La fonctionnalisation C(sp3)-H catalysée par des métaux de transitions, ouvre de nombreuses perspectives en synthèse organique, permettant des voies d'accès plus économes en atomes, et en étapes à des molécules à forte valeur ajoutée. Dans cette optique, une méthode efficace permettant l'arylation des liaisons C(sp3)-H en position α d'un groupement attracteur, plus communément appelée α -arylation a récemment fait l'objet d'une attention toute particulière de la part de la communauté scientifique. Le travail détaillé dans ce manuscrit décrit les dernières avancées de cette méthodologie, ainsi qu'une variante «β-arylation » développée au laboratoire qui constitue une évolution significative dans le domaine de l'arylation regiosélective des liaisons C(sp3)-H non activées. Dans le cadre de ce projet de thèse nous nous sommes efforcés de développer cette nouvelle réaction que nous avons pu optimiser pour l'étendre à une famille plus étendue de substrats de type amino-esters. Dans la continuité de ce travail nous avons réalisé la première réaction d'arylation migratoire sélective d'amino-esters pouvant aller jusqu'à la position η d'une chaîne alkyle linéaire. Enfin, dans le but d'accéder à de nouvelles molécules à plus haute valeur ajoutée, nous avons pu appliquer notre méthodologie aux acetals de cétènes silylés permettant de dépasser certaines limitations du système existant. Dans ce cas précis, des conditions plus douces (sans base forte) ont permis l'arylation de substrats dits sensibles et par extension la synthèse de lactones fonctionnalisées / The transition metal catalysed functionalization of C(sp3)-H bonds unlocks numerous perspectives within organic synthesis in terms of atom economical access routes to otherwise difficult to synthesise molecules. One efficient method to exact such transformations involves the exploitation of an activated C-H bond situated adjacent to an activating electron withdrawing group, allowing facile insertion of a transition metal catalyst species and subsequent functionalization with a new species (normally an aryl group). This strategy is generally termed ‘α-functionalization’. The work detailed within this manuscript describes a diversion from the classic, and well documented α-functionalization reaction, in which rearrangement steps within the catalytic cycle give rise to β- and more remote substrate functionalization. The first new methodology to be described involves a fundamental extension to the in-house developed β-arylation reaction, in which, through careful substrate and ligand choice, this methodology could be applied to achieve the functionalization of simple ester enolates in remote γ- to η - positions. The developed strategy allowed the synthesis of a small range of interesting homophenylalanine analogues, and higher homologues. The second methodology to be described involves a necessary modified protocol for the β-arylation reaction, in which silyl ketene acetals were exploited as mild metal-enolate surrogates, allowing the coupling of base-sensitive substrates. The previously described reaction scope has been extended in terms of both the electrophile and nucleophile coupling partners through the development of mild reaction conditions, which subsequently allowed application of several products towards the synthesis of lactones

La compréhension de la plus grande stabilisation des molécules biologiques par un disaccharide<br />tel que le tréhalose par rapport à d'autres excipients fait l'objet de recherches accrues. Nous<br />avons étudié l'influence du tréhalose et de deux autres stéréoisomères, le maltose et le sucrose,<br />sur la structure et sur la dynamique de l'eau et d'une protéine globulaire modèle, le lysozyme. Nous<br />avons montré que le tréhalose induit une plus grande déstructuration du réseau de liaisons hydrogène (LHs)<br />de l'eau que le maltose et le sucrose, au-delà d'une concentration de 40-50 %, à laquelle le réseau<br />de LHs des sucres percole. En outre, le nombre d'hydratation des sucres et le<br />nombre de LHs sucre-sucre suggèrent que les solutions aqueuses de tréhalose sont plus "homogènes",<br />pour des concentrations entre 33 et 66 % pds. Nous avons également localisé les zones<br />d'interaction des sucres avec le lysozyme et montré par spectroscopie Raman que le tréhalose le stabilise<br />davantage.

La combinaison des effets de taille et d'alliage dans les particules bi-métalliques permet d'exalter leurs propriétés ou d'en susciter de nouvelles. La mise en évidence de tels effets dans des particules nanométriques d'alliage cobalt-rhodium a motivé cette étude. Ce travail est ainsi consacré à l'analyse de leur structure fine et de son évolution avec la composition et les conditions de la synthèse, susceptibles d'expliquer leur comportement magnétique. L'étude expérimentale s'appuie sur une large combinaison de techniques, principalement la microscopie électronique à haute résolution et la diffusion des rayons X aux grands angles. Nous avons notamment montré la brusque augmentation de la distance interatomique avec l'introduction d'une faible quantité de rhodium. Ce résultat, ainsi que ceux obtenus par des techniques sélectives en éléments comme l'EXAFS, sont en accord avec une ségrégation du cobalt en surface. L'étude théorique est basée sur un modèle de potentiel semi-empirique à N-corps. Les calculs en Monte-Carlo Metropolis confirment la ségrégation du cobalt en surface ainsi que les principaux résultats structuraux. Enfin la dernière partie de ce travail est consacrée à l'étude structurale de particules d'alliages de cobalt, de morphologies et assemblages contrôlés, destinées à des applications en microélectronique.

Dans le cadre d'un projet général d'étude de la réactivité des acides benzoïques non protégés avec les bases fortes, la réaction de substitution nucléophile aromatique des acides benzoïques ortho-fluorés et ortho-méthoxylés (SNArAB) avec les organolithiens et les réactifs de Grignard est étudiée pour la première fois de façon systématique. Une revue de la littérature de la réaction de Meyers (>1994) a été faite. Afin de réduire le taux d'addition 1,2 de l'organométallique sur le carboxylate conduisant à la formation de cétones, un groupe TMS a été introduit en ortho (C6) du carboxylate. Lors de la préparation des acides 2-méthoxy-6-triméthylsilylbenzoïque et 2-fluoro-6-triméthylsilylbenzoïques, il a été découvert que la séquence [échange Br-Li/piégeage par D2O] est compétitive avec l'attaque directe de n-BuLi sur D2O. De façon intéressante, la présence d'un fluor en C6 rend le carboxylate totalement inerte vis-à-vis des organolithiens. L'acide 2,6-difluorobenzoïque conduit aux produits d'ipso-C2-substitution sans formation de cétones alors qu'une décarboxylation partielle est observée avec l'acide 2,6-diméthoxybenzoïque. La réaction SNArAB des acides benzoïques et naphtoïques ortho-fluorés et orthométhoxylés avec les amidures de lithium a ensuite été étudiée. Cette réaction conduit en une étape à des acides anthraniliques et ne requiert pas protection et déprotection de la fonction acide carboxylique. L'utilisation d'un excès de LiNMeBn conduit à un dioxindole pour lequel un mécanisme de formation est proposé. Enfin, une étude préliminaire de la réaction de métalation des acides 2- et 3 (tertbutoxycarbonylamino) benzoïques par les bases alkyllithiées a été réaliséé. Il n'a pas été possible de former les trianions correspondants. Cependant, lorsque l'acide 2-(tertbutoxycarbonylamino) benzoïque est traité par LTMP en présence de TMSCl dans les conditions de piégeage interne (ISQ), l'acide 2-(tert-butoxycarbonylamino)-6- (triméthylsilyl)benzoïque est formé avec un rendement de 76%.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Vergnaud (1985) propose une structure de type (S,I,S) qui sous-tend que la construction d'un concept scientifique est accompagnée entre autres de l'émergence d'un système d'invariant(s) lié au concept. Nous proposons ici d'observer si, en sciences physiques, sur l'exemple du concept d'élément chimique  au sein de classes de seconde générale du lycée , l'élaboration de l'invariant, dans le cadre d'une telle structure (S,I,S), est, sinon la condition de celle du concept, susceptible de le rendre plus lisible. Nos résultats montrent que la construction du concept d'élément chimique semble être conditionnée par celle de son invariant. En revanche la réciprocité ne paraît pas aussi évidente. Nous observons des tendances similaires sur d'autres concepts en sciences physiques, lesquels sont en cours d'exploitation. Cela nous amène à penser que les invariants pourraient se voir doter, en sciences physiques, d'un statut didactique " majeur ". Nous proposons une ébauche de classification des invariants, en sciences physiques, afin de donner de la lisibilité aux objets complexes que sont les concepts scientifiques auxquels ils sont associés. Nous imaginons que toutes les disciplines pourraient " penser " leurs invariants et que ces derniers pourraient être valorisés, au sein des organismes de formation, pour ce qu'ils sont susceptibles d'apporter aux élèves dans un cursus d'apprentissage.

L’objectif principal de cette thèse consiste à développer des stratégies de modélisation et de contrôle pour la conversion de fréquence en utilisant un convertisseur multi-modulaire sans utilisation de lien en continu. Ce convertisseur est nécessaire pour l’intégration des énergies renouvelables offshore dans un réseau de transport à basse fréquence. La basse fréquence électrique profite à la fois des avantages des réseaux alternatif et continu. L’utilisation de convertisseurs modulaires dans ces réseaux permet, entre autres, de supprimer le transformateur du côté de la basse fréquence électrique. Dans cette optique, l’énergie est convertie depuis la fréquence nominale à 50 Hz ou 60 Hz (considérée comme la haute fréquence) vers un tiers de 50 Hz. Le convertisseur est aussi capable de transformer d’autres valeurs de fréquence. Dans un premier temps, la méthode de modélisation du convertisseur est reliée à la théorie du transformateur de voltage triphasé avec un couplage en YDY. En deuxième lieu, l’application du théorème de superposition nous permet d’évaluer séparément la contribution de chaque fréquence. Dans un dernier temps, le contrôle principal du convertisseur utilise des correcteurs résonants, capables donc de travailler directement avec les courants internes du convertisseur qui sont à deux fréquences nominales. Grâce au découplage entre l’entrée du convertisseur et sa sortie, les défauts et les situations de déséquilibre ne se propagent pas vers la sortie du convertisseur, fonctionnement requis pour l’application en offshore. / The purpose of this thesis is to develop strategies to model and control a modular multilevel converter in order to transform frequency without passing through a direct current link. This converter is needed for application in offshore systems where the energy, produced by the offshore renewables, is transmitted using low frequency links. Low frequency presents benefits from alternative and direct current technologies. Moreover, a voltage transformer is not required at the low frequency side when the proposed converter is used as a frequency transformer. In this scenario, frequencies are converted from the highest nominal frequency (50 Hz or 60 Hz) to one third of 50 Hz. Conversion to other frequency values has been tested as well using the same converter. A methodology based on the electrical transformer theory when connected in YΔY coupling and, the superposition theorem to separate the contribution from both frequencies, are proposed to link these currents with the two three-phase systems at different nominal frequencies. Resonant controllers are introduced to efficiently correct internal current signals of the converter that nominally are constituted of two frequencies: input and output frequencies. The converter is able to decouple the input side from the output. Therefore, faults and unbalanced conditions on the input side are not propagated to the output-side of the converter, which is required for offshore applications.

Dans ce travail, l’approche de la tectonique moléculaire, basée à la fois sur la reconnaissance moléculaire et le processus itératif d’auto-assemblage à l’état cristallin, a été utilisée pour la formation de réseaux moléculaires de coordination, ainsi que de réseaux moléculaires à base de liaisons hydrogène. La synthèse de nouveaux tectons à base de dérivés de TCA (p-tert-butylthiacalix[4]arene et p-H-thiacalix[4]arene) offrant des groupements coordinants de type pyridine (avec différentes positions de l’azote sur les noyaux pyridiniques) et de dérivés de TMTCA (tetramercaptothiacalix[4]arene) portant aussi des groupement de type pyridine (avec différentes positions de l’azote sur les noyaux pyridiniques) mais aussi cyano, carboxylates, pyrazole et imidazole a été mise au point. Tous les tectons adoptent la conformation 1,3-alternée, permettant l'obtention de réseaux moléculaire de dimensionalité élevée. Les composés obtenus ont été caractérisés à la fois en solution et à l'état cristallin. Leur aptitude à former des réseaux de coordination en présence de métaux de transition (tels que Ag(I), Hg(II), Cd(II), Cu(II), Co(II), Fe(II)) a été explorée. La possibilité de formation de réseaux à base de liaison hydrogènes a été également testée en utilisant le carboxylate-bisamidinium type de reconnaissance. Beaucoup de nouveaux polymères de coordinations possédant diverses dimensionnalités, en particulier, 3D de type diamant, et certaines réseaux à base de liaisons hydrogènes ont été obtenus. La différence de la connectivité entre TCA et TMTCA vis-à-vis des cations métalliques a été étudiée et discutée. / In this work, the molecular tectonic strategy, based on the molecular recognition together with the iterative self-assembly process in the crystalline phase, has been used for the formation of molecular networks (coordination polymer and H-bonded networks). The synthesis of new tectons based on the TCA derivatives (p-tert-butylthiacalix[4]arene et p-H-thiacalix[4]arene) offering pyridyl binding sites with different position of N atom in the rings, as well as the TMTCA derivatives (tetramercaptothiacalix[4]arene) bearing pyridyl (also with different position of N atom in the rings), cyano, carboxylate, pyrazolyl, imidazolyl coordinating groups has been achieved. All tectons were fixed in 1,3-alternate conformation, allowing the formation of high dimensionality networks. The structures of obtained tectons were characterized in solution, as well as in the solid state. The propensity of these tectons to form coordination polymers upon the combination with different transition metal cations such as Ag(I), Hg(II), Cd(II), Cu(II), Co(II), Fe(II) has been expoled. The possibility to form the H-bonded networks has also been investigated using the carboxylate-bisamidinium type of recognition pair. New coordination polymers possessing different dimensionalities (especially 3D diamond like) and some H-bonded networks have been obtained. The differences in the connectivity of TCA and TMTCA towards the metal cations have been studied and discussed.

La précipitation et la dissolution du carbonate de calcium (CaCO3) sont des processus clés dans les systèmes naturels en raison de leur association intime avec le cycle du carbone terrestre. La précipitation se produit généralement sur des substrats étrangers en abaissant les barrières énergétiques qui contrôlent la nucléation. Ce processus appelé nucléation hétérogène résulte d'une interaction entre la sursaturation du fluide et les différentes énergies d’interface entre substrat-noyau-fluide. Malgré l’importance des énergies d’interface sur le devenir de la nucléation hétérogène, la littérature actuelle reste rare dans leurs valeurs absolues, limitant la précision de la modélisation du transport réactif. La formation des biominéraux constitue un réservoir majeur des carbonates dans la lithosphère. Des études récentes ont révélé des nucléations par multi-étapes impliquant la formation du carbonate de calcium amorphe (ACC), un intermédiaire métastable durant les premiers stades de la formation des biominéraux. De tels précurseurs amorphes permettent de réaliser les formes complexes des biominéraux, tandis que leur stabilité et leur cinétique de cristallisation sont contrôlées par de multiples facteurs. L'élucidation des mécanismes sous-jacents est bénéfique pour le développement de matériaux biomimétiques.Le premier objectif est de développer une compréhension prédictive des valeurs d'énergie d’interface régissant la nucléation hétérogène du CaCO3 en fonction des propriétés physico-chimiques spécifiques des substrats, comme l'hydrophobicité. Cette dernière est étudiée en utilisant de la phlogopite avec et sans substitution par le fluor produisant des substrats hydrophobes et hydrophiles. La technique de diffusion des rayons X aux petits angles en incidence rasante a été employée in situ pour obtenir des valeurs d’énergie effective d’interface. Il est intéressant de noter que les valeurs extraites pour les deux substrats sont similaires, et thermodynamiquement les deux fournissent un bon modèle pour la nucléation, alors que leurs mécanismes sont différents. La caractérisation ex situ par microscopie à force atomique a montré que le substrat hydrophile favorise la formation et la stabilisation d’ACC, tandis que le substrat hydrophobe favorise la formation de calcite. Ces résultats soulignent la flexibilité structurelle intrinsèque du CaCO3 et son avantage dans les processus de nucléation hétérogènes.Le deuxième objectif est de fournir une description atomistique de l'hydrophobicité du substrat. L'adsorption d'eau sur la phlogopite a été réalisée in situ par spectroscopie de photoélectrons à pression ambiante pour étudier l'effet de la substitution par le fluor et de différents types de contre-ions (K+, Na+ vs. Cs+). Ces résultats ont été interprétés par des simulations de dynamique moléculaire et la théorie de bond-valence. La combinaison de ces techniques montre que l'hydrophobicité du substrat provient d'une compétition entre deux facteurs: l'hydratation des contre-ions par rapport à celle du substrat.Le but final est d'étudier les mécanismes moléculaires par lesquels Mg2+, une impureté chez les précurseurs amorphes biogéniques, augmente la persistance cinétique d’ACC. La technique de diffusion inélastique incohérente des neutrons a été combinée avec la spectroscopie de corrélation de photons X pour élucider la dynamique à l'échelle nanométrique de l'eau et des ions dans les ACC. Les résultats montrent que la présence de Mg2+ augmente la diffusion atomique dans le solide tout en amplifiant la rigidité du réseau des liaisons hydrogène. Ces résultats contre-intuitifs sont abordés en considérant différents facteurs cinétiques inclus dans l’équation décrivant le taux de nucléation au sein de la théorie classique de la nucléation. Dans l'ensemble, ces résultats indiquent l'importance de l'eau comme stabilisant cinétique de la structure amorphe et de l'existence de barrières stériques qui abaissent le taux de cristallisation. / Precipitation and dissolution of calcium carbonate (CaCO3) are key processes in both natural and engineered systems due to their intimate association with the Earth’s carbon cycle. Precipitation usually occurs on foreign substrates since they lower the energetic barriers controlling nucleation events. This so-called heterogeneous nucleation results from the interplay between the fluid supersaturation and the interfacial free energies present at the substrate-nucleus-fluid interfaces. Despite the relevance of interfacial energies for the fate of heterogeneous nucleation, the current literature remains scarce in their absolute values, which limits the accuracy of reactive transport modelling. Of particular relevance to the carbon cycle, the formation of biominerals accounts for a major reservoir of the carbonate minerals in the lithosphere. Recent studies have revealed the existence of multistep nucleation pathways that involve formation of amorphous calcium carbonate (ACC), a metastable intermediate during the early stages of biomineral formation. Such amorphous precursors allow molding of the intricate shapes of biominerals, while their stability and crystallization kinetics are effectively controlled by multiple factors. Elucidating the underlying mechanisms is beneficial for the development of biomimetic materials.The first goal of this dissertation is to develop a predictive understanding of interfacial energy values governing CaCO3 heterogeneous nucleation as a function of specific physico-chemical properties of the substrates, such as hydrophobicity. This last was investigated using phlogopite, a common mica, with and without fluorine substitution yielding hydrophobic and hydrophilic substrates. In situ time-resolved Grazing-Incidence Small Angle X-ray Scattering experiments were performed to obtain effective interfacial energy values. Interestingly, the extracted values for both substrates were similar, and thermodynamically these substrates provide a good template for nucleation, but the pathways differ. By ex situ Atomic Force Microscopy characterization, the hydrophilic substrate was shown to promote the formation and stabilization of ACC, whereas the hydrophobic one favored the formation of calcite. These results point to the intrinsic structural flexibility of CaCO3 and its advantage in heterogeneous nucleation processes.The second goal is to provide an atomistic description of the substrate hydrophobicity/hydrophilicity. Water adsorption on phlogopite was studied in situ using Near-Ambient Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy to investigate the effect of fluorine substitution and the influence of different types of counterions (K+, Na+ vs. Cs+). The results of the spectroscopy experiments were further interpreted using molecular dynamics simulations and bond-valence theory. The combination of these techniques shows that the substrate hydrophobicity stems from a competition between two factors: hydration of counterions vs. that of substrate.The final goal is to study the molecular mechanisms by which Mg2+, a common impurity in biogenic amorphous precursors, increases the kinetic persistence of ACC. Inelastic Incoherent Neutron Scattering and X-ray Photon Correlation Spectroscopy were combined to elucidate the nanoscale dynamics of water and ions within ACC. The presence of Mg2+ was shown to enhance the atomic diffusion within the solid while simultaneously increasing the stiffness of the hydrogen bond network. These counter-intuitive results are addressed by considering the different factors included in the pre-exponential term of the nucleation rate equation within the framework of the classical nucleation theory. Overall, the results point to the importance of water as a kinetic stabilizer, and to the existence of steric barriers that lower the crystallization rate.

La thèse présente la chimie de complexes de métaux électropositifs portant le groupe cyclopropyle. La première partie du manuscrit décrit la synthèse et la caractérisation de dérivés du cyclopropyllithium ayant pour formule [1-R-c-C3H4Li] (R = SiMe3, Ph, SPh). Des agrégats originaux, organisés autour de centres Li+ stabilisés par la peu commune interaction CC agostique, sont présentés. Cette interaction a une influence marquée sur l'agrégation des composés à l'état solide et parfois en solution. Sa coordination compétitive, sur un Li+, avec des atomes donneurs (O, N et S) permet une évaluation qualitative de sa force. La deuxième partie du manuscrit présente la synthèse du nouveau complexe cyclopropylcalcium. Ce composé est caractérisé par une étude RMN complète. C'est le premier alkylcalcium non-stabilisé. La troisième partie du manuscrit contient une étude de la réactivité du dicyclopropylzirconocene [Cp2Zr(c-C3H5)2] vis-à-vis de la pyridine et de pyridines fluorées. La formation d'un intermédiaire Eta2-cyclopropene mène à la déaromatisation et à l'activation C-H de la pyridine, mais aussi à l'activation C-F de la pentafluoropyridine. Une étude préliminaire de l'activation catalytique de la liaison C-F de la pentafluoropyridine par [Cp2Zr(c-C3H5)2] en présence de tricyclopropylaluminium est aussi présentée. / The manuscript presents the chemistry of electropositive metal complexes bearing the cyclopropyl group. This first part of the manuscript describes the synthesis and characterisation of cyclopropopyllithium derivatives of the formula [1-R-c-C3H4Li] (R = SiMe3, Ph, SPh). Original aggregates displaying low valent Li+ centres stabilised by the rare CC agostic interaction are presented. This interaction influences the aggregation of the compounds in the solid state and sometimes in solution. A qualitative evaluation of its strength is provided by competitive coordination on Li+ vs donor atoms such as O, N and S. The second part of the manuscript presents the synthesis of the new cyclopropylcalcium complex. This compound is characterised by a full NMR study. It is the first non-stabilised alkylcalcium compound. The third part of the manuscript contains a reactivity study of dicyclopropylzirconocene [Cp2Zr(c-C3H5)2] towards pyridine and fluorinated pyridines. Dearomatisation and C-H bond activation of pyridine, together with C-F bond activation of pentafluoropyridine result from the initial formation of a Eta2-cyclopropene intermediate. A preliminary study of the catalytic C-F bond cleavage of pentafluoropyridine by [Cp2Zr(c-C3H5)2] in the presence of tricyclopropylaluminium is also presented.