Les projets présentés dans cet ouvrage sont le fruit d'une collaboration université-industrie faisant appel à la participation du laboratoire du Professeur Robert Chênevert, du département de chimie de l'Université Laval, ainsi qu'à celle de la compagnie OmegaChem Inc. de la région de Québec. Le champ d'expertise de la compagnie OmegaChem Inc. couvre le développement et la distribution de produits de chimie fine comprenant, entre autres, un large éventail de nouveaux produits fluorés. Elle exploite en outre un volet de synthèse sur demande fournissant des produits chimiques à l'industrie pharmaceutique. Le projet de maîtrise vise à développer des méthodes de synthèse, à l'échelle preparative, de composés destinés à la recherche pharmaceutique ou académique. Les composés en questions comportent un motif cyclobutanoïque et se déclinent en une variété de dérivés fluorés. Ces composés cyclobutanoïques permettent également de tester les aptitudes d'un nouveau réactif de fluoration développé par OmegaChem, le XTaIFluor-E. La synthèse d'un composé particulièrement versatile, le benzoate de 3-oxocyclobutyle, a bénéficié d'une optimisation minutieuse. Ce composé sert de produit de départ pour la synthèse de plusieurs autres.

L'introduction d'un atome de fluor dans une molécule bioactive peut bien souvent modifier son activité biologique en modifiant sa lipophilic, sa solubilité, sa stabilité métabolique, sa conformation ou encore sa réactivité chimique. C'est pourquoi la synthèse de produits organofluorés suscite un intérêt marqué dans le secteur de l'agrochimie et de la chimie pharmaceutique. D'ailleurs, les moyens d'accès à ces produits sont en constante augmentation. Non seulement la formation mais également l'activation de liaisons C-F sont des sujets de recherche très prometteurs pour la conception de produits organiques fluorés. Les métaux de transition tels que le nickel, le palladium et le rhodium jouent un rôle important dans l'activation de liens C-F. Dans ce mémoire, il sera question de la synthèse des β-aminofluoroalcènes qui sont une classe de molécules organofluorées suscitant un intérêt particulier en chimie médicinale, car ils peuvent être utilisés comme isostères de la liaison peptidique. Cependant, il n'existe pas de voie directe afin d'accéder à cette classe de composés. Nous nous sommes donc intéressés à rechercher des voies de synthèses permettant l'obtention de p-aminofluoroalcènes. Dans ce mémoire, deux stratégies seront abordées pour la synthèse des p-aminofluoroalcènes. D'une part, une méthode basée sur la réaction d'amination allylique de dérivés de 3,3-difluoropropènes sera présentée. Celle-ci est catalysée par le palladium via l'activation d'un lien C-F. D'autre part, une stratégie basée sur une réaction de type SN2' utilisant les amidures de lithium sur des systèmes allyliques de dérivés de 3,3-difluoropropène constituera la dernière partie de ce mémoire.

Les polyélectrolytes sont des chaînes polymériques le long desquelles sont reliés, par liaisons covalentes, des groupements ioniques. Ces groupements possèdent un contre-ion qui est mobile lorsque mis en solution. Ce projet de maîtrise fut axé sm la synthèse et la caractérisation de polyélectrolytes à base de 2,7-carbazole dans le but de faire des dispositifs électroniques à base de matériaux organiques ioniques. Au cours de ce projet, les polymères anioniques synthétisés furent le Poly[N-propane-3'-sulfonate-2,7-carbazole-alt-1,4-phénylène] de sodium, le Poly[N-butane-4'-sulfonate-2,7-carbazole-alt-l, 4-phénylène] de sodium ainsi que le Poly[N-butane-4'-sulfonate-2,7-carbazole]de sodium. Ces matériaux anioniques furent synthétisés dans l'optique de procéder à l'auto-assemblage de polymères cationiques et anioniques par la méthode de déposition couche-par-couche développée par Decher en 1991. Cette méthode permet la superposition de polymères anioniques et cationiques grâce aux interactions électrostatiques en effectuant plusieurs trempages consécutifs dans les solutions de polyélectrolytes. Les polycarbazoles utilisés lors de ce projet sont des semi-conducteurs organiques et de bons transporteurs de trous d'électrons. Il est donc possible de penser que ces matériaux pourraient éventuellement être utilisés pour la fabrication de cellules photovoltaïques, de transistors ou de diodes électroluminescentes. L'objectif de ce mémoire repose donc sur la synthèse de polyélectrolytes conjugués à base de 2,7-carbazole solubles dans l'eau. C'est dans cette optique que les différents chemins synthétiques utilisés ainsi que la caractérisation des produits obtenus seront présentés.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / La spécificité de la reconnaissance moléculaire démontrée par l'ADN est sans parallèle dans le domaine des polymères synthétiques. Notre projet propose une nouvelle méthode pour transcrire de l'information génétique d'un brin d'ADN dans un polymère synthétique. Grâce à la reconnaissance moléculaire entre les paires de bases complémentaires (A-T, G-C), nous visons l'assemblage de monomères dans l'ordre précis dicté par la séquence de l'ADN. La polymérisation subséquente des monomères figera cette séquence dans un nouveau polymère synthétique appelé ADN-mimétique. Deux stratégies pour la préparation de polymères ADN-mimétiques seront exposées. La première vise tout d'abord à déposer l'ADN de façon contrôlée sur un substrat solide. Cette approche implique la formation d'un complexe électrostatique entre l'ADN et un surfactant cationique à l'interface air-eau. L'interaction du surfactant avec l'ADN a été démontrée par la balance de Langmuir et la microscopie à l'angle de Brewster. De plus, la distribution des composants, l'orientation et la composition chimique des films transférés sur un support solide ont été déterminées par des techniques de microscopie, de spectroscopie infrarouge et d'analyse de surface. La seconde approche devant mener aussi à la formation d'un polymère d'ADN mimétique implique l'assemblage de monomères à l'interface air-eau sur un simple brin d'ADN dissous dans la phase aqueuse. Plusieurs monomères portant des bases azotées ont été synthétisés par nos collaborateurs (équipe d'Hanadi Sleiman, Université McGill). L'interaction entre ces molécules et l'ADN à l'interface air-eau a été étudiée avec une balance de Langmuir et par microscopie à l'angle de Brewster. La première génération de monomères étudiés ne forme malheureusement pas de film de Langmuir, et cela malgré la modification de plusieurs paramètres expérimentaux. Ces premiers résultats ont mené à la conception d'une seconde génération de molécules qui, dans ce cas, forment des monocouches stables à l'interface. Certaines indications obtenues par spectroscopie infrarouge laissent croire à une hybridation entre ces molécules et l'ADN. Enfin, une troisième génération de monomères formant des films de Langmuir a également été étudiée à l'interface air-eau et aussi sur des substrats solides. Nos travaux démontrent qu'il y a appariement de bases entre ces monomères et des acides nucléiques.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Ce mémoire porte sur l'étude des mécanismes d'action de peptides cationiques à visée antimicrobienne longs de 14 acides aminés. Des études antérieures ont montré que la substitution de résidus leucine par des résidus lysine pouvait, dans certains cas, diminuer considérablement le caractère hémolytique des peptides, augmentant ainsi leur sélectivité pour les membranes bactériennes. Nous avons procédé à des études par spectroscopic RMN et infrarouge, appuyées par des simulations informatiques, afin d'étudier les interactions entre des peptides sélectifs et non-sélectifs et des membranes modèles zwitterioniques et anioniques. Les résultats permirent de proposer deux mécanismes distincts qui peuvent expliquer le comportement de l'ensemble des analogues étudiés. Les peptides non-sélectifs se positionneraient à la surface des bicouches et y formeraient des pores via un mécanisme semblable au modèle "sinking-raft". Les peptides sélectifs s'agrégeraient plutôt en plaques à la surface des bicouches, y causant des défauts conduisant à la perméabilisation des membranes.

Le développement de nouveaux ligands en chimie de coordination et organométallique est un champ d'intérêt en raison de la préparation de nouveaux catalyseurs ou de molécules ayant des propriétés spécifiques. La synthèse de ligands hexadentates hybrides comprenant trois fonctions imines ou amines ainsi que trois fonctions phosphines ou thiols est présentée. Ces ligands sont des dérivés du cis, cis-1,3,5-triaminocyclohexane (tach) sur lequel on a greffé trois bras phosphines ou thiols suivant la condensation des aldéhydes correspondants. Ces ligands hybrides comportent donc deux types de fonctions coordonnantes : les amines pouvant complexer des métaux pauvres en électrons et les phosphines ou thiols pour complexer des métaux plus riches en électrons. L'étude de la chimie de coordination des ligands imino- et aminophosphines avec le platine(0) et des sels de platine(ll) a été effectuée. II a été démontré que le platine(0) a un comportement différent envers les deux ligands. En effet, il procède à l'addition oxydante du lien C-H de l'imine, tandis qu'avec le ligand aminophosphine, il forme un polymère insoluble. Par contre, les sels de platine(ll) démontrent une affinité semblable pour les deux ligands en se coordonnant dans un mode K2-P, N. La chimie de coordination de l'aluminium avec les ligands aminophosphines et aminothiols a aussi été effectuée afin de tester l'habilité des ligands à former des complexes tripodaux. La synthèse par hydrogénolyse du triméthylaluminium donne des complexes bimétalliques ou monométalliques selon la stoechiométrie de la réaction. Ces complexes se sont démontrés actifs dans la polymérisation par ouverture de cycle d'esters cycliques. L'utilisation d'autres acides de Lewis tels que le gallium et le zirconium a été investiguée. La chimie de coordination du gallium est très semblable à celle de l'aluminium et les complexes correspondant sont obtenus. Par contre, il a été possible d'obtenir un complexe trisamidure tripodal avec le zirconium. En dernier lieu, on discute de la formation d'un complexe hétérométallique avec le métalloligand d'aluminium et le platine(0). II ne semble pas y avoir formation d'un lien datif Pt?>AI. II y aurait plutôt addition oxydante d'un lien Al-C ou Al-N sur le platine pour former un lien alyle-platine(ll).

Dans le cadre d'une coopération université-industrie, le laboratoire du Professeur Robert Chênevert du département de chimie de l'Université Laval s'est associé à la compagnie Omegachem dans le but de développer une gamme diversifiée de nouveaux composés chiraux, dans ce cas-ci, des dérivés chiraux du glycerol démontrant des intérêts majeurs pour l'industrie chimique et pharmaceutique. Dans cette optique, la première partie du projet consistait au développement d'une méthode de synthèse générale chimio-enzymatique pour l'obtention des deux énantiomères d'une gamme d'isopropylidèneglycérols 2-substitués. Ces derniers constituent des synthons tétrasubstitués très fonctionnalisés pouvant être introduits dans diverses stratégies de synthèse énantiosélective. La seconde partie concernait l'élaboration d'une méthode de synthèse efficace pour la préparation de diols chiraux énantiopurs en faisant appels aux isopropylidèneglycérols 2-substitués en tant que produits de départ. Ces diols fonctionnalisés et polyvalents étant également intéressants de par leur carbone tétrasubstitué fonctionnalisé offrant maintes possibilités réactionnelles. La dernière section du projet consistait quant à elle à la réalisation de tests préliminaires pour l'élaboration d'une voie de synthèse permettant l'obtention de dérivés organofluorés à partir des synthons énantiopurs obtenus aux sections précédentes. La chimie du fluor est devenue un secteur très important depuis les dernières décennies, spécialement dans le domaine pharmaceutique, dû principalement aux effets bénéfiques engendrés par cet halogène lors de son introduction sur des molécules bioactives par modulation de leurs propriétés physico-chimiques et pharmacologiques.

La synthèse énantiosélective de composés chiraux est un thème important de la chimie organique. L'utilisation de biocatalyseurs dans la préparation de synthons chiraux énantioenrichis a connu un essor considérable au cours des deux dernières décennies. Les enzymes du groupe des hydrolases (lipases, esterases, proteases) permettent la résolution cinétique de mélanges racémiques ou la désymétrisation de composés prochiraux ou méso. Des dérivés de la phosphonothrixine, un produit naturel ayant des propriétés antibiotiques et herbicides, ont été préparés via une résolution enzymatique d'un 2-alkylglycérol. La désymétrisation enzymatique du wé±.-2,2-diméthyl-l, 3-cyclohexanediol et du diacétate correspondant a conduit à des synthons chiraux énantiopurs utiles en synthèse asymétrique. Ces travaux sont l'objet d'une publication parue dans la revue Journal of Organic Chemistry. La dernière section de ce mémoire rapporte une étude sur la désymétrisation enzymatique de dérivés du 7-azabicyclo[2.2.1]heptane. L'intérêt dans ce genre d'hétérocycle émane principalement de la découverte de l'épibatidine, un alcaloïde extrait d'une grenouille tropicale dont les propriétés analgésiques sont plusieurs centaines de fois plus forte que la morphine.

Cette thèse présentera l'étude d'un catalyseur de carbure de molybdène modifié par des alkylidenes dans le but de faire de la polymérisation par réaction de métathèse induite par la surface, le tout dans des conditions de ultra-haut vide (UHV). Ce système catalytique a été caractérisé par différentes techniques d'analyse utilisées en science des surfaces : la spectroscopic infrarouge par reflexion-adsorption (RAIRS), la spectroscopie des photoélectrons par rayons X (XPS) et la spectrométrie de masse par thermodésorption (TDS). La première partie de la thèse décrira le système expérimental à la manière d'un guide pour les nouveaux utilisateurs de ce type de système multi-analytique. La caractérisation et l'étude de l'activité catalytique du carbure de molybdène modifié par des alkylidenes sera présentée en deux parties. La première partie sera dédiée à la préparation et à la caractérisation de nouvelles espèces métal-alkylidène sur la surface du β-Mo₂C. Deux nouvelles espèces ont été étudiées, soient le diméthyle alkylidene ((CH₃)₂C=Mo) et le vinyl alkylidene (CH₂CHCH=Mo). Des données spectroscopiques sur la chimisorption de cétones aliphatiques telles que l'acétone, l'acétone-dô et l'acroléine indiquent que le β-Mo₂C induit un bris du lien carbonyle à température ambiante dans des conditions d'ultra-haut vide pour former les espèces métal-alkylidène et métal-oxo. Cette réaction produit aussi une couche superficielle de carbone de nature indéfinie qui diminue la réactivité de la surface de β-Mo₂C face à la décomposition moléculaire conférant ainsi une très haute stabilité thermique aux espèces formées. Le principal sujet de cette thèse concerne l'étude de ces alkylidenes comme des espèces initiatrices pour la polymérisation de surface en vue de former le polyacétylène. Deux méthodes de polymérisation ont été testées. Premièrement, la polymérisation par métathèse par ouverture de cycle du 1,3,5,7-cyclooctatétraène (COT) a été effectuée sur des sites actifs de cyclopentylidene et de vinyl alkylidene. Deuxièmement, la polymérisation par métathèse avec l'acétylène a été effectuée sur des sites de cyclopentylidene. Les résultats de ces deux méthodes sont comparables malgré des différences mineures dans la conformation des polymères, lesquelles sont suggérées par les données des spectres vibrationnels. Le comportement des monomères adsorbés sur β-Mo₂C est aussi analysé à la fin de chaque chapitre. La spectroscopic vibrationnelle suggère que le cyclooctatétraène adopte une configuration plate qui pourrait favoriser sa réactivité en augmentant la tension moléculaire ainsi que le temps de résidence de la molécule sur la surface. Ces effets pourront être responsables du faite que le cyclooctatétraène réagisse à une plus basse température face à la polymérisation par ouverture de cycle que le norbornène et le cyclopentène. Pour ce qui concerne l'acétylène, il réagit avec lui-même à température plus basse que la température de polymérisation pour donner du benzène et du butadiene sur la surface du carbure de molybdène. Cette réaction est, alors, en compétition avec la formation du polyacétylène sur la surface modifiée avec des espèces alkylidene.

Cette thèse porte sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux semi-conducteurs organiques à base de carbazole et d'indolo[3,2-b]carbazole. La synthèse de petites molécules et de polymères a été accomplie dans le but de fabriquer des transistors organiques à effet de champ (TOECs). Plusieurs techniques de mise en oeuvre ont été utilisées pour déposer les films et obtenir les meilleures performances possibles. Tout d'abord, l'évaporation sous vide des petites molécules a permis d'obtenir des films avec un haut degré de cristallinité, qui furent analysés par diffraction des rayons-X (DRX) et par microscopie à balayage électronique (MBE). Dans le but de fabriquer des dispositifs à très faible coût, la synthèse de nouveaux matériaux a permis la mise en oeuvre par voie humide. La fabrication et la caractérisation des dispositifs montrent qu'il est possible d'obtenir de bonnes performances en TOEC même lorsque le matériau est déposé en solution. Finalement, de nouveaux polymères qui comportent des chaînes latérales fluorées ont été synthétisés pour mieux comprendre le changement d'organisation qui est induit lors de l'ajout de ces atomes de fluor comparativement aux atomes d'hydrogène