Nous avons mis en évidence l'efficacité des sels de bismuth(III) comme catalyseurs de la réaction de Mannich. Nous avons d'abord étudié la version à trois composantes de la réaction de Mannich dans laquelle réagissent un aldéhyde, une aminé et un énolate silylé. Parmi les différents sels de bismuth(III) étudiés, le triflate de bismuth s'est montré particulièrement efficace. Une vaste gamme de p-aminocétones et de P-aminoesters ont été préparés par cette méthode dans des conditions réactionnelles douces avec une faible charge catalytique (1-2 mol % du sel de bismuth(HI)). Nous avons également rapporté la première version catalytique de la réaction de Mannich entre des A/-alkoxycarbonylaminosulfones et des énolates silylés. La méthode développée tire parti de conditions réactionnelles douces et d'un processus hautement catalytique. En effet, seulement 0,5 mol % de triflate de bismuth est nécessaire pour une catalyse efficace de la réaction. Cette version de la réaction de Mannich permet d'obtenir des composés Paminocarbonylés protégés par un groupement Cbz. Plus récemment, nous avons montré que le triflate de bismuth catalyse la réaction de Mannich à trois composantes dans l'eau, comme alternative aux solvants organiques classiques. Nous avons développé une réaction dans laquelle les éthers d'énols silylés habituels ont été remplacés par les cétones correspondantes, éliminant ainsi une étape de synthèse. Cette réaction de Mannich en conditions directes s'inscrit particulièrement bien dans la philosophie d'économie d'atomes et de respect de l'environnement. Nous avons également étudié la réaction d'homoMannich, qui consiste en l'addition d'un homoénolate sur une imine. Des acétals silylés de cyclopropanones, qui sont des précurseurs d'homoénolates, sont mis en réaction avec différentes imines en présence d'un sel de bismuth(III) pour conduire aux y-aminoesters correspondants avec de bons rendements. La méthodologie développée au laboratoire a aussi été appliquée à une tentative de synthèse totale de la (±)-pumiliotoxine C. Cet alcaloïde naturel comporte un système bicyclique de type décahydroquinoline qui peut être élaboré à partir d'une réaction de Mannich. Finalement, la synthèse énantiosélective de composés p et y-aminocarbonylés via des sels de bismuth chiraux a été explorée. Nous avons étudié les réactions de Mannich et d'homo-Mannich avec différents ligands chiraux de type diol en solvant organique ainsi qu'en conditions aqueuses. / We evidenced the efficiency of bismtuh(III) salts as catalysts in the Marinich reaction. We first investigated the one-pot version of this reaction in which an aldehyde, an amine and a silyl enol ether were reacted together. Among the various bismuth(III) salts investigated, bismuth triflate proved to be very effective. A large array of P-amino ketones and P-amino esters were prepared under mild reaction conditions, and with low catalyst loading (1-2 mol % of bismuth(HI) salt). We also reported the first catalytic Mannich reaction of TV-alkoxycarbonylaminosulfones with silyl enolates. As an improvement over other methods, mild reaction conditions and highly catalytic process are reached. Indeed, 0.5 mol % bismuth triflate efficiently catalyzes this reaction. The described method allows a quick access to Cbz-protected (3-amino carbonyl compounds. More recently, we shown that bismuth triflate catalyzes the one-pot Mannich reaction using water as an alternative to classical organic solvents. In this reaction, the silyl enol ethers were replaced by the corresponding ketones, decreasing the number of synthetic steps. This direct Mannich reaction is particularly interesting from an atom economy viewpoint and has the advantage to use water as an environmentally benign solvent. We also studied the homo-Mannich reaction, which involves the addition of a homoenolate to an imine. Cyclopropanone silyl acetals, which are homoenolate precursors, were reacted with various imines in the presence of bismuth(III) salts to afford the corresponding y-amino esters in good yields. Our methodology was tentatively applied to the total synthesis of (±)-pumiliotoxin C. This natural alkaloid contains a decahydroquinolin core structure, which can be elaborated from a Mannich reaction. Finally, enantioselective synthesis of |3 and y-amino carbonyl compounds via chiral bismuth(III) salts was examined. We studied both the Mannich and homo-Mannich reactions with different diol-derived chiral ligands in organic solvents as well as under aqueous conditions.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 octobre 2023) / L'incorporation d'un atome de fluor dans une molécule organique engendre des modifications importantes aux propriétés de celle-ci. Pour cette raison, les composés organofluorés sont très présents dans différents domaines comme la chimie médicinale, l'agrochimie et la science des matériaux. Des composés organofluorés peuvent aussi être utilisés comme intermédiaires synthétiques. Dans ce cas-ci, l'incorporation d'atomes de fluor permet d'obtenir une réactivité particulière ou différente de celle obtenue sur un composé non fluoré. Il existe une multitude de motifs fluorés d'intérêt. C'est pourquoi ces travaux portent sur la synthèse de différents motifs fluorés. Pour y arriver, les réactions d'addition sur des alcynes catalysées à l'or (I) ont été sélectionnées. La catalyse à l'or (I) s'est montrée très utile dans les dernières décennies, notamment en combinaison avec la chimie des alcynes. Dans le premier projet, la synthèse de monofluoroalcène est effectuée par hydrofluoration d'alcynes catalysée à l'or (I). L'acide fluorhydrique a été utilisé comme source de HF. Il s'agit d'un réactif peu coûteux et intéressant d'un point de vue de l'économie d'atome. D'abord, des conditions ont été développées pour faire l'hydrofluoration d'alcynes internes. La réaction secondaire d'hydratation de l'alcyne s'est montrée problématique dans certains cas, notamment pour les alcynes terminaux. Les conditions ont donc été réoptimisées pour permettre de meilleurs rendements avec ce type de substrat. Avec ces résultats, des études mécanistiques et des calculs de DFT ont permis de proposer un mécanisme réactionnel pour cette dernière transformation, en plus de révéler un effet important du contre-ion qui détermine la chimiosélectivité de la transformation. Dans le second projet, la synthèse de différentes cétones fluorées a été effectuée par l'hydratation d'alcynes comportant un groupement fluoré catalysée à l'or (I). Les groupements fluorés étant généralement très électroattracteurs, ils sont d'excellents groupements directeurs pour ce type de transformation. Des conditions ont été développées pour faire l'hydratation régiosélective d'alcynes gem-trifluorés en position homopropargylique. À partir de ces conditions, une étude de l'effet de l'éloignement du groupement fluoré de l'alcyne a été effectuée afin de mieux comprendre l'effet du groupement trifluorométhyle. Le même type d'étude a été réalisé pour des alcynes gem-difluorés à différentes distances de l'alcyne. Une attention particulière a été donnée à la synthèse d'alcynes gem-difluorés en position homopropargylique, puisqu'aucune méthode n'existe pour les préparer. Finalement, l'addition d'autres nucléophiles sur les alcynes gem-trifluorés en position homopropargylique a aussi été étudiée afin de préparer une gamme variée de composés comportant un groupement trifluorométhyle. / Incorporating a fluorine atom in an organic molecule engender important modifications to the properties of this molecule. For this reason, organofluorine compounds are used in many fields, such as medicinal chemistry, agrochemistry and material science. Some organofluorine compounds can also be used as synthetic intermediates. For example, a specific or different reactivity can be obtained by the addition of fluorine atoms on a substrate, in comparison with the non fluorinated equivalent. Many fluorinated motifs can be interesting for such applications. Because of the interest of this class of compound, this thesis focusses on the development of methods for the synthesis of different fluorinated moieties. To achieve this, gold-catalyzed addition reactions on alkynes were selected. In the last decade, gold-catalyzed chemical processes were found very useful, notably when used in combination with alkynes. In the first project, the synthesis of monofluoroalkenes was achieved through gold (I)-catalyzed hydrofluorination of alkynes. Hydrofluoric acid was used as the source of HF. It is considered as a low-cost and atom-efficient reagent for such reaction. Conditions were first optimized for the hydrofluorination of internal alkynes. Hydration of the alkyne was found to be a problematic side reaction for some substrates. Terminal alkynes were mostly affected by this drawback. New conditions were optimized specifically for this class of alkynes. Better yields were obtained with this improvement. A mechanistic study and DFT calculations were made to understand the mechanism of the transformation. An important counterion effect was disclosed, and it was demonstrated that this effect was mostly responsible for the chemoselectivity of the reaction in the presence of water. In the second project, a range of fluorinated ketones were synthesized through the gold (I)-catalyzed hydration of fluorinated alkynes. The fluorinated moieties being generally very good electron-withdrawing groups, they can be used as directing groups for this transformation. Conditions were developed for the regioselective hydration of gem-trifluorinated alkynes in homopropargylic position. From these conditions, the effect of the length of the spacer between the fluorinated group and the alkyne was evaluated. The same study was done for gem-difluorinated substrates at different positions in respect with the alkyne. A particular interest was given to the homopropargylic gem-difluorinated alkynes as no method exists in the literature for the synthesis of this class of compounds. Finally, the addition of other nucleophiles on the previously used homopropargylic gem-trifluorinated alkynes was studied to prepare various compounds bearing trifluoromethyl moieties.

Les maladies cardio-vasculaires sont la principale cause de mortalité dans le monde. Parmi celles-ci, et une des plus importantes, se trouve l'athérosclérose. Cette maladie se traduit par la formation d'une plaque sur les parois artérielles réduisant alors le diamètre luminal. La plaque d'athérome entrave la circulation du sang et peut se compliquer par la formation d'un thrombus artérielle pouvant provoquer un infarctus du myocarde. Une intervention capable de rétablir le flux (recanalisation) est alors nécessaire. Dans le cas des artères coronaires, l'intervention coronaire est percutanée (ICP) et consiste à amener et déployer jusqu'au site malade, une endoprothèse, appelé aussi stent. Un stent est un petit treillis métallique tubulaire qui permet de rouvrir la lumière de l'artère et de rétablir la circulation sanguine. Il sert aussi de support à l'artère malade pour empêcher son affaissement. Cependant, après implantation, certaines complications sont induites, telle que la resténose intra-stent (ISR) qui se caractérise par la réduction de la lumière de l'artère, reconduisant les problèmes créés par la plaque d'athérome. Ce phénomène est essentiellement dû à une prolifération excessive des cellules musculaires lisses, et qui résulte d'une lésion de l'endothélium lors de l'implantation. Afin de limiter cette complication, la première approche a été de changer les matériaux utilisés pour ces endoprothèses. Les principaux alliages utilisés pour fabriquer des stents sont l'acier inoxydable, les alliages de nitinol et ceux de chrome cobalt, plus particulièrement le L605. Ce dernier, dû à ses propriétés mécaniques, permet la fabrication de dispositifs plus minces, donc moins de métaux présents dans le corps humain, et a démontré induire moins de complications cliniques. Néanmoins, malgré la diminution des complications par rapport aux autres alliages, les endoprothèses nues en L605 ne s'intègrent que peu ou pas du tout dans le tissu artériel de l'hôte. Pour répondre aux exigences biologiques et cliniques, l'idéal serait d'avoir un dispositif qui favoriserait le recouvrement du dispositif par l'endothélium, ou « endothélialisation » et qui aurait un faible potentiel thrombotique et inflammatoire. L'approche couramment utilisée pour répondre à ces critères est de recourir à des dispositifs qui libèrent des médicaments anti-inflammatoires. Pour ce faire, il faut recouvrir les dispositifs métalliques avec des revêtements à base de polymères, en tant que couche intermédiaire, fonctionnalisée ensuite par des molécules bioactives. Toutefois, les dépôts de ces couches polymériques impliquent l'utilisation de chimie en solution incluant des solvants organiques. En outre, ces dernières démontrent avoir une faible adhésion au substrat métallique, dû au procédé utilisé, mais aussi un manque de cohésion. Lors de la procédure d'implantation, les stents subissent une déformation plastique, comme ces revêtements manquent de résistance, ils ont tendance à fissurer ou délaminer. Ce projet de recherche s'insère donc dans cette problématique générale, et propose une nouvelle approche qui permettrait d'éviter ce revêtement polymérique, tout en apportant les propriétés biologiques recherchées. Pour ce faire, la modification de surface proposée implique la fonctionnalisation directe des surfaces métalliques par un procédé plasma. Ce procédé permet de ne pas modifier les propriétés de cœur du matériau, et de créer des groupes fonctionnels en surface, ici des groupes amine réactifs (NH₂), qui servent de points d'ancrage pour le greffage ultérieur des molécules bioactives d'intérêt. En résumé, ce procédé original peut être divisé en 3 parties principales : a) préparation de la surface, b) fonctionnalisation par plasma et c) greffage de molécules bioactives. Tout au long de ce projet de recherche, l'optimisation de chaque partie a été réalisée en vue d'obtenir les propriétés adéquates et nécessaires pour l'application cardiovasculaire visée. Concernant la partie a), c'est-à-dire la préparation de la surface, les traitements suivants ont été testés : électropolissage, traitements thermiques et implantation ionique par immersion dans un plasma. Ces modifications ont été optimisées en vue d'obtenir une couche d'oxyde stable sous déformation présentant la meilleure résistance possible à la corrosion, tout en démontrant la plus haute efficacité d'amination directe par plasma pour la partie b). Enfin, en ce qui concerne le bloc c), le greffage de molécule bioactive, deux bras de liaison différents ont été étudiés pour évaluer leur impact sur la conformation et la performance biologique. Cette étude a été effectuée avec un peptide bioactif dérivé de la molécule d'adhésion des cellules endothéliales et des plaquettes (PECAM-1 ou CD31), en raison de ses propriétés anti-inflammatoire, anti-thrombotique et pro-endothélialisation. Les 2 bras d'ancrage testés sont un à chaine courte, l'anhydride glutarique (GA), contenant seulement 5 atomes de carbone, et un à longue chaine (600 atomes), le polyéthylène glycol (PEG) choisi aussi pour ses propriétés anti-adhérentes. Tout d'abord, cette stratégie a été développée sur des échantillons plats, qui facilitaient grandement les analyses de surface, telles que XPS et ToF-SIMS, et donc les processus d'optimisation de chaque étape, comme la résistance à la déformation, corrosion et l'analyse des propriétés biologiques. Ceci a permis de démontrer que le prétraitement de surface optimal pour les substrats L605 était l'électropolissage, agissant sur sa couche d'oxyde passive pour une efficacité maximale lors de l'étape d'amination. Le bras de liaison qui a démontré le plus grand potentiel pour immobiliser le peptide d'intérêt est le PEG, avec une augmentation significative de la migration et viabilité des cellules endothéliales, par rapport au substrat métallique nu. De plus, le greffage du peptide sur le PEG ajoutait des propriétés anti-thrombotique et anti-inflammatoire par rapport aux échantillons électropolis. Ce procédé a été ensuite adapté à des stents, dont la configuration 3D est très complexe. Après optimisation, les stents pegylées + peptides biomimétiques (Plasma-P8RI) ont été testés in vivo par implantation dans les coronaires de porc porcin pendant 7 jours et 28 jours et leur potentiel de ré-endothélialisation et anti-resténotique ont été évalués. Il a été constaté que la stratégie proposée dans ce projet de recherche favorisait la ré-endothélialisation après 7 jours par rapport au DES (Drug Eluting Stent) commercial, et limitait l'adhérence des leucocytes et des plaquettes lorsque comparé au BMS (Bare Metal Stent). Après 28 jours d'implantation le diamètre luminal des artères n'était pas réduit sur le stent Plasma-P8RI, ce qui signifie que ces stents modifiés ne présentaient pas de risque de resténose, contrairement aux BMS. Ce projet de recherche a permis de développer et de valider une stratégie prometteuse consistant à immobiliser directement des molécules bioactives sur des dispositifs cardiovasculaires en L605, alliage de chrome-cobalt. A notre connaissance, cette approche n'a jamais été rapportée dans la littérature à notre connaissance. Cette stratégie originale, dépourvue des limites associées à l'usage des polymères et basée sur un procédé plasma, présente des avantages évidents et ouvre la voie vers le développement de dispositifs cardiovasculaires innovants. / Cardiovascular diseases represent the leading cause of death in the world. Among them is atherosclerosis that characterizes by the formation of a plaque on the arterial walls that narrows the lumen diameter. This atherosclerotic plaque disrupts the blood flow and can be complicated by thrombosis which can ultimately lead to myocardial infarction. Efficient revascularization is mandatory to treat this disease and a percutaneous coronary intervention (PCI) is performed complemented with the deployment of a stent. Stents are tiny wire mesh that reopens the artery, re-establishing the blood flow whilst supporting the artery avoiding its collapse. Nevertheless, complications after stent implantation exist and in-stent restenosis (ISR) is one of the major concerns. This complication is characterized by the reduction of the lumen diameter, similar to an atherosclerotic plaque, and it is associated to the wound caused on the endothelium by the stent implantation followed by the over-proliferation of smooth muscle cells. One of the first strategies to decrease ISR involved the manufacture of stents using different alloys such as stainless steel, nitinol and cobalt chromium alloys (L605). The latest alloy, L605, has generated significant interest because it allows the fabrication of thinner devices, which have decreased post-implantation clinical complications. Nonetheless, despite the decrease in ISR, when compared to other alloys, the integration of L605 bare metal stents in the host tissue is minimal or inexistent. Thus, enhanced biological properties, such as endothelialisation, low thrombosis activity and anti-inflammatory behaviour represent mandatory requirements for clinical applications. To confer these properties onto metallic devices, polymeric-based coatings, as an intermediate layer to further functionalize with bioactive molecules, are often deposited. Nonetheless, major techniques to deposit these polymeric coatings involve the use of wet-chemistry and do not ensure total resistance during the stent implantation procedure due to lack of cohesion and delamination of the polymeric layer. Thus, a novel approach that foregoes this previously mandatory coating step was developed in this research project. This novel approach involves the use of plasma-based techniques to create functional groups (reactive amine groups, -NH₂), directly onto the metallic surface without modifying the bulk properties, that can be used as anchor points for the further grafting of bioactive molecules of interest. Briefly, this novel approach can be divided in 3 blocks: a) Surface preparation, b) plasma functionalization and c) bioactive molecule grafting. Throughout this research project the optimization of these main blocks was performed aiming for the desired cardiovascular application. Concerning block a), surface preparation, electropolishing, thermal treatments and plasma immersion ion implantations were performed to obtain an oxide layer deformation and corrosion resistant whilst demonstrating the highest direct plasma amination efficiency, for block b). Finally, as regards block c), bioactive molecule grafting, two different linking arms were studied to assess their impact on conformation, and the biological performance of a bioactive peptide derived from the platelet endothelial cell adhesion molecule (PECAM-1 or CD31) due to its pro-endothelialization, anti-inflammatory and anti-thrombotic potential: Glutaric anhydride (GA), as a short chain spacer of 5 carbons, and polyethylene glycol (PEG), as a long chain spacer with antifouling properties. Initially, this strategy was developed on flat samples where using a combination of high-resolution surface characterizations techniques, such as XPS and ToF-SIMS, and corrosion, deformation and biological tests it was confirmed that the optimal surface pre-treatment for L605 was electropolishing, due to its passive oxide layer and that it further allowed to obtain the highest amination efficiency. Furthermore, the best linking arm to immobilize the peptide was PEG, which demonstrated a significantly increase on endothelial cell viability with a faster migration, when compared to the bare metallic substrate. Moreover, peptides immobilized by PEG demonstrated that endothelial cells attached to the surface presented an anti-thrombotic and anti-inflammatory phenotype, when compared to electropolished samples. Thus, this biomimetic surface was selected for an in vivo trial in porcine model to evaluate its potential re-endothelialization and anti-restenotic activity. It was found that by directly attaching a CD31 agonist onto the bare metal stent by this strategy improved re-endothelialization after 7 days when compared to commercial DES, with further, low adhesion of leukocytes and platelets when compared to BMS. Moreover, after 28 days of implantation, Plasma-P8RI did not present a significant decrease on the lumen diameter, which was not the case for BMS that presented in-stent restenosis after this period. Overall, this research project allowed the development and validation of a promising strategy to directly immobilize bioactive molecules onto L605 cobalt chromium cardiovascular devices, providing clear advantages of medical devices currently on the market. Furthermore, to the best of our knowledge, such plasma-based multi-step strategy has never been previously reported in literature.

Le bois est un matériau biosourcé qui est utilisé dans la fabrication des produits d'intérieur tels que les couvre-planchers, les meubles et les portes. L'aspect esthétique du bois est un facteur important qui influence le choix d'incorporation de ce matériau dans les environnements intérieurs. Le bois est perçu comme étant chaleureux, réconfortant et accueillant. De plus, l'aspect naturel du bois encourage son incorporation dans les architectures intérieures quand la conception biophilique est désirée. Afin d'augmenter le choix de couleurs disponibles sur le marché tout en valorisant les espèces de bois locales, la modification de la couleur du bois est souhaitée tout en conservant son apparence naturelle. L'application de solutions aqueuses de sels de métaux sur la surface du bois représente une méthode permettant la modification de la couleur du bois dû à la complexation des ions de métaux de transition par les polyphénols et/ou autres molécules du bois riches en doublets libres. Les polyphénols sont présents comme molécules libres dans la structure poreuse du bois et appartiennent aux extractibles du bois. La composition en extractibles varie au sein de la même espèce et aussi à l'intérieur d'une même planche de bois entre les différentes cellules du bois. Cette méthode de coloration pourrait alors être appliquée pour modifier la couleur du bois tout en conservant ses traits naturels ou même en permettant de les accentuer. Afin de diminuer les émissions de composés organiques volatils, le développement des teintures à base d'eau est aussi de plus en plus privilégié par les industries. Dans ce projet de doctorat, les facteurs influençant le développement de la couleur en utilisant les systèmes de coloration à base des solutions aqueuses de sels de fer et de nickel ont été investigués pour des espèces de bois feuillus nord-américaines. Dans le premier axe, les types et quantités d'extractibles du bois du chêne blanc (Quercus alba Linnaeus), chêne rouge (Quercus rubra Linnaeus), érable à sucre (Acer saccharum Marshall) et bouleau jaune (Betula allegheniensis Britton) ont été comparés et analysés en relation avec le développement de la couleur. Les résultats ont montré une corrélation plus élevée entre les hydroxyles phénoliques OH-di substitués, OH-monosubstitués et OH non substitués respectivement avec le développement de la couleur, exprimée par la valeur ΔE. Aucune corrélation n'a été trouvée entre les OH de COOH et le changement total de couleur. Dans le deuxième axe, les structures des produits formés sur la surface du bois ont été déterminées par la spectroscopie de Mössbauer pour trois sels de fer différents, sur une même espèce de bois, soit le chêne blanc. Les résultats ont montré des états d'oxydations et structures différentes des produits obtenus sur la surface du bois en fonction du sel de fer utilisé. Dans le troisième axe, l'impact de l'application des sels de fer à la surface du bois de chêne blanc par rapport aux caractéristiques visuelles de la surface du bois a été évalué. Les résultats ont montré que la rugosité du bois a augmenté après application des solutions aqueuses du sel de fer sur la surface du bois et le contraste associé au grain a aussi augmenté. Dans le quatrième axe, la stabilité de la couleur sur la surface du bois ainsi que l'effet de l'application des solutions de sels de métaux sur la photo dégradation des composés du bois ont été déterminés. Les résultats ont montré que l'application des sels de métaux avait un effet photo protecteur sur la dégradation de la lignine durant les premiers temps du vieillissement sous des conditions d'usage d'intérieur. Une protection plus élevée de la lignine a été démontrée pour les échantillons de bois colorés par l'acétate de nickel (II) à 4 % w/v par rapport à 1 % w/v. L'ajout d'un système de finition polymérisé sous rayonnement UV a mené à un changement de couleur plus faible durant le vieillissement accéléré. Les analyses XPS ont montré que les pourcentages de cations de métaux à la surface du bois ont diminué après 6 semaines du vieillissement accéléré. Les résultats de cette thèse ont permis de mieux comprendre les facteurs qui influencent le développement de la couleur par l'application de solutions aqueuses de sels de métaux sur la surface du bois et l'impact de cette méthode de coloration sur l'apparence finale du bois et sa stabilité après exposition aux rayons UV-Vis. / Wood is a bio sourced material commonly used for the fabrication of interior products such as flooring, furniture, and doors. The aesthetic aspect of wood is an important factor that influences the choice of incorporating this material in interior environments. Wood is perceived as warm, comforting, and welcoming. Additionally, the natural aspect of wood encourages people to incorporate it in interior architectures when the biophilic design is desired. Modification of wood's surface color permits to increase the choice of available colors on the market and to valorize local wood species. Metal salts aqueous solutions can be applied to wood's surface to modify its color, due to the complexation of metal ions by wood's polyphenols. Polyphenols are present as free molecules in wood porous structure and they belong to wood extractives. Composition of extractives vary within the same wood species and within the same wood board, as well as between the different wood cells. This method of coloration can be therefore applied to modify wood's color while keeping its natural traits or even by accentuating them. To decrease the emission of volatile organic compounds, development of water-based stains is increasingly prioritized by the industries. In this PhD project, factors influencing color development by use of metal salts aqueous solutions coloring systems were investigated for north American hardwood species. In the first part, extractives of white oak (Quercus alba Linnaeus), red oak (Quercus rubra Linnaeus), sugar maple (Acer saccharum Marshall) and yellow birch (Betula allegheniensis Britton) were compared and analyzed in relation to color development. Results showed higher correlation between the phenolic hydroxyls OH-disubstituted, monosubstituted and nonsubstituted, respectively, with the color development expressed by ΔE value. No correlation was found between the OH groups originating from the COOH and total color change (ΔE). In the second part, structures of products formed on wood's surface were determined by Mössbauer spectroscopy for three different iron salts, on the same wood species: the white oak. Results showed different oxidation states and structures of products formed on wood's surface depending on the iron salt used. In the third part, the impact of applying iron salts on white oak wood surface with respect to the visual characteristics of wood surface, was determined. Results showed that both wood surface rugosity and the grain contrast increased after application of aqueous solutions of iron salt on wood surface. In the fourth part, color stability of wood surface as well as the impact of applying metal salts on wood surface on the photodegradation of wood compounds, were determined. Results showed that the addition of metal ions to wood had a photoprotective effect on lignin degradation during the first stages of aging under the indoor use conditions. Higher protection of lignin was shown for nickel (II) acetate-stained wood at 4% w/v as compared to 1% w/v. The addition of a standard UV-curable finishing system on stained wood surfaces decreased the color changes that occur during light exposure under indoor conditions. XPS analyses showed that the percentages of the metal cations on wood surface decreased after 6 weeks of artificial aging. Results of this thesis allowed to better understand the factors influencing the color development by application of metal salts aqueous solutions on wood surface and the impact of this coloring method on the final appearance of wood and its stability.

L'abondance des y-alkylidènebuténolides (y-AIBs) biologiquement actifs attire l'attention des chimistes depuis plusieurs années. En effet, les y-AIBs sont présents dans une variété de produits naturels importants ainsi que dans des analogues de produits naturels. R y-AIBs La synthèse stéréosélective des (Z)-y-AIBs constitue un objectif important en chimie organique de synthèse en raison des diverses structures et activités biologiques de plusieurs membres de cette classe de composés. Par exemple, le thiophènebuténolide est un constituant de la Chamaemelum nobile L. Les membres de la famille des rubrolides possèdent une activité antibiotique, la xéruline et ses dérivés, isolés de Xerula melanotricha, sont des inhibiteurs de la synthèse du cholestérol et une activité cytotoxique a été observée pour les nostoclides. Chacun de ces produits naturels présente une double liaison de configuration Z. En raison du nombre important de produits naturels possédant cette configuration et du manque de méthodes efficaces pour leur synthèse dans la littérature, nous avons développé une procédure ± one pot ¿ pour accéder de façon stéréocontrôlée à des (Z)-y-AIBs.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales 2015-2016. / Ces travaux concernent la synthèse totale de produit naturels d’importance biologique qui ont pu être effectués par le développement et l’application de méthodologies pour la construction d’hétérocycles oxygénés et azotés. Premièrement, nos travaux sur la synthèse de métabolites secondaires appartenant à la famille des furanoterpénoïdes linéaires sont décrits. La première synthèse du furospongolide, un inhibiteur d’origine marine de HIF-1, a été accomplie en 8 étapes linéaires à partir de l’acétate de géranyle. Les étapes clés impliquées sont une réaction de couplage croisé sp³-sp³ de Schlosser ainsi qu’une alkynylation de Sonogashira du β-bromobuténolide. La première synthèse du furanosesterterpène antimicrobien 22-déoxyvariabilin ainsi que la détermination de sa configuration absolue sont également décrites. Les étapes clés consistent en l’emploi de réactions de couplages sp³-sp³ séquentielles de Schlosser ainsi que l’application de notre méthode pour l’installation du fragment (Z)-γ-ylidène-buténolide. Nos efforts sur les produits naturels apparentés variabilin et déhydrofurodentin soulignent le besoin de développer de nouvelles stratégies synthétiques. Par la suite, deux synthèses divergentes de plusieurs dérivés de l’anhydride maléique isolés du champignon Antrodia camphorata sont démontrées. La première synthèse de l’antrocinnamomin D ainsi qu’une nouvelle synthèse des antrodins A et B ont été accomplies efficacement en 6-8 étapes. Les étapes clés incluent un couplage croisé sp²-sp³ catalysé au fer de Fürstner-Kochi et l’oxyfonctionnalisation d’un 2-silyloxyfurane. De plus, une synthèse biomimétique simple et efficace des anhydrides maléiques et des maléimides d’Antrodia est présentée. L’étape clé consiste en une condensation de type Perkin effectuée dans des conditions exceptionnellement douces. Par ailleurs, le γ-hydroxy-β-sulfanylbuténolide naturel cépanolide ainsi qu’une série d’analogues ont été synthétisés régiosélectivement par la combinaison d’une oxyfonctionnalisation d’un 2-silyloxyfurane et d’une addition thia-Michael/élimination en tandem. Finalement, une synthèse énantiosélective efficace de l’antrocin, provenant également d’Antrodia camphorata, est décrite. Notre stratégie synthétique impliquait l’utilisation du sclaréolide comme synthon chiral de départ et une fonctionnalisation C-H à distance par une réaction de Barton. De plus, nos progrès récents envers la synthèse des amomaxins A et B sont représentés. Les transformations clés incluent la déconstruction séquentielle du sclaréolide par l’emploi d’une fragmentation de Grob et la fabrication du carbocycle à 9 membres par métathèse de fermeture de cycle. / This work concerns the total synthesis of natural products of biological importance which were achieved by the development and application of methodologies for the construction of oxygen and nitrogen containing heterocycles. First, our work on the synthesis of structurally similar metabolites of the linear furanoterpenoids family is described. The first synthesis of the marine HIF-1 inhibitor furospongolide has been achieved in 8 linear steps from geranyl acetate. The key steps involved were a Schlosser sp³-sp³ cross-coupling reaction and a Sonogashira alkynylation of β-bromobutenolide. The first synthesis of the antimicrobial furanosesterterpene 22-deoxyvariabilin and the determination of its absolute configuration are also described. Its assembly was carried out using sequential sp³-sp³ Schlosser cross-coupling reactions and our methodology for the installation of the (Z)-γ-ylidenebutenolide moiety. Our efforts towards the synthesis of the closely related natural products, namely variabilin and dehydrofurodentin, underline the need for the development of new synthetic strategies. Then, the divergent synthesis of many related maleic anhydride derivatives isolated from the rare fungus Antrodia camphorata are outlined. The first synthesis of antrocinnamomin D and a new synthesis of antrodins A and B have been achieved in 6-8 steps and high overall efficiency. Key steps include a Fürstner-Kochi iron-catalyzed sp²-sp³ cross-coupling and a 2-silyloxyfuran oxyfunctionalization. Moreover, a simple and efficient biomimetic synthesis of Antrodia maleimides and maleic anhydrides is described. The key step is a Perkin-type condensation performed under exceptionally mild conditions. Additionally, the naturally occurring γ-hydroxy-β-sulfanylbutenolide cepanolide and a range of new analogues were synthesized in a concise, regiospecific manner through the combined use of 2-silyloxyfuran oxyfunctionalization and tandem thio-Michael addition/elimination. Finally, an efficient enantioselective synthesis of antrocin, another Antrodia camphorata metabolite, is described. Our synthetic strategy involved the use of sclareolide as a chiral synthon in conjunction with a remote C-H functionnalization using the Barton reaction. Furthermore, our recent progress towards the total synthesis of the amomaxins A and B is represented. Key transformations include the controlled deconstruction of sclareolide employing a Grob fragmentation strategy and a ring-closing metathesis to form the 9-membered carbocycle.

Cette thèse porte sur le développement de nouvelles méthodes de synthèse dans le domaine des composés organofluorés. Le premier chapitre constitue une introduction à l'atome de fluor et aux propriétés des composés organofluorés. Le deuxième chapitre porte sur une méthode de fluoration de groupements aromatiques à partir de sels de trifluoroborate. Les trois sections suivantes concernent la synthèse de monofluoroalcènes par substitution allylique sur des 3,3-difluoropropènes. Dans le chapitre 3, une méthode d'amination catalysée au palladium est décrite. Le chapitre 4 est plutôt axé sur la réaction directe d'organolithiens et d'hydrures. Dans le chapitre 5, nous abordons une réaction d'amination directe à l'aide d'amidures de lithium, ainsi que l'addition directe de thiolates de lithium. Une conclusion générale complète l'ouvrage.

Cette thèse traite du développement de nouvelles méthodes de synthèse diastéréosélective de monofluoroalcènes diversement substitués. Le premier chapitre présente la place du fluor dans les molécules organiques et son impact sur leurs propriétés. Ensuite, un résumé des méthodes de synthèse existantes de monofluoroalcènes di- et trisubstitués est présenté. L’introduction se termine par un survol des travaux précurseurs du laboratoire Paquin dans le domaine de la synthèse diastéréosélective de monofluoroalcènes tri- et tétrasubstitués. Le second chapitre présente la séquence de synthèse diastéréosélective des 1,1-diaryle-2-fluoroéthènes. Premièrement, les 1-aryle-1-bromo-2-fluoroéthènes sont générés par une réaction d’addition d’hydrure/élimination à partir des β, β-difluorostyrènes-α-silylés, suivie d’une séquence réactionnelle de bromation/désilicobromation. Pour terminer, un couplage de Suzuki-Miyaura avec une variété d’acides boroniques donne accès aux 1,1-diaryle-2-fluoroéthènes. Le troisième chapitre présente la séquence de synthèse diastéréosélective menant à chacun des isomères cis et trans des dérivés β-fluorostyrènes à partir d’intermédiaires réactionnels communs : les (Z)-1-aryle-2-fluoro-1-(triméthylsilyl)éthènes. Les isomères trans sont obtenus par remplacement stéréospécifique du groupement silylé en présence d’eau et de fluorures. Les isomères cis sont accessibles via une séquence de bromation/désilicobromation, suivie par la réduction du nouveau lien C-Br vinylique. Le quatrième chapitre traite d’une nouvelle séquence synthétique permettant la préparation de dérivés silylés des 2,2-difluorostyrènes. Cette nouvelle route présente de nombreux avantages sur la route originale, incluant une étendue réactionnelle plus vaste, des rendements plus élevés, une facilité de purification accrue et l’absence de produits secondaires désilylés. Pour conclure, le cinquième chapitre résume les précédents et aborde aussi les perspectives futures découlant de mes travaux. / This thesis focuses on the developpement of novel stereoselective methods to access diversely substituted monofluoroalkenes. The first chapter introduces the fluorine atom and its properties when found within organic molecules. Then, a summary of the existing synthetic methods found in the literature for the synthesis of di- and trisubstituted monofluoroalkenes is presented. The last section of the introduction is an overview of the previous work from the Paquin’s group in the field of tri- and tetrasubstituted monofluoroalkene synthesis. The second chapter presents the diastereoselective synthetic sequence leading to 1,1-diaryl-2-fluoroethenes. First, 1-bromo-1-aryl-2-fluoroethenes are generated by an addition of hydride/elimination sequence on α-trialkylsilyl-β, β-difluorostyrenes, followed by a bromination/desilicobromination sequence. The last step is a Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction with various aryl or heteroarylboronic acids, giving access to 1,1-diaryl-2-fluoroethenes. The third chapter describes the diastereoselective synthetic sequences leading to both (Z) and (E)-β-fluorostyrenes from a common intermediate: (Z)-1-aryle-2-fluoro-1-(trialkylsilyl)ethenes. The E isomers are obtained by stereospecific replacement of the silyl group in the presence of a fluoride source and water. The Z isomers are accessible by a bromination/desilicobromination sequence followed by the reduction of a vinylic C-Br bond. The fourth chapter describes a new synthetic sequence allowing the preparation of trialkylsilylated derivatives of 2,2-difluorostyrenes. This new synthetic route shows significant improvements over the original method, including broader reaction scope, ease of purification, and absence of undesirable side-products. To conclude, the fifth chapter summarizes the thesis and opens-up on synthetic perspectives.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Titre de l'écran-titre (visionné le 12 octobre 2023) / Le pergélisol, le sol gelé pendant au moins deux années consécutives, contient presque deux fois plus de carbone que l'atmosphère. Le réchauffement climatique a suffisamment accéléré son dégel pour mobiliser une quantité considérable de matière organique dissoute (MOD) vers l'hydrosphère, dont les mares font partie. La MOD peut alors être dégradée en divers sous-produits par la radiation solaire. Vers la phase gazeuse, cela implique la production de CO₂, mais également de composés organiques volatils (COVs) qui ont été peu étudiés en zones nordiques. Pourtant, les COVs ont des impacts importants sur la chimie de l'atmosphère. L'objectif principal de ce mémoire est d'identifier les molécules produites vers la phase gazeuse par photochimie et de quantifier leurs flux. Pour y arriver, un montage de photochimie a été construit, testé puis interfacé à deux détecteurs pour des analyses en temps réel : un spectromètre de masse Orbitrap et un spectromètre de masse Vocus. Des mares de thermokarst, formées par le dégel du pergélisol riche en glace, près des villages d'Umiujaq et de Whapmagoostui-Kuujjuarapik, au Nunavik, ont été sélectionnées pour des campagnes d'échantillonnage aux étés 2021 et 2022. Des échantillons de la colonne d'eau et des zones ripariennes ont été prélevés. Les résultats montrent la photo-production rapide de 35 à 59 COVs lorsque les échantillons d'eau contenant de la MOD sont soumis à la radiation. Les résultats suggèrent que la qualité de la MOD est un facteur important qui contrôle la photo-production de COVs. Quantitativement, ces émissions correspondent à des flux nets de carbone entre 1.93 et 9.47 μmol C m⁻² d⁻¹ vers l'atmosphère. Ces valeurs sont petites en comparaison aux flux estimés de CO₂ et de CH₄ qui sont émis par les mares subarctiques. Malgré une contribution négligeable au cycle du carbone arctique, les COVs représentent néanmoins un flux de molécules réactives qui pourraient affecter la chimie atmosphérique. / Permafrost, the soil frozen for a minimum of two consecutive years, stores almost twice the amount of carbon found in the atmosphere. Climate warming has accelerated its thaw to a point where a considerable quantity of dissolved organic matter (DOM) is being mobilized toward the surface where it enters the hydrosphere, like lakes. DOM can be photo-degraded into various products by sunlight. In the gas phase, this includes CO₂ and volatile organic compounds (VOCs) that are poorly studied in Arctic environments. Yet, they affect the chemistry of the atmosphere. The main objective of this master projet is to identify the VOCs emitted in the gas-phase by photochemistry as well as to quantify their fluxes. To achieve this, a photochemistry set-up has been constructed and tested. Then, it has been interfaced with two detectors for real-time analysis: an Orbitrap mass spectrometer and a Vocus mass spectrometer. Thermokarst ponds, formed by the thawing of ice-rich permafrost, near the villages of Umiujaq and Whapmagoostui-Kuujjuarapik, Nunavik, were selected for field campaigns during summers 2021 and 2022. Samples from the water column and the riparian zones were taken. Results show the rapid photo-production of between 35 and 59 VOCs when dissolved organic matter (DOM) water samples are exposed to radiation. Results show that the quality of DOM is an important factor that controls VOCs photoproduction. In terms of quantification, these emissions correspond to net carbon fluxes between 1.93 et 9.47 μmol C m⁻² d⁻¹ toward the atmosphere. These values are small when compared to estimated fluxes of CO₂ and CH₄ by subarctic ponds. Despite their negligeable contribution to the Arctic carbon cycle, VOCs represent a flux of reactive molecules that could affect the atmospheric chemistry.

La réparation des défauts osseux de taille importante (fracture, tumeur, nécrose de l'os) pour lesquelles une partie de l'os est manquante et doit être remplacée, demeure un défi important pour le domaine médical. Des matériaux synthétiques, comme des matériaux céramiques, métalliques, et polymères, sont ainsi développés comme substituts osseux. Mais ces matériaux n'interagissent pas suffisamment avec l'os du patient et finissent par être encapsulés par une couche de tissu fibreux, ce qui peut résulter en une fracture de l'os, de l'implant, ou de l'interface entre les deux. La recherche vise donc à étudier et comprendre les interactions entre les cellules et les matériaux, afin de développer des matériaux capables d'interagir avec les cellules, et de mettre au point des implants combinant un matériau bioactif, des cellules, et des facteurs bioactifs permettant la reconstruction du tissu osseux. Dans ce contexte, les cellules souches mésenchymateuses (MSCs) ont gagné en popularité en médecine régénératrice compte tenu de leur capacité d'auto-renouvellement, leur multipotence, et leur taux de prolifération élevé. Cependant, une fois extraites du patient et cultivées in vitro, les MSCs ont tendance à se différencier de manière aléatoire, ce qui conduit à une population hétérogène de cellules avec laquelle il est difficile de reconstruire un tissu. Bien que les MSCs soient utilisées en clinique pour le traitement de diverses pathologies, une meilleure compréhension de leur comportement reste nécessaire pour permettre de contrôler leur différenciation vers une lignée spécifique et ainsi améliorer leurs performances en clinique. Les hydrogels ont émergé comme matériaux prometteurs pour la culture cellulaire puisqu'ils permettent de mimer la matrice extracellulaire naturelle des cellules. Notamment, de nombreuses études ont évalué l'impact de la rigidité des hydrogels sur la différenciation des MSCs et ont montré qu'une rigidité proche de celle d'un tissu naturel favorise la différenciation vers les cellules de ce tissu. Cependant, il est maintenant reconnu que les hydrogels et les tissus naturels ne sont pas caractérisés uniquement par leur rigidité, mais aussi par leur viscoélasticité. Or peu d'études ont été menées sur l'impact des propriétés viscoélastiques des hydrogels sur la différenciation des MSCs (15 articles sur les cinq dernières années via PubMed). Dans ce projet, il a été montré qu'il était possible de synthétiser des hydrogels de poly(acrylamide-co-acide acrylique) avec une rigidité et une viscoélasticité contrôlées, mesurées par compression et par AFM. Cinq hydrogels ont été choisis pour étudier l'impact des propriétés mécaniques sur la différenciation ostéogénique des MSCs en variant la rigidité et le pourcentage de relaxation : 15 kPa-15%, 60 kPa-15%, 140 kPa-15%, 100 kPa-30%, et 140 kPa-70%. Il a été montré que la fonctionnalisation de surface de ces hydrogels avec un peptide mimétique de la protéine BMP-2 a mené à une forme cellulaire étoilée après deux semaines de différenciation, sauf pour la rigidité la plus basse (15 kPa). Cette forme cellulaire étoilée correspondrait à une forme d'ostéocyte, qui est le dernier stade de différenciation ostéogénique des MSCs, et qui n'a jamais été obtenu in vitro à notre connaissance. De plus, une rigidité de 60 kPa a mené à une plus forte expression de marqueurs de différenciation ostéocytaires par rapport à des rigidités de 15 et 140 kPa, pour une même relaxation de 15%. Enfin, la plus forte expression de marqueurs de différenciation d'ostéoblastes et d'ostéocytes a été observée pour l'hydrogel présentant 70% de relaxation et une rigidité de 140 kPa. Ceci semble montrer qu'une viscoélasticité élevée favorise la différenciation ostéogénique des MSCs, même si elle est associée à une rigidité qui n'est pas la plus favorable. Ainsi, les propriétés viscoélastiques de la matrice auraient un impact non négligeable sur la différenciation des MSCs et devraient être considérées à l'avenir. / The repair of large bone defects, including large fracture, tumor, and necrosis for which a part of the bone is missing and has to be replaced, is still a challenge for the medical field. Synthetic materials, such as ceramic, metallic, and polymeric materials, have been developed as bone substitutes. However, these materials do not interact with the bone of the patient and generally end up being encapsulated by a layer of fibrous tissue, that might result in the fracture of the bone, the implant, or the interface between the two. The research therefore aims at studying and understanding cell-material interactions in order to develop materials capable of interacting with cells, and to create new implants combining a carrier material, cells, and bioactive factors, allowing bone reconstruction. In this context, mesenchymal stem cells (MSCs) have gained high interest in regenerative medicine considering their self-renewal ability, multipotency, and high proliferative rate. However, once extracted from the patient and cultivated in vitro, MSCs tend to differentiate randomly, which leads to a heterogeneous population of cells with which it is difficult to reconstruct any tissue. Therefore, although MSCs are used in clinics for the treatment of various pathologies, a better understanding of their biological behavior is still required to provide the ability to control their in vitro differentiation into a specific lineage and improve their clinical performance. Hydrogels have emerged as promising materials for cell culture as they allow to mimic the natural extracellular matrix of cells. Particularly, many studies have evaluated the impact of hydrogels stiffness on MSCs differentiation and showed that a stiffness close to that of a biological tissue leads to a differentiation towards cells of this tissue. Nevertheless, it is now recognized that hydrogels as well as biological tissues are not only described by their stiffness, but also by their viscoelastic properties. However, only few studies have been conducted on the impact of hydrogels viscoelastic properties on MSCs differentiation (15 articles over the past five years from PubMed). In this project, it has been shown that it was possible to synthesize poly(acrylamide-co- acrylic acid) hydrogels with different controlled stiffness and viscoelasticity, evaluated using compression and AFM. Five hydrogels have been chosen to study the impact of hydrogels mechanical properties on MSCs osteogenic differentiation by varying the stiffness and the relaxation percent : 15 kPa-15%, 60 kPa-15%, 140 kPa-15%, 100 kPa-30%, and 140 kPa- 70%. It has been shown that the surface functionalization of these hydrogels with a mimetic peptide of the BMP-2 protein led to star-like cells, except for the lowest stiffness (15 kPa). This star-like shape would correspond to the shape of osteocytes, which is the last stage of osteogenic differentiation, and which has never been obtained in vitro to our knowledge. Moreover, a stiffness of 60 kPa led to a higher expression of osteocyte markers as compared to stiffnesses of 15 and 140 kPa, for a constant low relaxation of 15%. Finally, the strongest expression of osteoblast and osteocyte differentiation markers has been observed for the hydrogel with a high relaxation of 70% and a stiffness of 140 kPa. This shows that a high viscoelasticity would favor MSCs osteogenic differentiation, even if it is associated with a stiffness that is not the most favorable. Thus, the viscoelastic properties of the matrix would have a significant impact on MSCs differentiation and should be considered in the future.