Interféromètre quantique supraconducteur (SQUID)

Introduction

Ces dernières décennies, un intérêt particulier pour l’utilisation de composés organiques hautement conjugués dans des dispositifs électroniques a émergé au sein de la communauté scientifique.1-4 L’utilisation de ces molécules à base de carbone est attrayante en raison des avantages qu’elles peuvent procurer aux dispositifs les incorporant, comme une grande flexibilité, un coût de production peu élevé et une mise en oeuvre aisée.5-6 Les avancées dans le domaine des polymères conducteurs ont même été récompensées par le prix Nobel de Chimie en 2000 décerné à Alan Heeger, Alan MacDiarmid et Hideki Shirakawa.7 Les encres et les colorants sont une catégorie prometteuse de molécules de base pour développer de nouveaux semi-conducteurs organiques, puisqu’ils possèdent nombre de propriétés recherchées pour ces applications. Comme leur nom l’indique, ce sont des molécules très colorées, possédant des coefficients d’absorptivité molaire élevés dans le domaine du visible. Ce faisant, on peut penser à des utilisations dans des piles solaires (OSC)8-10 ou des diodes électroluminescentes (OLED).

Les transitions électroniques résultant de l’absorption ou de l’émission d’un photon sont dans la bonne plage de longueurs d’onde pour transformer l’énergie du soleil en courant électrique ou, au contraire, transformer un courant électrique en une onde lumineuse. Une autre application de ce type de molécule est leur utilisation en tant que semi-conducteur dans les transistors organiques à effet de champ (OFET).14-17 Cela est dû à leur structure moléculaire π-conjuguée et souvent très rigide qui permet un très bon transport de charges. Ce sont en outre des composés possédant une très grande stabilité thermique, chimique et environnementale, ce qui fait en sorte qu’ils sont de bons candidats pour de nombreuses applications. Il faut aussi mentionner que la majorité de ces composés sont produits chaque année à l’ordre de milliers de tonnes, ce qui les rend très abordables, et donc facilement accessibles aux chercheurs et aux manufacturiers. La demande globale pour les pigments et encres organiques est prévue d’augmenter de 6% par année jusqu’en 2019 et atteindre une valeur de 19,5 milliards de dollars.18

Pigments de cuve Les pigments de cuve sont des composés colorés qui sont principalement utilisés pour faire la coloration de tissus. L’appellation pigment de cuve provient de la façon dont ces pigments sont utilisés pour en faire la teinture. Ces molécules possèdent une structure conjuguée qui est facile à réduire à l’aide d’un agent réducteur. Elles sont mises en suspension dans l’eau, dans laquelle elles sont insolubles, puis on ajoute cet agent réducteur qui, en réduisant le composé coloré, lui fait adopter une forme appelée leuco soluble dans l’eau. On trempe alors les tissus à teindre dans cette solution puis on oxyde de nouveau le mélange. Le composé retrouve donc sa couleur originale, mais il est maintenant emprisonné dans la structure du tissu.19-20 Celui-ci ne perd donc pas ses couleurs lorsqu’il est nettoyé à la machine. Le premier pigment de cuve utilisé pour faire de la teinture de vêtements a été l’indigo (Figure 1), un colorant bleu provenant d’une plante, mais qui est maintenant synthétisé chimiquement.21 Ces composés se sont fait remarquer récemment pour leurs intéressantes propriétés optiques et électroniques.

En plus de posséder les différents éléments qui font qu’un composé organique peut être utilisé en électronique, ils ont la particularité d’être à faible coût et leur structure moléculaire est facilement modifiable dû à la présence de fonctions organiques telles que des cétones ou des halogènes. Plusieurs types de chimie peuvent donc être utilisés afin d’en changer les propriétés en modifiant le degré de conjugaison et en augmentant ou en réduisant la densité électronique de la molécule.

Le dikétopyrrolopyrrole (DPP) (Figure 1), principalement utilisé comme peinture rouge pour différentes compagnies automobiles, a démontré plusieurs caractéristiques prisées pour en faire des capteurs solaires.22-23 En combinant cette petite molécule avec d’autres unités π- conjuguées à l’intérieur de polymères, des valeurs d’efficacité de conversion énergétique de l’ordre de 9 % pour des cellules solaires à simple jonction24 et de 11 % à multiples jonctions ont été obtenues.25 L’extension de la conjugaison et l’alternance d’unités riches et pauvres en électrons dans ces polymères permettent d’augmenter l’absorptivité molaire du DPP dans la région du visible et d’en faire un bon candidat pour capter et transformer l’énergie lumineuse du soleil. On peut aussi penser à des pigments provenant de la famille de l’anthraquinone qui, selon leur structure, peuvent adopter toutes sortes de couleurs différentes.

4,10-dibromoanthanthrone Le 4,10-dibromoanthanthrone est un pigment de cuve de couleur rouge-orange, autrement connu sous le nom de vat orange 3. Sa structure est constituée de six cycles conjugués ne comprenant que des carbones sp2 (voir Figure 2). Cette molécule est intéressante pour plusieurs raisons. Elle possède une structure π-étendue très large avec six cycles, ce qui lui donne des propriétés optiques et électroniques qui sont déjà proches de ce que l’on cherche lorsqu’on veut mettre en application des molécules organiques dans des dispositifs électroniques. Elle est aussi rigide. Une bonne rigidité permet souvent de cristalliser facilement une molécule, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas des transistors organiques, où l’arrangement des molécules dans l’espace est crucial pour le transport de charge.

La première synthèse de l’anthanthrone a été décrite en 1912 par Ludwig Kalb, travaillant alors dans le Laboratoire de Chimie de l’Académie Royale des Sciences de Munich. La synthèse repose sur la condensation de l’acide 1,1’-binaphthyl-8,8’-dicarboxylique à l’aide 4 d’acide sulfurique concentré.29 Il est ensuite possible d’en faire l’halogénation aux positions 4 et 10 à l’aide de chlore, de brome ou d’iode moléculaire. Les différentes fonctions organiques en périphérie du coeur moléculaire font du 4,10-dibromoanthanthrone une molécule intéressante. Les fonctions cétones, présentes aux positions 6 et 12, permettent d’effectuer plusieurs transformations, dont des attaques nucléophiles ou des réductions, pour obtenir la forme anthanthrène, un coeur complètement conjugué. De plus, la substitution des positions 4 et 10 par des atomes de brome permet l’utilisation d’une tout autre chimie. On peut penser en particulier aux couplages oxydatifs catalysés au palladium ou à d’autres métaux de transition. La fonctionnalisation de ces positions permet d’agir sur les caractéristiques du coeur de la molécule en visant deux objectifs différents. Le premier est l’augmentation de la solubilité. La planéité et la rigidité de ce coeur moléculaire sont intéressantes d’un point de vue de ses propriétés optiques et électroniques, mais elles sont un gros désavantage lorsqu’on veut modifier ces dernières par voie chimique ainsi que pour en faire la mise en oeuvre. En effet, plus une molécule est rigide, moins elle est soluble, ce qui rend son emploi plus ardu. Il est donc nécessaire d’installer sur l’anthanthrone des groupements solubilisants, comme des chaines alkyles, et ce, dès le début du processus de synthèse, afin de rendre les étapes subséquentes plus aisées.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela rapport gratuit propose le téléchargement des modèles gratuits de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

Résumé
Abstract
Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des abréviations
Remerciements
Chapitre 1 : Introduction
Pigments de cuve
4,10-dibromoanthanthrone
But du projet : anthanthrone et biradicaux
Composés biradicalaires
Applications potentielles
Stabilisation de biradicaux
Approche cinétique
Approche thermodynamique
Chapitre 2 : Techniques de caractérisation
Résonnance magnétique nucléaire (RMN)
Résonnance paramagnétique des électrons
Spectroscopie Raman
Interféromètre quantique supraconducteur (SQUID)
Calculs computationnels
Chapitre 3 : Synthèse et caractérisation de composés à caractère biradicalaire
Approche
Synthèse
Dérivés biphénylméthyles
Dérivés fluorényles
Caractérisation physicochimique des différents composés biphénylméthyles
Diffraction des rayons X et calculs théoriques
Résonance magnétique nucléaire
Spectroscopie Raman
Observation des propriétés magnétiques
Conclusion du chapitre
Chapitre 4 : Extension de la conjugaison de l’anthanthrone
Extension dans l’axe 6-12
Synthèse
Extension dans l’axe 4-10
Conclusion pour ce chapitre
Chapitre 5 : Conclusions et perspectives
Bibliographie
Annexes
Annexe 1 : Synthèse
Annexe 2 : Spectres RMN
Annexe 3 : Données cristallographiques du composé 2