Les complexes de lanthanides, grâce à un temps de décroissance de luminescence élevé, sont parmi les sondes les plus sensibles puisqu'ils permettent une mesure de luminescence en temps résolu. Ces complexes sont à la base de certaines technologies permettant, in vitro et/ou in cellulo, la détection d'interactions entre biomolécules et/ou leur quantification et localisation. Elaborer des complexes de lanthanides présentant un maximum d'absorption au-delà de 350 nm reste un des défis majeurs alors qu'à ces rayonnements UV le matériel biologique se dégrade moins. Un chélate luminescent d'Eu(III) fondé sur une structure original bis-pyridinylpyrazine possédant un maximum d'absorption à 345 nm, stable jusqu'à 355 nm, a été synthétisé. Un analogue portant une fonction bioconjugable a permis, après activation par un réactif de couplage homo-bifonctionnel, de marquer des anticorps anti c-myc et anti HA. La deuxième partie du projet porte sur le développement de sondes lanthanidiques photoréactives capables de détecter spécifiquement, puis de s'accrocher de façon covalente à des protéines d'intérêt taguées (polyHis ou polyAsp), afin de suivre leur trafic cellulaire et leurs interactions avec d'autres biomolécules. Idéalement, l'étape de reconnaissance devrait avoir lieu entre l'étiquette et le cation métallique suivi par l'accrochage covalent initié par photoactivation. Ceci devrait conduire à une modulation du signal émis par le marqueur lanthanidique. Pour ce faire, différents complexes comportant des benzophénones, azido-coumarines ou quinolinones ont été synthétisés.

Ce mémoire décrit le développement d’une nouvelle méthodologie d’expansion de cycle irréversible à partir de N-alkyl-3,4-déhydroprolinols pour former des N-alkyl tétrahydropyridines 3-substituées en passant par un intermédiaire aziridinium bicyclique. Cette méthode permet l’introduction d’un vaste éventail de substituants à la position 3 et tolère bien la présence de groupements aux positions 2 et 6, donnant accès à des pipéridines mono-, di- ou trisubstituées avec un excellent diastéréocontrôle. De plus, il est démontré que l’information stéréogénique du 3,4-déhydroprolinol de départ est totalement transférée vers le produit tétrahydropyridine. Additionnellement, une méthodologie fut dévelopée pour la préparation des produits de départ 3,4-déhydroprolinols en forme énantiopure, avec ou sans substituants aux positions 2 et 5, avec un très bon stéréocontrôle. Le premier chapitre présente un résumé de la littérature sur le sujet, incluant un bref survol des méthodes existantes pour la synthèse de pipéridines 3-substituées, ainsi qu’une vue d’ensemble de la chimie des aziridiniums. L’hypothèse originale ainsi que le raisonnement pour l’entreprise de ce projet y sont également inclus. Le second chapitre traite de la synthèse des N-alkyl-3,4-déhydroprolinols utilisés comme produits de départ pour l’expansion de cycle vers les tétrahydropyridines 3-substituées, incluant deux routes synthétiques différentes pour leur formation. Le premier chemin synthétique utilise la L-trans-4-hydroxyproline comme produit de départ, tandis que le deuxième est basé sur une modification de la réaction de Petasis-Mannich suivie par une métathèse de fermeture de cycle, facilitant l’accès aux précurseurs pour l’expansion de cycle. Le troisième chapitre présente une preuve de concept de la viabilité du projet ainsi que l’optimisation des conditions réactionnelles pour l’expansion de cycle. De plus, il y est démontré que l’information stéréogénique des produits de départs est transférée vers les produits. iv Au quatrième chapitre, l’étendue des composés pouvant être synthétisés par cette méthodologie est présentée, ainsi qu’une hypothèse mécanistique expliquant les stéréochimies relatives observées. Une synthèse énantiosélective efficace et divergente de tétrahydropyridines 2,3-disubstituées est également documentée, où les deux substituants furent introduits à partir d’un intermédiaire commun en 3 étapes. / This thesis describes the development of a novel methodology of irreversible ring expansion from N-alkyl-3,4-dehydroprolinols to N-alkyl-3-substituted tetrahydropyridines through a bicyclic aziridinium ion intermediate. This method allows a wide variety of substituents at the 3-position, and also permits substitution at the 2- and 6-positions of the tetrahydropyridine giving mono-, di- or tri-substituted piperidines with excellent diasterocontrol. Complete transfer of the stereogenic information of the 3,4- dehydroprolinol to the tetrahydropyridine product is demonstrated. Also, a methodology was developed to prepare the 3,4-dehydroprolinol starting materials in enantiopure form, with the possibility of substitution at the 2- and 5-positions with excellent diasterocontrol. The first chapter presents the literature background, including a brief summary of methodologies for the synthesis of 3-substituted piperidines, and an overview of aziridinium ion chemistry. Also presented is the original hypothesis of the project, and our reasoning for undertaking this project. The second chapter describes the synthesis of N-alkyl-3,4-dehydroprolinols used as precursors for the ring expansion to 3-substituted tetrahydropyridines, including two different synthetic routes. The first route route converts L-trans-4-hydroxyproline to enantioenriched N-benzyl-3,4-dehydroprolinol in 6 steps. The second synthetic route was developed using a variant of the Petasis-Mannich reaction and a ring closing metathesis,making the precursors more readily available and simple to synthesize. The third chapter presents the proof of concept of the viability of the project and optimization studies. Moreover, the transfer of stereogenic information to the resulting product is demonstrated. The fourth chapter demonstrates the broad scope of the ring expansion and mechanistic insight is given based on the relative configuration of the products. An expedient divergent enantioselective synthesis of a 2,3-disubstituted tetrahydropyridine is also shown, with both substituents being chosen from a common intermediate in 3 steps.

Ce travail porte sur la conception de nouveaux composés π-conjugués, potentiellement utilisable en électronique organique en tant que matériaux actifs dans des dispositifs tels que les OLEDs, les cellules photovoltaïques et les capteurs optiques. Dans ce but, nous avons exploité le motif silacyclopentadiène appelé également silole, possédant un bon rendement quantique de fluorescence à l'état solide et une excellente conduction des électrons. Dans un premier temps, l'introduction de groupements structurants (triptycène, stilbènes..) sur le silacyclopentadiène a permis de moduler l'arrangement moléculaire dans la couche active et par conséquent, les propriétés d'électroluminescence. Des diodes possédant des performances très encourageantes furent ainsi obtenues. Dans un deuxième temps, des dérivés siloles présentant une structure tridimensionnelle et une architecture spirosilole (accepteur)-bithiophène (donneur) furent synthétisées. Une cellule photovoltaïque basée sur ces édifices présentant des performances encourageantes fut ensuite mis au point. Enfin, l'étude des mécanismes de transfert d'énergie entre un film de polymère fonctionnalisé par un groupement sensible silole et des composés nitroaromatiques nous a permis de réaliser un nouveau type de capteur optique hautement sensible pour la détection d'explosifs. / This work concerns the design of new π-conjugated compounds, potentially useful in organic electronics as active materials in devices such as OLEDs, photovoltaic cells and optical sensors. To this end, silacyclopentadiene, alias silole, groups were used exhibiting high fluorescence quantum yields in the solid state and excellent electron conductivities. Firstly, the introduction of structurizing groups (triptycene, stilbenes etc.) at the silacyclopentadiene allowed tuning of the molecular arrangement in the active layer and, consequently, the electroluminescence properties. Diodes showing very encouraging activities were thus obtained. Secondly, silole derivatives possessing a three-dimensional structure and a spirosilole (acceptor) - bithiophene (donor) architecture were synthesized. A photovoltaic cell based on these molecules was then developed exhibiting encouraging activity. Finally, a study of the mechanisms of energy transfer between a polymer film functionalized by a sensitive silole group and nitroaromatic compounds enabled the development of a new type of highly sensitive optical sensor for the detection of explosives.

Ces dernières années, différents épisodes d’intoxication ont touché les coquillages sur le littoral français et tout particulièrement les huîtres dans le Bassin d’Arcachon. Afin de venir en aide à la profession ostréicole, le Conseil Régional d’Aquitaine a mis en place un vaste projet de recherche. Au sein de ce programme, nous avons proposé d’étudier la faisabilité d’un immunocapteur, basé sur la reconnaissance anticorps/antigène, capable de détecter la présence de phycotoxines dans l’eau de mer. Les synthèses de molécules (haptènes), présentant une analogie structurale avec la partie commune des phycotoxines de la famille des ASP ont été réalisées à l'ISM. Après couplage de ces molécules à une protéine, des anticorps montrant une bonne reconnaissance des ASP ont été obtenus. La mise au point de l'immunocapteur a été effectuée en collaboration avec deux autres Unités de Recherche : le LIP (Univ. Bx II) pour l'immunologie et l'IMS (Univ. Bx I) pour la lecture et la transcription du signal sur le capteur. / In the last few years, oysters from the Arcachon Bay have been touched by several toxic episodes. To help oyster industry, an important research program was funded by the Conseil Régional d’Aquitaine. In this project, we proposed to study the feasibility of an immunosensor, based onantibody/antigen reaction, able to detect phycotoxins in seawater. Haptens showing astructural analogy with the common part of ASP toxins were synthesized at ISM. Aftercoupling of haptens with a protein carrier (BSA), antibodies showing a good ASP recognition were obtained. The transducer, a Love wave acoustic device, was developed by IMS (Univ.Bx I) and the antibodies used for specific biorecognition were characterized by LIP (Univ. BxII).

Modélisations moléculaires réalisés avec le logiciel HyperChem 8. / L’effet de différentes alkylations sur l’activité biologique et la stabilité enzymatique d’un peptide linéaire L, énantiomère du modulateur allostérique des récepteurs prostaglandine F2α ont été étudiés. Dans une étude antérieure, le peptide D PDC-31 avait montré un potentiel d’inhibition des contractions du myomètre et permettait de retarder l’accouchement dans des modèles animaux et humains. Il est possible que le peptide L possède une activité semblable, mais les protéases, abondantes dans le tissu myométrial, le dégradent probablement avant qu’il ne puisse atteindre le site actif. La synthèse peptidique sur support solide suivie d’une amination réductive a permis d’obtenir différents peptides portant différentes chaines alkyle et PEG N-terminales. La protection de l’amine terminale par un groupement ortho-nitrobenzène sulfonyle suivie par une réaction de Mitsunobu a permis l’obtention d’un analogue portant une chaine farnesyle. Malgré le fait que ni l’analogue PEGylé, ni l’analogue farnesylé n’aient montrés la moindre activité, certains analogues alkylés se sont avérés actifs dans l’essai tissulaire de contractions myométriales. Le peptide L portant une chaine dodecyle s’est avéré posséder une activité statistiquement significative et reproductible. Qui plus est, l’analogue D du peptide possédant une chaine de 12 carbones s’est avéré posséder une activité inférieure à l’analogue L portant la même chaine, ce qui représente une perte d’activité significative par rapport au peptide D nonmodifié (PDC-31). / The application of hydrophobic grafts to prolong the biological activity of rapidly metabolized peptides has been explored by modification of the L-peptide of the prostaglandin F2α receptor modulator PDC-31. The all-D peptide PDC-31 has previously been shown to inhibit myometrial contractions and delay labour in various animal models as well as in humans. The L-peptide may have activity; however, proteases, which are abundant in myometrial tissue, may likely degrade the peptide before it is capable of showing activity. Solid-phase peptide synthesis followed by Nterminal modification by reductive aminations with different aldehydes provided linear aliphatic alkyl and PEG-grafted peptide analogs. Alternatively, ortho-nitrobenzensulfonylation of the peptide followed by Mitsunobu alkylation with farnesol and deprotection gave a farnesylated analog. Although the PEG and fanesylated analogs exhibited no activity, certain N-alkyl analogs exhibited inhibitory activity on myometrial contractions, with the most active analog possessing a dodecyl chain. Moreover, the N-dodecyl analog of PDC-31, exhibited lower activity than its L-counterpart in the myometrial contraction assay, and with reduced potency relative to its unmodified structure.

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

Nous avons étudié la cohérence excitonique dans le poly[N- 9’-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thienyl-2’,1’,3’-benzothiadiazole] (PCDTBT). À l’aide d’un modulateur spatial de lumière, nous avons forgé des impulsions lasers ultracourtes permettant de sonder les cohérences du système. Nous nous sommes concentrés sur les propriétés cohérentes des états excitoniques, soit le singulet et l’état à transfert de charge. Nous avons observé que 35 fs après l’excitation, le singulet et l’état à transfert de charge sont toujours cohérents. Cette cohérence se mesure à l’aide de la visibilité qui est de respectivement environ 10% et 30%. De plus, nous avons démontré que les mécanismes permettant de générer du photocourant dans de tels dispositifs photovoltaïques ne sont déjà plus cohérents après 35 fs. Ces mesures révèlent une visibilité inférieure à 3%, ce qui est en deçà de la précision de nos instruments. Nous concluons donc que les états à transfert de charge ne sont pas les états précurseurs à la génération de photocourant, car ceux-ci se comportent très différemment dans les mesures de cohérences. / We have studied the excitonic coherences in poly[N- 9’-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thienyl-2’,1’,3’-benzothiadiazole] (PCDTBT). Using a spacial light modulator, we shaped ultrafast laser pulses allowing us to probe the system’s coherences. We focused our strength on studying coherences of excitonic states : the singlet and the charge transfer state. We have observed that that 35 fs after excitation, these states are still coherent. This coherence is measured via the visibility that is of abot 10% and 30% respectively. Furthermore, we have shown that the coherence in states generating photocurrent has already vanished after 35 fs. Our data reveals a visibility smaller than 3%, which is lower our instruments resolution. We therefore conclude that the charge transfer states are not precursor states to photocurrent generation, because of their different visibility behavior.

Dans ce mémoire, deux principaux sujets seront présentés. Nos efforts se sont d’abord tournés vers la synthèse du cylindrocyclophane F, un [7,7]-paracyclophane naturel, puis vers l’élaboration d’une nouvelle classe d’hétérocycles fluorescents. Premièrement, la cyclopropanation, une des étapes clés de la synthèse du cylindrocyclophane F, ainsi qu’une nouvelle voie de synthèse passant par une réaction de cyclopropénation ont été revisitées. La possibilité d’employer une méthode de macrocyclisation, incluant une réaction de couplage de Suzuki sur deux centres sp3, a ensuite été étudiée sur un substrat modèle. Deuxièmement, la synthèse de benzo[a]imidazo[2,1,5-c,d]indolizines à partir de N-[(6-bromo-2-pyridinyl)méthyl]benzamides a été développée. Dans un premier temps, le tandem cyclodéshydratation/aromatisation effectué en présence de 2-méthoxypyridine a été optimisé afin d’obtenir la 5-bromo-3-phénylimidazo[1,5-a]pyridine. Puis, une arylation intramoléculaire en présence d’une quantité catalytique d’un complexe de palladium a permis d’obtenir l’hétérocycle fusionné désiré. Les propriétés photochimiques de cette nouvelle classe d’hétérocycles seront aussi présentées. / In this thesis, two main points will be introduced. First, we focused our efforts on a synthetic approach towards cylindrocyclophane F, a natural [7,7]-paracyclophane. Then, the synthesis of a new fluorescent class of molecule will be disclosed. First, an asymmetric cyclopropanation, one of the key steps of the synthesis of cylindrocyclophane F, will be revisited. Furthermore, a new route, including a cyclopropenation reaction, was explored. Then, the possibility of using a Suzuki coupling reaction on two sp3 centres for macrocyclisation has been studied on a model substrate. In a separate study, the synthesis of benzo[a]imidazo[2,1,5-c,d]indolizines from N-[(6-bromo-2-pyridinyl)methyl]benzamides will be disclosed. A mild cyclodehydratation-aromatisation was performed in the presence of 2-methoxypyridne in order to obtain 5-bromo-3-phenylimidazo[1,5-a]pyridine. This sequence was followed by an intramolecular direct arylation to form the desired compound. The photophysical properties of this new heterocycle class were measured.

Ce mémoire présente une poursuite de l’étude vers la synthèse de l’hodgsonox, un sesquiterpénoïde naturel possédant des propriétés insecticides contre la mouche verte d’Australie, Lucilia cuprina. L’hodgsonox comporte six centres stéréogènes et trois cycles : un époxyde fusionné à un cycle à cinq chaînons et une fonction éther cyclique à six chaînons doublement allylique. La stratégie de synthèse de l’hodgsonox proposée comporte dix-neuf étapes linéaires. Elle s’appuie sur les travaux préliminaires de Lise Bréthous, étudiante au doctorat, de Nicolas Lévaray, étudiant à la maîtrise, ainsi que du Dr. Ying Dong Lu et de la Dr. Sonia Diab, qui ont tous travaillé précédemment dans le groupe de la Pr. Lebel. La première étape de cette synthèse consiste en une hydrogénation cinétique dynamique de Noyori permettant d’obtenir un seul diastéréoisomère à partir de l’α-acétylbutyrolactone. Une séquence de six étapes linéaires supplémentaires, comprenant l’ouverture de la lactone ainsi qu’une métathèse d’oléfine, permet d’obtenir le cycle à cinq chaînons avec un rendement global de 37%. L’unité isopropyle est par la suite installée par une addition conjuguée pour former un éther d’énol silylé, qui est directement oxydé en la cétone correspondante avec l’acétate de palladium(II). Une réaction d’hydrosilylation subséquente permet d’obtenir la stéréochimie syn attendue de l’unité isopropyle. Par la suite, la carbonylation d’un intermédiaire triflate permet d’obtenir le squelette de base pour la formation de l’éther cyclique. Enfin, le cycle à six chaînons est formé par insertion O−H intramoléculaire d’un diazo avec un rendement global de 2% sur 17 étapes. Les travaux spécifiques de l’auteure comprennent l’évaluation de conditions catalytiques pour l’oxydation de Saegusa de l’éther d’énol silylé. Les trois dernières étapes ont également été explorées par l’auteure. Il s’agit de l’époxydation de la double liaison endocyclique, de l’insertion dans un lien O−H catalysée par un dimère de rhodium, et de la méthylénation. Enfin, l’exploration d’une voie alternative a été entamée. Cette nouvelle voie consiste à former l’éther cyclique par une substitution nucléophile sur un époxyde. La double liaison exo-cyclique serait installée par une simple réaction de déshydratation. / This thesis presents an extension of the study towards the total synthesis of hodgsonox, a new natural insecticidal sesquiterpene known to inhibit the larval growth of the Australian green blowfly, Lucilia Cuprina. Hodgsonox possesses six stereogenic centers and has a tricyclic core composed of an epoxide fused to a five membered ring and a doubly allylic six membered cyclic ether function. The proposed synthetic strategy includes nineteen steps and was previously developed (but not completed) by Lise Bréthous (PhD), Nicolas Lévaray (MSc), Dr Ying Dong Lu and Dr Sonia Diab, from Pr Lebel’s group. The first step is a dynamic kinetic Noyori hydrogenation that allows the selective formation of one diastereoisomer from α-acetylbutyrolactone. A sequence of six additional linear steps, including the opening of the lactone as well as a ring closure metathesis (RCM) reaction, allows the formation of the five membered ring with an overall yield of 37%. The isopropyl moiety is then added by a conjugate addition to form a silylated enol ether that is directly oxidized to the corresponding ketone using palladium (II) acetate. A hydrosilylation reaction affords the desired syn stereochemistry for the isopropyl moiety. A carbonylation reaction on a triflate intermediate produces the skeleton for the formation of the cyclic ether. Finally, the six membered ring is obtained by intramolecular O−H insertion with an overall yield of 2% over 17 steps. The specific work of the author includes testing catalytic reaction conditions for the Saegusa oxidation of the silylated enol ether intermediate. The author has also investigated the three last steps of the synthesis, namely, the epoxidation of the cyclic double bond, the O−H insertion and the methylenation reaction. Finally, an alternative route was explored. This new route consists in the formation of the cyclic ether by an epoxide nucleophilic substitution. The exo-cyclic double bond would be formed afterwards by a simple dehydration reaction.

FTY720 (aussi connu sous le nom de Fingolimod ou Gilenya) agit sur les récepteurs sphingosine-1-phosphate (S1P) et induit la suppression du système immunitaire (immunosuppression). Cette molécule est reconnue pour avoir une activité contre plusieurs cellules cancéreuses. Cette activité est indépendante de l’action sur les récepteurs S1P et on attribue plutôt la mort (apoptose) des cellules cancéreuse à la capacité que possède la molécule à réduire le transport des nutriments dans la cellule. Toutefois, malgré ses nombreux avantages, FTY720 ne peut pas être utilisé afin de traiter des humains puisque l’activation secondaire des récepteurs S1P1 et S1P3 mènent à une diminution du rythme cardiaque (bradycardie) chez les patients. Notre groupe s’est donc concentré sur la synthèse d’analogues qui potentiellement n’activeraient pas le récepteur S1P tout en gardant une activité biologique contre plusieurs cellules cancéreuses. Malgré le fait que nos analogues agissent également sur la diminution du transport des nutriments dans les cellules, nous ne connaissons pas le mécanisme d’action par lequel ceux-ci agissent. Au passage, le projet de recherche ci-présenté nous aura par ailleurs permis de développer une grande variété de sondes photo-actives dans l’espoir d’isoler une ou plusieurs protéines qui seraient impliquées dans le mécanisme d’action. / FTY720 (also known as Fingolimod, or Gilenya) functions as an immunosuppressant due to its effect on sphingosine-1-phosphate receptors. FTY720 also exhibits anticancer activity in a number of cancer cell lines. This result is independent of its effects on S1P receptors and due instead, to its ability to induce nutrient transporter down-regulation. However, FTY 720 cannot be used in human patients due to bradycardia that occurs secondary to the activation of S1P1 and S1P3 receptors. Our group focused on the design and synthesis of constrained FTY720 analogues that do not activate S1P receptors and also have the potential to be safely used in humans due to their potent antiproliferative activity against selected cancer cell lines. Although we know that our analogues, like FTY 720, act as nutrient transporter down-regulators, the proteins involved in the process are not known. We are developing a wide variety of Photo-Cross-Linking Probes to hopefully isolate one or more proteins that may be involved in one of the pathways.