Ces travaux de thèse nous ont permis de mettre en évidence un accès à un large nombre de composés polycycliques. Les étendues des méthodes employant des cascades réactionnelles palladocatalysées et leurs limites ont été étudiées. L'initialisation de ces cascades se fait par une cyclocarbopalladation de type de 4-exo-dig, suivie par un couplage de Sonogashira. Avec des substrats et des conditions adéquats, la cascade réactionnelle continue avec une alcynilation, une électrocyclisation à huit électrons p et une électrocyclisation à six électrons p. En un nombre limité d'étapes sont ainsi obtenus des châssis moléculaires complexes : les fenestradiènes et les cyclooctatriènes. Des dérivés portant des substituants variés dans différentes positions ont été synthétisés, notamment possédant des hétéroatomes. Leurs accès a été assuré par des synthèses linéaires ou encore par une approche plateforme. Ceci a été complété par une étude in silico en vue du potentiel thérapeutique de ces châssis moléculaires.

Ces travaux de thèse nous ont permis de mettre en évidence un accès à un large nombre de composés polycycliques. Les étendues des méthodes employant des cascades réactionnelles palladocatalysées et leurs limites ont été étudiées. L’initialisation de ces cascades se fait par une cyclocarbopalladation de type de 4-exo-dig, suivie par un couplage de Sonogashira. Avec des substrats et des conditions adéquats, la cascade réactionnelle continue avec une alcynilation, une électrocyclisation à huit électrons p et une électrocyclisation à six électrons p. En un nombre limité d’étapes sont ainsi obtenus des châssis moléculaires complexes : les fenestradiènes et les cyclooctatriènes. Des dérivés portant des substituants variés dans différentes positions ont été synthétisés, notamment possédant des hétéroatomes. Leurs accès a été assuré par des synthèses linéaires ou encore par une approche plateforme. Ceci a été complété par une étude in silico en vue du potentiel thérapeutique de ces châssis moléculaires. / This PhD thesis was focused on the study of cascade reactions and allowed the access to a large variety of polycyclic compounds. The extension of several methods employing palladocatalyzed cascade reactions and their limits have been studied. Those cascades are initiated by a 4-exo-dig cyclocarbopalladation, followed by a Sonogashira coupling. With an adequate substrate and the appropriate conditions, the cascade reaction can even be extended by an alcynilation, followed by an eight p electron electrocyclization and a six p electron electrocyclization. Complex scaffolds are thus obtained in only a few steps: fenestradienes and cyclooctatrienes. Derivatives with various substituents in different positions have been synthesized, particularly with heteroatoms. Their access has been ensured by either linear synthesis or a platform approach. This project was completed by an in silico study of the scaffolds regarding their drug-like potential.

Les pétroles utilisés en raffinage étant de plus en plus lourds et chargés en métaux et hétéroélements, il est d’une grande importance pour les activités de raffinage de connaître la spéciation de ces espèces au sein des produits pétroliers et leurs comportements durant les procédés de raffinage. Afin d’apporter des réponses à cette problématique des techniques de caractérisation élémentaire et moléculaire ont été utilisées notamment par ICP MS Haute Résolution et FT ICR MS respectivement. Ces techniques analytiques sont appliquées à différents échantillons pétroliers provenant parfois de procédés de raffinage et les informations obtenues au niveau élémentaire et moléculaire sont utilisées de manières complémentaires pour améliorer notre compréhension des mécanismes se produisant au sein de nos échantillons durant les activités de raffinage. / The crude oils available for the refining industry are heavier and heavier and more concentrated in metals and heteroelements. It is thus of great importance to study the speciation of these species within the petroleum products and their behavior during the refining processes. To answer that problematic, elemental and molecular characterization techniques have been used, mainly High Resolution ICP MS and FT ICR MS for the elemental and molecular characterization respectively. The analytical techniques quoted are used for the analysis of several petroleum products sometimes originating from refining processes and the information obtained at the elemental and molecular level are combined to improve our understanding of the mechanisms occurring within our samples during refining activities.

Les accumulateurs métal-air possèdent des densités d'énergie théoriques très élevées, et sont considérés comme de candidats idéaux en vue d'une rupture technologique dans les domaines des véhicules électriques et du stockage stationnaire à grande échelle. Un accumulateur métal-air opérant dans un électrolyte aqueux est peu coûteux, plus sûr, recyclable et a une faible empreinte environnementale. Ainsi, l'aboutissement de cette technologie naissante serait une alternative crédible aux accumulateurs Li-ion qui ont atteint un niveau de maturité technologique. Toutefois, le principal verrou scientifique à lever pour amener ces systèmes dans une réalité commerciale, concerne le développement d'électrodes à air bifonctionnelles. Cela nécessite la conception de catalyseurs peu coûteux et performants vis-à-vis des réactions de réduction (décharge) et de dégagement du dioxygène (charge). Les études ont porté sur la préparation de dérivés du graphène, de cobaltites et de matériaux composites carbone/oxyde. Des caractérisations physicochimiqes ont permis d'accéder à une meilleure compréhension des effets induits par leur composition, leurs propriétés électroniques et morphostructurales. Des expériences ont été conduites pour séparer les effets induits par la nature chimique du support carboné de ceux résultant de l'incorporation d'hétéroatomes ou des propriétés de surface des cobaltites. En outre, une partie de ce travail a été consacrée à l'étude de l'effet de la nature chimique de l'électrolyte (LiOH et K2ZnOH4) sur l'activité et la stabilité des nanoparticules de Co3O4 supportées sur oxyde de graphène réduit et bi-dopé à l'azote et au soufre lors l'électrocatalyse du dioxygène. / Rechargeable metal-air batteries exhibit high theoretical energy densities, and could be an ideal candidate for a technological breakthrough in the field of electric vehicles and large-scale stationary energy storage. Aqueous metal-air batteries are low-cost, safe, recyclable, and have environmental footprint. Thus, the outcome of this emerging technology could offer a credible alternative to Li-ion batteries, which are reaching a technology readiness level. However, the main scientific challenge to bring these systems into a commercial reality concerns the development of bifunctional air electrodes. This requires the design of low-cost, stable and efficient catalysts for both oxygen reduction (discharge) and oxygen evolution reactions (charge). The present work focuses on various investigations of electrocatalysts derived from graphene, cobaltites and carbon/oxide composites. The main objective was the better understanding of the effects induced by their composition, their electronic and morphostructural properties on the catalytic activity and stability of materials towards oxygen electrocatalysis. Experiments were thereby conducted in order to be able to separate effects induced by chemical nature of the carbon substrate from those resulted in the incorporation of heteroatoms or from the spinel cobaltites surface properties. In addition, a part of this study dealt with the impact of the chemical nature of the electrolyte (LiOH and K2ZnOH4) encountered in real aqueous alkali Li-air and Zn-air batteries on the activity and stability of Co3O4/N;S-RGO nanocomposites towards oxygen electrocatalysis.

Pour accéder à la caractérisation des matrices complexes pétrolières, la chromatographie en phase liquide bidimensionnelle couplée à une détection spécifique comme la spectrométrie de masse à couplage inductif (LCxLC-ICP-MS/MS) s’avère être une solution pertinente. Un tel couplage permet d’envisager la spéciation des contaminants soufrés ou encore métallés (vanadium et nickel). Ce couplage reste, à notre connaissance, inédit aujourd’hui et sa mise en place a nécessité en premier lieu d’évaluer différents systèmes d’introduction de l’échantillon en amont de la détection. La comparaison de ces systèmes, au regard de la dispersion qu’ils génèrent, a été effectué afin de conserver la qualité de séparation obtenue en sortie du système LCxLC. La seconde partie du développement instrumental a concerné l’optimisation de la partie LC×LC. Le choix des différents mécanismes de rétention dans les deux dimensions étant primordial au vu de la complexité des échantillons (polarité, solubilité, poids moléculaire…). De plus, l’introduction de matrices organiques dans les sources plasma reste un réel défi qu’il a fallu évaluer, celles-ci pouvant être la cause de nombreuses contraintes analytiques. Enfin, une fois la méthodologie off-line SECxRPLC-ICP-MS/MS développée, elle a été appliquée à différents échantillons montrant qu’elle peut être considérée comme une solution intéressante pour expliquer le comportement de certaines matrices au sein des unités de raffinage, par l’intermédiaire de la comparaison de cartographies 2D / Two-dimensional liquid chromatography coupled with a specific detection such as inductively coupled plasma mass spectrometry (LCxLC-ICP-MS/MS) proves to be a relevant technique for the characterization of petroleum complex matrices. Such coupling makes it possible to consider the speciation of sulfur or metal contaminants (vanadium and nickel). Firstly, the evaluation and the comparison of several sample introduction systems was performed, with regard to the dispersion induced in the system, in order to keep a high efficiency from the LCxLC system. The second part of the instrumental development concern the optimization of both dimensions. The choice of the different retention mechanisms is essential given the complexity of the samples (polarity, solubility, molecular weight...). Additionally, the introduction of organic matrices in the plasma remains a real challenge which could be the cause of many instrumental and analytical issue. Finally, once the off-line SECxRPLC-ICP-MS/MS method was developed, it was applied to different samples showing how it can be considered as an interesting tool to explain the behavior of matrices within the refining units, through the comparison of 2D-contour plots

La présence d'hétéroatomes et métaux dans des fractions lourdes de pétrole brut peuvent entraîner la désactivation des catalyseurs d’hydrotraitement et d’hydrocraquage. Les composés contenant ces éléments sont connus pour être inclus dans des agrégats macromoléculaires d’asphaltènes, qui sont considérées comme les composants les plus problématiques des produits pétroliers. Ces travaux ont pour objectif d’apporter une meilleure compréhension de l’environnement chimique de ces espèces et des phénomènes d’agrégation pour optimiser les processus de raffinage. Des techniques de séparation comme la chromatographie de perméation de gel ou Gel Permeation Chromatography (GPC), Advanced Polymer chromatographie (APC) et la chromatographie sur couche mince d’haute performance ou High Performance Thin Layer Chromatography (HPTLC) ont été combinées avec des techniques d’analyse élémentaire comme la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif ou Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) et la spectrométrie de masse moléculaire d’haute résolution pour la caractérisation des fractions pétrolières lourdes. Les profils de distribution en taille d’espèces qui contiennent du vanadium, du nickel et du soufre, les hétéroatomes et métaux les plus abondants dans les produits pétroliers, ont été déterminés par GPC couplé à une détection élémentaire par ICP MS. Les paramètres ayant le plus d’impact sur la distribution en taille et l’évolution des agrégats dans les solutions de différentes coupes pétrolières ont été optimisés. Cela nous a permis de faire différentes comparaisons, entre de nombreuses charges et effluents de procédés, ainsi que d’autres séries d’échantillons ou de mélanges provenant d’unités-pilotes d’hydrotraitement. Les résultats obtenus ont pu être mis en regard de caractéristiques macroscopiques comme la viscosité. Le couplage du nouveau système APC avec l’ICP MS a été mis au point avec succès. Cette technique a permis de réaliser des cartographies d’échantillons pétroliers plus rapides qu’en GPC tout en consommant moins de solvant. Cependant, les différences des chromatogrammes APC obtenus par rapport aux profils GPC suggèrent des interactions indésirables avec la phase stationnaire, qui ont été l’objet d’une évaluation approfondie.Enfin, un dernier type de séparation a été évaluée. L’HPTLC, qui utilise des plaques à usage unique, peut être appliquée à la séparation de produits lourds par polarité, et ce sans étapes de déasphaltage préalable, contrairement aux colonnes de chromatographie liquide qui peuvent être détériorées à cause de l'adsorption irréversible et de la précipitation des asphaltènes. Différents types de plaques et éluants ont été testés afin de développer une méthode simple pour la séparation des fractions SAR (Saturés, Aromatiques et Résines) des échantillons de distillat sous vide ou Vacuum Gas Oil (VGO). Ce travail avait pour but des migrations en une seule étape et analyse UV qui pourrait être mis en œuvre pour l’analyse de routine dans les laboratoires de contrôle avec une adsorption irréversible réduite. Des résultats très prometteurs ont été obtenus avec l’utilisation de plaques de cellulose pour la séparation des familles de polarité différentes au sein des agrégats d’asphaltènes. Des tests sur l'analyse directe des plaques par Désorption-Ionisation par Électronébulisation (DESI) MS, l'analyse directe en temps réel ou Direct Analysis in Real Time (DART) MS et Ablation Laser (LA) ICP MS ont été effectués. / The presence of heteroatoms and metals in heavy fractions of crude oil can cause the deactivation of hydrotreatment and hydrocracking catalysts. Compounds containing these elements are known to be included in macromolecular asphaltene aggregates, which are considered the most problematic components of heavy oil. This thesis aimed for a better understanding of the chemical environment of these species and on the aggregation phenomenon to optimize refining processes. Separation techniques such as Gel Permeation Chromatography (GPC), Advanced Polymer Chromatography (APC) and High Performance Thin Layer Chromatography (HPTLC) were combined with elementary analysis techniques such as Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP MS) or high-resolution molecular mass spectrometry for the characterization of heavy fractions of crude oil. Here, the size profiles of species that contain vanadium, nickel and sulfur, the most abundant heteroatoms and metals present in petroleum products, were determined by GPC online with elemental detection by ICP MS. The parameters having the most significant impact on size distribution and the evolution over time of aggregates from solutions of different petroleum cuts were optimized. This allowed the comparison between various feeds and effluents and other series of samples and mixtures from pilot units of refining processes by GPC ICP MS. Results obtained could be related to macroscopic characteristics such as viscosity. Hyphenation of the new APC System to ICP MS has been successfully completed. It allowed the mapping of petroleum samples faster than GPC, therefore with less solvent consumption. However, the differences of the APC chromatograms obtained with respect to the GPC profiles suggested significant unwanted interactions of the highly polar compounds of the petroleum samples with the stationary phase, which have been thoroughly studied. Finally, another type of separation was evaluated. HPTLC, of single-use plates, can be applied to the analysis of heavy petroleum products by polarity without prior deasphalting steps while chromatography columns can be deteriorated because of the irreversible adsorption and asphaltene precipitation. To this end, various types of plates and eluents were tested to develop straightforward SAR (Saturates, Aromatics and Resins) separations of Vacuum Gas Oil (VGO) samples. This method, based on single-step migrations with reduced irreversible adsorption and UV monitoring, could be implemented for routine analysis in control laboratories. Very promising results were obtained by the use of cellulose plates for the separation of different families within asphaltene aggregates. Tests on Desorption ElectroSpray Ionization (DESI) MS, Direct Analysis in Real Time (DART) MS and Laser Ablation (LA) ICP MS analyses of the plates have been performed.