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.

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.

Antipyrine complexes of titanium(IV), zirconium(iv), thorium(IV) and uranium(VI) perchlorates

Antipyrine complexes of TiO2+, ZrO2+, Zr4+, Th4+ and UO2+2 perchlorates with molecular formulae TiO(Apy)4(ClO4)2, ZrO(Apy)3(ClO4)2, Zr(Apy)6(ClO4)4, Th(Apy)7(ClO4)4 and UO2(Apy)5(ClO4)2 have been prepared and characterized. The complexes are stable in air at room temperature and decompose exothermally at ~3OO °C. The i.r. study indicates the bonding of the antipyrine to the metal ion through its carbonyl oxygen. The nature of the bonding of the perchlorate and the stereochemistry of the complexes are discussed in the light of infrared spectra, conductivity in solvents of different polarity, and molecular weight measurements. From the UO2+2 group frequencies, the force constant K and rU-o are found to be 6.29 × 105 dynes/ cm-1 and 1.74 Å, respectively.

Dynamics of H-atom exchange in stable cis-dihydrogen/hydride complexes of ruthenium( II) bearing phosphine and N-N bidentate ligands

Synthesis and characterization of cis, trans-RuH(eta(2)-H-2)(PPh3)(2)(N-N)]OTf] (N-N = 2,2'-bipyridyl (bpy) 1a, 2,2'-bipyrimidine (bpm) 2a; OTf = trifluoromethane sulfonate (CF3SO3)) complexes are reported. The cis-H-2/hydride ligands are involved in H-atom site exchange between the two moieties. This dynamics was investigated by variable temperature NMR spectral studies based on which the mechanism of the exchange process was deduced. The Delta G(#) for the exchange of H-atoms between the eta(2)-H-2 and hydride ligands was determined to be around 8 and 13 kJ mol(-1), respectively, for 1a and 2a. The H-H distances (d(HH), A) in complexes 1a and 2a have been calculated from the T-1(minimum) and (1)J(H, D) and are found to be 1.07 A (slow) and 0.95 A for 1a and 1.04 A (slow) and 0.94 A for 2a, respectively. The molecular structure of 1a was determined by X-ray crystallography.

Europium complexes immobilization on titania via chemical modification of titanium alkoxide

We report a facile strategy to tether lanthanide complexes to organic-inorganic hybrid titania materials via sol-gel processing by employing chemically modified titanium alkoxide as the precursor where the organic ligand sensitizing the luminescence of lanthanide ions is bonded to titanium.

Titanium and zirconium complexes with aminoiminophosphorane ligands

A series of titanium and zirconium complexes based on aminoiminophosphorane ligands [Ph2P(Nt-Bu)(NR)](2)MCl2 (4, M = Ti, R = Ph; 5, M = Zr, R = Ph; 6, M = Ti, R = SiMe3; 7, M = Zr, R = SiMe3) have been synthesized by the reaction of the ligands with TiCl4 and ZrCl4. The structure of complex 4 has been determined by X-ray crystallography. The observed very weak interaction between Ti and P suggests partial pi-electron delocalization through both Ti and P. The complexes 4-7 are inactive for ethylene polymerization in the presence of modified methylaluminoxane (MMAO) or i-Bu3Al-Ph3CB(C6F5)(4) under atmospheric pressure, and is probably the result of low monomer ethylene concentration and steric congestion around the central metal.

Nitrogen donor ligands bearing N-H groups: Effect on catalytic and cytotoxic activity of molybdenum eta(3)-allyldicarbonyl complexes

Reactions of [Mo(eta(3)-C3H5)Br(CO)(2)(NCMe)(2)] with the bidentate nitrogen ligands 2-(2'-pyridyl)imidazole (L1), 2-(2'-pyridyl)benzimidazole (L2), N,N'-bis(2'-pyridinecarboxamido)-1,2-ethane (L3), and 2,2'-bisimidazole (L4) led to the new complexes [Mo(eta(3)-C3H5)Br(CO)(2)(L)] (L = L1, 1; L2, 2; L4, 4) and [{Mo(eta(3)-C3H5) Br(CO)(2)}(2)(mu-L-3)] (3). The reaction of complexes 2 and 3 with Tl[CF3SO3] afforded [Mo(eta(3)-C3H5)(CF3SO3)(CO)(2)(L2)] (2T) and [{Mo(eta(3)-C3H5)(CF3SO3)(CO)(2)}(2)(mu-L-3)] (3T). Complexes 3 and 2T were structurally characterized by single crystal X-ray diffraction, showing the facial allyl/carbonyls arrangement and the formation of the axial isomer. In 2T, two molecules are assembled in a hydrogen bond dimer. The four complexes 1-4 were tested as precursors in the catalytic epoxidation of cyclooctene and styrene, in the presence of t-butylhydroperoxide (TBHP), with moderate conversions and turnover frequencies for complexes 1-3 and very low ones for 4. The increasing number of N-H groups in the complexes seems to be responsible for the loss of catalytic activity, compared with other related systems. The cytotoxic activities of all the complexes were evaluated against HeLa cells. The results showed that compounds 1,2,4, and 2T exhibited significant activity, complexes 2 and 2T being particularly promising. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fulvalene titanium and zirconium complexes: synthesis and NMR study of phosphanido-, alkyl-, and alkynyl-derivatives. X-ray crystal structures of [{Ti(η5−C5H5)(μ−PPH2)}2{μ−(η5−C5H4−η5−C5H4)}] and [{Zr(η5−C5H5)(μ−C≡CSiMe3)}2{μ−(η5−C5H4−η5−C5H4)}]

Reaction of with one or two equivalents of LiPPh2 afforded the new phosphanidometal(III) complexes . Reaction of 2 with LiC≡CSiMe3 led to the diamagnetic zirconium(III) alkynyl derivative [{Zr(C5H5)(μ−C≡CSiMe3)}2(μ−η5−C5H4−η5−C5H4], 7. Alkylation of 6 with LiCH2CMe2Ph gave [{Zr(η5−C5H5)(CH2CMe2Ph)2}2{μ−(η5−C5H4)}], 8. A detailed NMR study of complexes 3 and 4 allowed the observation of the spectral behaviour of the eight different fulvalene protons through their coupling to the 31P nucleus. The fluxional behaviour of complex 7 was studied by dynamic DNMR, and kinetic parameters for the σ-π-conversion of the alkynyl ligand were determined. The molecular structures of complexes 3 and 7 were determined by X-ray diffraction methods.

Fulvalene cyclopentadienyl titanium and zirconium(III) and -(IV) complexes. X-Ray crystal structure of [{Ti(η5-C5H5) Cl}2 (μ-O)(μ-η5-η5-C10H8)]

The reaction of the fulvalene titanium(III) hydride [{Ti(η5-C5H5)(μ-H)}2(μ-η5-η5-C10H8)] (1) with chlorine leads to [{Ti(η5-C5H5)(μ-Cl)}2(μ-η5-η5-C10H8)] (3) and [{Ti(η5-C5H5)Cl2}2(μ-η5-η5-C10H8)] (4). The reaction of 3 with azobenzene, in wet toluene, gives [{Ti(η5-C5H5)Cl}2(μ-O)(μ-η5-η5-C10H8)] (5) and 1,2-diphenyl hydrazine. The alkylation of 4 and the analogous zirconium complex [{Zr(η5-C5H55)Cl2}2(μ-η5-η5-C10H8)] (2) with LiCH2SiMe3 or LiCH3 permits isolation of the tetraalkyl derivatives [{M(η5-C5H5)(CH2SiMe3)2}2(μ-η5-η5-C10H8)] (M  Ti (6); Zr (8)) and [{Ti(η5-C5H5)(CH3)2}2(μ-η5-η5C10H8)] (7). All the new fulvalene compounds were characterized by IR, and 1H and 13C NMR spectroscope, and mass spectra and 5 by X-ray diffraction. The structure of 5 is very similar to that of the comparable TiIV compound [{Ti(η5-C5H5)2Cl}2(μ-O)] except for the smaller TiOTi angle (159.4° against 173.81°) and a significant deviation from linearity.

Titanium and zirconium complexes containing sterically hindered hydrotris(pyrazolyl)borate ligands: synthesis, structural characterization, and ethylene polymerization studies

The synthesis, characterization and ethylene polymerization behavior of a set of Tp'MCl3 complexes (4, M = Ti, Tp' HB(3-neopentyl-pyrazolyl)(3)(-) (Tp(NP)); 5, M = Ti, Tp'= HB(3-tert-butyl-pyrazolyl)(3)(-) (Tp(tBu)); 6, M = Ti, Tp' = HB(3-phenyl-pyrazolyl)(3)(-) (Tp(Ph)); 7, M = Zr, Tp' = HB(3-phenyl-pyrazolyl)(3)(-) (Tp(ph)); 8, M = Zr, Tp' = HB(3-tert-butyl-pyrazolyl)(3)(-) (Tp(tBu))) is described. Treatment of these tris(pyrazolyl)borate Group IV compounds with methylalumoxane (MAO) generates active catalysts for ethylene polymerization. For the polymerization reactions performed in toluene at 60 degreesC and 3 atm of ethylene pressure, the activities varied between 1.3 and 5.1 X 10(3) g of PE/mol[M](.)h. The highest activity is reached using more sterically open catalyst precursor 4. The viscosity-average molecular weights ((M-v) over bar) of the PE's produced with these catalyst precursors varying from 3.57 to 20.23 x 10(5) gmol(-1) with melting temperatures in the range of 127-134 degreesC. Further polymerization studies employing 7 varying Al/Zr molar ratio and temperature of polymerization showed that the activity as well as the polymer properties are dependent on these parameters. In that case, higher activity was attained at 60 degreesC. The viscosity-average molecular weights of the polyethylene's decreases with increasing AI/Zr molar ratio. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.