This thesis deals with the design, formation and evaluation of dynamic systems constructed by means of sulfur-containing reversible reactions, in organic and aqueous media and under mild conditions. In a first part, the synthesis of thioglycoside derivatives, constituting the biologically relevant starting components of the dynamic systems, is described. In addition, the pD-profile of the mutarotation process in aqueous media for a series of 1-thioaldoses is reported and revealed an astonishing beta-anomeric preference for all the carbohydrate analogs under acidic or neutral conditions. In a second part, the phosphine-catalyzed or -mediated disulfide metathesis for dynamic system generation in organic or aqueous media is presented, respectively. The direct in situ 1H STD-NMR resolution of a dynamic carbohydrate system in the presence of a target protein (Concanavalin A) proved the suitability and compatibility of such disulfide metathesis protocols for the discovery of biologically relevant ligands. In a third part, hemithioacetal formation is demonstrated as a new and efficient reversible reaction for the spontaneous generation of a dynamic system, despite a virtual character of the component associations in basic aqueous media. The direct in situ 1H STD-NMR identification of the best dynamic beta-galactosidase inhibitors from the dynamic HTA system was performed and the results were confirmed by inhibition studies. Thus, the HTA product formed from the reaction between 1-thiogalactopyranose and a pyridine carboxaldehyde derivative provided the best dynamic inhibitor. In a fourth and final part, a dynamic drug design strategy, where the best inhibitors from the aforementioned dynamic HTA system were used as model for the design of non-dynamic (or “static”) beta-galactosidase inhibitors, is depicted. Inhibition studies disclosed potent leads among the set of ligands. / QC 20100621

Le travail présenté dans ce mémoire consiste à élaborer en une seule étape une couche mince organique ayant les propriétés chimiques et/ou morphologiques souhaitées. Cette démarche vise à copolymériser par voie plasma (PECVD) deux monomères antagonistes (apolaire et polaire) afin de contrôler la répartition et la taille des nodules de l'un des polymères dispersé dans l'autre phase et d'obtenir ainsi une structuration chimique et/ou morphologique. Pour ce faire, six précurseurs ont été sélectionnés de façon à couvrir une large gamme de polarité: l'alcool allylique (AA), l'acide acrylique (AAc), l'aniline (ANi), le diéthylèneglycol diméthyl éther (DEGDME), le 1H,1H,2H-perfluoro-1-décène (HDFD) et le 2-(diméthylamino) éthyle méthacrylate (DMAEMA).La première partie de ce travail est centrée sur l'étude des mécanismes de croissance des différents homopolymères par voie plasma pulsé. Les cinétiques de dépôt, les structures chimiques et les morphologies sont plus spécifiquement détaillées pour deux monomères, les HDFD et DMAEMA en fonction des paramètres du procédé plasma, la polymérisation plasma de ces deux précurseurs étant pour la première fois décrite. La caractérisation des couches minces obtenues repose sur la spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (FTIR), la spectroscopie de photoélectrons X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM). Cette étude a montré le rôle catalytique des groupements fluorés induisant des vitesses de dépôt plus conséquentes. Même si la croissance est prépondérante durant le temps de décharge, le dépôt est non négligeable pendant la post-décharge. La structure chimique des polymères plasma est fortement dépendante des paramètres de la décharge et notamment la puissance et le temps de décharge. La spectroscopie FTIR s'est révélée comme un outil performant pour l'évaluation de la rétention de la structure chimique de l'entité monomère initiale dans le polymère plasma. Ces homopolymères présentent une morphologie homogène sans rugosité.Dans la deuxième partie, nous abordons la copolymérisation plasma pulsé. Les différents copolymères synthétisés sont p-AA-co-HDFD, p-AAc-co-HDFD, p-ANi-co-HDFD, p-DEGDME-co-HDFD, p-DMAEMA-co-HDFD, p-DMAEMA-co-ANi. La plupart sont issus de comonomères hydrophiles et hydrophobes à l'exception d'un synthétisé à partir de deux précurseurs polaires. Les cinétiques de dépôt, les propriétés chimiques et morphologiques sont discutées en fonction des paramètres plasma tels que la puissance injectée mais aussi des proportions relatives des différents comonomères. Les différentes analyses chimiques entreprises montrent plutôt la formation d'un mélange d'homopolymères ou d'un copolymère à bloc plutôt que la croissance d'un nouveau matériau. Cette hypothèse est étayée par la mise en évidence d'une structuration morphologique correspondant à la présence d'îlots à la surface.

Les travaux de recherche actuels menés dans le domaine des supercondensateurs s'orientent vers l'augmentation des densités d'énergie, notamment via le développement de supercondensateurs hybrides "oxydes de métaux de transition / carbones activés". Dans ce contexte, les présents travaux avaient pour objectif d'évaluer les propriétés d'oxydes de cobalt nanométriques en tant que matériaux d'électrode positive pour supercondensateur hybride.Ces oxydes de cobalt, de structure spinelle, sont préparés par précipitation de nitrate de cobalt en milieu basique (T < 90 °C). Ils possèdent une formule chimique du type HxLiyCo3-δO4*zH2O et présentent une bonne conductivité électronique grâce à la présence d'ions H+, Li+ et Co4+. Les analyses par DRX, ATG, RMN et les mesures de conductivité électroniques ont mis en évidence une réorganisation de la structure spinelle de ces matériaux sous l'effet d'un traitement thermique, conduisant à une augmentation du rapport Co4+/Co3+ ainsi qu'à une amélioration des propriétés de transport électrique. L'association d'une conductivité électronique élevée et d'une forte surface spécifique confère à ces oxydes des performances prometteuses en tant que matériaux d'électrode.L'étude des propriétés électrochimiques a montré la présence de deux modes de stockage des charges, l'un électrostatique (double couche électrochimique) et l'autre faradique via l'oxydation et la réduction du cobalt. Elle a également permis de déterminer la signature électrochimique de ces oxydes (capacité, fenêtre de potentiels), prérequis indispensable à leur intégration dans une cellule complète. Finalement, un supercondensateur hybride "oxyde de cobalt / carbone activé" a été assemblé et équilibré, donnant lieu à des performances attractives (61,6 F/g sur 1,60 V).

Philosophiae Doctor - PhD / A novel monomer (N,N'-Bis-(1H-pyrrol-2-ylmethylene)-benzene-1,2-diamine-BPPD) was derived from the condensation reaction between o-phenylenediamine and a pyrrole derivative. The monomer was polymerized electrochemically to produce the new polymer material - polymerized(N,N'-Bis-(1H-pyrrol-2-ylmethylene)-benzene-1,2-diamine) PBPPD. This novel polymer material was deposited at the surface of a screen-printed carbon electrode, as a thin film, in the development of chemical sensors for the detection of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). The monomer material was characterized in terms of its optical (spectroscopy) and thermal properties. The polymer material was characterized in terms of its surface morphology and its redox electrochemistry. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was used to confirm the azomethine bond formation during the condensation reaction of an aldehyde and primary amine derivative. / 2020-08-31

The use of kaolinite for preparing functionalized materials for specialized applications is still a relatively niche research subject. This is in spite of its low cost, high availability, and the potential for covalently grafting organic functional groups to its inner and outer surfaces. These grafted compounds have been shown to be highly resistant to heat and solvents, making them very useful for certain applications, for example in polymer nanocomposite materials that require high thermal resistance during polymer processing. Solid state NMR has been shown to play an essential role in solving the structure of functionalized kaolinite materials, however the current knowledge base for these functionalized kaolinites is notably lacking for some nuclei such as 1H, 27Al and 17O. Research was undertaken to address these concerns by developing new synthetic strategies for preparing kaolinite based materials for use as nanocomposites and to examine commonly prepared modified kaolinite precursors materials by 1H and 27Al MAS NMR in an attempt to demonstrate their utility for characterizing kaolinite intercalated and grafted complexes. Solid state 1H NMR of a natural kaolinite, kGa-1b, identified two main proton signals attributed to inner and inner surface hydroxyl protons. The different affinity of these two types of hydroxyl groups towards exchange with deuterium was used to differentiate between the two. The 1H NMR spectra of a DMSO intercalated kaolinite, kDMSO, and a methanol grafted kaolinite, kmethoxy, were fitted with high accuracy using models consistent with the known structures of these materials. The 27Al MAS NMR spectra of a natural kaolinite, kGa-1b, a DMSO intercalated kaolinite, kDMSO, and a methanol grafted kaolinite, kmethoxy measured at 21.1T showed little difference between one another, while noticeable differences could be seen at 4.7T. 27Al MQMAS experiments found almost no difference between these materials in the multiple quantum dimension, suggesting the differences that were observed are a result of differences in quadrupolar parameters rather than chemical shifts. The 27Al NMR spectra of kGa-1b, kDMSO and kmethoxy were fitted with good accuracy using models consistent with known structures of these materials. Different Al(III) sites with CQ values varying by up to 0.6MHz were found. The 27Al NMR spectra of two different methanol grafted kaolinites were also compared and it was found that the intensities of the sites with lower values of CQ were dependent on the quantity of grafted aluminum sites. The interlayer space of kaolinite was functionalized with a block copolymer: poly(ethylene)-block-poly(ethylene glycol) using a kaolinite pre-intercalated with DMSO, kDMSO, and with a biodegradable polymer: poly(lactide) using a kaolinite pre-intercalated with urea, kurea, both by using melts of the polymer. The polymers were found to completely displace their precursors from the interlayer space giving a monolayer type arrangement of the polymer. Attempts were made to graft compounds containing polymerizable functional groups: 3-allyloxy-1,2-propanediol and ethylene glycol vinyl ether to kaolinite’s inner surfaces using a kaolinite pre-intercalated and grafted with methanol, kmethoxy, and a kaolinite pre-intercalated with DMSO, kDMSO, respectively. Both compounds were found to displace their precursors from the interlayer space, adopting a monolayer type arrangement. 13C and 29Si NMR results suggest 3-allyloxy-1,2-propanediol’s allyl group remains intact and partially keys into the clay mineral’s siloxane rings. Ethylene glycol vinyl ether was found to undergo intramolecular cyclization to form an acetal product, consuming its vinyl group in the process. This reaction was observed using an unmodified kaolinite, kGa-1b, suggesting that the clay mineral’s surfaces, both inner and outer, act as an acid catalyst.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Synthese und Strukturaufklärung von neuartigen, chromophoren Barbituraten, welche als selektive Chemosensoren verwendet werden können. Als Schlüsselverbindungen dienten 5-(4-Nitrophenyl)-barbiturate, deren Enolisierungsfähigkeit systematisch untersucht wurden. Des Weiteren konnten SCHIFFschen Basen, Pyridinium-Barbiturat-Betain-Farbstoffe sowie ein fluoreszenzaktive Naphthalimid synthetisiert werden, in welchen der Barbitursäure-Substituent ebenfalls elektronenschiebende Eigenschaften aufweist. Die individuelle Interaktion der Barbiturate mit der Solvensumgebung wurde mittels Lineare-Solvatations-Energie (LSE)- Beziehungen unter Verwendung der empirischen Lösungsmittelparameter nach KAMLET-TAFT und CATALÁN untersucht. Besonderes Augenmerk lag auf dem Studium der molekularen Erkennung von ausgewählten Chromophoren mit Nukleinbasen und strukturell verwandten Verbindungen. Hierzu gelang es die supramolekularen Bindungsphänomene über Wasserstoffbrücken und die Beeinflussung des chromophoren Systems sowohl im Festkörper als auch in Lösung zu verfolgen.

Temperature-sensitive polymers or "smart" polymers are materials that undergo phase separation initiated by temperature change. Some of these polymers possess phase separation temperatures close to human body temperature (37 C), thus offering a wide range of potential applications in controlled drug release or gene delivery systems, bioseparations, tissue engineering, etc. Of the polymers with a phase separation temperature close to 37 C, poly(N- isopropylacrylamide) (PNIPAM) and poly(vinyl methyl ether) (PVME) are perhaps the most important and were selected as the subjects of this study. In this work, these two polymers have been examined in the presence of low molecular weight additives, and their colloidal stability evaluated using 1 H NMR (nuclear magnetic resonance) and time-resolved 1 H NMR spin-spin relaxation time T2 experiments. An improved model of the two exchangeable states was applied for a more detailed characterization of the phase separation process. The main focus of this study was to determine the influence of additives on the phase separation behavior of the polymers (phase separation temperature, width of transition, maximum number of polymer chains participating in phase separation), reversibility of the phase separation, dynamics of solvent molecules (water and additive),...

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