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.

Dans le cadre d'un programme de recherche sur la mise au point de nanostructures peptidiques ayant une activité membranaire, des membres de l'équipe ont démontré que les peptides synthétiques, neutres et de 14 acides aminés avaient des propriétés cytolytiques comparables à celles des peptides cationiques. Le présent mémoire propose une étude sur le design, le développement et la caractérisation de nanostructures peptidiques à visée antimicrobienne. Diverses approches pour contrer le phénomène de résistance antimicrobienne ont été employées par plusieurs groupes de recherche. L'approche de notre laboratoire est présentée au chapitre 3. Les études de perméabilité membranaire de la banque de peptides synthétisés (chapitre 4) ainsi que les études conformationnelles (chapitre 5) ont permis d'en apprendre davantage sur les déterminants moléculaires responsables de l'activité antimicrobienne. La sélectivité du composé neutre de départ a été améliorée et nous savons que les peptides sélectifs adoptent une conformation de feuillet-P en milieu membranaire.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Deux des intérêts principaux dans notre groupe de recherche sont les interactions des acides de Lewis du groupe 13 avec des métaux de transition et la chimie du borabenzène. Les complexes des métaux de transition avec les borabenzènes neutres ne sont pas communs et consistent en une interaction n⁶ avec le cycle aromatique. Dans le but de stabiliser un nouveau mode de coordination n¹, l'interaction des boracyclohexadiènes avec des composés de Pt(0)IMes₂ (IMes = l, 3-di(2,4,6-triméthylphényl) imidazolin-2-ylidène) a été étudiée. Les complexes de Pt(II) obtenus contiennent une interaction Pt-Cl-B, qui est un nouveau mode de coordination pour le borabenzène. Ces complexes, et leur réactivité avec une série de bases de Lewis, substrats électrophiles et métaux de transition, ont été examinés par des études RMN et DFT.

La synthèse énantiosélective de composés optiquement actifs représente un thème important de la chimie organique. L'approche chimio-enzymatique est la méthode privilégiée dans cette thèse. Les enzymes utilisés sont principalement les lipases de la classe des hydrolases. Au chapitre 1 (introduction), les concepts généraux reliés à l'emploi des hydrolases en synthèse organique sont décrits en utilisant principalement des exemples en provenance de l'industrie. Le chapitre 2 est une revue de la littérature pâme sous forme d'un chapitre de livre sur la transestérification et l'hydrolyse dé dérivés d'acides carboxyliques, d'alcools et d'époxides. Le chapitre 3 rapporte une synthèse de la (-)-lobéline, un alcaloïde agissant principalement sur les récepteurs nicotiniques de l'acétylcholique. L'étape clé est une acylation (désymétrisation) stereoselective (ee > 98%) de la méso-lobélanidine par l'acétate de vinyle en présence de la lipase B de Candida antarctica (CAL-B). Le chapitre 4 présente les désymétrisations enzymatiques énantiosélectives (ee > 98%) du méso cw-2,2-diméthylcyclohexane-l,3-diol et du méso diacétate correspondant. Les produits des réactions permettent une préparation efficace des deux énantiomères de la 3- hydroxy-2,2-diméthylcyclohexanone, un composé de départ ayant servi à la synthèse de nombreux produits naturels du groupe des terpènes. Le chapitre 5 est une étude de l'acylation énantiosélective d'un substrat modèle, le 1- phényléthanol, par des esters de vinyles porteurs de diverses fonctions sur la portion acyle en présence des trois lipases les plus utilisées en synthèse organique. Cette stratégie a été utilisée dans la préparation d'un ligand de la kinase C des protéines. Finalement, le chapitre 6 décrit une approche chimio-enzymatique à la synthèse d'un aminocyclitol, un fragment du nucleoside Q que l'on retrouve dans les ARN de transfert ; ce chapitre rapporte aussi une étude du procédé de «résolution-désymétrisation» enzymatique de malonates.

La résistance des bactéries aux antibiotiques est devenue un problème majeur dans la lutte aux infections bactériennes. En effet, plusieurs bactéries telles que Pseudomonas aeruginosa ont développé des mécanismes de résistance aux antibiotiques. Le développement de nouveaux agents antibactériens s'impose donc. Étant donné que les virus de type bacteriophage sont des pathogènes naturels des bactéries, ils représentent une approche intéressante dans le but de développer de nouveaux agents antibactériens. Pour ce faire, nous avons entrepris des études sur les mécanismes moléculaires qui permettent aux bacteriophages de lyser les bactéries. Dans le cadre de cette étude, nous avons évalué les interactions potentielles entre l'endolysine du phage <)>KZ (gpl44) et des membranes modèles. Nous avons constaté que gpl44 interagit préférentiellement avec les membranes anioniques bactériennes. Nos études suggèrent aussi que la structure de la protéine n'est pas affectée de façon significative par la présence des lipides. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié des protéines de soie d'araignée naturelle et transgénique. Les fibres de soie d'araignée sont parmi les matériaux structuraux les plus évolués dans la nature. En effet, la soie, tout en étant très solide, possède une grande extensibilité. Comme ce type de matériau peut servir à de nombreuses applications, Nexia Biotechnologies Inc. a entrepris la production de soie d'araignée transgénique. Le but de notre étude est donc de déterminer l'influence de paramètres de production de la soie naturelle et transgénique sur la structure et la dynamique des protéines de fibres de soie et, éventuellement, de relier ces observations aux propriétés mécaniques de la soie. Nos études ont permis de déterminer que la vitesse de filage a une influence sur la dynamique des échantillons de soie naturelle. Pour ce qui est des différents types de soie naturelle étudiées soit la soie de la glande ampullacée majeure, mineure et de cocon, nous avons noté que bien qu'elles possèdent toutes les mêmes structures secondaires, des différences majeures ont été notées au niveau de la dynamique des échantillons. Nous avons aussi étudié des échantillons de soie transgénique produits par filage humide. Nous avons observé que peu importe la forme de l'échantillon transgénique étudié, il semble que ce soit la dynamique des échantillons qui soit critique pour obtenir des échantillons de soie recombinante possédant les mêmes propriétés mécaniques que la soie naturelle et non la structure secondaire de la protéine.

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

Dans les dernières années, l'avancement rapide du domaine de l'électronique organique a mené au développement d'une multitude de nouvelles classes de polymères n-conjugués. Parmi ces polymères, les dérivés du poly(2,7-fluorène) se sont avérés être des matériaux prometteurs pour des utilisations en dispositifs opto-électroniques légers, flexibles et peu coûteux à produire. Plus récemment, de nouvelles classes de polymères à base d'hétérofluorènes comme les dérivés du poly(2,7-carb, azole) et du poly(2,7-dibenzosilole) ont été largement étudiées et ont démontré des résultats prometteurs dans les dispositifs électroniques à base de polymère comme les diodes électroluminescentes (DEL), les transistors à effet de champ (TEC) et les cellules photovoltaïques (CP). Suite aux bons résultats obtenus avec ces poly(hétérofluorène)s, nous voulions étudier une nouvelle classe de polymères à base d'hétérofluorène qui a été que très peu étudiée jusqu'à maintenant, c'est-à-dire le germafluorène. Le germafluorène étant un .analogue du fluorène et du dibenzosilole, nous voulions évaluer si cette nouvelle cl.asse possédait le même potentiel que ces dernières. C'est ainsi que nous avons synthétisé deux monomères de germafluorène. Trois dérivés du poly(germafluorène) soit PGFDTBT, PGFDTDPP (C4) et PGFDTDPP (Cg), ont été synthétisés en utilisant soit le 5,5-(4', 7'-di-2-thienyl-2', l', 3'-benzothiadiazole) ou le 3,6-bis(thiophen-5-yl)-2,5-dioctyl-2,5-dihydropyrrolo[3,4-]pyrro le-l, 4-dione] comme comonomère. De plus, deux homopolymères de germafluorène, PGF (C4) et PGF (C4, Cg) ont aussi été synthétisés. Tous ces polymères ont été caractérisés pour déterminer leurs propriétés thermiques, optiques et électrochimiques. Des cellules photovoltaïques ainsi que des transistors à effet de champ ont été fabriqués avec certains de ces polymères pour obtenir des taux de conversion énergétique allant jusqu'à 2,8 % avec le PGFDTBT et des mobilités de charge allant jusqu'à 0,04 cm2/V-s pour le PGFDTDPP (C4).

Le PCBM (phenyl CÔI butyric methylester) est un dérivé très utilisé comme matériau de type n dans les piles solaires organiques (accepteur d'électrons). Avec les nombreuses recherches effectuées dans le domaine, il est désormais possible d'obtenir d'encourageants taux de conversion de l'énergie solaire en électricité (plus de 7 %). Bien que le PCBM donne de bons résultats, cet accepteur d'électrons n'est pas le composé optimal pour tous les polymères [Pi] -conjugués et une modulation du niveau énergétique de l'orbitale LUMO est souhaitable. L'objectif principal de ce projet est de synthétiser des dérivés solubles du C₆₀ dont l'orbitale LUMO se situe entre -3,7 et -4,0 eV (comparativement à -4,3 eV pour le PCBM) résultant en une augmentation de la valeur du Voc et conséquemment, de l'efficacité du dispositif. Quelques groupes de recherche se sont penchés sur la modulation de l'orbitale LUMO du C₆₀, mais les changements se sont avérés trop faibles pour avoir un impact significatif sur les performances des piles solaires. Cela peut s'expliquer par la faible communication électronique entre les groupements attachés au C₆₀ et le C₆₀ même. En effet, pour le PCBM, deux carbones sp³ lient le groupement au C₆₀, ce qui a comme effet d'empêcher une conduction directe des électrons au fullerène. Dans le cadre de ce projet, nous proposons d'utiliser une liaison conjuguée afin de lier des groupements électrodonneurs au C₆₀. Par cette liaison, seulement un carbone hybride sp est présent pour attacher le groupement. Ceci devrait donc permettre une meilleure conduction des électrons au C₆₀ et, par le fait même, permettre d'améliorer la modulation de l'orbitale LUMO de ce dernier. Nous avons donc effectué la synthèse de plusieurs dérivés contenant divers groupements électro-donneurs et électro-accepteurs pour étudier leur influence sur les niveaux énergétiques du fullerène. La synthèse de ces dérivés a été faite par la réaction d'éthynylation. Les composés obtenus ont été purifiés par chromatographie en phase liquide et complètement caractérisés par spectroscopie UV-visible et électrochimie. De plus, en utilisant la méthode DFT, nous avons comparé les niveaux énergétiques théoriques des nouveaux dérivés aux résultats expérimentaux.