Dans la première partie de cette mémoire, nous décrirons notre synthèse convergente du rubrolide L (32), un produit naturel isolé d’une ascidie marine provenant de la côte Sud de l’Espagne. Ce produit possède des propriétés antitumorales, antiphosphatases et est surtout un inhibiteur de la réductase de l’aldose humaine (hARL2). Cet enzyme joue un rôle clé dans la transformation de polyols (glucose en sorbitol) avec le coenzyme NADPH. Par conséquent, le rubrolide L est un produit naturel ayant du potentiel pour traiter les complications causées par le diabète de type II. Simultanément à notre synthèse, Z. Wang, B. Ling et al. ont publié leurs résultats quant à l’étude du mécanisme de l’assemblage du rubrolide L, de la réductase de l’aldose humaine et du coenzyme NADPH. Il a été observé que le rubrolide L se lie avec la réductase de l’aldose d’une manière forte et unique par rapport aux autres rubrolides. L’assemblage de la molécule avec l’enzyme ainsi que son activité inhibitrice remarquable font en sorte que la molécule devient très intéressante au niveau de la synthèse. Les étapes clés de la réaction comportent (i) un couplage Suzuki-Miyaura avec un furanone activé en triflate et (ii) une réaction d’aldol dans laquelle la stéréosélectivité est tout à fait contrôlée par l’encombrement stérique du groupement méthoxyphénol adjacent. Après avoir été bromé, le précurseur pour le produit final était vérifié par la spectroscopie NOESY. Plus récemment, une version améliorée de notre synthèse initiale fut effectuée en utilisant un benzaldéhyde bromé. Cela a simplifié la synthèse en éliminant une étape. Finalement, après quatre étapes, nous avons complété la synthèse du rubrolide L avec un rendement de 37% ou 42% après cinq étapes. Quant à la deuxième partie de cette mémoire, nous avons effectué une synthèse à partir d’un extrait de la plante Datura metel L., le produit final étant le yangjinhualine A (70). Ce dernier est un exemple d’un furanone substitué en positions 3, 4 et 5. La plante et son extrait sont caractérisés par des propriétés anti-inflammatoires intéressantes. Un couplage de Suzuki semblable ayant été utilisé pour la synthèse du rubrolide L, une synthèse plus rapide vers le yangjinhualine A a été possible après 6 étapes avec un rendement de 33%. De plus, nous avons investigué, sans succès, un chemin synthétique pour (-)-hygrine (91), (-)-norhygrine (92). Ceci, malgré l’échec, nous a fait comprendre les réactions des organolithiens et des réactifs de Grignard sur les nitriles adjacents d’un centre pyrrolidine. Ceci nous a aidé à développer une synthèse vers la (-)-pyrrolsédamine (93). Finalement, puisque ce mémoire se rapporte à la chimie organique, il inclut aussi le développement de différents modificateurs chiraux pour la réduction asymétrique avec le palladium, tel le cinchonidine. Le cinchonidine (CD) est connu comme un alcaloïde encombré stériquement et est également un composé tête-de-série pour la réduction asymétrique, en particulier, celle d’Orito. Nous avons donc synthetisé avec succès le 3-benzyl-1,7,7-triméthylbicyclo[2.2.1]heptan-2-ol (117). / In first part of this thesis we describe the total synthesis of the Spanish tunicate constituent rubrolide L (32), a potent inhibitor of human aldose reductase (hARL2).19-24 Blocking this enzyme plays a key role in reducing the quantities of sorbitol found in cells that are insulin independent for glucose diffusion such as nerves, kidneys and the retina.17 Inhibitors of human aldose reductase inhibitors are few and far between with the only example available on the market in Japan. In tests, rubrolide L showed a five-fold increase in inhibitory property compared to Pfizer’s widely studied Sorbinil®. These highly sought biological properties make rubrolide L an eminent target for synthesis. Our previous works based on rubrolide C offered a scaffold upon which our synthesis was designed including a Suzuki coupling reaction, followed by utilization of our newly developed method for regio-controlled aldol condensation. Next, the alkylidene was selectively brominated leaving the methoxyphenyl ring untouched (as confirmed by the Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy).* Leaving a final deprotection step before the final product was obtained. Recently, a method was observed by our group in which the regio-controlled aldol condensation was made effective by using a brominated substrate with an unprotected phenol, eliminating one step and opening the door to a potential three-step synthesis. The overall yield for our new synthesis of rubrolide L is 42% over 5 steps or 37% over 4 steps. In the second part of the synthesis, we further build upon our scaffolding from Rubrolide L to examine the synthesis of yangjinhualine A (70), a potential anti-inflammatory agent. The optimized conditions for the Suzuki coupling from rubrolide L served as a sturdy starting point of synthesis from the structurally similar triflate. Yangjinhualine A was synthesized in 6 steps with 33% yield. In the third part we discuss the synthetic route towards (-)-hygrine (91), (-)-norhygrine (92). Although unsuccessful in this endeavour, we have further understood the *See ‘Annexe’ reactions of alkylhalides on a nitrile moiety adjacent to a pyrrolidine center. In doing so, we have developped a synthesis towards (-)-pyrrolsedamine (93). And finally, the fourth part describes the development of chiral modifiers for the Orito reaction on a Pt(111) surface; the goal of which was to improve upon the widely used cinchonidine (CD). Reported within are the synthesis of 3-benzyl-1,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]heptan-2-ol (117).

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.

Il existe un grand nombre de composés naturels très actifs biologiquement qui possèdent une partie 3-alkyl-2(5H)-furanone. Dans le but de préparer aisément quelques-uns de ces composés, des conditions douces de couplage ont été élaborées. Dans un premier temps, un protocole efficace et rapide pour effectuer un couplage croisé C(sp²)-C(sp) de Sonogashira à partir du 5-alkyl-3-bromo-2(5H)-furanone a été développé. Par la suite, son application a été présentée lors des synthèses de l'isofugomycine 1, de la (S)-désoxyfugomycine 19 et de la fugomycine 23. Dans le cadre d'une étude préliminaire sur la lithiation latérale, la première synthèse du diméthylfuranolate 32 a été réalisée. Celle-ci nous a amené à déterminer que la lithiation latérale n'est pas possible chez les furanolates. Dans le cadre d'une étude préliminaire sur la biomimétique des γ-pyrone, la synthèse du (E)-diol 36 a été réalisée. Celui-ci a été époxydé dans des conditions douces pour ensuite subir une oxydation où des traces de γ-pyrone ont été observées par RMN ¹H. Ainsi, des résultats prometteurs ont été obtenus et des études plus poussées sont à prévoir.

Parmi les différentes fonctionnalités contenant un atome de fluor, les fluoroalcènes sont des motifs particulièrement intéressants, possédant de nombreuses applications dans le domaine de la chimie médicinale, des sciences des matériaux, et en synthèse organique. Pourtant, il existe peu de méthodes efficaces pour la synthèse stereoselective de ces molécules, et certaines classes de monofluoroalcènes sont encore difficiles d'accès avec les stratégies actuelles. Le sujet de cette thèse porte donc sur le développement de nouvelles voies de synthèse stéréosélectives de monofluoroalcènes diversement substitués. Les propriétés de l'atome de fluor, et leurs effets sur le profil pharmacologique de molécules bioactives (lipophilie, solubilité, stabilité métabolique, etc.), seront exposés dans le premier chapitre de cette thèse. Des travaux exploratoires sur la préparation d'alcynes fluorés seront ensuite présentés dans le chapitre 2 ; ils ont mené à la découverte de la réactivité particulière des β, β-difluorostyrènes silylés vis-à-vis de certains nucléophiles (organolithiens, hydrure). Les β, β-difluorostyrènes silylés ont alors pu être utilisés comme précurseurs communs pour la synthèse stereoselective de monofluoroalcènes tétrasubstitués (chapitre 3), trisubstitués (chapitre 4), et disubstitués (chapitre 5). Pour terminer, ces nouvelles méthodologies ont été appliquées à la synthèse de composés bioactifs (chapitres 3 et 4).

À l'heure actuelle, la détection efficace et abordable des maladies infectieuses est considérée par l'organisation mondiale de la santé comme l'enjeu du développement biotechnologique le plus critique pour l'amélioration de la santé humaine et animale. À ce propos, plusieurs approches ont été proposées mais la plupart d'entre elles se basent sur la technique communément appelée PCR (Polymerase Chain Reaction). Une méthode de détection développée dans notre laboratoire est basée sur la réponse d'un biocapteur le poly(3-alkoxy-4-méthylthiophène) à son environnement. La particularité de ce biocapteur réside dans sa susceptibilité à reconnaître l'événement d'hybridation d'une chaîne d'ADN et à le traduire en un signal mesurable (optique, électrochimique...). Parallèlement à nos travaux de détection de l'ADN, une étude plus approfondie a été menée sur certains facteurs inhérents aux molécules d'ADN tels que la longueur de la chaîne d'ADN (sonde et cible), ainsi que l'enchaînement de la séquence d'ADN. Cette étude a été réalisée principalement par des techniques de colorimétrie (UV-visible) et de mesure de la fluorescence. Cette dernière à montre que l'hybridation se fait très difficilement lorsqu'on a une différence de longueur entre les deux brins d'ADN et que l'intensité de fluorescence change d'une séquence à l'autre.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Le fil de soie d'araignée est un matériau structural ayant des propriétés mécaniques de résistance et d'endurance exceptionnelles. Récemment, Nexia Biotechnologies Inc. a réussi à produire en grande quantité les deux protéines recombinantes (MaSpI et MaSpII) qui composent la soie d'araignée. Un défi important est de pouvoir convertir ces protéines en biomatériaux ayant les propriétés mécaniques désirées, ces dernières étant fortement dépendantes du processus de filage. In vivo, le filage de la soie implique le passage d'une solution protéique concentrée contenue dans la glande à travers une filière conduisant à une fibre insoluble. La conformation des protéines dans la glande serait déterminante pour l'optimisation de ce processus. Dans la première partie de notre projet, nous avons étudié pour la première fois la conformation des protéines de soie d'araignée in situ à l'intérieur de la glande ampullacée majeure ainsi que des deux protéines recombinantes en solution. À cette fin, nous avons utilisé des techniques sensibles à la conformation des protéines comme la spectromicroscopie Raman, la spectroscopie infrarouge et le dichroïsme circulaire vibrationnel (VCD). Les données obtenues par VCD montrent la présence d'hélices 3₁ gauche de type polyproline II (PPH), d'hélices a et de structures désordonnées. La présence de PPII pourrait influencer fortement le processus de filage. En effet, les angles dièdres de la structure PPII et des feuillets, p étant proches, la transition d'un état à l'autre nécessiterait peu d'énergie. La caractérisation des propriétés d'auto-assemblage des protéines recombinantes a également été effectuée. Ces résultats devraient conduire à une meilleure compréhension des paramètres qui gouvernent le processus de filage naturel des protéines de soie. Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié par spectromicroscopie Raman la conformation et l'orientation des protéines de soie dans différents types de fibres produites de l'araignée Araneus diadematus. Les résultats obtenus nous ont permis d'établir des corrélations entre la structure de la soie et les propriétés mécaniques des fibres.

L'efficacité de sources d'énergie renouvelables comme l'énergie solaire est une inquiétude croissante pour les chercheurs et les consommateurs partout dans le monde. En 2007, notre laboratoire a publié une classe de dérivées de poly-(2,7-carbazole) pour les cellules photovoltaïques organiques en jonction hétérogène nanocomposite. La caractérisation des interfaces de cette jonction hétérogène devient le principe de base pour l'optimisation de l'efficacité des cellules solaires. Au début, les procédures de fabrication des cellules seront optimisées pour développer une méthode définie et reproductible. Par la suite, la caractérisation et l'optimisation de la morphologie de la jonction hétérogène nous donneront une meilleure compréhension des paramètres qui influencent le rendement de la conversion énergétique. La microscopie à force atomique, la microscopie électronique en transmission et la microscopie de fluorescence nous ont permis de mieux qualifier et quantifier les composants de cette jonction. Toutes ces techniques peuvent à l'avenir mieux caractériser et évaluer les nouveaux polymères pour la microélectronique.

L'amylose (chaîne linéaire de glucoses) est l'un des deux constituants de l'amidon, l'autre étant l'amylopectine (chaîne ramifiée de glucoses). Étant donné que l'amylose peut maintenant être créée de façon synthétique, ceci à partir d'une polymérisation enzymatique, il devient alors possible d'étudier l'amylose d'une façon très détaillée. L'amylose ainsi créée imite en quelque sorte ce que la nature fait. La structure cristalline de l'amidon est très intéressante puisqu'elle est très complexe. Trois différentes formes cristallines la constituent : A, B et V. Les formes A et B sont des doubles hélices alors que la forme V s'agence en hélice simple. C'est un peu dans l'optique de recréer ce que la nature fait, que des tentatives de lier deux unités d'amylose ont été effectuées. La liaison effectuée ressemblera ainsi à l'embranchement dans l'amidon. Donc, en variant la longueur et la nature du lien entre les deux unités d'amylose, il sera peut-être possible d'observer différentes propriétés et même d'induire une forme cristalline particulière.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Pour bénéficier de la grande sensibilité de la spectroscopic de fluorescence, l'emploi de marqueurs luminescents stables et brillants est nécessaire. Cependant, les fluorophores organiques les plus couramment utilisés souffrent de certaines limitations importantes (hydrophobicité, extinction collisionnelle en milieu aqueux, faible rendement quantique de fluorescence, faible résistance à la photodégradation). À cet égard, le phénomène d'exaltation plasmonique de la fluorescence, soit, le couplage entre les plasmons de surface de nanostructures métalliques et les fluorophores à proximité, représente une technologie puissante pour surmonter ces limitations et augmenter la sensibilité de détection des différentes applications biologiques de ses fluorophores. Dans cette thèse, nous avons développé des nanosondes composées d'un noyau métallique recouvert d'une matrice de silice contenant le(s) fluorophore(s) d'intérêt(s) (Figure 1.13). Dans de tels systèmes, le noyau métallique manifeste une forte résonance plasmonique dont l'interaction avec les molécules fluorescentes environnantes améliore considérablement l'efficacité d'excitation et le taux d'émission radiatif. Par ailleurs, la réduction de la durée de vie de l'état excité du fluorophore qui s'ensuit est responsable de l'augmentation de la photostabilité et de la détectabilité. En outre, la coquille de silice protège les fluorophores contre la désactivation collisionnelle et peut être aisément fonctionnalisée avec des biomolécules cibles ou des fluorophores et former des complexes électrostatiques avec des molécules chargées. Enfin, l'exaltation plasmonique permet d'améliorer l'efficacité, le taux de transfert et la portée du transfert d'énergie par résonance de type Fôrster (FRET) au sein de la nanoparticule en augmentant la force des interactions donneur-accepteur. Tout cela peut conduire à l'excitation par un seul donneur de plusieurs accepteurs sur des distances dépassant la portée normale du FRET. Ces nanoparticules multicouches de type coeur-coquille présentent de nombreuses caractéristiques requises pour l'obtention d'une sonde fluorescente idéale, ce qui a été démontré avec succès avec l'utilisation de ces nanosondes pour la détection ultrasensible et spécifique de faibles quantités d'ADN en solution, sans aucun marquage ou amplification enzymatique des acides nucléiques.

Bien que la polymérisation contrôlée ou vivante de chaînes flexibles soit bien établie, contrôler la polymérisation de monomères rigides, qui sont souvent synthétisés par polycondensation, reste un défi. Dans le présent travail est présentée la synthèse de poly(éthercétones) aromatiques basée sur les travaux de Hayakawa et al. De courts segments rigides ont été obtenus et polymérisés en présence de chaînes aliphatiques afin d'obtenir des poly(éthercétones) rigides flexibles. La longueur du bloc flexible est très courte et d'une taille spécifique. Ces polymères sont aussi appelés «polymères charnières» étant donné qu'ils ont tendance à se replier le long de la chaîne aliphatique, laquelle agit comme une charnière, sans pour autant entraîner une ségrégation de phase observable. Dans la présente étude, différentes longueurs de poly(éthercétones) aromatiques ont été synthétisées. Les structures aromatiques sont utilisées comme blocs rigides du polymère, alors que les chaînes aliphatiques de 4 à 10 atomes de carbone servent de segments flexibles. Ces longueurs de chaîne ont été choisies de façon à favoriser la cristallisation par repliement de chaîne. Les polymères obtenus ont été cristallisés et analysés en utilisant la diffraction des rayons X et la diffraction électronique. Finalement, l'effet de la chaîne flexible et du bloc rigide sur les résultats de la cristallisation, de la morphologie et de la cristallinité de ces polymères sera discuté.