Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse évolue selon trois axes de recherche. La première partie présente des travaux de spectroscopie TéraHertz (THz) de COV réalisés à l'aide du spectromètre THz par technique de photomélange, ce dernier rendant accessible la région spectrale 0,3-3 THz à haute résolution. Ces travaux concernent l'amélioration de paramètres moléculaires du formaldéhyde (H₂CO) obtenue grâce à la mise en oeuvre d'un système de métrologie performant reposant sur l'utilisation d'un peigne de fréquence. La très haute résolution de ce spectromètre a également permis un travail de collaboration efficace avec différents laboratoires concernant la détermination de coefficients d'élargissement du chlorure de méthyle (CH₃Cl). La deuxième partie montre la possibilité de détection de radicaux légers par technique de photomélange au travers d'études concernant les radicuax hybroxyle (OH) et mercaptan (SH). La très haute résolution de notre spectromètre donne accès à leur structure hyperfine avec des précision encore inégalées dans la région 1-3 THz. Cette partie illustre également l'intérêt de notre collaboration avec la ligne AILES du synchrotron SOLEIL et démontre la grande complémentarité entre le spectromètre photo-mélange et l'interféromètre couplée au rayonnement synchrotron. La dernière partie présente l'initiation au sein du groupe THz d'une étude cinétique effectuée grâce à une chaîne par multiplication de fréquence. Cette étude concerne concerne la photolyse de H₂CO. S'ajoute à ceci une étude visant à caractériser le rayonnement THz en présence d'aérosols de chlorure de sodium hydratés. / This thesis covers three research areas. The first is the THz spectroscopy of VOCs using a THz spectrometer based on photomixing, the latter making it possible access the 0.3-3 THz spectral region with high resolution. This work concerns the improvement of molecular parameters of formaldehyde (H₂CO) obtained through the implementation of metrology system using a frequency comb. The high resolution of spectrometer has also demonstrated its utility effectively together with various laboratories for the determination of broadening-coefficicents of the methyl chloride (CH₃Cl). The second topic shows the detection of small radicals by photomixing through studies of hydroxyl (OH) and mercaptan (SH) radicals. The high resolution of our spectrometer provides access to their hyperfine structure with details unmatched in the 1-3 THz region. This section also illustrates the importance of our partnership with the AILES beamline of the SOLEIL synchrotron and demonstrates the complementary between the photomixing-spectrometer and the interferometer coupled to synchrotron radiation. The last section presents the initiation of a kinetic study in the THz group performed with a frequency multiplication chain. This study concerns the photolysis of the H₂CO. Accompanied by a study to characterize the THz radiation in the presence of sodium chloride aerosols hydrated.

Les composés organiques à base d'hétérocycles pyraniques peuvent être utilisé dans les cellules photovoltaïques ou dans des matériaux du domaine des télécommunications grâce à leurs propriétés en optique non linéaire. Plusieurs de ces composés ont été synthétisés, analysés et testés dans des cellules solaires à colorants. Des rendements photovoltaïques ont pu ainsi être obtenus et des modifications sur ses composés ont été effectuées afin d'obtenir une meilleure conversions de l'énergie solaire en courant électrique. / Organic compounds with pyranic heterocycles could be used in solar cells or in materials for telecommunications due tot their nonlinear optic properties. Several compounds synthesized were tested in dyes solar cells. The efficiencies of these dyes were obtained and the effect of structural modifications were studied with the goal to obtain a better efficiency.

L’amélioration des méthodes de synthèse organique, que ce soit les réactions ou les réactifs, retient continuellement l’intérêt des chimistes. Ceci est particulièrement vrai pour les molécules fluorées, qui sont d’une grande utilité en chimie pharmaceutique, en agrochimie et en sciences des matériaux. À cet effet, la compagnie OmegaChem a récemment développé deux réactifs de fluoration nucléophile capables de réaliser la déoxofluoration d’alcools, de cétones et d’acides carboxyliques en fluorures d’alkyles, difluorométhylènes et fluorures d’acyles respectivement. Il s’agit de tétrafluoroborate de diéthylaminodifluorosulfinium et de tétrafluoroborate de morpholinodifluorosulfinium, appelés XtalFluor-E et XtalFluor-M. Ceux-ci possèdent un pouvoir activant, mais une source externe de fluorure est nécessaire pour que la déoxofluoration s’opère. En raison de leur facilité de manipulation et leur faible coût, il s’est avéré intéressant d’utiliser cette nouvelle classe de réactifs dans d’autres réactions de fluoration, mais également dans des transformations nécessitant un agent activant. Dans le cadre des travaux de cette thèse, diverses réactions impliquant le XtalFluor-E ont été développées. Ainsi, des isonitriles ont pu être synthétisés à partir de formamides, puis impliqués dans des réactions multicomposantes. De la même manière, une méthode permettant de former des nitriles à partir d’amides primaires ou d’aldoximes a été développée. Des esters perfluorés ont également été synthétisés, à partir d’acides carboxyliques et d’alcools perfluorés variés. Enfin, une réaction de déoxofluoration éliminatrice a permis l’obtention de monofluoroalcènes cycliques. La seconde partie du projet s’est focalisée sur la fluoration électrophile. Dans ce cas-là, le substrat joue le rôle de nucléophile tandis que l’atome de fluor est fourni sous forme électrophile. Au vu des limites des réactifs actuels (disponibilité commerciale, solubilité dans les solvants organiques, réactivité, etc.), l’objectif consiste à élaborer de nouveaux réactifs de fluoration électrophile comblant ces lacunes. Plus particulièrement, des dérivés de N-fluorosquaramides ont été brièvement étudiés. / The improvement of synthetic methodologies, either reactions or reagents, continually retains the interest of chemists. This is particularly true for fluorinated molecules, which occupy a significant place in pharmaceutical chemistry, agrochemistry, and material sciences. To this end, OmegaChem recently commercialized two nucleophilic fluorinating reagents allowing the deoxofluorination of alcohols, ketones and carboxylic acids into alkyl fluorides, difluoromethylenes and acyl fluorides, respectively. These are diethylaminodifluorosulfinium tetrafluoroborate and morpholinodifluorosulfinium tetrafluoroborate, named XtalFluor-E and XtalFluor-M. They possess an activating power, but an exogenous source of fluoride is required to perform deoxofluorination reactions. Because of their ease of handle and low cost, it was advantageous to use this new class of reagents in other fluorination reactions, but also in transformations requiring an activating agent. As part of this thesis, various reactions involving XtalFluor-E have been developed. Isocyanides could be synthesized from formamides and then involved in multi-component reactions. In the same way, a method allowing the formation of nitriles from primary amides or aldoximes has been developed. Perfluorinated esters have been also synthesized, from carboxylic acids and various perfluorinated alcohols. Finally, an eliminative deoxofluorination allowed the formation of cyclic monofluoroalkenes. The second part of the project focused on electrophilic fluorination. In this case, the substrate behaves as the nucleophile whereas the fluorine atom is delivered as an electrophile. Given the limitations of the current reagents (commercial availability, solubility in organic solvents, reactivity, etc.), the objective is to develop new electrophilic fluorine sources that can address these issues. More particularly, N-fluorosquaramides derivatives were briefly investigated.

Les acides gras polyinsaturés oméga-3 sont reconnus pour leurs bienfaits sur la santé. Cependant, lors d’un traitement thermique, tel que la friture, plusieurs dégradations peuvent se produire, entre autres, l’oxydation, la polymérisation et la cyclisation. Ces dégradations se produisent aux températures utilisées dans l’industrie pour la désodorisation des huiles ainsi que par les consommateurs pour la friture. Ce projet avait pour but, d’une part, de développer de nouveaux antioxydants naturels pour les huiles de friture. Ces composés seraient des dérivés d’acides phénoliques. Le coumarate d’hexyle s’est d’ailleurs avéré être un bon antioxydant potentiel pour l’utilisation en friture. D’autre part, ce projet a permis de contribuer à la synthèse d’un acide gras oméga-3 marqué, l’acide α-linolénique, afin de déterminer le mécanisme de formation des monomères cycliques. Un schéma de synthèse pour l’acide gras marqué a été élaboré et la synthèse a été amorcée. / Omega-3 polyunsaturated fatty acids are well known for their benefits on health. Unfortunately, thermal processes, such as deep frying, lead to the formation of degradation products such as cyclic fatty acid monomers, oligomers, polymers, trans and oxygenated fatty acids. All these degradations occur at temperature used in industries for oil deodorisation and by consumers in frying process. In this context, the first part of this project was to develop novel natural antioxidants for frying oil. Different phenolic acid derivatives were tested for their antioxidant properties. Amongst them, hexyl coumarate have shown a good potential as an antioxidant in frying process. Second part of this project was to synthesize deuterated omega-3 fatty acid, α-linolenic acid, to determine the mechanism of formation of cyclic fatty acid monomers. A synthesis scheme of the deuterated α-linolenic acid was elaborated and the synthesis was carry out.

Le travail de thèse porte sur l'utilisation simultanée de liquides ioniques (LIs) et de nanoparticules d'oxydes de métaux (NPs) pour l'extraction des composés organiques à partir des solutions aqueuses et organiques. Il a été constaté que les LIs présentent une excellente sélectivité par rapport aux composés organiques. Cette sélectivité a été souvent améliorée par la présence de NPs. Deux techniques d'utilisation des systèmes extractifs NPs/LIs ont été utilisées; La première consistait à l'extraction liquide/liquide à partir d'une phase aqueuse par une phase LI contenant suspension de NPs. Dans la seconde méthode les nanoextracteurs NPs/LI ont été dispersés directement en solution. La qualité des résultats dépend de tous les paramètres du système étudié (la nature du solvant, du LI, des NPs et du composé organique extrait). Nous nous sommes également intéressés au mécanisme de formation d'agrégats de NPs en solutions aqueuses contenant des liquides ioniques. Nous avons démontré que les nanoagrégats de NPs peuvent être souvent considérés comme nanoextracteurs imbibés de liquides ioniques et actifs en tant qu'extracteurs. Nous avons démontré l'utilité du système NPs/LI pour l'extraction de composés organiques. Des nombreux tests ont permis d'établir les conditions dans lesquelles cette technique peut conduire à des résultats satisfaisants. L'utilisation de nanoextracteurs parait très prometteuse pour élimination de solutés très dilués / This study concerns a simultaneous utilization of ionic liquids (Ils) and nanoparticles of metal oxides (NPs) to extracting organic compounds from aqueous and organic solutions. It was observed that the selectivity of organic compounds extracted with ILs makes is excellent and that may be enhanced when IL was used together with NPs. Two techniques were used to enhance the selectivity. At first, the liquid-liquid extraction was performed using a IL phase containing NP suspension in contact with an aqueous or organic phase. Secondly, the nanoextractors NPs/IL were directly dispersed in solution. The quality of results obtained was a complex function of ILs, NPs and organic compounds to be extracted. The mechanism of NP aggregate formation in aqueous solutions of ILs was also studied. It was demonstrated that the nanoaggregates formed with NPs are soaked with ILs and may act as IL nanoextractors. Results presented demonstrated that NPs/IL systems may be useful in extraction of organic compounds. Indeed, numerous extraction experiments made it possible to define optimal conditions to carry out successful extractions. The most promising results were obtained with extraction of diluted solutes

Dans le cadre d'une coopération université-industrie, le laboratoire du Professeur Robert Chênevert du département de chimie de l'Université Laval s'est associé à la compagnie Omegachem dans le but de développer une gamme diversifiée de nouveaux composés chiraux, dans ce cas-ci, des dérivés chiraux du glycerol démontrant des intérêts majeurs pour l'industrie chimique et pharmaceutique. Dans cette optique, la première partie du projet consistait au développement d'une méthode de synthèse générale chimio-enzymatique pour l'obtention des deux énantiomères d'une gamme d'isopropylidèneglycérols 2-substitués. Ces derniers constituent des synthons tétrasubstitués très fonctionnalisés pouvant être introduits dans diverses stratégies de synthèse énantiosélective. La seconde partie concernait l'élaboration d'une méthode de synthèse efficace pour la préparation de diols chiraux énantiopurs en faisant appels aux isopropylidèneglycérols 2-substitués en tant que produits de départ. Ces diols fonctionnalisés et polyvalents étant également intéressants de par leur carbone tétrasubstitué fonctionnalisé offrant maintes possibilités réactionnelles. La dernière section du projet consistait quant à elle à la réalisation de tests préliminaires pour l'élaboration d'une voie de synthèse permettant l'obtention de dérivés organofluorés à partir des synthons énantiopurs obtenus aux sections précédentes. La chimie du fluor est devenue un secteur très important depuis les dernières décennies, spécialement dans le domaine pharmaceutique, dû principalement aux effets bénéfiques engendrés par cet halogène lors de son introduction sur des molécules bioactives par modulation de leurs propriétés physico-chimiques et pharmacologiques.

"Au cours des dernières années, les systèmes quinoniques hétérocycliques ont connu un essor fulgurant en raison du potentiel pharmacologique important déployé par certaines de ces substances naturelles. Devant l'intérêt accru suscité par ces composés, il devenait impératif de concevoir de nouvelles méthodes de synthèse, dans le but d'accéder à de plus grandes quantités de matériel biologiquement actif, mais aussi afin de préparer facilement des substances analogues. Des travaux antérieurs portant sur la préparation de xanthones naturelles ont permis de substituer des quinones halogénées par le salicylate de méthyle. Tirant profit de ces résultats, nous avons alors entrepris de développer une méthode de substitution nucléophile d'un groupe labile dans une quinone par une amine et ainsi effectuer la synthèse régiospécifique d'anilinoquinones jusqu'à maintenant inaccessibles par les méthodes classiques. Puisque les amines ont montré par le passé une très faible sélectivité face aux quinones, nous les avons transformées en sulfonamides de façon à leur conférer un caractère nucléophile et un comportement voisins de celui des salicylates. Une étude exhaustive de la réaction des esters N-mésylanthraniliques avec de nombreux substrats quinoniques en présence de fluorure de césium dans le N, N-diméthylformamide vient en effet confirmer la régiospécificité du processus (C. Mongrain, L. Lee et P. Brassard; Synthesis, 678, 1993). Dans la seconde partie de nos travaux, nous avons démontré l'importance des anilinoquinones dans la synthèse de substances hétérocycliques azotées. A l'aide de réactions simples et efficaces, nous avons complété la synthèse de nombreuses acridones et benz[b]acridones polyfonctionnalisées. L'approche explorée permet également de préparer diverses substances isomères difficilement accessibles par les méthodes couramment utilisées. Nous avons ainsi pu confirmer la régiospécificité de cette nouvelle approche. Cette étude a été complétée par la synthèse de quelques acridones naturelles afin d'apporter certaines précisions quant à la nature exacte des produits décrits dans la littérature, ainsi que par une étude de cytotoxicité (C. Mongrain et P. Brassard; Heterocycles, 36, 2109, 1993). Nous avons aussi contribué à l'élaboration de méthodes pour la synthèse de la phomazarine et de l'isophomazarine, deux 1-azaanthraquinones naturelles. Malgré les nombreux progrès effectués dans la synthèse de la phomazarine, nous avons été incapables de cycliser l'intermédiaire I, ce qui nous aurait permis de compléter la construction de l'hétérocycle azoté. Dans ce chapitre, nous décrivons aussi la préparation de nouveaux diènes et la formation d'aminoquinones à l'aide de la méthodologie des cycloadditions régiospécifiques développé dans notre laboratoire. Finalement, la cycloaddition du 2-butyl-l, 3-diméthoxy-ltriméthylsiloxybuta- l, 3-diène à la 6-chloro-4-hydroxy-2-méthoxycarbonylquinoléine-5,8-quinone a fourni le squelette tricyclique de base de l'isophomazarine dans lequel, seul la position 9 n'est pas convenablement substitué." / Québec Université Laval, Bibliothèque 2018

Cette étude porte sur la caractérisation et la quantification des composés organiques volatils (COV) issus du séchage par déshumidification du chêne rouge et du séchage conventionnel à moyenne température du pin gris. Les méthodes retenues pour l’étude sont NCASI IM/CAN/WP-99.02, NCASI MD-99 et US-EPA 25A. Nous avons également employé une nouvelle technique de caractérisation des molécules volatiles: la Headspace-SPME, permettant la simulation du séchage du bois de pin et de chêne au laboratoire. Le pin gris a présenté des taux d’émission de COV très élevés: 2,24 gCOV/kgbois sec. Les principaux monoterpènes identifiés parmi les volatils issus du séchage du pin gris sont: alpha-pinène, beta-pinène et 3-carène. Les principaux composés polaires captés pour le pin gris sont: méthanol, acétaldéhyde et méthyle acétate, et pour le chêne rouge: acide acétique (ultra-majoritaire), méthanol et éthanol. La Headspace-SPME a permis l’identification de plusieurs polyphénols volatils provenant du chêne rouge (eugénol, etc.) et de sesquiterpènes bioactifs comme l’alpha-humulène, le caryophyllène dans le cas du pin gris. / This study focuses on the characterization and quantification of the volatile organic compounds (VOC) emitted during the dehumidification drying of red oak and the conventional drying of Jack pine at medium temperature. The methods used in this study were NCASI IM/CAN/WP-99.02, NCASI MD-99 and US-EPA 25A. We also employed a new technique for characterizing the volatile molecules: Headspace-SPME, which enables the laboratory simulation of pine and oak drying. Jack pine showed very high VOC emission rates: 2,24 gVOC/kgODW. The main monoterpenes identified among the volatiles released during the drying of jack pine were: alpha-pinene, beta-pinene and 3-carene. The main polar compounds collected from jack pine were methanol, acetaldehyde and methyl acetate, and the main polar compounds collected from red oak were acetic acid (vastly predominant), methanol and ethanol. Headspace-SPME enabled the identification of several volatile polyphenols (eugenol, etc.) released by red oak, as well as the identification of bioactive sesquiterpenes (such as alpha-humulene and caryophyllene) released by Jack pine.

Les composes carbonyles et BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène et xylène) sont deux groupes importants de composés organiques volatils (COV) présents dans l'atmosphère. Ils ont une contribution significative à la formation d'oxydants tels que l'ozone, PAN et d'autres photo-oxydants dans la troposphère. En outre, ils ont des effets néfastes sur la santé humaine. Dans ce travail, les concentrations atmosphériques de carbonyles et d’hydrocarbures aromatiques ont été mesurées et quantifiées en utilisant des techniques HPLC et GC-MS sur un site de mesure semi-urbain à Orléans (ICARE, France), de juin 2010 à août 2011. D’autres mesures ont été conduites à Pékin (CAS-RCEES, Chine) du 6 au 28 Juin 2013 en utilisant les mêmes techniques expérimentales. Les résultats obtenus dans ces deux sites sont présentés, comparés et discutés. / Carbonyls and BTEX (benzene, toluene, ethyl-benzene and xylene) are two important groups of Volatile Organic Compounds (VOCs) present in the atmosphere. They have a significant contribution to the formation of oxidants such as ozone, PAN and other photooxidants in the troposphere. In addition, they have adverse effects on human health. In this work, atmospheric concentrations of carbonyls and aromatic hydrocarbons were measured and quantified using GC-MS and HPLC techniques at a semi-urban site in Orleans (ICARE, France), from June 2010 to August 2011. Urban ambient air sampling was also performed in 6-28th June 2013 in Beijing (RCEES-CAS, China). It has been conducted in order to compare the measured concentrations of the investigated species in two different sites using the same analytical techniques. All results are presented and discussed.