrons photo-induits et d’énergie jouent un rôle primordial dans un grand nombre de processus photochimiques et photobiologiques, comme la respiration ou la photosynthèse. Une très grande quantité de systèmes à liaisons covalentes ont été conçus pour copier ces processus de transferts. Cependant, les progrès sont, en grande partie, limités par les difficultés rencontrées dans la synthèse de nouveaux couples de types donneurs-accepteurs. Récemment, des espèces utilisant des liaisons non-covalentes, comme les liaisons hydrogènes, les interactions [pi]-[pi], les liaisons de coordination métal-ligands ou encore les interactions électrostatiques sont le centre d’un nouvel intérêt du fait qu’ils soient plus faciles à synthétiser et à gérer pour obtenir des comportements de transferts d’électrons ou d’énergie plus flexibles et sélectifs. C’est dans cette optique que le travail de cette thèse a été mené, i.e. de concevoir des composés auto-assemblés avec des porphyrines et un cluster de palladium pour l’étude des transferts d’électrons photo-induits et d’énergie. Cette thèse se divise en quatre parties principales. Dans la première section, le chapitre 3, deux colorants porphyriniques, soit le 5-(4-carboxylphényl)-10, 15, 20-tristolyl(porphyrinato)zinc(II) (MCP, avec Na+ comme contre-ion) et 5, 15-bis(4-carboxylphényl)-15, 20-bistolyl(porphyrinato)zinc(II) (DCP, avec Na+ comme contre-ion) ont été utilisés comme donneurs d’électrons, et le [Pd3(dppm)3(CO)]2+ ([Pd32+], dppm = (Ph2P)2CH2, PF6‾ est le contre-ion) a été choisi comme accepteur d’électrons. La structure de l’assemblage [Pd32+]•••porphyrine a été élucidée par l’optimisation des géométries à l’aide de calculs DFT. La spectroscopie d’absorption transitoire (TAS) montre la vitesse de transferts d’électrons la plus rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection) jamais enregistrée pour ce type de système (porphyrine-accepteur auto-assemblés). Généralement, ces processus sont de l’ordre de l’échelle de la ps-ns. Cette vitesse est comparable aux plus rapides transferts d’électrons rapportés dans le cas de systèmes covalents de type porphyrine-accepteur rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection). Ce transfert d’électrons ultra-rapide (ket > 1.2 × 1013 s-1) se produit à l’état énergétique S1 des colorants dans une structure liée directement par des interactions ioniques, ce qui indique qu’il n’est pas nécessaire d’avoir de forts liens ou une géométrie courbée entre le donneur et l’accepteur. Dans une deuxième section, au chapitre 4, nous avons étudié en profondeur l’effet de l’utilisation de porphyrines à systèmes π-étendus sur le comportement des transferts d’électrons. Le colorant 9, 18, 27, 36-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPBP, avec Na+ comme contre-ion) a été sélectionné comme candidat, et le 5, 10, 15, 20-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)porphyrineatozinc(II) (TCPP, avec Na+ comme contre-ion) a aussi été utilisé à des fins de comparaisons. TCPBP et TCPP ont, tous deux, été utilisés comme donneurs d’électrons pour fabriquer des assemblages supramoléculaires avec le cluster [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Les calculs DFT ont été réalisés pour expliquer les structures de ces assemblages. Dans les conditions expérimentales, ces assemblages sont composés principalement d’une porphyrine avec 4 équivalents de clusters. Ces systèmes ont aussi été investigués par des mesures de quenching (perte de luminescence), par électrochimie et par d’autres techniques. Les transferts d’électrons (< 85 fs; temps inférieurs à la limite de détection) étaient aussi observés, de façon similaire aux assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les résultats nous indiquent que la modification de la structure de la porphyrine vers la tétrabenzoporphyrine ne semble pas influencer le comportement des cinétiques de transferts d’électrons (aller ou retour). Dans la troisième section, le chapitre 5, nous avons synthétisé la porphyrine hautement [pi]-conjuguée: 9, 18, 27, 36-tétra-(4-carboxyphényléthynyl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPEBP, avec Na+ comme contre-ion) par des fonctionnalisations en positions meso- et β, β-, qui présente un déplacement vers le rouge de la bande de Soret et des bandes Q. TCPEBP était utilisé comme donneur d’électrons pour fabriquer des motifs supramoléculaires avec le [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Des expériences en parallèle ont été menées en utilisant la 5, 10, 15, 20-tétra-(4-carboxyphényl)éthynylporphyrinatozinc(II) (TCPEP, avec Na+ comme contre-ion). Des calculs DFT et TDDFT ont été réalisés pour de nouveau déterminer de façon théorique les structures de ces systèmes. Les constantes d’association pour les assemblages TCPEBP•••[Pd32+]x sont les plus élevées parmi tous les assemblages entre des porphyrines et le cluster de palladium rencontrés dans la littérature. La TAS a montré, encore une fois, des processus de transferts d’électrons dans des échelles de l’ordre de 75-110 fs. Cependant, les transferts de retour d’électrons sont aussi très rapides (< 1 ps), ce qui est un obstacle potentiel pour des applications en cellules solaires à pigment photosensible (DSSCs). Dans la quatrième section, le chapitre 6, les transferts d’énergie triplets (TET) ont été étudiés pour les assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les analyses spectrales des états transitoires dans l’échelle de temps de la ns-[mu]s démontrent de façon évidente les TETs; ceux-ci présentent des transferts d’énergie lents et/ou des vitesses moyennes pour des transferts d’énergie T1-T1 (3dye*•••[Pd32+] → dye•••3[Pd32+]*) opérant à travers exclusivement le mécanisme de Förster avec des valeurs de kET autour de ~ 1 × 105 s-1 selon les mesures d’absorption transitoires à 298 K. Des forces motrices non-favorables rendent ces types de processus non-opérants ou très lents dans les états T1. L’état T1 de [Pd32+] (~8190 cm-1) a été qualitativement déterminé par DFT et par la mise en évidence de l’émission S0 ← Tn retardée à 680-700 nm provenant de l’annihilation T1-T1, ce qui fait que ce cluster peut potentiellement agir comme un donneur à partir de ses états Tn, et accepteur à partir de T1 à l’intérieur de ces assemblages. Des pertes d’intensités de types statiques pour la phosphorescence dans le proche-IR sont observées à 785 nm. Ce travail démontre une efficacité modérée des colorants à base de porphyrines pour être impliquée dans des TETs avec des fragments organométalliques, et ce, même attachées grâce à des interactions ioniques. En conclusion, les assemblages ioniques à base de porphyrines et de clusters de palladium présentent des propriétés de transferts d’électrons S1 ultra-rapides, et des transferts d’énergie T1 de vitesses modérées, ce qui est utile pour de possibles applications comme outils optoélectroniques. D’autres études, plus en profondeur, sont présentement en progrès.