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.

Cold vapour generation electrothermal atomic absorption spectrometry and solid phase extraction based on a new nanosorbent for sensitive HG determination in environmental samples (sea water and river water)

Mercury is not an essential element for plant or animal life and it is a potential environmental toxic because of its tendency to form covalent bonds with organic molecules and the high stability of the Hg-C bond. Reports estimate a total mercury concentration in natural waters ranging from 0.2 to 100 ng L-1. Due to this fact, highly sensitive methods are required for direct determination of such extremely low levels. In this work, a rapid and simple method was developed for separation and preconcentration of mercury by flow injection solid phase extraction coupled with on-line chemical vapour generation electrothermal atomic absorption spectrometry. The system is based on chelating retention of the analyte onto the mini column filled with a mesoporous silica functionalized with 1,5 bis (di-2-pyridyl) methylene thiocarbohydrazide. The main aim of this work was to develop a precise and accurate method for the determination of the Hg. Under the optima conditions and 120 s preconcentration time, the detection limit obtained was 0.009 μg L-1, with RSDs 3.7 % for 0.2 μg L-1, 4.8 % for 1 μg L-1 and enrichment factor 4, Furthermore, the method proposed has permitted the determination of Hg with a reduction in the analysis time, the sample throughput was about 18 h-1, low consumption of reagents and sample volume. The method was applied to the determination of Hg in sea water and river water. For the quality control of the analytical performance and the validation of the newly developed method, the analysis of two certified samples, TMDA 54.4 Fortified Lake, and LGC6187 River sediment was addressed. The results showed good agreement with the certified values.

Complexes of lanthanide perchlorates with 2-N-(pyridyl)benzamide

New complexes of lanthanide perchlorates with 2-N-(pyridyl) benzamide (PyBA) of the type Ln(PyBA)3(ClO4)3 where Ln = Y and La---Yb have been synthesised and characterised by analyses, conductance, IR, 13C NMR (for diamagnetic complexes only) and electronic spectra. The molar conductance and IR data point to the ionic nature of the perchlorate groups in the complexes. IR data along with the 13C NMR data unequivocally proves that the coordination of the ligand to the metal ions taken place in a bidentate fashion through the oxygen of the benzamide group and the nitrogen of the heterocyclic ring. From a comparison of the visible electronic spectral shapes of the Nd3+, Ho3+ and Er3+ complexes with those reported in the literature, a 6-coordinate geometry around the metal ion has been assigned in all the complexes.

Syntheses, X-ray structure and properties of (5-cyclopentadienyl)ruthenium(II) complexes of pyridyl-2-hydrazone ligands

Complexes of the formulae [(-Cp)Ru(PPh3)(2-PPH)]Cl and [(Cp)Ru(PPh3) (py)(1-PPH)]Cl were prepared by reacting pyridyl-2-phenylhydrazone [PPH, C5H4N-2-CH=NNHPh] with (-Cp)Ru(PPh3)2Cl and (-Cp)Ru(PPh3)(py)Cl, respectively. In these complexes the PPH ligand displays bidentate chelating and unidentate modes of bonding. The molecular structure of [(-Cp)Ru(PPh3)(2-PPH)](ClO4)·CH2Cl2 was determined by X-ray crystallography. In this complex the metal is bonded to the N-pyridyl and N-imine atoms of the chelating ligand. 1H NMR spectral data suggests that PPH is bonded to ruthenium through the pyridine moiety of the PPH ligand in [(η-Cp)Ru(PPh3)(py)(η1-PPH)]Cl.

Combinatorial Crystal Synthesis: Structural Landscape of Phloroglucinol:1,2-bis(4-pyridyl)ethylene and Phloroglucinol:Phenazine

A large number of crystal forms, polymorphs and pseudopolymorphs, have been isolated in the phloroglucinol-dipyridylethylene (PGL:DPE) and phloroglucinol-phenazine (PGL:PHE) systems. An understanding of the intermolecular interactions and synthon preferences in these binary systems enables one to design a ternary molecular solid that consists of PGL, PHE, and DPE, and also others where DPE is replaced by other heterocycles. Clean isolation of these ternary cocrystals demonstrates synthon amplification during crystallization. These results point to the lesser likelihood of polymorphism in multicomponent crystals compared to single-component crystals. The appearance of several crystal forms during crystallization of a multicomponent system can be viewed as combinatorial crystal synthesis with synthon selection from a solution library. The resulting polymorphs and pseudopolymorphs that are obtained constitute a crystal structure landscape.

Exploring the Crystal Structure Landscape with a Heterosynthon Module: Fluorobenzoic Acid:1,2-Bis(4-pyridyl)ethylene 2:1 Cocrystals

The crystal structure landscape of the 2:1 benzoic acid:dipyridylethylene cocrystal (BA:DPE-I) is explored experimentally with fluoro-substituted benzoic acids and extended with studies employing the Cambridge Structural Database (CSD). The interpretation of the cocrystal landscape is facilitated by considering the kinetically favored and robust acidpyridine heterosynthon as a modular unit. Information based on high-throughput crystallography shows that polymorphs and pseudopolymorphs may belong to the same landscape but arise from different crystallization pathways because of complex and different kinetic features, and secondary synthon preferences. Using the CSD as a guide, the coformer was changed from 1,2-bis(4-pyridyl)ethylene (DPE-I) to 1,2-bis(4-pyridyl)ethane (DPE-II) and this provides an extended interpretation of the BA:DPE-I cocrystal landscape, also highlighting the complexity of the kineticthermodynamic dichotomy during the molecule-to-crystal progression.

Convenient synthetic routes to bidentate and monodentate 2-, 3- and 4-pyridyl phosphines: potentially useful ligands for water-soluble complex catalysts

The monodentate and bidentate pyridyl phosphines, PR3 and R2P(CH2)2PR2, where R=3- or 4-pyridyl can be prepared in high yields by treatment of butyllithium/TMEDA/3- or 4-bromopyridine with PCl3 or Cl2P(CH2)2PCl2 at low temperature. 1,2-Bis(di-2-pyridylphosphino)ethane is conveniently synthesised by an alternative route involving reaction of 1,2-dibromoethane with lithium di-2-pyridylphosphide.

Ultrafast excited state dynamics controlling photochemical isomerization of N-methyl-4-[trans-2-(4-pyridyl)ethenyl]pyridinium coordinated to a {Re-1(CO)(3)(2,2 '-bipyridine)} chromophore

Two Multifunctional photoactive complexes [Re(Cl)(CO)(3)-(MeDpe(+))(2)](2+) and [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) (MeDpe(+) = N-methyl-4-[trans-2-(4-pyridyl)ethenyl]pyridinium, bpy = 2,2'-bipyridine) were synthesized. characterized. and their redox and photonic properties were investigated by cyclic voltammetry: ultraviolet-visible-infrared (UV/Vis/IR) spectroelectrochemistry, stationary UV/Vis and resonance Raman spectroscopy; photolysis; picosecond time-resolved absorption spectroscopy in the visible and infrared regions: and time-resolved resonance Raman spectroscopy. The first reduction step of either complex Occurs at about -1.1 V versus Fc/Fc(+) and is localized at MeDpe(+). Reduction alone does not induce a trans -> cis isomerization of MeDpe(+). [Re(Cl)(CO)(3)(MeDPe(+))(2)](2+) is photostable, while [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) and free MeDpe(+) isomerize under near-UV irradiation. The lowest excited state of [Re(Cl)(CO)(3)(MeDPe(+))(2)](2+) has been identified as the Re(Cl)(CO)(3) -> MeDpe(+) (MLCT)-M-3 (MLCT = metal-to-ligand charge transfer), decaying directly to the ground state with lifetimes of approximate to 42 (73%) and approximate to 430ps (27%). Optical excitation of [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) leads to population of Re(CO)(3) -> MeDpe(+) and Re(CO)(3) -> bpy (MLCT)-M-3 states, from which a MeDpe(+) localized intraligand 3 pi pi* excited state ((IL)-I-3) is populated with lifetimes of approximate to 0.6 and approximate to 10 ps, respectively. The 3IL state undergoes a approximate to 21 ps internal rotation, which eventually produces the cis isomer on a much longer timescale. The different excited-state behavior of the two complexes and the absence of thermodynamically favorable interligand electron transfer in excited [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) reflect the fine energetic balance between excited states of different orbital origin, which can be tuned by subtle Structural variations. The complex [Re(MeDpe+)(CO)(3)(bpy)](2+) emerges as a prototypical, multifunctional species with complementary redox and photonic behavior.

Modulation of trans-to-cis photoisomerization and photoluminescence of 1,2-bis(4-pyridyl)ethylene or 4-styrylpyridine coordinated to fac-tricarbonyl(5-chloro-1,10-phenathroline)rhenium(I)

Photochemical and photophysical properties of fac-[Re(CO)(3)(Clphen)(trans-L)](+) complexes, Clphen = 5-chloro-1,10-phenathroline and L = 1,2-bis(4-pyridyl)ethylene, bpe, or 4-styrylpyridine, stpy, were investigated to complement the understanding of intramolecular energy transfer process in tricarbonyl rhenium(I) complexes having an electron withdrawing group attached to polypyridyl ligands. These new compounds were synthesized, characterized and the photoisomerization quantum yields were accurately determined by (1)H NMR spectroscopy. The true quantum yields for fac-[Re(CO)(3)(Clphen) (trans-bpe)](+) were constant (Phi = 0.55) at all investigated irradiation wavelengths. However, for fac-[Re(CO)(3)(Clphen)(trans-stpy)](+), similar true quantum yields were observed only at higher energy irradiation (Phi(313 nm) = 0.53 and Phi(365 nm) = 0.57), but it decreased significantly at 404 nm (Phi = 0.41). These results indicated different deactivation pathways for the trans-stpy complex photoisomerization. Quantum yields decreased as the (3)IL(trans-L) and (3)MLCT(Re -> NN) excited states become closer and the behavior was discussed in terms of the excited state energy gaps. Additionally, luminescence properties of photoproducts, fac-[Re(CO)(3)(Clphen)(cis-L)](+), were also investigated in different environments to analyze the relative energy of the (3)MLCT(Re -> Clphen) excited state for each compound. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Binuclear cyclopalladated compounds with antitubercular activity: synthesis and characterization of [{Pd(C-2,N-dmba)(X)}(2)(mu-bpp)] (X = Cl, Br, NCO, N-3; bpp=1,3-bis(4-pyridyl)propane)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Thermal study of cyclopalladated complexes of the type [Pd-2(dmba)(2)X-2(bpe)] - (X=NO3-, Cl-, N-3(-), NCO-, NCS-; bpe=trans-1,2-bis(4-pyridyl)ethylene)

The synthesis, characterization and thermal analysis of the novel cyclometallated compounds [Pd-2(dmba)(2)Cl-2(mu-bpe)] (1), [Pd-2(dmba)(2)(N-3)(2)(mu-bpe)] (2), [Pd-2(dmba)(2)(NCO)(2)(mu-bpe)] (3), [Pd-2(dmba)(2)(SCN)(2)(mu-bpe)] (4), [Pd-2(dmba)(2)(NO3)(2)(mu-bpe)] (5) (bpe=trans-1,2-bis(4-pyridyl)ethylene; dmba=N,N-dimethylbenzylamine) are described. The thermal stability of [Pd-2(dmba)(2)X-2(mu-bpe)] complexes varies in the sequence 1 > 4 > 3 > 2 > 5. The final residues of the thermal decompositions were characterized as metallic palladium by X-ray powder diffraction.

A new hybrid polyhedral cubic silsesquioxane chemically modified with 4-amino-5-(4-pyridyl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol (APTT) and copper hexacyanoferrate(III) for voltammetric determination of nitrite

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A Silsesquioxane Organically Modified with 4-Amino-5-(4-pyridyl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol: Thermal Behavior and Its Electrochemical Detection of Sulfhydryl Compounds

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)