La mucoviscidose est une maladie génétique, autosomale et récessive. Elle est caractérisée par une inflammation précoce des voies aériennes observée en absence de toute infection bactérienne, virale ou fongique. Aujourd’hui, l’origine de cette inflammation précoce reste très discutée. Plusieurs études mettent en avant la participation du stress oxydatif, une composante pathologique majeure de la mucoviscidose. Cependant, le lien entre le stress oxydatif et l’inflammation dans un contexte mucoviscidosique reste à démontrer.Mon projet de thèse a porté sur la caractérisation du rôle du stress oxydatif dans le déclenchement de l'inflammation dans la mucoviscidose. Pour cela j’ai utilisé des cellules épithéliales bronchiques humaines saines (HBE) et mucoviscidosiques(CFBE). J'ai également utilisé deux modèles de cellules dérivées de la cellule CFBE; les cellules CFBE corrigées par la protéinenormale et celles surexprimant la protéine CFTR mutée ; CFTR-delF508 (CFBE-delF508). La caractérisation du profil inflammatoire dans les trois modèles cellulaires a confirmé la présence d'une inflammation intrinsèque dans les cellules CFBE. Cependant, ce profil serait indépendant de l'expression de la protéine CFTR, car il n’est pas modifié suite à l’utilisation de traitements avec des correcteurs de l’expression de la protéine CFTR mutée. Ces résultats suggèrent que le statut inflammatoire dans les cellules mucoviscidosiques serait dû à des protagonistes autres que CFTR. Des études récentes de notre groupe ont montré que les cellules de patients atteints de mucoviscidose présentent une diminution de la concentration en cuivre (Cu), une augmentation de la production de radicaux libres (ROS) et une diminution des activités enzymatiques anti-oxydantes, notamment celle de la Cu/Zn-SOD. La caractérisation du statut du métal cuivre dans nos modèles, nous a permis d'établir un lien entre les niveaux de Cu, le stress oxydatif et l'inflammation dans la mucoviscidose. La comparaison des niveaux d'expression de gènes codants pour des protéines impliquées dans l'homéostasie du Cu dans les cellules HBE et CFBE, nous a permis d’identifier la protéine prion cellulaire (PrPC) comme protéine surexprimée dans les cellules CFBE. PrPC est une glycoprotéine ancrée à la surface des cellules grâce à son ancre Glycosyl-Phosphatidyl-Inositol(GPI). Plusieurs études menées in vitro et in vivo ont montré la capacité du PrPC à interagir avec différentes protéines, à lier le Cu avec une forte affinité, et à protéger les cellules contre le stress oxydatif. Néanmoins, ses fonctions restent à caractériserdans des tissus extra-neuronaux comme l'épithélium bronchique. Nous avons étudié le rôle de la protéine PrPC dans le contrôle de l'homéostasie du Cu et du stress oxydatif dans les cellules épithéliales bronchiques. Nous avons aussi étudié son implication dans le contrôle des jonctions cellulaires des cellules pulmonaires. Afin de mieux comprendre la fonction PrPC dans les processus inflammatoires associés à la mucoviscidose, nous avons développé une nouvelle lignée cellulaire invalidée pour la protéine PrPC, en utilisant la stratégie CRISPR / Cas9. Dans l'ensemble, notre projet a avancé nos connaissances sur la compréhension de l'implication de la protéine CFTR dans l’inflammation et le stress oxydatif associé aux cellules bronchiques mucoviscidosiques. Nous avons aussi mis en évidence l’implication du cuivre dans le stress et l’inflammation dans les cellules mucoviscidosiques. Finalement, nous avons montré que dans les cellules bronchiques humaine, la protéine PrPC est exprimée et localisée dans les jonctions cellulaires où elle participe à la protection contre le stress d’origine cuprique. / In cystic fibrosis (CF), inflammation is detected early on in the airways, even before the onset of bacterial infection, suggesting that mechanisms other than infection are at the origin of the initial inflammatory processes. Among these processes, there is the oxidative stress. The latter is widely accepted as a critical component of several diseases. My PhD project was focused on the characterization of the role of the oxidative stress in triggering inflammation in the CF disease. I used normal (HBE) and cystic fibrosis (CFBE) human bronchial epithelial cells. I also used two cell models derived from CFBE upon either, a stable expression of the wild-type protein (CFBE-wt), or its mutant form; delF508 (CFBEdeltaF508). The characterization of the inflammatory profile in our cellular models confirmed the presence of an intrinsic inflammation inCFBE cells. This profile was independent of the expression of the CFTR protein and was not modified upon the treatments with different molecules known to correct the trafficking of the mutant CFTR (delF508) protein. This suggest that other parameters might be the cause of the CF intrinsic inflammation. Recent studies from our group showed that cells from bronchial CF patients displayed a decrease in copper (Cu) concentrations, and increase in the production of free radicals, and a decrease in antioxidant enzyme activities, such as Cu/Zn-SOD. These results allowed us to establish a link between Cu levels, oxidative stress and inflammation. While investigating the levels of expression of a number of genes encoding proteins that control Cu homeostasis in HBE and CFBE cells, we found that the expression of the cellular prion protein (PrPC) was altered in CFBE cells. PrPC is a glycosyl phosphatidyl inositol (GPI)-anchored glycoprotein involved in prion infection, propagation and aggregation in the central nervous system that leads to transmissible spongiforme encephalopathies (TSE) diseases. Despite several in vitro and in vivo studies demonstrating the capacity of PrPC to interact with other proteins, to bind copper (Cu) with high affinity and to protect cells against oxidative stress, its physiological functions were still under investigations, particularly in extra-neuronal tissues, such as the bronchial epithelium. We have addressed the role of PrPC in the lung cellular architecture, by determining its impact on the integrity of the lung epithelial junctions. This was performed in relation to Cu homeostasis and oxidative stress in bronchial epithelial cells. To further understand PrPC function, we developed a new HBE PrPC knock-out cell line using the CRISPR/Cas9 strategy. Overall, my project brought new insights into the understanding copper involvement in inflammation, oxidative stress and jonctionnal barriers, and how PrPC protein protect bronchial epithelial cells form copper-associated oxidative stress.

Le premier objectif de ce travail a consisté à développer la réaction CuSAC (découverte au laboratoire) pour la synthèse régiosélective de pyrazoles poly-substitués, dans un contexte de méthodologie de synthèse. Il existe de nombreux composés biologiquement actifs contenant le motif pyrazole et peu de méthodes régiosélectives décrites pour les synthétiser. Développer une nouvelle réaction pour obtenir des pyrazoles poly-substitués de façon contrôlée était donc très intéressant pour des applications synthétiques.Le deuxième objectif a été d’appliquer cette réaction à la bioconjugaison et notamment au développement de sondes profluorescentes Des coumarines-sydnones subissant un effet d’extinction de fluorescence par le phénomène PeT ont été développées. Suite au couplage avec un alcyne, le pyrazole formé n’éteint plus lafluorescence de la coumarine. Ce type de sondes est très intéressant pour le marquage de biomolécules, car il n’y a aucun parasitage de fluorescence et donc ne nécessite aucun lavage.Le troisième objectif de la thèse a été d’explorer la réactivité des composés mésoioniques pour un alcyne, sous une catalyse au cuivre, dans le but de découvrir de nouvelles réactions click. Un criblage de 24 composés dans 9 conditions de catalyses différentes, faisant plus de 200 réactions réalisées, a été effectué. Deux réactions ont été révélées, dont une très prometteuse. Celle-ci permet dans la même opération de lier deux partenaires tout en libérant un fragment d’un des deux partenaires. Cette réaction a été étudiée dans le but de développer un outil de théranostique où être utilisée pour la mise au point de nouveaux espaceurs clivables. / The first aim of this work was the development of a new regioselective synthetic access to poly-substituted pyrazoles via the CuSAC reaction, previously discovered in the laboratory. The development of new reactions leading to poly-substituted pyrazoles with a full control of regioselectivity is highly interesting for synthetic applications.The second aim of this work was the application of this reaction for the labeling of complex biomolecules. To broaden the scope of the CuSAC, fluorogenic coumarin-sydnones which undergo fluorescence extinction via PeT have been designed and synthetized. Following the coupling reaction, the newly formed pyrazole core allows huge enhancement of the fluorescence signal.This kind of probes is highly interesting in the specific labelling of biomolecules avoiding washing steps.The last project of this thesis have been focused on the discovery of new [3+2] cycloaddition reaction implying a mesoionic compound and a terminal alkyne under copper catalysis. 24 mesoionic dipoles were screened for their ability to react with a terminal alkyne in 9 different catalytic conditions, yielding to more than 200 reactions screened. Two hits were identified, one of them holding great promise. This hit allows an efficient “click and release” reaction which should find tremendous applications, especially in the fields of theranostic and cleavable linker development.

Les allènes ont longtemps été perçus comme des curiosités scientifiques notamment à cause de leur réactivité et de leur structure très particulières. Cependant ils bénéficient d'une attention de plus en plus importante de la part des chercheurs depuis plusieurs décennies grâce au développement de méthodes efficaces pour les synthétiser. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'hydrofonctionnalisation intermoléculaire de ces molécules insaturées. Les hydrofonctionnalisations sont généralement des réactions très efficaces, qui permettent d'éviter la production de déchets, et qui donnent accès à un très large panel de produits d'intérêts. Jusqu'à maintenant, les réactions d'hydrofonctionnalisations d'allènes ont nécessité l'emploi de systèmes catalytiques faisant appel à des métaux précieux combinés à des ligands complexes. Notre objectif était de rendre ces réactions réalisables avec le système le plus simple possible et un catalyseur peu onéreux et peu toxique : le cuivre. Nous avons tout d'abord étudié les réactions d'hydroaminations, qui ont été réalisées avec de nombreux allènes variés. Par la suite, nous avons souhaité démontrer le potentiel de notre système catalytique, en étendant cette réactivité pour la création de liaisons C-C et C-O. / Allenes were perceived as scientific oddity for a long time, due to their particular reactivity. But they are currently attracting a growing interets of chemists since the discovery of efficient synthesis for these compounds in the past few decades. During this thesis, we focused on intermolecular hydrofunctionalization of these substrates. Hydrofunctionalization process generally avoid the production of any wastes, and give an efficient access to a large scope of valuables compounds. Until now, allenes hydrofunctionalizations required the use of catalytic systems using precious metals combined with complex ligands. Our goal was to perform this sort of reaction with a simplest possible system using a cheap metal with low-toxicity : copper. We started studying hydroaminations process, which were realized on a large scope of allenes. Subsequently, we wanted to demonstrate the potential of our new catalytic system and so applied it for the creation of C-C and C-O bonds.

Cette thèse présente la synthèse de graphène par CVD catalytique sur feuille de cuivre, wafers de silicium revêtus de nickel et sur mousse de nickel. Les dépôts ont été réalisé à partir de méthane et d'éthylène. Pour l'ensemble de ces substrats, les études faites ont permis de mieux appréhender les mécanismes de croissance et de déterminer les paramètres opératoires optimaux. Des tests applicatifs ont été effectué pour utiliser le graphène synthétisé comme électrode d'OLED et de batterie Li-ion. / This study concerns graphene synthesis by catalytic CVD (Chemical Vapor Deposition) on copper foils, silicon wafers coated with nickel and nickel foam. Deposits have been synthesized from methane and ethylene. For the whole substrates studied, the results obtained have allowed to better understand the mechanisms of nucleation/growth of graphene and to determine the optimal operating parameters. Some applicative tests have been performed in the fields of OLED and Li-ion battery.

Les objectifs principaux de ce travail étaient d'étudier la nature des composés de cuivre formés dans les nano-zéolithes en utilisant deux approches: (i) incorporation directe du Cu via une synthèse mono pot et (ii) incorporation post-synthèse du Cu suivi par une réduction chimique. Une étude détaillée de l'évolution des espèces de cuivre dans la suspension de nano-zéolithe LTL réduite avec de l'hydrazine a révélé la formation de nanoparticules de cuivre avec des dimensions limitées par la taille de canaux et des cages de la zéolithe. Cependant, avec un temps de réduction prolongé, les NPs de Cu ont tendance à migrer vers la surface de la zéolithe en raison de leur forte mobilité dans les milieux aqueux, et donne lieu à de grosses particules de cuivre, tout en conservant la structure de la zéolithe. La réduction du cuivre donne lieu à un système complexe contenant différentes espèces de cuivre: des résidus de Cu2+, Cu+ et des NPs de Cu. Les études par spectroscopie IRTF montrent l'hétérogénéité des cations Cu 2+ et Cu + dans la zéolithe Cu-LTL préparée par échange ionique. Il a été prouvé, que l'état et le comportement du cuivre dans la zéolithe LTL dépendent fortement de la méthode utilisée pour l'incorporation du Cu, soit par échange ionique, soit par incorporation directe du Cu. Il est devenu évident que le cuivre ajouté au mélange de synthèse possède un environnement distinct et occupe une position différente quand il est comparé à celui de l’échange ionique. Il est vraisemblablement partiellement localisé dans la charpente zéolithique ou /caché dans la structureet est inaccessible pour les molécules adsorbées. De plus, les modifications post-synthèse du matériau obtenu par synthèse directe entrainent un déplacement vers des positions hors structure d’un nombre important de Cu.De plus, les films minces de zéolithes contenant du métal avec des épaisseurs différentes ont été obtenue par un procédé de revêtement par centrifugation de supports de silicium et/ou des supports optiques CaF 2. Ce dernier a été utilisé pour la détection de CO en faible concentration à température ambiante et l’étude de la réponse optique ultrarapide du matériau photo-excité en résonance avec la bande du plasmon des NPs métalliques. En résume, ce travail couvre entièrement toutes les étapes de la synthèse, la modification, la caractérisation complète et l’utilisation de nano-cristaux de zéolithe contenant du métal. La combinaison des propriétés uniques des nanoparticules de cuivre et de la polyvalence des nano-zéolites donne lieu à des matériaux avancées intéressants pour de nombreuses d'applications dans des dispositifs de taille nanométrique, la détection sélective de produit chimique, la catalyse, etc. / The main objectives of this work were to study the nature of copper species formed in the nanosized zeolites using two approaches: (i) direct incorporation of Cu via one pot synthesis, and (ii) post synthesis incorporation of Cu followed by chemical reduction. A detailed study of the evolution of copper species in the LTL nanosized zeolite suspension reduced with hydrazine revealed the formation of copper nanoparticles with the dimensions limited by the size of zeolite channels and cages. However, with prolonged reduction time, the Cu NPs tend to migrate to the zeolite surface due to their high mobility in aqueous media, resulting in large copper particles, while the zeolite structure is preserved. The reduction of copper resulted in a complex system, containing different copper species: residuals of Cu2+, Cu+, CuNPs. The results of FTIR spectroscopy show the heterogeneity of Cu2+ and Cu+ cations in the Cu-LTL zeolite prepared by ion-exchange procedure. It has been proven, that the state and behavior of copper in LTL zeolite strongly depend on the method used for Cu inclusion: ion exchange or direct Cu incorporation. It became evident, that copper added to the synthesis mixture shows distinct environment and occupies different position when compared to ion exchange. It is presumably partially located in the zeolite framework or occluded in its walls and is inaccessible by adsorbed molecules. In addition, the post-synthesis modifications of the material obtained by direct synthesis cause the displacement of a significant amount of Cu to the extra-framework positions.Further, the metal containing zeolite thin films with different thickness were obtained by spin-coating approach on silicon wafers and CaF2 optical plates. The latter were after employed for detection of low concentration of CO at ambient temperature and investigation of the ultrafast optical response of the materials photo-excited in resonance with the plasmon band of the Me NPs. In summary, the present PhD thesis fully covers the all steps from the synthesis, modification, thorough characterization, and application of metal-containing nanosized zeolite crystals. The combination of unique properties of copper nanoparticles with versatility of nanozeolites give rise to the development of advanced materials which are interesting for many applications in nanoscale devices, selective chemical sensing, catalysis etc.

Au cours de la dernière décennie, les alliages de fonderie Al-Si ont été utilisés de plus en plus comme une alternative appropriée à la fonte dans la fabrication de composants de moteurs (par exemple les culasses). Les objectifs du projet étaient d'étudier l'effet des éléments tels que le cuivre, le magnésium et le fer sur les défauts de solidification, et sur l'évolution des phases poste-eutectiques les alliages de fonderie Al-Si. Tout d’abord, les travaux antérieurs sont soigneusement examinés afin de mieux comprendre les charges de fatigue thermomécanique, les caractéristiques, les exigences et les matériaux applicables dans les composantes du moteur. Par la suite, les défauts de solidification (tendance de fissuration à chaud (HTS) et microporosité) des alliages à base d’Al-Si ont été évalués. En augmentant la teneur en Cu et en Fe des alliages, la valeur de HTS et de microporosité ont été augmentées. Les indices théoriques de fissuration à chaud ont été simulés avec un modèle de microségrégation multiphasique avec rétrodiffusion dans la phase primaire «multiphase back diffusion model». La corrélation obtenue entre les résultats expérimentaux (HTS) et les résultats simulés est excellente. L’effet de la composition chimique (Cu, Mg et Fe contenu) dans les alliages Al-Si sur l'évolution de la microstructure ont donc été étudiées. Les microstructures à l'état de coulée et à l'état de traitement thermique de mise en solution (SHT) ont été évaluées par les microscopies optique/électronique. Deux intermétalliques contenant du Mg (Q-Al5Cu2Mg8Si6, π-Al8FeMg3Si6) qui apparaissent avec une couleur grise sous le microscope optique ont été discriminés par des attaques chimiques que nous avons développées. L’analyse calorimétrique différentielle à balayage (DSC) a été utilisée pour examiner les transformations de phase survenant au cours du processus de chauffage et de refroidissement. Les calculs thermodynamiques ont été effectués pour évaluer la formation de la phase à l'état d'équilibre et hors-équilibre. Les résultats ont démontré que la séquence de solidification et la stabilité des intermétalliques contenant du Cu/Mg ont été fortement influencée par la composition chimique des alliages. La phase Q-Al5Cu2Mg8Si6 a été solidifiée soit à la même température ou plus tôt que la phase θ-Al2Cu en fonction de la teneur en Cu de l'alliage. Par ailleurs, les phases Q-Al5Cu2Mg8Si6 et π-Al8FeMg3Si6 qui étaient solubles à 505℃ dans l'alliage Al-7Si-1.5Cu-0.4mg, sont restées presque intactes dans l'alliage Al-7Si-1.5Cu-0.8mg wt.-%. Bien que l’intermétallique-AlCuFe a été à peine observé dans la microstructure de coulée, la réaction entre la phase primiare α-Al avec la phase β-Al5FeSi a causé la formation de la phase N-Al7Cu2Fe au cours de la mise en solution. La transformation de phase à l'état solide de la phase β-Al5FeSi à la phase N-Al7Cu2Fe a également été étudiée. / Over the past decade, Al-Si based foundry alloys have increasingly been used as a suitable alternative for cast iron in the fabrication of engine components. This project was aimed to study the effect of Cu, Mg and Fe elements on solidification defects (hot rearing tendency and microporosity), and on evolution of post eutectic phases in the Al-7Si (wt.-%) based alloys. Initially, the previous works and the most pertinent literatures were thoroughly reviewed to elaborate the thermo-mechanical fatigue loads, characteristics, requirements and materials applicable in engine components (mainly cylinder-head). Subsequently, the solidification defects of the Al-Si based alloys were evaluated. By increasing Cu and Fe content of the alloys, the hot tearing sensitivity and the microporosity content of the alloys were both enhanced. Multiphase back diffusion model was utilized to simulate the theoretical hot tearing indices. A very good correlation was obtained between the experimental and the theoretical hot tearing indices. Effect of the chemistry (Cu, Mg and Fe content) on microstructure evolution of the Al-Si foundry alloys was consequently studied. As-cast and solution heat treated (SHT) microstructures of the alloys were evaluated by optical- and electron-microscopy. Two etchants were developed to discriminate the Mg-bearing intermetallics (Q-Al5Cu2Mg8Si6, π- Al8FeMg3Si6) under optical microscope. Differential scanning calorimetry (DSC) was utilized to examine the phase transformations occurring during heating/cooling process. Thermodynamic computations were carried out to assess the phase formation in the equilibrium/non-equilibrium conditions. According to the predicted/experimental results, the solidification sequence and the stability of Cu/Mg bearing intermetallics are strongly influenced by the chemistry of the alloys. Q-Al5Cu2Mg8Si6 phase was solidified either at the same temperature or earlier than θ-Al2Cu phase depending the Cu content of the alloy. Moreover, Q-Al5Cu2Mg8Si6 and π- Al8FeMg3Si6 which were soluble at 505℃ in the alloy Al-7Si-1.5Cu-0.4Mg, remained almost intact in the alloy Al-7Si-1.5Cu-0.8Mg wt.-%. Tough the AlCuFe- intermetallic was barely observed in the as-cast microstructure, the reaction of α-Al with the β-Al5FeSi phase caused the formation of the N-Al7Cu2Fe phase during SHT. The solid state phase transformation (precipitation temperature and mechanism) of β-Al5FeSi to the N-Al7Cu2Fe phase was also investigated.

La préparation de catalyseurs bimétalliques supportés sur oxyde est délicate si l'on veut obtenir après activation des particules de taille homogène et contenant toutes l'alliage désiré. Le couple Ni-Cu présente une difficulté intéressante due à la ségrégation des métaux à l'état oxydé par formation d'hydroxydes ou de silicates. Pour contourner la difficulté, ces métaux ont été complexés avec un ligand polydentate, l'éthylènediamine. L'étude porte sur le contrôle de la nature du dépôt de ces métaux sur silice en fonction des conditions de préparation (température, pH, teneur). Les spectroscopies UV-visible et RPE sont utilisées pour caractériser les sites d'adsorption. Une étude thermodynamique des réactions d'adsorption permet de mieux comprendre l'interaction des complexes avec la surface. Bien que l'adsorption du complexe du cuivre soit plus forte que celle du nickel, l'adsorption simultanée révèle qu'il y a compétition des deux métaux pour les mêmes sites. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2018

Depuis sa première isolation, les ligands carbènes N-hétérocycliques (NHC) s’avèrent très utiles pour la coordination avec les métaux de transition ainsi que pour la catalyse. Étant abondant et moins onéreux, le fer en tant que catalyseur a connu un essor considérable au cours de ces dernières décennies. De nombreux Fe-NHCs ont été synthétisés, mais le Fe-NHC chiral utilisé pour la catalyse asymétrique en est encore à ses débuts. En comparaison avec les métaux rares, le cuivre en tant que métal de transition polyvalent et moins coûteux, a également suscité beaucoup d’attention. Cependant, le développement du Cu-NHC chiral en tant que catalyseur efficace reste difficile. Ainsi, plusieurs types de nouveaux précurseurs de ligand NHC chiral ont été synthétisés. Les synthèses de Fe-NHCs et de Cu-NHCs chiraux ont été initiées à partir des précurseurs chiraux. Il a été constaté que les Fe-NHCs et les Cu-NHCs se décomposent au contact de l’air. Les Fe-NHCs et Cu-NHCs chiraux générés in situ sont utilisés dans les réactions d'hydrosilylation, les réactions de Mukaiyama aldol, l'insertion de carbène métallique dans la liaison SiH et les réactions de type Heck. Les Fe- NHCs in situ se sont avérés non utilisables dans la réaction d'hydrosilylation de l'acétophénone. Pour les réactions de Mukaiyama aldol, les conditions d'utilisation de Fe-NHCs in situ ont permis d'obtenir les produits souhaités avec un rendement allant jusqu'à 88%. Cependant, aucune énantiosélectivité n'a été observée, probablement pour des raisons de désactivation du ligand NHC. La réaction d'insertion du métal-carbène dans la liaison SiH catalysée in situ par des Cu-NHCs a donné un rendement pouvant atteindre 84% et 24% ee de produit. En outre, les réactions de type Heck ont été testées avec un catalyseur chiral Pd-NHC, qui a aboutit à un rendement supérieur à 91% sans avoir fournir d’énantiosélectivité. De plus, les décompositions de différents types de Cu-NHCs et Ag-NHCs dans des solutions sous air humide ont été étudiées. L’hydrolyse et l’oxydation de Cu- NHCs ont généré, sous air, des imidazoliums et des dérivés d'urée. Les Ag-NHCs ont été hydrolysés pour donner des formamides ou des imidazoliums en solution sous air humide. Par la suite, une nouvelle méthode de synthèse du dérivé d'urée utilisant du cuivre et de l'air en tant qu'oxydant a été developpée. Elle a permis d'obtenir des rendements modérés voire même très bons pour des substrats sans encombrement stérique. Les conditions d'oxydation douces conviennent à la synthèse de dérivés d'urée possédant des groupes alkyle, benzyle, aryle, hydroxy primaire, un groupe tertbutyloxycarbonyle sensible aux acides et des groupes amine tertiaire. Dans le dernier projet, une synthèse générale et efficace des dihydroquinoxalinones énantiopures a été développée. La cyclisation réductrice de N-(o-nitroaryl)amino esters a été réalisée en utilisant du fer et du zinc métallique dans des conditions douces pour donner des dihydroquinoxalinones avec des rendements modérés à élevés et une pureté énantiomérique élevée. / Since its first isolation, N-heterocyclic carbenes (NHC) have been found very useful to coordinate with metals and serve as ligand in catalysis. With the advantages of environmental friendliness, abundance and being less expensive, iron as a metal catalyst has received growing attention in recent decades. Despite that many Fe-NHCs have been synthesized, chiral Fe-NHC for asymmetric catalysis is still in its infancy. In comparison to precious metals, copper as a versatile and less expensive transition metal also has recieved much attention. However, the development of chiral Cu-NHC as efficient catalyst is still challenging. Thus, several types of novel chiral NHC ligand precursors have been synthesized. The synthesis of chiral Fe-NHCs and Cu-NHCs were attempted using those chiral precursors. It was found that the Fe-NHCs and Cu-NHCs would decompose under air. On the other hand, the applications of in situ generated generated chiral Fe-NHCs and Cu-NHCs were carried out for hydrosilylation reactions, Mukaiyama aldol reactions, insertion of metal-carbene into SiH bond and Heck-type reactions. The in situ generated Fe-NHCs were found not applicable in the hydrosilylation of acetophenone. For the Mukaiyama aldol reactions, the conditions using in situ generated Fe-NHCs led to the desired products in up to 88% yield. However, no enantioselectivity was observed for all attempts, probably due to the deactivation of NHC ligand. The insertion reaction of metal-carbene into SiH bond catalyzed by in situ generated Cu-NHCs afforded up to 84% yield and 24% ee of product. Besides, the Heck-type reactions were tested using a chiral Pd-NHC as catalyst. The reactions afforded up to 91% yield, but no enantioselectivity was observed. Furthermore, the decompositions of different types of Cu-NHCs and Ag-NHCs in solutions under humid air were studied. The Cu-NHCs underwent hydrolysis and oxidation to generate imidazoliums and urea derivatives under air. The Ag-NHCs were hydrolyzed to yield formamides or imidazoliums in solution under humid air. Subsequently, a new synthetic method of urea derivative using copper and air as oxidant was developed, which provided moderate to very good yields for sterically unhindered substrates. The mild oxidation conditions are suitable for the synthesis of urea derivatives possessing alkyl, benzyl, aryl, primary hydroxy, acid-sensitive tertbutyloxycarbonyl group, and tertiary amine groups. In the last project, a general and efficient synthesis of enantiopure dihydroquinoxalinones has been developed. The reductive cyclization of N-(o-nitroaryl)amino esters was performed by using iron and zinc metal under mild conditions to afford dihydroquinoxalinones in moderate to high yields and high enantiomeric purity.

Cette thèse décrit la découverte de transformations synthétiques énantiosélectives et non énantiosélectives dans lesquelles des catalyseurs chiraux et environnementalement bénins à base de cuivre, de fer et de zinc sont utilisés pour des réactions d’insertion de diazos dans les liaisons Si–H et S–H et pour des réactions d’hydrosilylation de cétones. Des réactions énantiosélectives et non énantiosélectives d’insertion de métal-carbènes d’α-diazoesters catalysées par le cuivre et le fer dans les liaisons Si–H et S–H sont décrites. Nous avons réussi à développer un protocole efficace pour la réaction d’insertion de métal-carbènes d’α-diazoesters catalysée par le cuivre et le fer dans les liaisons Si–H et S–H. Avec l’utilisation de [(MeCN)4Cu]PF6 et de Fe(OTf)2, une grande variété d’α-silylesters ont été synthétisés avec des bons et des excellents rendements (jusqu’à 98%). Ces catalyseurs peuvent aussi être utilisés efficacement pour l’insertion de métal-carbène dans la liaison S– H avec des bons rendements (jusqu’à 90%). Des résultats prometteurs ont été obtenus pour les réactions d’insertion de métal-carbènes d’α-diazoesters catalysées par le fer dans la liaison Si–H avec l’utilisation du DMC comme solvant vert en remplacement de CH2Cl2. Plusieurs ligands diamines chiraux ont été testés pour développer une réaction d’insertion de métal-carbène hautement énantiosélective dans la liaison Si–H avec l’utilisation du sel de cuivre peu coûteux [(MeCN)4Cu]PF6 comme catalyseur. Un excellent rendement ainsi qu’une excellente énantiosélectivité (rendement de 85%, 99:1 er) ont été obtenus lorsque les ligands contenant un coeur (R, R)-diaminocyclohexane et des groupements mésityles ont été utilisés. Il s’agit d’un très bon exemple de réaction hautement énantiosélective d’insertion dans la liaison Si–H avec l’utilisation d’aryldiazoacétates, de sources de silane peu coûteuses en comparaison avec d’autres et de ligands diamines chiraux facilement synthétisables ayant été utilisés pour la première fois dans la réaction d’insertion énantiosélective de métal-carbène dans la liaison Si–H. Nous avons découvert que les diamines chirales, facilement disponibles, sont aussi des ligands efficaces pour la réduction d’aryle-cétones avec le catalyseur Zn(OAc)2. Les alcools recherchés ont été obtenus avec des hauts rendements et de très bons rapports énantiomériques (rendements jusqu’à 99%, er jusqu’à 99:1). Nous avons aussi obtenu de bons résultats pour l’hydrosilylation de la pphényltrifluoroacetophénone avec l’utilisation d’un système bipybox-iPr/Fe(OAc)2... / This thesis describes the development of non-enantioselective and enantioselective synthetic transformations using copper, iron, and zinc salts as environmentally benign catalysts for diazo insertion reactions into the Si–H and S–H bonds and hydrosilylation reactions of ketones. Non-enantioselective and enantioselective copper and iron-catalyzed metal carbene insertion reactions of α-diazoesters into Si–H and S–H bonds are described. We successfully developed an efficient copper and iron-catalyzed protocol for the metal carbene insertion reaction of α-diazoesters into Si–H and S–H bonds. By using [(MeCN)4Cu]PF6 and Fe(OTf)2, a wide range of α-silylesters were synthesized in good to excellent yields (up to 98%). These catalysts have been shown to be efficient for metal carbene insertion into S–H bond in high yields (up to 90%) as well. Excellet results have been obtained for iron-catalyzed carbene insertion reactions of α-diazoesters into Si–H bond using DMC as a green solvent instead of CH2Cl2. Several chiral diamine ligands were tested to develop a highly enantioselective metal carbene insertion reaction into the Si–H bond using the inexpensive copper salt [(MeCN)4Cu]PF6 as catalyst. Excellent yield and enantioselectivity (85% yield, 99:1 er) were obtained when the ligands containing a (R, R)- diaminocyclohexane core and mesityl groups were used. This is the very good example of highly enantioselective Si–H bond insertion reactions using aryldiazoacetates and inexpensive silane sources compare to others and easy-to-synthesize chiral diamine ligands that have been used for the first time for enantioselective Si–H bond insertion reaction. We have found that the readily available chiral diamines are also efficient ligands for the reduction of aryl ketones using Zn(OAc)2 as catalyst. The desired alcohols were obtained in high yields and very good enantiomeric ratios (up to 99% yields, up to 99:1 er). We also obtained good results for the hydrosilylation of p-phenyltrifluoroacetophenone using a bipybox-iPr/Fe(OAc)2 system (85% yield, 80:20 er). Based on the information in the literature, there are just a few examples on asymmetric hydrosilylation of pphenyltrifluoroacetophenone using ZnEt2 with very low enantioselectivities.

Une hernie abdominale survient lorsqu’un organe émerge de la cavité abdominale à travers une faiblesse musculaire. La cure de hernie est une des procédures chirurgicales les plus fréquemment réalisée. Une prothèse synthétique est souvent utilisée lors des procédures pour diminuer le taux de récidives. L’implantation de prothèse peut entraîner certaines complications, dont les infections chroniques. Certains facteurs dans la conception de la prothèse peuvent diminuer les taux d’infections. Plusieurs études ont montré que le Nitinol et certaines nanoparticules possèdent des propriétés antimicrobiennes. Les objectifs de cette étude sont d’examiner les surfaces d’échantillons de prothèses en Nitinol revêtis de nanoparticules d’argent et cuivre, ainsi que d’évaluer préliminairement leurs propriétés antimicrobiennes. Trois échantillons de prothèses ont été examinés : une en Nitinol seul et deux autres avec un revêtement de nanoparticules d’argent et cuivre, KJ103 et KJ501. L’étude de surface fut réalisée à l’École Polytechnique de Montréal. L’étude des propriétés antimicrobiennes fut réalisée dans les laboratoires de l’Institut de Cardiologie de Montréal. Les échantillons en Nitinol et une prothèse commerciale en polypropylène ont été exposés à trois micro-organismes habituellement retrouvés dans les infections chroniques : Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis et Candida albicans. Après une période d’incubation, des biofilms étaient visibles sur toutes les prothèses. Qualitativement, les prothèses en Nitinol semblaient moins susceptibles aux micro-organismes, en particulier l’échantillon KJ501. Les hernies abdominales sont fréquemment diagnostiquées en médecine. Les prothèses utilisées lors des chirurgies servent à prévenir les récidives. Par contre, les prothèses sont à risque de causer des infections chroniques. Cette expérience préliminaire suggère que les prothèses expérimentales en Nitinol ayant des nanoparticules d’argent et cuivres semblent moins susceptibles aux micro-organismes comparativement à une prothèse en polypropylène. / An abdominal hernia occurs when an organ protrudes through a weakness in the abdominal wall. Hernia repair is one of the most frequently performed surgeries. During the repair, a synthetic mesh is often used to decrease recurrence rates. Meshes can be associated with complications, such as chronic infections. Certain properties of the mesh itself can decrease infection rates. Several studies have shown that Nitinol, as well as silver and copper nanoparticles, have anti-microbial properties. The objectives of this study were to examine some surface properties of samples of Nitinol mesh with silver and copper nanoparticles and to preliminarily evaluate their antimicrobial properties. Three mesh samples were examined; one made uniquely with Nitinol and two others with silver and copper nanoparticle coatings, KJ103 and KJ501. The surface study was done at the École Polytechnique of Montréal. The study of the antimicrobial properties was performed at the laboratories of the Institut de Cardiologie de Montréal. The Nitinol samples and a commercially sold polypropylene mesh were exposed to three micro-organisms commonly found in mesh infection: Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis and Candida albicans. After the incubation period, biofilms were visible on all the meshes. Qualitatively, the Nitinol mesh showed less biofilm growth, in particular the KJ501 sample. Hernias are frequently diagnosed in medicine. Meshes are used during surgery to prevent recurrences. However, meshes are at risk of chronic infections. This preliminary experiment suggests that the Nitinol mesh with silver and copper nanoparticles are less prone to develop microbial biofilms when compared with a polypropylene mesh.