Québec Université Laval, Bibliothèque 2018

L'introduction d'un atome de fluor dans une molécule bioactive peut bien souvent modifier son activité biologique en modifiant sa lipophilic, sa solubilité, sa stabilité métabolique, sa conformation ou encore sa réactivité chimique. C'est pourquoi la synthèse de produits organofluorés suscite un intérêt marqué dans le secteur de l'agrochimie et de la chimie pharmaceutique. D'ailleurs, les moyens d'accès à ces produits sont en constante augmentation. Non seulement la formation mais également l'activation de liaisons C-F sont des sujets de recherche très prometteurs pour la conception de produits organiques fluorés. Les métaux de transition tels que le nickel, le palladium et le rhodium jouent un rôle important dans l'activation de liens C-F. Dans ce mémoire, il sera question de la synthèse des β-aminofluoroalcènes qui sont une classe de molécules organofluorées suscitant un intérêt particulier en chimie médicinale, car ils peuvent être utilisés comme isostères de la liaison peptidique. Cependant, il n'existe pas de voie directe afin d'accéder à cette classe de composés. Nous nous sommes donc intéressés à rechercher des voies de synthèses permettant l'obtention de p-aminofluoroalcènes. Dans ce mémoire, deux stratégies seront abordées pour la synthèse des p-aminofluoroalcènes. D'une part, une méthode basée sur la réaction d'amination allylique de dérivés de 3,3-difluoropropènes sera présentée. Celle-ci est catalysée par le palladium via l'activation d'un lien C-F. D'autre part, une stratégie basée sur une réaction de type SN2' utilisant les amidures de lithium sur des systèmes allyliques de dérivés de 3,3-difluoropropène constituera la dernière partie de ce mémoire.

L’intérêt pour les nanomatériaux, tel que les fullerènes, les nanotubes de carbone et les nanoparticules, est en constante croissance depuis le milieu des années quatre-vingt. Parmi ces nanomatériaux, un qui attire particulièrement l’intérêt des chercheurs est le nanoruban de graphène, soit une feuille de graphène ayant une largeur de moins de 50 nm. Étant donné les faibles dimensions de ce matériau, qui créent un confinement quantique, et du motif de ses parois, les nanorubans de graphène ont des propriétés électroniques qui peuvent être différentes de celles du graphène. De plus, celles-ci sont modulables, c’est-à-dire que la valeur de la bande interdite peut être contrôlée en variant différents facteurs. Les nanorubans de graphène peuvent donc être des semi-conducteurs avec différentes valeurs de bande interdite alors que le graphène est un matériau qui a une valeur de bande interdite nulle. Malgré le grand intérêt pour les nanorubans de graphène, il n’existe encore aucune méthode de synthèse, physique ou chimique, qui permet, à grande échelle, le contrôle des propriétés électroniques. Dans le cadre de ce projet, nous avons voulu développer une méthode alternative, appelée méthode hybride, afin d’obtenir un nanoruban de graphène. La stratégie principale se base sur la réactivité de l’unité 1,3-diarylbutadiyne qui peut polymériser par réaction topochimique sous irradiation UV pour former un nanoruban de polydiacétylène (PDA). Pour permettre ce type de réactions, des paramètres très stricts doivent être respectés et il est possible de les obtenir en auto-assemblant des précurseurs linéaires, contenant des unités 1,3-diarylbutadiyne, sous forme de gel. Nous avons donc développé ces précurseurs, en choisissant avec soin les fonctions présentes sur ceux-ci, afin de permettre l’auto-assemblage sous forme de gel. Par la suite, ces précurseurs auto-assemblés ont permis d’obtenir, après irradiation, des feuillets de PDA. Finalement, les PDAs ont été graphitisés par voie thermique. Afin de mieux comprendre la réactivité et l’influence des unités aryles présentes dans nos PDAs, nous avons étendu notre étude à une nouvelle famille de précurseurs. Ceux-ci n’étaient pas linéaires, ils avaient plutôt un motif en forme « V », c’est-à-dire avec les butadiynes en position 1,3 sur un phényle central. De plus, nous avons évalué l’effet des différentes fonctions des précurseurs sur les propriétés de gélification.

Nous proposons deux nouvelles méthodes pour synthétiser des P-amino alcools, utilisés en chimie organique comme ligands chiraux et en chimie médicinale. Avec notre première méthode, des époxydes cycliques sont ouverts par des aminés aromatiques en présence de chlorure de bismuth(III) en quantité catalytique avec de bons rendements dans le dichlorométhane et le cyclohexane. Avec la seconde méthode, l'ouverture, rapide et avec d'excellents rendements, des mêmes époxydes par des aminés aromatiques est catalysée par le triflate de bismuth(III) en milieu aqueux, parfois micellaire. Les conditions douces, la faible toxicité et le coût peu élevé des sels de bismuth(IÏÏ) utilisés en faible quantité rendent ces méthodes particulièrement attrayantes pour obtenir des (3-amino alcools. Enfin, la synthèse asymétrique de ces molécules avec des complexes chiraux à base de bismuth(III) a été explorée ; cependant, les recherches doivent être poursuivies pour optimiser les conditions réactionnelles et trouver les ligands adéquats.

La demande de compositions de verres adaptées pour des applications optiques dans le domaine spectral du proche infrarouge est en continuelle augmentation. Les verres à base d’oxyde de gallium constituent de bons candidats car ils permettent de combiner de bonnes stabilités thermiques et de fortes polarisabilités et hyperpolarisabilités. Cet oxyde présente également une faible énergie de phonon, ce qui présente un intérêt lorsqu’il est associé à d’autres oxydes lourds pour obtenir une large fenêtre de transparence jusqu’à 6µm dans l’infrarouge. L’étude présentée dans ce manuscrit regroupe les résultats expérimentaux autour de deux systèmes vitreux : x Ga2O3 – (1-x) NaPO3 avec x compris entre 0 et 30 mol% et Ga2O3-GeO2-Na2O-BaO. L’étude de l’introduction d’oxyde de gallium dans le métaphosphate de sodium a permis d’établir des corrélations entre la composition, la structure et les propriétés du verre résultant. Pour les plus faibles concentrations (< 15% Ga2O3), le gallium entre dans le réseau vitreux en sites octaédriques et augmente la dimensionnalité du réseau. Une fois ces sites de coordination saturés, l’excès de gallium remplace les phosphores dans les chaînes, adoptant une géométrie de coordination 4. Pour les fortes concentrations en oxyde de gallium (> 22% Ga2O3), des liaisons Ga-O-Ga se forment, signalant la fin de la région de formation de verre. L’évolution des températures de transition vitreuse ainsi que la réponse optique non-linéaire d’ordre trois suivent particulièrement cette évolution. La matrice vitreuse du système Ga2O3-NaPO3 permet également la formation de guides d’ondes par irradiation laser, ainsi que la formation de nanoréseaux. Dans les systèmes germanogallates de composition Ga2O3-GeO2-Na2O-BaO, la recherche par un plan d’expérience de compositions adaptées à la fabrication de fibres optiques avec un large domaine de transparence dans l’infrarouge a été entreprise. Les transmissions obtenues dans le proche infrarouge atteignent une longueur d’onde de coupure proche de 6 µm et une susceptibilité d’ordre trois cinq fois plus élevée que celle de la silice. Des fibres mono-indice de composition Ga42Ge28Na13Ba17 ont ainsi été obtenues. Ces résultats très prometteurs permettent d’envisager l’utilisation de ce type de matériaux pour des applications en optique guidée dans l’infrarouge. / The demand of glass compositions suitable for optical applications in the near infrared spectral region is in continuous increase. Glasses based on gallium oxide are good candidates since they can combine good thermal stability and high polarizability and hyperpolarizability. This oxide also has a low-phonon energy which is of interest when combined with other oxides to expand the transparency window up to 6 µm in the infrared. The study presented in this manuscript includes experimental results on two glassy systems: x Ga2O3 – (1-x) NaPO3 with x between 0 and 30 mol% and Ga2O3-GeO2-Na2O-BaO. The study of the gallium oxide’s introduction in sodium metaphosphate allowed establishing the correlation between composition, structure and properties of the resulting glasses. For lower concentrations (< 15% Ga2O3), gallium ions enter into octahedral sites and increases the dimensionality of the network. Once these coordination sites are saturated, the excess of gallium replaces the phosphorus in chains adopting a tetrahedral coordination. For higher concentrations of gallium oxide (> 22% Ga2O3), the Ga-O-Ga bonds are created, corresponding to the end of the glass-forming region. The evolution of the glass transition temperature of the glass follows well this trend, as well as its third-order nonlinear susceptibility. Such glassy matrix allows the formation of waveguides by laser irradiation, and the formation of nanogratings. In germanogallates systems Ga2O3-GeO2-Na2O-BaO, the search for compositions adapted to the manufacturing of optical fibers has been conducted thanks to a design of experience approach. The near infrared transmissions obtained attain a cutoff wavelength close to 6 microns and a third order susceptibility five times higher than that of silica. These glasses also exhibit a sufficiently high thermal stability to proceed to the manufacturing of optical fibers. Mono-indices fibers with the composition Ga42Ge28Na13Ba17 were obtained. The promising results presented here make us considering this class of material interesting for fiber applications in the infrared range.

Le substituant trifluorométhyle est le groupement alkyle fluoré le plus étudié. Il possède de nombreuses applications, et est particulièrement utilisé en chimie médicinale et en agrochimie. Malgré la multitude de méthodes déjà disponibles pour l’insertion de ce groupement dans une molécule, le fort intérêt qu’il suscite justifie la création de nouvelles voies de synthèse de composés trifluorométhylés. Le groupement pentafluorosulfanyle, quant à lui, a attiré l’attention dès sa découverte en 1950 grâce à ses propriétés exceptionnelles. Cependant, l’intérêt qui lui est porté s’estompe rapidement en partie à cause de la difficulté d’obtention des composés pentafluorosulfanylés. Plus récemment, et suite à la découverte de nouvelles méthodes pour son introduction, le substituant SF₅ a refait surface et fait ses preuves dans des domaines variés allant de la chimie des matériaux à l’industrie pharmaceutique. Toutefois, la chimie du groupement pentafluorosulfanyle reste peu explorée et le développement de nouvelles méthodes de synthèse pour leur obtention est, de nos jours, toujours nécessaire. Ainsi, le développement de plusieurs conditions réactionnelles autorisant l’accès à de nouveaux composés trifluorométhylés et pentafluorosulfanylés est présenté dans ce manuscrit. Celles-ci ont permis la formation de diarylméthanes, diarylméthanols, indolines, 2,3-dihydrobenzofuranes, indoles et benzofuranes portant un groupement CF₃ ou SF₅. Aussi, des réactions de substitution nucléophile et de Tsuji-Trost, par des amines, phénols, malonates et thiols, sur des dérivés portant les chaînes 4,4,4-trifluorobut-2-ène et 3-(pentafluorosulfanyl)allyle ont été réalisées. Enfin, la réactivité d’alcènes substitués par un groupement pentafluorosulfanyle a été étudiée. / On the one hand, the trifluoromethyl substituent is the most studied fluorinated alkyl group. It has a number of applications and is especially used in fields like medicinal chemistry and agrochemistry. Despite the large amount of methods available for the insertion of the trifluoromethyl group in a molecule, the forever growing interest for this substituent motivates the invention of new synthetic routes for the formation of trifluoromethylated compounds. On the other hand, the pentafluorosulfanyl group has attracted attention ever since its discovery in 1950 thanks to its remarquable properties. However, the interest invested in it quickly faded as pentafluorosulfanylated compounds were hard to access. More recently, and following new discoveries regarding the introduction of a SF₅ moiety on alkenes, the pentafluorosulfanyl group regains interest and its efficiency in various fields is demonstrated. Indeed, a large number of SF₅–containing compounds with applications in fields ranging from medicinal chemistry to material sciences were synthesized. However, the chemistry of the pentafluorosulfanyl group remains little explored and the development of new synthetic pathways for the formation of pentafluorosulfanylated compounds is still necessary. Thus, reaction conditions for the synthesis of new trifluoromethylated and pentafluorosulfanylated compounds were developed and are reported herein. They allow the formation of new CF₃– and SF₅–containing diarylmethanes, diarylmethanols, indolines, 2,3-dihydrobenzofurans, indoles and benzofurans. Moreover, nucleophilic substitution and Tsuji-Trost reactions on 4,4,4-trifluorobut-2-ene and 3-(pentafluorosulfanyl)allyl derivatives, using amines, phenols, malonates and thiols as nucleophiles, were performed. Finally, the reactivity of pentafluorosulfanyl-substituted alkenes was studied.

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.

La technique de photocatalyse solaire offre une solution prometteuse pour une élimination efficace des polluants pharmaceutiques émergents comme les antibiotiques dans les eaux usées. Les matériaux photocatalytiques à base de semi-conducteurs jouent un rôle crucial dans la dégradation complète de ces nouveaux polluants pharmaceutiques. À ce propos, de nouveaux photocatalyseurs nanocomposites ont montré une performance catalytique importante par rapport aux photocatalyseurs classiques dans la dégradation des antibiotiques dans l'eau. Ces photocatalyseurs nanocomposites surmontent des défis notamment une photo-absorption insuffisante, une mauvaise séparation de charge, un transfert de charge lent, une recombinaison de charge importante, une mauvaise réaction de surface, une stabilité faible et une récupération difficile. Dans ce contexte, nous avons développé des hybride matériaux photocatalytiques nanostructuré et nanocomposite tout en exploitant leur performance pour la dégradation des antibiotiques sous la lumière solaire. Un nouveau matériau de pérovskite ferroélectrique à base de bismuthate de calcium (CaBiO₃) nanostructuré avec une disproportion de différentes multicharges Bi³⁺ et Bi⁵⁺, a été développé via des méthodes de complexation de glycine et d'échange d'ions. La disproportion efficace obtenue de charge Bi³⁺/Bi⁵⁺ et l'arrangement bien organisé du cristal octaédrique de BiO₆ ont offert une photo-absorbance efficace du visible ainsi qu'une photogénération et une séparation importante de porteurs de charge dans CaBiO₃. En outre, les matériaux CaBiO₃ développés présentent une nanostructure avec une surface spécifique plus élevée qui offre des propriétés de surface améliorées en faveur de la réaction catalytique. De plus, les matériaux à base de CaBiO₃ sont étudiés pour la dégradation des antibiotiques de ciprofloxacine et de tétracycline sous la lumière solaire. Un nanocomposite efficace de BiVO₄-APS-C₆₀ a été développé en intégrant les nanoparticules C₆₀ fonctionnalisées par aminosilicate à la surface de nanocouches ultrafines de BiVO₄. L'intégration de C₆₀ sur BiVO₄ a élargi l'absorption de la lumière dans le domaine du visible et a également offert une génération et une séparation efficaces des porteurs de charge photo-induits. En fait, l'aminosilicate a établi une forte interaction interfaciale entre C₆₀ et BiVO₄, ce qui a fourni un transfert de charge efficace et une stabilité remarquable du composite BiVO₄-APS-C₆₀. Par conséquent, BiVO₄-APS-C₆₀ a montré une activité photocatalytique beaucoup plus élevée vis-à-vis la dégradation de ciprofloxacine sous irradiation solaire. Le nanocomposite Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 a été développé par l'incorporation de NH₂-UiO-66 sur Bi₂WO₆ ayant une forme micro/nanoflorale dans le but d'améliorer l'activité photocatalytique pour la dégradation de ciprofloxacine sous l'irradiation de la lumière solaire. L'activité photocatalytique améliorée, expliquée par la formation d'une hétérojonction avec un fort contact interfacial entre Bi₂WO₆ et NH₂-UiO-66, a permis d'élargir le domaine d'absorption lumineuse, de réduire la recombinaison de paires électron-trou photo générées et d'accélérer le transfert des porteurs de charges. L'hétérojonction Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 suit le mécanisme de transfert de charge de type Z-schème et possède des sites hautement réactifs offrant une forte propriété redox au composite Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66. / The solar photocatalytic technique is a promising solution for the effective removal of antibiotics, which are emerging pharmaceutical pollutants in water and wastewater. The semiconductor based photocatalytic materials plays crucial role in achieving the complete degradation of these pharmaceutical pollutants. In this direction, the design of nanostructured hybrid photocatalysts shows superior catalytic performance as compared to the conventional photocatalysts towards the effective degradation of antibiotic molecules in water. These nanostructured hybrid photocatalysts overcome the limitations of weak photoabsorption, poor charge separation, slow charge transfer, high charge recombination, limited surface reaction, lesser stability and difficult recovery. In this context, we have developed potential nanostructured and nanocomposite photocatalytic materials and explored their performance in degradation of antibiotics under solar light. Novel ferroelectric perovskite material, nanostructured calcium bismuthate (CaBiO₃) with distinct Bi³⁺ and Bi⁵⁺ multi-charge disproportion was developed via glycine-complexation and ion-exchange methods. The efficient Bi³⁺/Bi⁵⁺ charge disproportion and well-organized BiO₆ octahedral crystal arrangement provided an enhanced visible photo-absorbance and higher charge carrier generation and separation to CaBiO₃ system. The developed CaBiO₃ materials exhibited nanostructure with higher surface area which provided enhanced surface properties for catalytic reactions. Moreover, the developed CaBiO₃ materials were potentially explored for degradation of ciprofloxacin and tetracycline antibiotic drugs under solar light. An efficient BiVO₄-APS-C₆₀ nanocomposite was developed by integrating aminosilicate functionalized C₆₀ nanoparticles on the surface of ultrathin BiVO₄ nanolayers. The integration of C₆₀ on BiVO₄ broadened the light absorption spectrum in the visible light range and offered an enhanced generation and separation of the photoinduced charge carriers. The aminosilicate group established a strong interfacial interaction between C₆₀ and BiVO₄, which provided remarkable charge transfer efficiency and stability for BiVO₄-APS-C₆₀ composite. The as-synthesized BiVO₄-APS-C₆₀ displayed high photocatalytic activity towards ciprofloxacin degradation under solar light irradiation. Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 nanocomposite was designed incorporating NH₂-UiO-66 with Bi₂WO₆ micro/nanoflower for enhanced photocatalytic activity towards ciprofloxacin degradation under solar light irradiation. The improved photocatalytic activity attributed to the formation of heterojunction with strong interface contact between Bi₂WO₆ and NH₂-UiO-66, broadened the photoabsorbance range, reduced photogenerated electron-hole pair recombination, and accelerated charge carrier transfer. The Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 heterojunction follows Z-scheme charge transfer mechanism with high surface reactive sites providing strong redox property to Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 composite.

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.

Dans l'actuel panorama du réchauffement climatique, comprendre comment les changements environnementaux affectent le cycle de développement des plantes est l'un des principaux défis de la viticulture. L'accumulation de degrés-jours (DJ), un facteur influencé par le climat, est l'un des principaux facteurs influençant la phénologie des plantes et, par conséquent, le développement des baies pendant le cycle reproductif de la plante. Cependant, l'impact du schéma d'accumulation des degrés-jours pendant cette période demeure peu connu. Nous avons posé l'hypothèse que différents schémas d'accumulation des DJ impliquant des hausses de température induites pendant des périodes correspondant à différents stades de développement pourraient modifier la phénologie de développement des fruits, les voies métaboliques associées à certaines périodes clés du développement sigmoïde des baies de raisin et finalement modifier le profil métabolique des baies à la récolte chez L'Acadie blanc. Dans cette étude, nous nous sommes particulièrement intéressés aux paramètres physicochimiques (solides solubles totaux, pH et acidité titrable) et aux composés volatils (CV) libres et glycosylés. Ainsi, trois traitements d'élévation ciblée de température (prévéraison (PRE), post-véraison (PT) et saison entière (W)) et un traitement témoin (CT), ont été appliqués en 2019 et 2020 sur le cépage L'Acadie blanc, à l'aide de mini-serres mobiles construites sur les rangs, dans un vignoble néo-écossais. Les baies ont été échantillonnées à trois stades phénologiques autour de la maturité optimale des fruits EL-36 (post-véraison), EL-37 (avant maturité) et EL-38 (maturité). Les échantillons ont été congelés à l'azote liquide au champ puis stockés à -80°C. Les composés volatils ont été extraits par extraction sur phase solide (EPS). La fraction libre a ensuite été concentrée à l'aide d'un Kuderna-Danish et la fraction liée a été libérée par hydrolyse enzymatique, puis également concentrée sur Kuderna-Danish; les deux fractions ont été analysées par chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse (CPG-SM). Une analyse de variance (ANOVA) ainsi qu'une analyse en composantes principales ont été réalisées sur les données, à l'aide du logiciel R (Édition 4.0.2). L'accumulation totale de DJ au cours de la saison 2019 et 2020 était significativement plus élevée dans le traitement W, suivi par PRE, PT et CT respectivement. Dans la présente étude, en 2020, le traitement thermique en W a augmenté le contenu en solides solubles totaux des baies. Dans les baies de L'Acadie blanc, 95 composés en 2019 et 99 composés en 2020 incluant des phénols volatils, des monoterpènes, des C₁₃₋norisoprénoïdes et des composés aliphatiques ont été identifiés. L'abondance relative de certains composés a été significativement modifiée par les traitements appliqués. Les composés qui ont contribué le plus au profil aromatique glycosylé étaient (a) l'alcool benzylique et (b) phényléthyl alcool et leur concentration a varié selon les traitements: les traitements sous serres pendant la première phase de développement (prévéraison) (W et PRE) ont montré des valeurs plus élevées par rapport aux traitements PT et CT. Ces résultats suggèrent que certains composés produits dans la voie métabolique du shikimate (dérives du benzène et phénols volatils) peuvent être affectés par des changements dans l'accumulation des DJ au cours de la première phase de développement des baies. Les monoterpènes ont également contribué de façon importante au profil glycosidique. L'accumulation des monoterpènes a été affectée par le traitement thermique et le stade phénologique et le traitement témoin CT a montré les valeurs les plus élevées. Environ 90% de CV libres identifiés étaient des composés synthétisés à partir de la voie de la lipoxygénase, principalement : (E)-2-hexénal et héxanol, et ceux-ci n'ont pas été influencés par le traitement thermique. Notre étude a permis de mieux comprendre l'impact du réchauffement climatique sur la qualité des baies du cépage hybride L'Acadie blanc en identifiant des voies métaboliques pouvant être affectées par ces conditions. Ces résultats apportent une nouvelle compréhension de la relation entre le climat et la composition en composés volatils des baies chez L'Acadie blanc. Nous avons ainsi démontré la plasticité biochimique de Vitis sp. et la possibilité de modifier le profil aromatique et la biochimie des baies. Ce projet de recherche a permis d'acquérir des connaissances nouvelles pour les producteurs en matière de prise de décision concernant les dates de récolte et permettra d'améliorer la qualité vinicole des baies sous climat nordique. / In the current panorama of global warming, understanding how environmental changes affect the development cycle of vines is one of the main challenges in viticulture. The accumulation of growing degree days (GDD), a variable influenced by climate, is one of the major factors influencing plant phenology and, therefore, berry development during the plant's reproductive cycle. However, little is known about the impact of the GDD accumulation pattern during this period. We hypothesized that different patterns of GDD accumulation involving temperature increases during periods corresponding to different developmental stages could modify the phenology of fruits, the metabolic pathways associated with certain key periods of sigmoid development of grape berries and finally modify the metabolic profile of the berries at harvest in L'Acadie blanc. In this study, we were particularly interested in the physicochemical parameters (total soluble solids, pH and titratable acidity) and in free and glycosylated volatile compounds (VC). Thus, three targeted temperature rise treatments (pre-veraison(PRE), post-veraison (PT) and whole season (W)) and a control treatment (CT) were applied in 2019 and 2020 on L'Acadie blanc, using on-the-row mini-greenhouses, in a Nova Scotia vineyard. The berries were sampled at three phenological stages around optimal maturity EL-36 (post-veraison), EL-37 (before maturity) and EL-38 (maturity). The samples were immediately frozen with liquid nitrogen and then stored at -80°C. Volatile compounds were extracted by solid phase extraction (SPE). The free fraction was then concentrated using a Kuderna-Danish and the glycosylated fraction was released by enzymatic hydrolysis, then also concentrated on Kuderna-Danish; the two fractions were analyzed by gas chromatography coupled to a mass spectrometer (GCMS). An analysis of variance (ANOVA) as well as a Principal component analysis (PCA) were performed on the data, using R software (Edition 4.0.2). The total accumulation of GDD during the 2019 and 2020 season was significantly higher in treatment W, followed by PRE, PT and CT respectively. In the present study, in 2020, the W mini-greenhouse treatment increased the TSS content of the berries. In L'Acadie blanc berries, 95 compounds in 2019 and 99 compounds in 2020 including volatile phenols, monoterpenes, C₁₃₋norisoprenoids and aliphatic compounds have been identified. The relative abundance of certain compounds was significantly modified by the treatments applied. The compounds that contributed the most to the glycosylated VC profile were (a) benzyl alcohol and (b) phenylethyl alcohol. The concentration varied according to the treatment to which the berries were exposed: the treatments in greenhouses during the first phase of development (pre-veraison) (W and PRE) showed higher values compared to the PT and CT treatments. These results suggest that some compounds produced in the shikimate metabolic pathway (benzene derivatives and volatile phenols) may be affected by changes in the accumulation of GDD during the early stage of berry development. Monoterpenes have also made important contributions to the glycosidic profile. The total accumulation of monoterpenes was affected by the treatment and phenological stage. The CT treatment showed the highest values of monoterpenes in 2020. About 90% of free VC identified were compounds synthesized from the lipoxygenase pathway, mainly: (E)-2-hexenal and hexanol. However, in the case of our study, they were not influenced by the mini-greenhouse treatment. Our study has helped elucidate the impact of global warming on the quality of the berries of the L'Acadie blanc and also to identify the metabolic pathways that may be affected by these conditions. These results provide a new understanding of the relationship between the accumulation of GDD and the volatile composition of berries in L'Acadie blanc. We have thus demonstrated the biochemical plasticity of Vitis sp. and the possibility of modifying the aromatic profile and biochemistry of the berries. This research project has provided new knowledge for producers in decision-making regarding harvest dates and will help improve the wine quality of berries in northern climates.