Les propriétés des matériaux moléculaires proviennent à la fois de la structure des composantes individuelles et de la façon dont elles s’associent. Ce dernier aspect reste difficile à contrôler, malgré de grandes avancées en science des matériaux. Pour mieux comprendre la relation structure-propriétés, nous avons entrepris une étude systématique de l'hexaphénylbenzène et de ses dérivés, qui offrent une charpente symétrique et rigide. En premier lieu, nous avons attaché six groupements diaminotriazinyles sur l’hexaphénylbenzène afin de produire des réseaux tridimensionnels hautement poreux maintenus par des ponts hydrogène. En modifiant systématiquement le coeur moléculaire, nous avons excisé près du tiers de la molécule-mère, générant des réseaux supramoléculaires dont la porosité s’est élevée graduellement jusqu’à 75%, équivalant ainsi le record pour ce type de matériaux. Ensuite, nous avons étudié le comportement de l’hexakis(4-nitrophényl)benzène. Dans les structures cristallines obtenues, des interactions non-covalentes entre groupements nitro démontrent leur potentiel en chimie supramoléculaire. Le coeur moléculaire ne joue qu’un rôle secondaire dans l’empilement des molécules : seules quelques interactions C-H•••π impliquant le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène sont évidentes. Cette dernière observation nous a poussés à étudier le comportement à l’état cristallin de l’hexaphénylbenzène et ses dérivés. En scrutant attentivement neuf structures cristallines de ces composés, nous avons décerné la présence récurrente d’interactions C-H•••π impliquant le cycle aromatique central. Cette association caractéristique a été exploitée pour créer des réseaux supramoléculaires maintenus par des interactions C-H•••π sélectives entre un groupement éthynyle et le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène. Finalement, nous avons joint le côté sombre de l’ingénierie cristalline en utilisant nos connaissances dans le but d’empêcher la formation d’interactions directionnelles. En protégeant le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène à l’aide de groupements alkyles, les interactions C-H•••π ont été pratiquement éliminées. Ces résultats offrent la possibilité de créer de nouveaux matériaux amorphes. Dans ces études, focalisées sur le système hexaphénylbenzène, nous avons mis en relief des phénomènes qui sont obscurcis dans d'autres familles de molécules. De plus, ce système a grandement facilité l’utilisation d’une approche méthodique pour explorer la relation structure-propriétés. Nos travaux nous ont amenés à des conclusions de valeur universelle en science des matériaux moléculaires. / The properties of molecular materials depend on the identity of individual components and on their organization. Unfortunately, it remains difficult to control molecular organization, despite advances in materials science. To better understand the relationship between molecular structure and collective properties, we undertook a systematic study of hexaphenylbenzene and its derivatives, which possess a rigid symmetric framework. Our first study focused on using hydrogen bonds to control self-assembly in the solid state. By installing six diaminotriazinyl groups on a hexaphenylbenzene core, we predictably obtained highly porous three-dimensional hydrogen-bonded networks. Through systematic structural modifications of the molecular core, we excised nearly a third of the parent molecule, and the porosity of the networks gradually increased, matching the record of 75% previously obtained for this type of material. We then turned to weaker interactions to control organization, as revealed by the packing of hexakis(4-nitrophenyl)benzene. In the crystal structures analyzed, non-covalent interactions between nitro groups were observed, demonstrating their potential in supramolecular chemistry. Careful examination of the structures showed that the hexaphenylbenzene moieties play only a secondary role in determining the overall packing; however, C-H•••π interactions involving the central aromatic ring of hexaphenylbenzene were also observed. To further document this unexpected behavior, we analyzed nine crystal structures of hexaphenylbenzene and derivatives, which showed that a C-H•••π recognition pattern involving the central aromatic ring occurs consistently throughout the series. This motif was used to prepare supramolecular networks based exclusively on selective and directional C-H•••π interactions involving ethynyl groups and the central aromatic ring of hexaphenylbenzene. Finally, we joined the dark side of crystal engineering by using our knowledge of supramolecular chemistry to prevent the formation of directional interactions. By installing alkyl groups near the central aromatic ring of hexaphenylbenzene, C-H•••π interactions were practically eliminated. These results were then used to devise new amorphous materials. The hexaphenylbenzene system permitted a methodical analysis of structure-property relationships in molecular materials. This particular system exposed phenomena normally obscured in other families of molecules, and our analysis of its behavior has yielded conclusions of universal value in materials science.

Dans une première partie, une méthode efficace et générale de préparation de pyrroles E-fluoroalkylés a été développée. Ces derniers ont été facilement obtenus en deux étapes à partir d'énones E-fluoroalkylées avec de bons rendements. L'oxydation sélective du squelette furanique des pyrroles E-fluoroalkylés, comportant un groupement 2-furyl en position 5 du cycle pyrrolique, puis leur décarboxylation, ont alors donné accès à deux nouvelles familles de synthons pyrroliques fluoroalkylés, très intéressantes pour la conception de molécules bioactives. Dans une seconde partie, deux méthodes originales de trifluorométhoxylation nucléophile, utilisant le triflate de rifluorométhyle (TFMT) ou le 2,4-dinitro(trifluorométhoxy) benzène (DNOB) en tant que générateurs de l'anion trifluorométhanolate, ont été développées. Certains trifluorométhyl éthers ainsi synthétisés ont alors été employés pour la préparation d'énaminones trifluorométhoxylées, précurseurs d’hétérocycles aromatiques trifluorométhoxylés inédits tels que des nicotinates, des pyrimidines, des pyrazoles et des isoxazoles / In a first part, an efficient and versatile method of preparation of E-fluoroalkylated pyrroles has been developed. These compounds have been readily obtained in two steps starting from E-fluoroalkylated enones with good yields. Then, the selective oxidation of the furyl moiety of E-fluoroalkylated pyrroles, bearing a 2-furyl group in the 5-position of the pyrrole ring, followed by their decarboxylation, provided two new classes of pyrrolic building-blocks. In a second part, two original methods of nucleophilic trifluoromethoxylation, using trifluoromethyl triflate (TFMT) or 2,4-dinitro(trifluoromethoxy)benzene (DNOB) as generators of the trifluoromethoxide anion, have been developed. Among the trifluoromethyl ethers so-prepared, some of them have been used to synthesise trifluoromethoxylated enaminones, precursors of novel trifluoromethoxylated aromatic heterocycles such as nicotinates, pyrimidines, pyrazoles and isoxazoles, which are very interesting for the design of bioactive molecules

L'évolution des états de surface de SnO₂ en fonction du traitement à SO₂ a été étudiée au moyen des expériences de thermodésorption. Le rôle des groupements hydroxyles a été mis en évidence au niveau des sites d'adsorption et un modèle concernant l'adsorption du dioxyde de soufre sur l'oxygène du réseau de l'oxyde a été proposé. Le mécanisme d'adsorption et de décomposition de H₂S et de C₆H₆ sur l'adsorption de SnO₂ a été observé. L'analyse de l'influence de la température sur la nature de l'adsorption de H₂S a révélé un aspect chimique intéressant concernant la liaison entre le matériau et les espèces adsorbées. Quant à l'interaction C₆H₆-SnO₂, nous avons observé que le matériau traité dispose des sites d'adsorption préférentiels où se fixent les produits de décomposition tandis que le matériau non traité n'établit pas des liaisons solides avec les molécules d'oxydes de carbone.

Il est reconnu que le benzène, le toluène, l’éthylbenzène et les isomères du xylène, composés organiques volatils (COVs) communément désignés BTEX, produisent des effets nocifs sur la santé humaine et sur les végétaux dépendamment de la durée et des niveaux d’exposition. Le benzène en particulier est classé cancérogène et une exposition à des concentrations supérieures à 64 g/m3 de benzène peut être fatale en 5–10 minutes. Par conséquent, la mesure en temps réel des BTEX dans l’air ambiant est essentielle pour détecter rapidement un danger associé à leur émission dans l’air et pour estimer les risques potentiels pour les êtres vivants et pour l’environnement. Dans cette thèse, une méthode d’analyse en temps réel des BTEX dans l’air ambiant a été développée et validée. La méthode est basée sur la technique d’échantillonnage direct de l’air couplée avec la spectrométrie de masse en tandem utilisant une source d’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI-MS/MS directe). La validation analytique a démontré la sensibilité (limite de détection LDM 1–2 μg/m3), la précision (coefficient de variation CV < 10%), l’exactitude (exactitude > 95%) et la sélectivité de la méthode. Des échantillons d’air ambiant provenant d’un site d’enfouissement de déchets industriels et de divers garages d’entretien automobile ont été analysés par la méthode développée. La comparaison des résultats avec ceux obtenus par la technique de chromatographie gazeuse on-line couplée avec un détecteur à ionisation de flamme (GC-FID) a donné des résultats similaires. La capacité de la méthode pour l’évaluation rapide des risques potentiels associés à une exposition aux BTEX a été prouvée à travers une étude de terrain avec analyse de risque pour la santé des travailleurs dans trois garages d’entretien automobile et par des expériences sous atmosphères simulées. Les concentrations mesurées dans l’air ambiant des garages étaient de 8,9–25 µg/m3 pour le benzène, 119–1156 µg/m3 pour le toluène, 9–70 µg/m3 pour l’éthylbenzène et 45–347 µg/m3 pour les xylènes. Une dose quotidienne environnementale totale entre 1,46 10-3 et 2,52 10-3 mg/kg/jour a été déterminée pour le benzène. Le risque de cancer lié à l’exposition environnementale totale au benzène estimé pour les travailleurs étudiés se situait entre 1,1 10-5 et 1,8 10-5. Une nouvelle méthode APCI-MS/MS a été également développée et validée pour l’analyse directe de l’octaméthylcyclotétrasiloxane (D4) et le décaméthylcyclopentasiloxane (D5) dans l’air et les biogaz. Le D4 et le D5 sont des siloxanes cycliques volatils largement utilisés comme solvants dans les processus industriels et les produits de consommation à la place des COVs précurseurs d’ozone troposphérique tels que les BTEX. Leur présence ubiquitaire dans les échantillons d’air ambiant, due à l’utilisation massive, suscite un besoin d’études de toxicité. De telles études requièrent des analyses qualitatives et quantitatives de traces de ces composés. Par ailleurs, la présence de traces de ces substances dans un biogaz entrave son utilisation comme source d’énergie renouvelable en causant des dommages coûteux à l’équipement. L’analyse des siloxanes dans un biogaz s’avère donc essentielle pour déterminer si le biogaz nécessite une purification avant son utilisation pour la production d’énergie. La méthode développée dans cette étude possède une bonne sensibilité (LDM 4–6 μg/m3), une bonne précision (CV < 10%), une bonne exactitude (> 93%) et une grande sélectivité. Il a été également démontré qu’en utilisant cette méthode avec l’hexaméthyl-d18-disiloxane comme étalon interne, la détection et la quantification du D4 et du D5 dans des échantillons réels de biogaz peuvent être accomplies avec une meilleure sensibilité (LDM ~ 2 μg/m3), une grande précision (CV < 5%) et une grande exactitude (> 97%). Une variété d’échantillons de biogaz prélevés au site d’enfouissement sanitaire du Complexe Environnemental de Saint-Michel à Montréal a été analysée avec succès par cette nouvelle méthode. Les concentrations mesurées étaient de 131–1275 µg/m3 pour le D4 et 250–6226 µg/m3 pour le D5. Ces résultats représentent les premières données rapportées dans la littérature sur la concentration des siloxanes D4 et D5 dans les biogaz d’enfouissement en fonction de l’âge des déchets. / It is known that benzene, toluene, ethylbenzene and xylene isomers, volatile organic compounds (VOCs) commonly called BTEX, have toxic health effects on humans and plants depending on duration and levels of exposure. Benzene in particular is classified carcinogenic, and exposure to benzene at concentrations above 64 g/m3 can be fatal within 5–10 minutes. Therefore, real-time monitoring of BTEX in ambient air is essential for the early warning detection associated with their release and in estimating the potential exposure risks to living beings and the environment. In this thesis, a real-time analysis method for BTEX in ambient air was developed and validated. The method is based on the direct-air sampling technique coupled with tandem mass spectrometry using atmospheric pressure chemical ionization (direct APCI-MS/MS). Validation of the method has shown that it is sensitive (limit of detection LOD 1–2 μg/m3), precise (relative standard deviation RSD < 10%), accurate (accuracy > 95%) and selective. Ambient air samples from an industrial waste landfill site and various automobile repair shops were analyzed by the developed method. Comparison of results with those obtained by online gas chromatography coupled with a flame ionization detector (GC-FID) technique exhibited similar results. The capacity of the method for the fast evaluation of potential risks associated with an exposure to BTEX has been demonstrated through a field study with health risk assessment for workers at three automobile repair shops and through experiments under simulated atmospheres. Concentrations measured in the ambient air of the garages were in the ranges of 8.9–25 µg/m3 for benzene, 119–1156 µg/m3 for toluene, 9–70 µg/m3 for ethylbenzene, and 45–347 µg/m3 for xylenes. A total environmental daily dose of 1.46 10-3–2.52 10-3 mg/kg/day was determined for benzene. The estimated cancer risk due to the total environmental exposure to benzene was between 1.1 10-5 and 1.8 10-5 for the workers studied. A novel APCI-MS/MS method was also developed and validated for the direct analysis of octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and decamethylcyclopentasiloxane (D5) in air and biogases. D4 and D5 are cyclic volatile siloxanes widely used in industrial processes and consumer products as replacement solvents for the tropospheric ozone forming VOCs, such as BTEX. Their ubiquitous presence in ambient air samples, due to the growing consumption, raises the need for toxicity studies which require qualitative and quantitative trace analysis of these compounds. Furthermore, the presence of trace amounts of these substances in a biogas hampers its use as a source of renewable energy by causing expensive damages to the equipment. Thus, siloxane analysis of the biogas is essential in determining if purification is needed before the use for energy production. The method developed in this study for these aims has good sensitivity (LOD 4–6 μg/m3), good precision (RSD < 10%), good accuracy (> 93%) and high selectivity. It was also shown that by using this method with hexamethyl-d18-disiloxane as an internal standard, detection and quantification of D4 and D5 in real biogas samples can be done with a better sensitivity (LOD ~ 2 μg/m3), high precision (RSD < 5%), and high accuracy (> 97%). Various biogas samples collected from the landfill site of the Complexe Environnemental de Saint-Michel in Montreal have been successfully analyzed by this new method. Concentrations measured were in the ranges of 131–1275 µg/m3 for D4 and 250–6226 µg/m3 for D5. These results represent the first primary-literature-reported data on siloxanes D4 and D5 contents of landfill-derived biogases as a function of the refuse age.

Les propriétés des matériaux moléculaires proviennent à la fois de la structure des composantes individuelles et de la façon dont elles s’associent. Ce dernier aspect reste difficile à contrôler, malgré de grandes avancées en science des matériaux. Pour mieux comprendre la relation structure-propriétés, nous avons entrepris une étude systématique de l'hexaphénylbenzène et de ses dérivés, qui offrent une charpente symétrique et rigide. En premier lieu, nous avons attaché six groupements diaminotriazinyles sur l’hexaphénylbenzène afin de produire des réseaux tridimensionnels hautement poreux maintenus par des ponts hydrogène. En modifiant systématiquement le coeur moléculaire, nous avons excisé près du tiers de la molécule-mère, générant des réseaux supramoléculaires dont la porosité s’est élevée graduellement jusqu’à 75%, équivalant ainsi le record pour ce type de matériaux. Ensuite, nous avons étudié le comportement de l’hexakis(4-nitrophényl)benzène. Dans les structures cristallines obtenues, des interactions non-covalentes entre groupements nitro démontrent leur potentiel en chimie supramoléculaire. Le coeur moléculaire ne joue qu’un rôle secondaire dans l’empilement des molécules : seules quelques interactions C-H•••π impliquant le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène sont évidentes. Cette dernière observation nous a poussés à étudier le comportement à l’état cristallin de l’hexaphénylbenzène et ses dérivés. En scrutant attentivement neuf structures cristallines de ces composés, nous avons décerné la présence récurrente d’interactions C-H•••π impliquant le cycle aromatique central. Cette association caractéristique a été exploitée pour créer des réseaux supramoléculaires maintenus par des interactions C-H•••π sélectives entre un groupement éthynyle et le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène. Finalement, nous avons joint le côté sombre de l’ingénierie cristalline en utilisant nos connaissances dans le but d’empêcher la formation d’interactions directionnelles. En protégeant le cycle aromatique central de l’hexaphénylbenzène à l’aide de groupements alkyles, les interactions C-H•••π ont été pratiquement éliminées. Ces résultats offrent la possibilité de créer de nouveaux matériaux amorphes. Dans ces études, focalisées sur le système hexaphénylbenzène, nous avons mis en relief des phénomènes qui sont obscurcis dans d'autres familles de molécules. De plus, ce système a grandement facilité l’utilisation d’une approche méthodique pour explorer la relation structure-propriétés. Nos travaux nous ont amenés à des conclusions de valeur universelle en science des matériaux moléculaires. / The properties of molecular materials depend on the identity of individual components and on their organization. Unfortunately, it remains difficult to control molecular organization, despite advances in materials science. To better understand the relationship between molecular structure and collective properties, we undertook a systematic study of hexaphenylbenzene and its derivatives, which possess a rigid symmetric framework. Our first study focused on using hydrogen bonds to control self-assembly in the solid state. By installing six diaminotriazinyl groups on a hexaphenylbenzene core, we predictably obtained highly porous three-dimensional hydrogen-bonded networks. Through systematic structural modifications of the molecular core, we excised nearly a third of the parent molecule, and the porosity of the networks gradually increased, matching the record of 75% previously obtained for this type of material. We then turned to weaker interactions to control organization, as revealed by the packing of hexakis(4-nitrophenyl)benzene. In the crystal structures analyzed, non-covalent interactions between nitro groups were observed, demonstrating their potential in supramolecular chemistry. Careful examination of the structures showed that the hexaphenylbenzene moieties play only a secondary role in determining the overall packing; however, C-H•••π interactions involving the central aromatic ring of hexaphenylbenzene were also observed. To further document this unexpected behavior, we analyzed nine crystal structures of hexaphenylbenzene and derivatives, which showed that a C-H•••π recognition pattern involving the central aromatic ring occurs consistently throughout the series. This motif was used to prepare supramolecular networks based exclusively on selective and directional C-H•••π interactions involving ethynyl groups and the central aromatic ring of hexaphenylbenzene. Finally, we joined the dark side of crystal engineering by using our knowledge of supramolecular chemistry to prevent the formation of directional interactions. By installing alkyl groups near the central aromatic ring of hexaphenylbenzene, C-H•••π interactions were practically eliminated. These results were then used to devise new amorphous materials. The hexaphenylbenzene system permitted a methodical analysis of structure-property relationships in molecular materials. This particular system exposed phenomena normally obscured in other families of molecules, and our analysis of its behavior has yielded conclusions of universal value in materials science.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie neuro-inflammatoire du système nerveux central. Les causes sont multifactorielles impliquant à la fois une prédisposition génétique et l'influence de facteurs environnementaux. Dans environ 85% des cas, les patients sont atteints de poussées correspondants à la survenue de signes neurologiques, suivis d'une phase de rémission partielle ou totale. De nombreux travaux avancent l'hypothèse selon laquelle le taux de poussées varie au gré des saisons, survenant plus fréquemment au printemps et en été. Cette fluctuation temporelle a soulevé la question de l'influence de paramètres dépendants de la saison tels que l'ensoleillement et le statut en vitamine D, le niveau de mélatonine ou encore la pollution atmosphérique. Etant donné cette variation de la pollution de l'air, nous avons cherché à explorer l'impact à court terme des particules fines (PM10), benzène (C6H6), dioxyde d'azote (NO2), monoxyde de carbone (CO) et de l'ozone troposphérique (O3), sur le risque de déclenchement de poussée, indépendamment des saisons "chaude" (1er avril au 30 septembre) et "froide" (1er octobre au 31 mars). Ce travail s'est appuyé sur les données de patients issus du réseau ville-hôpital alSacEP. Nous avons sélectionné 424 patients atteints de SEP à début rémittent et ayant connu un total de 1 783 poussées (2000-2009). Les niveaux journaliers de pollution, produits grâce au modèle physique déterministe ADMS-Urban, ont été modélisés sur une base horaire pour chaque IRIS de la communauté urbaine de Strasbourg par l'actuelle AASQUA ATMO Grand Est. De plus, une enquête individuelle menée dans le cadre de cette étude auprès de l'ensemble des patients (PT) a permis de collecter (par questionnaire téléphonique ou auto-questionnaire sur internet) des informations personnelles socio-économiques (SES) et du mode de vie pour 188 d'entre eux (PS). Enfin, le niveau SES des IRIS a été estimé à l’aide d’un indice de défaveur social - construit à partir des données du recensement de l’INSEE. Nous avons observé une influence saisonnière délétère à court terme de la pollution (3 jours précédant la poussée) sur le risque de poussée en PT, notamment de l'O3 en saison "chaude" et des PM10 et NO2 en saison "froide". Nos résultats suggèrent également que le contexte SES puisse exacerber ces associations, notamment chez les patients résidant dans les quartiers défavorisés lors d'exposition aux PM10, NO2, C6H6 et CO ("froide") et ceux résidant dans les quartiers favorisés et défavorisés lors de l'exposition à l'O3 ("chaude"). Enfin, nous avons observé chez la PS que le niveau d'éducation faible, le revenu familial moyen, la consommation de cigarette et le manque d'activité physique régulière sont les catégories SES et du mode de vie les plus associées avec le risque de poussée lors de l'exposition à la pollution de l'air. Ce travail montre la nécessité d'étudier les expositions environnementales au cours de la SEP selon une approche holistique intégrant des facteurs individuels et contextuels. / Multiple sclerosis (MS) is a neuro-inflammatory disease of the central nervous system (CNS). Causes are multifactorial enrolling both genetic predisposition and influence of environmental factors. In 85% of cases, patients experience relapse corresponding to the occurrence of neurologic signs, followed by a phase of partial or total remission. Several studies put forth the hypothesis that relapses rate varies across season, mainly occurring during spring and summer. This temporal fluctuation raised the question of season-dependent parameters influence such as sunlight exposure and vitamin D, melatonin level or ambient air pollution. Considering this variation of air pollution, we explored the short-term impact of fine particles (PM10), benzene (C6H6), nitrogen dioxide (NO2), carbon monoxide (CO) and ground-level ozone (O3), on the risk of relapse triggering, separately for "cold" (i.e., October-March) and "hot" (April-September) season. This work has drawn from data of patients provided by the alSacEP network. We included 424 patients affected with remitting MS onset who experienced 1,783 relapses over the 2000-2009 period. Daily level of air pollution was modeled through ADMS-Urban software at the census block scale of the Strasbourg metropolitan area (AASQA ATMO Grand Est). Furthermore, an individual survey was conducted among all the patients (PT) in order to collect individual socioeconomic (SES) and lifestyle features. Finally, the census block SES position was estimated using a composite deprivation index - created from the INSEE census data. A short-term (3 days preceding the relapse) seasonal adverse effect was observed in PT, in particular during exposure to O3 in "hot" season and PM10 and NO2 in "cold" season. Results also suggest that the SES context might exacerbate these associations, in particular among patients who were living in deprived neighborhood with exposure to PM10, NO2, C6H6 and CO ("cold) and those who were living in most well-of and deprived places with exposure to O3 ("hot"). Finally, we observed among Ps that low education level, average family income, smoking and lack of physical activity are more associated with the risk of relapse triggering when patients were exposed to air pollution. This work shows the need to investigate environmental exposure such as air pollution along the SEP course using a holistic approach integrating individual and contextual factors.