Montréal Trigonix inc. 2018

En raison de leur grande performance, leur prix peu élevé, et leur abondance sur la terre, les catalyseurs de fer ont été choisis pour être testés dans trois différentes transformations de la chimie organique. Le premier projet concerne les réactions asymétriques de Diels-Alder catalysées par Fe⁺¹¹¹ et le ligand bipyridine chiral à des dérivés α, β-insaturés de l’oxazolidin-2-one. Dans un premier temps, nous avons testé différents solvants, diverses quantités en catalyseur, temps de réaction variés et divers sels de fer tels que Fe(ClO₄)₂·6H₂O, Fe(ClO₄)₂·6H₂O, Fe(OTf)₃, Fe(OTf)₂, FeCl₂, FeCl₃, FeBr₃ et FeI₃. Nous avons constaté que 2 mol% de Fe(ClO₄)₃·6H₂O, 2.4 mol% de ligand bipyridine chiral utilisés à –30 °C dans CH₃CN, conduisait à un très bon rendement (99%) et à un bon excès énantiomérique (98%) pour la réaction entre le cyclopentadiène et la 3-alcénoyl-1,3-oxazolidin-2-one. Ensuite, un grand nombre de diénophiles et de diènes moins réactifs ont été testés. Globalement, moins de 10 mol% de catalyseur a été utilisé. L’avantage de ce projet est de pouvoir réaliser la réaction à une température modérée, utiliser de très faibles quantités de catalyseur, obtenir de très bons rendements et d’excellentes énantiosélectivités, et avec une large gamme de substrats. Par la suite, les catalyseurs de fer ont été appliqués aux additions de thia-Michael par deux approches différentes. La première consiste en additions de thia-Michael catalysées par Fe(OTf)₂ dans l’éthanol à température ambiante. Cette méthode permet aux additions de thia-Michael d'être catalysées par un sel de fer vert et beaucoup plus écologique, en quantité catalytique (5 mol% de Fe(OTf)₂), dans un solvant couramment utilisé, EtOH, à température douce, et à atmosphère ambiante. L’avantage de cette réaction a été démontré en l’appliquant à différents accepteurs de Michael et à des thiols aliphatiques et aromatiques. La deuxième méthode consiste en des additions de thia-Michael, catalysées par Fe(OTf)₂ dans le 2-Me-THF, qui est en accord avec les principes de chimie verte en utilisant un sel de vert, Fe(OTf)₂, et un solvant vert 2-Me-THF à température ambiante ou à 50 °C sous air. Le dernier projet est l'allylation asymétrique catalysée par le Fe(OTf)₂ portant un ligand chiral. Avec l'étude d'une variété de ligands chiraux, nous avons sélectionné 5 mol% de Fe(OTf)₂ et 6 mol% de ligand Pybox qui ont catalysé la réaction avec un bon rendement (70%) et 32% d'excès énantiomérique. 20 mol% de TMSCl se sont avérés essentiels pour l'efficacité de la réaction / Iron catalysts are employed in three different organic transformations owing to their advantages: environmental friendliness, being less expensive and abundant on the Earth. The first project deals with asymmetric Diels-Alder reactions of α, β-unsaturated oxazolidin-2-one derivatives catalyzed by Fe¹¹¹ and a chiral bipyridine ligand. In order to obtain the optimized reaction conditions, we screened different solvents, catalyst loading, various reaction times and a variety of iron salts such as Fe(ClO₄)₂·6H₂O, Fe(ClO₄)₂·6H₂O, Fe(OTf)₃, Fe(OTf)₂, FeCl₂, FeCl₃, FeBr₃ and FeI₃. As a result, the reaction between cyclopentadiene and 3-alkenoyl-1,3-oxazolidin-2-one was carried out at –30 °C in CH₃CN in 1.5 h, with Fe(ClO₄)₃·6H₂O (2 mol%) complexed with the chiral bipyridine ligand (2.4 mol%) as catalyst, providing an excellent yield (99%) and an excellent enantiomeric excess (98%). Decreased enantioselectivities were observed for less-reactive dienes. Overall, less than 10 mol% of catalyst loading was employed. The great advantages of this project are the mild reaction temperature, very low catalyst loading, excellent yields and enantioselectivities and the applicability to a wide scope of substrates. Meanwhile, iron catalysts were used in thia-Michael additions by two different approaches. The first one is about thia-Michael additions catalyzed by Fe(OTf)₂ in EtOH at room temperature. This green method allows the thia-Michael additions to be catalyzed by a green iron salt (5 mol% of Fe(OTf)₂), a green and commonly used solvent EtOH at room temperature under ambient atmosphere. The generality of this reaction was demonstrated by applying it to different Michael acceptors, and to aromatic and aliphatic thiols. The second method is about thia-Michael additions catalyzed by Fe(OTf)₂ in 2-Me-THF, which is in agreement with the green chemistry principles by using a green Fe(OTf)₂ and a green solvent 2-Me-THF at room temperature or 50 °C under air atmosphere. The last project is about asymmetric allylation reactions catalyzed by Fe(OTf)₂ using a chiral ligand. With the study of a variety of chiral ligands, we selected 5 mol% of Fe(OTf)₂ and 6 mol% of Pybox ligand which catalyzed the reaction in good yield (70%) and 32% of ee. The utilization of 20 mol% of TMSCl is essential for the effectiveness of the reaction

Les nanofibres de gel de silice sont un matériau récemment découvert dont les applications techniques n'ont pas été encore explorées. La dimension des pores, de l'ordre du nanomètre, ainsi que la grande surface spécifique font de ces nanofibres un matériau de choix intéressant comme support catalytique. Le présent projet de maîtrise a permis d'approfondir les connaissances et la réactivité des nanofibres dans le domaine de l'imprégnation de métaux de transition. Il a été possible de déposer, de façon ferme et permanente, des métaux à potentiel catalytique tels que l'argent, le cuivre et le fer. Il a aussi été démontré que ces nanofibres fonctionnalisées avec des métaux catalysent l'oxydation du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone. Les nanofibres de gel de silice ont été imprégnées de métaux de transition selon deux méthodes : l'imprégnation aqueuse et l'imprégnation gazeuse. Les produits imprégnés ont été analysés à l'aide de diverses techniques et le mécanisme de fixation du fer a fait l'objet d'une étude plus poussée.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / Seulement neuf années se sont écoulées depuis la découverte que les ‘’Paires de Lewis Frustrées’’ (PLF) peuvent promouvoir le clivage de l’hydrogène, mais plus d’un millier d’articles scientifiques ont déjà été publiés sur le sujet. Au début des travaux décrits dans cette thèse, les catalyseurs pour la réduction du CO2 étaient excessivement rares et peu efficaces. La présente thèse porte donc sur le développement de nouveaux systèmes sans métal de transition pour la réduction catalytique du CO2 en molécules riches en énergie et plus précisément, en méthanol. D’abord, la préparation d’un nouveau système basé sur les PLF et sa capacité à activer le CO2 de façon réversible est présenté. En présence de catécholborane, le CO2 est catalytiquement réduit en méthoxyboranes, espèces facilement hydrolysables en méthanol. Surprenamment, un produit de décomposition est identifié comme étant responsable de l’activité catalytique. En effet, l’espèce ambiphile 1-Bcat-2-PPh2-C6H4 constitue le premier exemple d’un catalyseur sans métal de transition pour l’hydroboration du CO2. L’activité de ce catalyseur excessivement simple surpasse celle des meilleurs systèmes basés sur des métaux. Des études mécanistiques détaillées révèlent que l’activation simultanée du borane et du CO2 est d’une importance critique. Une investigation poussée révèle que la formation d’un adduit entre le catalyseur et le formaldéhyde résulte en un organocatalyseur d’autant plus actif. Il est aussi démontré que les phosphazènes, super bases organiques, sont des organocatalyseurs très actifs pour la transformation du CO2 en dérivés de formate ou de méthanol. De façon intéressante, le DMF (N, N-diméthylformamide) peut promouvoir l’hydrosilylation réductive du CO2 en absence de catalyseur. Une nouvelle stratégie d’hydrogénation a été développée en étudiant les aspects fondamentaux de l’hydrogénation par les PLFs, permettant ainsi la conception d’un système pour l’hydrogénation du CO2 en conditions ambiantes. Même si une voie de décomposition inattendue rend le processus stoéchiométrique, une optimisation du catalyseur pourrait générer le premier catalyseur sans métal pour l’hydrogénation du CO2. / Only nine years have passed since the seminal discovery that Frustrated Lewis Pairs (FLPs) could split dihydrogen and yet, more than a thousand research papers have already been published on the subject. As the work presented herein commenced, metal-free systems capable of catalytically transforming CO2 could be counted on a single hand while transition-metal based systems were almost as scarce. As such, the present thesis deals with the development of novel transition-metal-free systems for the catalytic reduction of CO2 to energy rich materials, most notably methanol. Firstly, the preparation of a new FLP system bearing three pendant phosphine groups Al(C6H4(o-PPh2))3 and its ability to activate carbon dioxide in a reversible fashion are presented. In the presence of catecholborane, CO2 is catalytically reduced to methoxyboranes, species which are readily hydrolyzed to methanol. Interestingly, a decomposition product is shown to be responsible for the catalytic activity Indeed, species 1-Bcat-2-PPh2-C6H4 is the first report of a catalyst for the metal-free hydroboration of carbon dioxide. The activity of this excessively simple catalyst surpasses that of the best transition metal systems while using the cheap and high hydrogen content borane BH3.SMe2. In-depth mechanistic studies reveals that simultaneous activation of both the borane and CO2 molecules is of critical importance. Further investigation reveals that the formation of an adduct between the catalyst and formaldehyde affords an even more potent organocatalyst. It is also shown that phosphazene superbases are very active organocatalysts for the transformation of CO2 to either formate or methanol derivatives. Unexpectedly, N, N-dimethylformamide (DMF) can promote the reductive hydrosilylation of CO2 in the absence of any catalyst. Finally, the challenging task of developing a metal-free system for the hydrogenation of CO2 was undertaken. A novel strategy was developed by studying the fundamental aspects of FLP mediated hydrogenations, allowing us to achieve CO2 reduction under ambient conditions. While an unexpected decomposition pathway hampered catalysis, optimisation of the catalyst design is expected to yield the first metal-free catalyst for the hydrogenation of CO2.

Le présent mémoire porte sur le développement d'une approche générale en vue de la préparation et de l'utilisation de canaux ioniques artificiels pour la réalisation de biosenseurs. Cependant, l'utilisation de ces nanostructures peptidiques dans des dispositifs pratiques nécessite des modifications. Nous rapportons ici la modification sélective des extrémités de nos canaux ioniques par des groupements permettant leur attachement à une surface électro-attractive et la reconnaissance d'analytes biologiques. La première partie consiste en une description générale des biosenseurs, ainsi qu'en une revue des principaux modèles proposés dans la littérature de protéines «canal» d'origine naturelle ou artificielle comme composantes des ces outils de biodétection. Le second chapitre présente notre approche générale, les molécules cibles utilisées pour faire l'ingénierie de notre système modèle, de même que les méthodes de synthèse employées pour l'élaboration et la modification sélective des extrémités de nos nanostructures peptidiques. La troisième partie est consacrée à l'attachement du peptide à des surfaces d'or. La quatrième partie présente les différentes techniques utilisées pour la caractérisation des canaux ioniques et des nanoparticules d'or.

Nous avons eu comme objectif de développer de nouvelles méthodologies de synthèse en utilisant un système de fer et de ligand bipyridine chiral. D’abord, pour faire suite aux résultats déjà développés dans le groupe pour la réaction d’ouverture d’époxydes méso par des anilines, nous avons engagé de nouveaux nucléophiles dans les conditions réactionnelles avec le système catalytique précédemment étudié. Dans le cas d’ouverture d’époxydes aromatiques méso par les indoles, de très hautes énantiosélectivités ont été obtenues. Après un processus d’optimisation, les conditions réactionnelles idéales ont été établies. Avec l’ajout de tamis moléculaire au milieu réactionnel, d’excellentes énantiosélectivités (>99% ee) ont été obtenues pour la plupart des substrats engagés. Ces résultats nous ont permis de proposer un modèle d’induction asymétrique pour cette réaction avec le catalyseur organométallique. Le système a aussi pu être appliqué dans le dédoublement cinétique de l’époxyde du trans-stilbène avec l’indole comme nucléophile. Nous avons aussi concentré nos recherches sur le développement d’une méthodologie utilisant le système fer-bipyrine pour la réaction de Mukaiyama aldol dans l’eau pure. Nous avons synthétisé un nouveau sel de fer, le bis(dodécylsulfate) de fer(II), agissant à la fois comme acide de Lewis et tensioactif en catalyse asymétrique. Le système s’est montré efficace pour catalyser la réaction de manière hautement énantiosélective, sans produire l’hydrolyse de l’éther d’énol silylé en conditions aqueuses. Les aldéhydes aromatiques, conjugués, hétéroaromatiques et aliphatiques ont pu être condensées efficacement avec cette méthode. Un traitement post-réactionnel par centrifugation permet de séparer les produits organiques sans utilisation de solvant. La réaction peut aussi être réalisée sur plus grande échelle, sans érosion de la stéréosélectivité. Nous avons aussi brièvement travaillé sur le développement d’une méthodologie pour la cyclisation de Nazarov. Dans ce cas, le système fer-bipyridine a donné des résultats préliminaires intéressants. Une poursuite du projet est à envisager. Nous avons aussi travaillé sur la synthèse de ligands chiraux présentant de bons potentiels en catalyse asymétrique. Une nouvelle méthode de couplage pour brancher des amino-alcools en position 2 et 2’ sur des noyaux bipyridine a été utilisée, permettant de synthétiser deux nouveaux ligands prenants notamment le L-diphénylprolinol et le (1R, 2S)-cis-aminoindanol comme unités chirales. Finalement, les ligands synthétisés ont été appliqués dans les réactions mentionnées précédemment. / We had the objective of developing new synthetic methodologies using a system of iron and a chiral bipyridine ligand. In order to continue with the results previously developed in the group for the meso epoxide-opening reaction with anilines, we tested new nucleophiles using the system. For the opening reaction of aromatic epoxides by indoles, very high enantioselectivities were obtained. After an optimization process, optimal reaction conditions were established. With the addition of molecular sieves to the reaction medium, excellent enantioselectivities ( > 99 % ee ) were obtained for most of the substrates involved . These results allowed us to propose a model for asymmetric induction of this reaction with the organometallic catalyst. The system has also been applied in the kinetic resolution of trans-stilbene oxide with indole. We also focused our research on the application of iron-bipyrine systems in the Mukaiyama aldol reaction in pure water. We have synthesized a new iron salt, i.e. iron(II) bis(dodecylsulfate), acting both as a Lewis acid and a surfactant in the reaction medium. The system was effective to catalyze the reaction in a highly enantioselective manner, without hydrolysis of the silyl enol ether in water. Aromatic, conjugated, heteroaromatic and aliphatic aldehydes could effectively be employed using the method. Centrifugation was used as post-reactional procedure, allowing to separate de products without using any solvent. The reaction may also be carried out on a larger scale, with no erosion on stereoselectivity. We also briefly worked on the development of a methodology for Nazarov cyclization. In this case, the iron-bipyridine system yielded interesting preliminary results. We also worked on the synthesis of chiral ligands with a good potential in asymmetric catalysis. A new method for coupling aminoalcohols in position 2 and 2 ' on bipyridine moieties was used to synthesize two new ligands using L-diphenylprolinol and (1R, 2S)-cis-aminoindanol as chiral units. Finally, the ligands were applied in the above-mentionned reactions.

La méthylation de l’ADN est l’un des facteurs épigénétiques les plus étudiés dans le cadre du dépistage de cancer. Détecter la méthylation de certains promoteurs de gènes permettrait d’identifier un cancer en particulier et d’améliorer, ainsi, le diagnostic lors de l’apparition de cellules cancéreuses. Plusieurs techniques ont été développées dans cette voie mais très peu sont basées sur une détection via des polymères conjugués. La majorité de ces techniques reposent sur une étape de PCR (Polymerase Chain Reaction) qui amplifie le nombre de copies d’ADN. L’utilisation de polymères conjuguée, notamment du poly(3-alkoxy-4-méthylthiophène) permettrait un affranchissement de cet étape due aux propriétés optiques associées aux changements conformationnels de ce dernier. Ce polymère a déjà fait ses preuves autant en détection d’éléments pathogènes (détection de séquences précises) qu’en études conformationnelles (détection de G-quadruplex). Ce mémoire traite de deux approches distinctes pour la détection d’ADN méthylé. La première approche se base sur l’impact de la méthylation d’ADN sur le polymère lui-même et l’étude de ces impacts par diverses techniques de caractérisation. La deuxième approche se penche sur la détection de séquence d’ADN modifiée artificiellement par un traitement au bisulfite de sodium. Ainsi, deux méthodes ont été abordées pour obtenir une détection d’ADN méthylé efficace et reproductible à des fins de diagnostics de cancer.

18821\u Au cours de la première partie de ce travail, nous avons fait l'extraction des feuilles d'une plante appelée Buxus wallichiana Baill. afin d'en étudier le contenu en alcaloïdes (les buxacées contiennent habituellement des alcaloïdes de type stéroïdien). En utilisant les méthodes courantes d'isolation et de purification nous avons obtenu cinq produits d'une pureté statisfaisantes. Grâce à l'études des propriétés spectroscopiques de ces bases ainsi qu'à de judicieuses comparaisons avec les données existant dans la littérature, nous sommes parvenu à identifier quatre de ces bases : ce sont la cyclovirobuxine-D (4), la cyclobuxine-D (7), la cycloprotobuxine-C (8), et la buxtauine (10). L'insolubilité de la cinquième base dans les solvants usuels nous a empêché d'obtenir toutes les données spectroscopiques nécessaires à son identification; en conséquence nous n'avons proposé qu'une structure partielle pour cet alcaloïde. Notre intérêt s'est ensuite tournée vers la synthèse de l'alcaloïde fawcettimine (1). L eplan de notre synthèse prévoit une réaction de Diels-Alder entre deux fragments dont l'union doit mettre en place le nombre requis d'atomes de carbone... / Montréal Trigonix inc. 2018

Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

Le présent mémoire porte sur la synthèse et caractérisation de nouveaux matériaux dérivés de la polyaniline. Ces matériaux possèdent dans leur structure l'unité carbazole afin de remédier à des problèmes de solubilité que présentent la polyaniline et ces dérivés, sans pour autant modifier de façon significative la structure recherchée de la polyaniline. L'étude électrochimique de composés modèles a d'abord été effectuée afin de mieux comprendre le comportement électrochimique des polymères synthétisés. Cette approche est d'un grand intérêt dans la famille des polyanilines puisque leur comportement redox est relativement compliqué. Ainsi, trois composés modèles et deux polymères ont été étudiés de façon approfondie. L'étude électrochimique et spectroélectrochimique nous a permis de prédire les différents processus électrochimiques possible pouvant intervenir lors de l'oxydation de ces matériaux.