Ropyrenequinones : vers des cristaux liquides colonnaires fortement absorbants, de type accepteur pour cellules photovoltaïques

Noemie Buffet

Description

Sous la direction de Harald Bock
Thèse soutenue le 24 octobre 2008: Bordeaux 1
Au cours de cette thèse, j’ai mis au point et validé une voie de synthèse inédite donnant accès à une nouvelle famille de chromophores oligo-péri-naphtyléniques. Notre approche repose sur le couplage de deux briques facilement synthétisables (l’une centrale, l’autre terminale), puis sur une réaction de cyclodéshydrogénation multiple en milieu fortement basique. Aisément fonctionnalisés ensuite par estérification à leurs extrémités, ces colorants présentent un comportement cristallin liquide. Nous avons ainsi réussi à élaborer des cristaux liquides colonnaires absorbant fortement les grandes longueurs d’onde de la lumière visible tout en présentant leur mésophase à température ambiante.
-Colorants
-Cristaux liquides colonnaires
-Cyclodéshydrogénation
-Dérivés des rylènes
During this thesis, I worked out and validated a novel synthetic route to a new series of oligo-peri-naphthylenic chromophores. Our approach is based on the assembling of two easily accessible building blocks – one central, the other terminal – via a coupling reaction followed by a multiple cyclodehydrogenation in a strongly basic medium. Smoothly further functionalised by esterification at each end, these dyes display a liquid-crystalline behaviour. We succeeded in elaborating columnar liquid crystals that strongly absorb the long wavelengths of the visible light while displaying their mesophase at room temperature.
-Columnar liquid crystals
-Cyclodehydrogenation
-Dyes
-Rylene derivatives
Source: http://www.theses.fr/2008BOR13260/document

Sujets

• Colorant

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

N° d’ordre : 3260






THÈSE

PRÉSENTÉE A

L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1

ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES DES SCIENCES CHIMIQUES

Par Noémie BUFFET

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR
SPÉCIALITÉ : CHIMIE PHYSIQUE

ROPYRENEQUINONES
vers des cristaux liquides colonnaires
fortement absorbants, de type accepteur
pour cellules photovoltaïques

Directeur de recherche : Harald BOCK



Soutenue le : 24 octobre 2008

Devant la commission d’examen formée de :

M. Harald BOCK CRPP (CNRS) Directeur de Recherche
M. Jean-Paul CANO Essilor International Directeur R & D
M. Piétrick HUDHOMME CIMA, Université d’Angers Professeur
M. Jacques MALTHETE Institut Curie (CNRS) Directeur de Recherche
M. Philippe RICHETTI CRPP (CNRS) Directeur de Recherche
M. Thierry TOUPANCE ISM, Université de Bordeaux I Professeur
1 Résumé :

Au cours de cette thèse, j’ai mis au point et validé une voie de synthèse inédite donnant accès à
une nouvelle famille de chromophores oligo-péri-naphtyléniques.

Notre approche repose sur le couplage de deux briques facilement synthétisables (l’une centrale,
l’autre terminale), puis sur une réaction de cyclodéshydrogénation multiple en milieu fortement
basique.
Aisément fonctionnalisés ensuite par estérification à leurs extrémités, ces colorants présentent un
comportement cristallin liquide.

Nous avons ainsi réussi à élaborer des cristaux liquides colonnaires absorbant fortement les
grandes longueurs d’onde de la lumière visible tout en présentant leur mésophase à température
ambiante.


Mots-clefs :

colorants, cristaux liquides colonnaires, cyclodéshydrogénation, dérivés des rylènes





Abstract :

During this thesis, I worked out and validated a novel synthetic route to a new series of oligo-
peri-naphthylenic chromophores.

Our approach is based on the assembling of two easily accessible building blocks – one central,
the other terminal – via a coupling reaction followed by a multiple cyclodehydrogenation in a
strongly basic medium.
Smoothly further functionalised by esterification at each end, these dyes display a liquid-
crystalline behaviour.

We succeeded in elaborating columnar liquid crystals that strongly absorb the long wavelengths
of the visible light while displaying their mesophase at room temperature.


Key-words:

columnar liquid crystals, cyclodehydrogenation, dyes, rylene derivatives





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115, avenue Schweitzer BP 78258
33600 PESSAC 31682 LABEGE CEDEX
2 Table des matières

Résumé et mots-clefs ...................................................................................................................... 2

Table des matières........................................................................................................................... 3

Remerciements................................................................................................................................ 9

Motivation..................................................................................................................................... 10

Liste des abréviations utilisées...................................................................................................... 11


1. Cristaux liquides ................................................................................................13

1.1. Historique et définitions ...................................................................................................... 13

1.1.1. Liquides, cristaux et états intermédiaires................................................................... 13

1.1.2. Systèmes thermotropes............................................................................................... 13

1.1.3. Systèmes lyotropes..................................................................................................... 13

1.2. Différentes phases................................................................................................................. 13

1.2.1. Phase nématique......................................................................................................... 13

1.2.2. Phases smectiques ...................................................................................................... 14

1.2.3. Phases colonnaires ..................................................................................................... 14


2. Cristaux liquides colonnaires............................................................................15

2.1. Phases .................................................................................................................................... 15

2.1.1. Phase hexagonale ....................................................................................................... 15

2.1.2. Phases rectangulaires et obliques............................................................................... 15

2.1.3. Discussion sur la symétrie et l’alignement................................................................. 15

2.2. Composés .............................................................................................................................. 16

2.2.1. Description générale................................................................................................... 16

2.2.2. Grandes familles......................................................................................................... 16
2.2.2.1. Benzènes.................................................................................................... 17
2.2.2.2. Triphénylènes............................................................................................. 17
2.2.2.3. Hexa-péri-benzocoronènes ........................................................................ 17
2.2.2.4. Phtalocyanines et porphyrines.................................................................... 18
2.2.2.5. Pérylènes .................................................................................................... 18
2.2.2.6. Pyrènes ....................................................................................................... 18


3 3. Le photovoltaïque organique............................................................................19

3.1. Principe et grandeurs caractéristiques............................................................................... 19

3.2. Comparaison avec le silicium.............................................................................................. 20

3.2.1. Etat de l’art................................................................................................................. 20

3.2.2. Avantages du photovoltaïque organique.................................................................... 20

3.3. Les défis actuels.................................................................................................................... 21

3.4. Propriétés des cristaux liquides colonnaires recherchées pour le photovoltaïque......... 22

3.4.1. Des matériaux organisés ............................................................................................ 22

3.4.1.1. Propriétés de transport : mobilités des charges et longueur de diffusion des
excitons ...................................................................................................... 22
3.4.1.2. Symétrie de phase et alignement................................................................ 23
3.4.1.3. Suppression de la cristallisation................................................................. 24
3.4.1.4. Abaissement du point de clarification : des cristaux liquides orientables par
recuit........................................................................................................... 25

3.4.2. Propriétés d’absorption .............................................................................................. 26

3.4.3. Des matériaux donneurs et accepteurs ....................................................................... 26


4. Molécules-cibles et stratégie..............................................................................28

4.1. Nos molécules-cibles : dérivés colonnaires de la famille des rylènes............................... 28

4.1.1. Motivation.................................................................................................................. 28