La forêt boréale québécoise est à la base d'une importante activité économique. Cependant, cette industrie produit des résidus forestiers, dont des écorces, des sciures et des branchages. Ces résidus sont principalement utilisés pour la production d'énergie ou abandonnés sur les sites de coupe. Il serait donc intéressant de valoriser cette ressource, par exemple, dans le secteur biopharmaceutique. En effet, les plantes de la forêt boréale ont été utilisées dans la médecine traditionnelle amérindienne pour soulager ou pour soigner divers maux. Cependant, très peu d'espèces végétales de la forêt boréale ont fait l'objet d'études approfondies en ce qui concerne leur composition chimique et leur activité biologique. Dans le cadre de ce travail, nous avons étudié la composition chimique d'un extrait bioactif d'écorce de Larix lancina. Quatre composés ont été isolés par chromatographie sur gel de silice et identifiés par diverses méthodes spectroscopiques (IR, MS, RMN). Ces composés sont: le 19-acétoxy-135-hydroxylabda-8(17),14-diène (1), le 19-oxo-8iî-hydroxylabda- 12(Z),14-diènal (2), le cw-19-hydroxyabienol (3) et le 3-methoxy-3,3',5'- trihydroxystilbene (4). La structure des produits 2 et 3 n'avait jamais été rapportée dans la littérature, alors que les produits 1 et 4 sont des composés connus rapportés pour la première fois dans L. laricina. La cytotoxicité des produits 1-4 a été évaluée sur des lignées de cellules cancéreuses du poumon (A-549) et du côlon (DLD-1) ainsi que sur une lignée de cellule saine (WS-1). Les produits 1 et 2 sont cytotoxiques sur toutes les lignées cellulaires testées, alors que le produit 4 ne présente aucune cytotoxicité. Finalement, le produit 3 montre une activité significative et sélective contre les cellules cancéreuses du côlon sans cytotoxicité pour les cellules saines.

De nos jours, un grand nombre de composés issus de plantes sont utilisés en médecine moderne et une majorité de ceux-ci le sont selon leur usage traditionnel. Des 25 composés pharmaceutiques les plus vendus à travers le monde, 12 proviennent de produits naturels, mais jusqu'ici, environ seulement 10 % des 250 000 espèces de plantes inventoriées ont fait l'objet de recherches de molécules bioactives. Au Québec, les plantes de la forêt boréale n'ont fait l'objet que de très peu de recherches de composés actifs bien que les peuples autochtones aient utilisé une grande diversité de plantes pour soigner toutes sortes de maladies et d'affections. Ces connaissances médicinales ancestrales permettent d'orienter et de guider la recherche de molécules bioactives. De plus, face à l'émergence grandissante à l'échelle mondiale du phénomène de résistance bactérienne aux antibiotiques, la découverte de nouveaux composés antimicrobiens est devenue un objectif primordial dans la lutte contre les infections causées par des souches bactériennes résistantes. En Amérique du Nord, les écorces de plusieurs conifères étaient utilisées dans la médecine traditionnelle amérindienne pour un usage antiseptique. Le but de ce projet de recherche était donc, dans un premier temps, d'évaluer l'activité antibactérienne d'extraits d'écorces de conifères de la forêt boréale, soit : Abies balsamea, Larix lancina, Picea glauca et Picea mariana, puis en second lieu, d'isoler et d'identifier les composés responsables de l'activité de l'extrait ayant montré la plus grande activité. Ainsi, des extraits éthanoliques d'écorces ont été préparés et leur activité antimicrobienne a été évaluée sur deux souches bactériennes, Staphylococcus aureus et Escherichia coli, à l'aide de la méthode de diffusion du disque. Des quatre extraits testés, celui de l'écorce de P. mariana (épinette noire) s'est avéré le plus actif contre la souche de S. aureus. La bioautograpbie a permis l'isolation bioguidée de molécules actives présentes dans cet extrait. Dans la fraction active isolée, sept molécules de la classe des acides résiniques ont été identifiées par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS) : l'acide pimarique (1), l'acide sandaracopimarique (2), l'acide isopimarique (3), l'isopimarol (4), l'acide palustrique (5), l'acide déhydroabiétique (6) et l'acide abiétique (7). Cette étude constitue la première confirmation de la présence d'isopimarol dans l'écorce de P. mariana. Les composés (5), (6) et (7) sont les composés les plus abondants dans la fraction active isolée. L'évaluation de l'activité antibiotique des composés identifiés a montré que les composés (2), (3), (5), (6) et (7) sont actifs contre S. aureus. Nos résultats semblent donc valider l'utilisation traditionnelle de l'écorce de cette plante dans la médecine amérindienne.

L'acide bétulinique (3), un composé triterpénique, présente de nombreuses activités thérapeutiques, notamment une activité antitumorale sur les mélanomes humains. De plus, des tests in vivo chez la souris ont démontré que l'acide bétulinique (3) est très peu toxique pour l'organisme faisant de cette molécule un traitement potentiel très prometteur. D a déjà été montré que l'acide bétulinique (3) peut être préparé à partir du bétulinol (2), un composé présent en très forte concentration dans l'écorce du bouleau blanc (Betula papyrifera). Le premier objectif de cette recherche est donc de développer une méthode de synthèse efficace de l'acide bétulinique (3) à partir du bétulinol (2). La stratégie choisie consiste à oxyder sélectivement l'alcool primaire en aldéhyde pour former le bétulinal (14), puis à oxyder ce dernier en fonction acide sans toucher à la fonction alcool secondaire. La première partie de la synthèse a été réalisée avec un rendement isolé de 35% en utilisant l'oxyde de chrome adsorbé sur silice. L'autre partie de la synthèse, l'oxydation du bétulinal (14) en acide bétulinique (3), est réalisée avec un rendement isolé de 67% en utilisant le permanganate de potassium dans l'acétone à reflux. Le second objectif du travail est de développer une méthode efficace d'estérification entre un alcool triterpénique et un fragment constitué d'une fonction acide carboxylique. Différents agents activants ont été testés pour condenser l'allobétulinol (18) et l'adipate de monométhyle (17). Le dicyclohexylcarbodiimide (29) et le diméthylaminopyridine (31) ont été utilisés dans le dichlorométhane pour préparer le produit de couplage avec un rendement isolé de 35%.

Le bleuet nain ou le Vaccinium angustifolium Aiton est une plante native d'Amérique du Nord. Cette espèce se retrouve principalement dans les régions nord-est des États-Unis et le sud-est du Canada. Dans la région du Saguenay-Lac-Saint-Jean, au Québec, cette plante génère des activités économiques directes et indirectes importantes. L'exploitation de cette ressource naturelle est essentiellement orientée vers l'industrie alimentaire. Afin de caractériser le bleuet de la région du Saguenay-Lac-Saint-Jean, une étude fût menée sur la composition chimique de l'huile essentielle, des extraits volatils et des aglycones de glycosides des fruits de cette plante. L'extraction des huiles essentielles par entraînement à la vapeur d'eau a porté sur les feuilles, les bourgeons de fleurs, les fleurs, les différents stades du fruit et les racines (rhizomes). En outre, la méthode de Likens-Nickerson a été employée pour extraire les produits volatils des fleurs, des fruits verts, rouges et mûrs. L'analyse sur chromatographe en phase gazeuse (CPG) munie d'un détecteur à ionisation de flamme (FID) et de la spectrométrie de masse couplée à la CPG (CPG/SM), ont permis de quantifier et d'identifier les produits volatils. Il a été remarqué que l'(E)-hex-2-énal est le constituant majeur des feuilles et des fruits rouges avec des concentrations respectives de 28,2 % et 14,9%. Le géraniol (19,0%) est le constituant principal des bourgeons des fleurs tandis que le linalol se retrouve dans le reste des parties aériennes examinées. Il est de 7,4% dans les feuilles, 29,5% dans les fleurs, 18,3% dans les fruits verts, 9,7% dans les fruits rouges et 24,7% dans les fruits mûrs. Enfin, l'a-terpinéol est le composé important des racines à 28,9%. L'hydrolyse enzymatique de glycosides extraits des fruits verts et mûrs, par la B-glucosidase et la cellulase ont rendu la détermination des produits volatils liés possible. L'analyse et la séparation des aglycones volatils de glycosides de ces parties par CPG et CPG/SM ont conduit à l'identification de certains produits volatils liés des fruits. Dans les deux cas d'enzymes considérés, le nonan-2-ol (>14%) est l'aglycone majeur retrouvé dans les fruits mûrs et le 1-hydroxylinalol, le composé majeur des fruits verts. Le rendement en huile essentielle et en aglycones volatils des différentes parties de la plante examinée, a permis d'affirmer que le Vaccinium angustifolium est une plante pauvre non seulement en produits volatils libres, mais aussi en produits volatils liés.

La lignine de Klason issue de l'épinette blanche, Picea glauca (Moench) Voss, est extraite selon une combinaison de deux (2) méthodes d'extraction décrites dans la littérature et adaptées à notre étude. La première étape consiste à éliminer tous les extractibles de la biomasse végétale par l'emploi d'un extracteur de type soxhlet. Le mélange de solvant permettant l'extraction est composé de toluène et d'éthanol dans des proportions de (2:1). Le résidu obtenu est hydrolyse avec une solution d'acide sulfurique 72% (v/v) afin de solubiliser la cellulose et les hémicelluloses. Une hydrolyse finale est réalisée avec H2SO4 5% afin de produire une lignine de Klason conforme aux études réalisées antérieurement. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier permet l'identification des groupements fonctionnels qui caractérisent la lignine. Les échantillons sont analysés à l'état solide (en suspension dans le KBr). L'unité guaïacyle est caractéristique de la lignine extraite de conifère et s'observe dans la région à 1270 cm l. Les extractibles obtenus après extraction sont analysés par chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse. L'identification de ceux-ci révèle la présence d'acides résiniques et de terpènes. La spectrométrie de résonance magnétique nucléaire du carbone-13 est utilisée conjointement avec la spectrométrie de masse par atomes rapides (FAB/MS). Ces techniques spectroscopiques permettent l'élucidation de structures dimériques d'interunités B-O-4', B-l', B-B', B-5', 5-5' et 4-O-5'. La majorité des résultats obtenus démontrent la présence de liens interunités de type B-O-4'. L'utilisation d'un logiciel informatique, réalisé dans le cadre de cette étude, permet l'élaboration de structures monomériques et dimériques. Après compilation des données de la lignine de Klason, une biotransformation est réalisée en milieu aqueux par Phanerochaete chrysosporium. Par divers mécanismes d'oxydation, le microorganisme utilisé permet la réduction des unités de lignine en des unités plus petites. Des mécanismes de polymérisation et de dépolymérisation sont observés par chromatographie de perméation sur gel. Des résultats semblables ont également été observés dans des études antérieures. Suite à la biotransformation, les unités les plus importantes qui se retrouvent après une période de 266 heures sont des unités de masses moléculaires de 1 500 et 700 daltons. L'unité de masse moléculaire de 700 daltons tend à augmenter progressivement après 266 heures de fermentation.

Dans ce projet de recherche nous avons analysé les glycosides de l'épinette noire. Cette analyse comporte deux parties: 1) - l'analyse des glycosides sans transformation chimique. Les glycosides sont extraits du matériel végétal sec par solvant. Par des techniques de chromatographie liquide (CCM, CLP et CLHP), quatre glycosides phénoliques sont purifiés. Des structures basées sur des données spectroscopiques (RMN H1 et 13C et SM) sont proposées. Dans les quatre glycosides, le sucre est le (B-D-glucose. 2) - l'analyse des aglycones des glycosides après hydrolyse. Une fois les substances volatiles éliminées de l'extrait des glycosides, ce dernier subit une hydrolyse enzymatique pour libérer les aglycones. Deux enzymes sont utilisées pour comparer leur efficacité de l'hydrolyse des glycosides. Les aglycones libérées sont extraites par le pentane et le pentane et l'éther (l:l/v:v), et analysées par chromatographie en phase gazeuse sur deux colonnes capillaires (DB-5 et Supelco-10). La comparaison des pourcentages relatifs des aglycones a révélé que la (3-glucosidase est plus efficace pour hydrolyser les glucosides phénoliques et la cellulase est plus efficace pour hydrolyser les glucosides monoterpéniques. Étant donné l'importance des glycosides comme source supplémentaire de produits volatils de l'épinette noire, l'objectif de ce travail était d'évaluer la qualité et la quantité des aglycones des glycosides et d'analyser la structure de certains glycosides par des méthodes spectroscopiques.

Dans le but de mieux connaître les produits naturels de Taxus canadensis, nous avons étudié la composition chimique de cet arbuste du Saguenay~Lac-St-Jean, sous trois aspects: son huile essentielle, ses glycosides et ses taxanes (plus spécifiquement le taxol). L'extraction de l'huile essentielle des branches d'ifs par entraînement à la vapeur d'eau et son analyse par chromatographie en phase gazeuse capillaire et par spectrométrie de masse ont permis de séparer plusieurs produits volatils et d'en identifier 31, dont l'oct-l-én-3-ol qui est le produit majeur à 40%. La quantité d'huile extraite est faible, 0,03% de rendement variant légèrement selon la saison, et cette huile, contrairement aux autres conifères, contient peu de monoterpènes. L'extraction et l'hydrolyse enzymatique des glycosides des aiguilles d'ifs suivies d'analyses par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse nous ont permis de séparer 34 aglycones dont 19 se retrouvent aussi dans l'huile essentielle. Les aglycones majeurs sont l'oct-l-én-3-ol à 40% et le 3,5-diméthoxyphénol à 26%. Le rendement en aglycones de 0,09% est trois fois plus élevé que celui en huile essentielle et l'enzyme cellulase permet d'hydrolyser un peu plus d'aglycones que la P-glucosidase. Nous avons extrait le taxol et d'autres taxanes à partir des aiguilles et des tiges d'ifs et nous avons dosé le contenu en taxol par chromatographie liquide à haute performance. Le contenu en taxol des aiguilles est de l'ordre de 0,01%, ce rendement est plus élevé que celui des tiges et il décroît du printemps à l'automne. L'isolation du taxol en quatre étapes, à partir des aiguilles, a permis de récupérer 0,003% de taxol. L'identification du taxol a été confirmée par diverses analyses dont la résonance magnétique nucléaire du proton. Nous avons aussi isolé un taxane inconnu pour lequel nous proposons une structure. Des essais sur la réactivité de la molécule du taxol ont confirmé les sites préférentiels d'acétylation soit 2' et, en second lieu, 7.

Cette recherche portant sur l'analyse de l'huile essentielle du Ledum groenlandicum Retzius (thé du Labrador ou lédon du Groenland) avait comme objectif l'évaluation de la productivité de cette espèce végétale en terme d'huile essentielle de même que l'identification des constituants de cette huile. L'étude de l'huile essentielle du thé du Labrador a donc été effectuée selon les différentes parties de la plante (plante entière, fleurs, feuilles, jeunes pousses, tiges et graines) de même qu'en fonction de la période de végétation (pour la plante entière). Les huiles ont été analysées par chromatographie en phase gazeuse (CPGCC) et par spectrométrie de masse (CG-SM) afin d'en déterminer la composition chimique et le rendement. D'autres paramètres, tels l'indice de réfraction, le pouvoir rotatoire et la masse volumique ont également été mesurés. Les méthodes d'extraction par hydrodistillation et par hydrodiffusion qui ont permis d'obtenir l'huile essentielle, ont été comparées. L'évolution de la qualité de l'huile en cours d'extraction a également été étudiée. La composition de l'huile essentielle du thé du Labrador dépend de plusieurs paramètres. Parmi ces facteurs, la composition est fonction en particulier : - de la partie de la plante soumise à l'entraînement à la vapeur: - de la date de cueillette de l'arbuste; - et probablement du site de cueillette; La concentration de la germacrone en particulier semble associée à la formation des jeunes pousses pendant la période de floraison, le limonène aux fleurs et un sesquiterpène non-déterminé (possiblement du germacrène-B) à la croissance des graines ou des bourgeons terminaux en début de saison. La composition chimique de l'huile essentielle dépend assez peu de la méthodologie d'extraction. De plus, elle évolue lentement au cours de la distillation, les produits les plus lourds devenant prépondérant en fin d'extraction. Le temps requis pour l'extraction en usine-pilote semble relativement long par rapport aux autres espèces étant supérieur à cinq heures. L'analyse chimique de l'huile essentielle du thé du Labrador a montré que ses principaux composés sont des hydrocarbures terpéniques et sesquiterpéniques. Le sabinène, les a- et B-pinènes, le a-humulène, les a- et B-sélinènes, le germacrène-B? (sous réserve d'identification) et la germacrone sont les produits majeurs. L'existence du germacrène-B dans l'huile essentielle du lédon du Groenland est intéressante en raison, semble-t-il, de sa présence inhabituelle dans la nature (l).

L'extraction de l'huile essentielle de Fucus vesiculosus, algue brune commune sur les bords du Saint-Laurent, a été effectuée par une technique de distillation à la vapeur appelée hydrodiffusion. L'isolation des substances volatiles présentes dans cette huile a été faite par chromatographie en phase gazeuse sur colonne capillaire, et l'identification des composés majeurs a été obtenue principalement par une analyse complémentaire de spectrométrie de masse. L'analyse qualitative de l'huile essentielle de Fucus vesiculosus a permis d'identifier plusieurs composés dont: - trois nor-caroténoïdes, le B-ionone, le B-cyclocitral et le dihydroactinidiolide déjà isolés de l'algue rouge Porphyra tenera - un hydrocarbure insaturé, l'hénéicosahexaène (C21:6) déjà extrait par solvant organique de plusieurs algues brunes - des acides gras saturés C12, Cl3, C14, C15, Cl6, Cl8 et C19 avec une prépondérance des acides gras C14 et C16 respectivement l'acide myristique et l'acide palmitique qui représentent plus de la moitié des constituants révélés par l'analyse en chromatographie en phase gazeuse de l'huile essentielle de Fucus vesiculosus. La variation saisonnière des composés majeurs identifiés a été estimée sur une période de plus d'une année, d'octobre 1986 à mai 1988, en excluant les mois d'hiver. Les acides gras saturés semblent suivre une variation parallèle à celle de la croissance du thalle de l'algue, taux minimum au printemps pour augmenter jusqu'à l'été. L'hénéicosahexaène suit une variation inverse, taux maximum au printemps pour diminuer jusqu'à l'été. Le taux élevé de cet hydrocarbure semble associé au temps et à la partie où la division cellulaire est rapide. Cette hypothèse a été renforcée par la présence plus élevée de ce composé dans les jeunes pousses, plutôt que dans les autres parties de l'algue.

Le tétrafluorométhane (CF4) et l'hexafluoroéthane (CaFe), deux perfluorocarbones légers (PFC) constituent une préoccupation importante pour l'industrie de la production primaire de l'aluminium. Ces deux composés, produits uniquement lors d'un effet anodique, sont considérés comme des gaz à effet de serre puisqu'ils présentent des potentiels de réchauffement global et des temps de vie atmosphériques très élevés. Les méthodes de mesure actuellement employées ne montrent pas suffisamment de sensibilité pour permettre une quantification efficace des émissions de CF4 et de CaFe provenant d'usines à faibles fréquences d'effet anodique. L'échantillonnage du CF4 et du C2F6 sur un lit de matériel adsorbant de type tamis moléculaire carboné disponible commercialement a été optimisé. Une méthode d'analyse basée sur les techniques de thermodésorption et de cryoconcentration a été développée. L'analyse de ces composés a été optimisée par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse par temps de vol. La thermodésorption est employée pour l'analyse de composés organiques volatiles (COV) selon des méthodes établies depuis quelques années. Toutefois, l'application de cette technique dans le cadre de la préconcentration des composés saturés en halogènes démontrant une volatilité très élevée tel que CF4 et C2F6, n'a jamais fait le cas d'études antérieures. Le développement des paramètres chromatographiques a montré une séparation plus efficiente ainsi qu'un temps d'analyse réduit avec l'utilisation d'une colonne capillaire GSGaspro. L'abaissement de la température du four à 30 °C en mode isotherme a permis d'augmenter la résolution entre les pics chromatographiques ainsi que des facteurs de capacité et de sélectivité des deux PFC d'intérêt. Le volume de dépassement (en anglais : « Breakthrough volume, BTV ») des composés sur un lit d'adsorbant constitue un des paramètres critiques de l'échantillonnage. Le Carboxen 1000, le Carbosphere et le Carbosieve SIII ont été testés pour déterminer celui qui représentait le choix le plus intéressant pour la rétention du CF4 et du CiFg. Le Carboxen 1000 montre la meilleure capacité de rétention pour les deux molécules sur toute l'étendue des températures testées. Les paramètres de thermodésorption et de cryoconcentration ont été optimisés pour permettre une désorption ainsi qu'une injection cryogénique suivies par l'analyse chromatographique sur colonne capillaire. Le paramètre clé dans la réalisation de l'analyse est le matériel constituant l'insert d'injection compris dans le système d'injection cryogénique. La séparation cryogénique serait impossible sans l'utilisation d'un insert contenant 15 mg de Carboxen 1000, c'est le facteur innovant de la méthode. La validation de la méthode a été effectuée selon les procédures prescrites par les organismes de référence analytique internationaux. Les limites de détection et de quantification déterminées sont inférieures à celles des méthodes de mesure actuellement préférées par l'industrie de l'alumimum. Les limites de détection sont de 120 pptv et de 260 pptv pour le CF4 et le C2F6 respectivement. Les limites de quantification sont de 180 pptv pour le CF4 et de 340 pptv pour le C2F6. Le domaine de travail et la linéarité s'étendent de la limite de quantification jusqu'à 5 000 000 pptv pour le CF4 et jusqu'à 500 000 pptv pour le C2F6. Tous les tests de linéarité démontrent un coefficient de corrélation supérieur à 0,996 dans ce domaine de concentration. La robustesse de la méthode a été explorée en considérant quelques paramètres potentiellement influant sur la méthode de mesure développée. Deux paramètres spécifiques, le volume d'échantillonnage et le débit d'échantillonnage, ont été vérifiés en laboratoire. Les résultats obtenus, traités sous la forme d'analyse de variance à un facteur de niveau de confiance de 95 %, montrent que le volume d'échantillonnage doit être considéré comme un paramètre pouvant significativement affecter la méthode. Le débit d'échantillonnage ne semble pas influencer la quantification des concentrations de CF4 et de C2F6 injectées sur le tube adsorbant. La méthode démontre un excellent potentiel d'utilisation dans le cadre de l'échantillonnage et de l'analyse du CF4 et du C2F6. Des expérimentations supplémentaires seront nécessaires afin de certifier que l'application des différents paramètres développés présente des résultats similaires lors de campagnes de mesure effectuées sur le terrain.