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.

Nous nous sommes intéressés à l'étude des propriétés catalytiques d'acides de Lewis dérivés des familles principales 13 et 15 tels le gallium et le bismuth. Nous avons, d'une part, mis en évidence l'utilisation efficace du trifluorométhanesulfonate (triflate) de gallium(III) [Ga(OTf)₃] comme catalyseur de la réaction de Mukaiyama aldol. Notre travail a d'abord compris l'étude de la réaction de l'éther d'enol silylé dérivé de la propiophénone avec un composé carbonylé en présence de Ga(OTf)₃ comme acide de Lewis. Nous avons développé une méthode diastéréosélective de synthèse de ß-hydroxycétones utilisant des quantités catalytiques (aussi basses que 0,1 mol %) de Ga(OTf)₃ et une variété d'aldéhydes, d'éthers d'énols silylés et d'acétals de cétènes, dans des conditions très douces. Plusieurs expériences de contrôle effectuées ont démontré que la véritable espèce catalytique de notre système réactionnel est l'acide triflique (HOTf) provenant de l'hydrolyse du Ga(OTf)₃. Des expériences avec différentes éponges à protons ont été réalisées dans ce sens. La réaction de Mukaiyama aldol catalysée par le Ga(OTf)₃ ou le HOTf n'est pas connue dans la littérature. L'utilisation du sel de gallium comme source d'acide triflique offre une solution alternative très avantageuse puisque le HOTf est très corrosif et difficile à manipuler. Cette réaction de Mukaiyama aldol s'inscrit particulièrement dans un contexte de chimie respectueuse de l'environnement. Ga(OTf)₃ est une poudre blanche peu toxique, de manipulation facile et recyclable. D'autre part, nous nous sommes intéressés à la synthèse de complexes hétérobimétalliques du Bi(III). Les complexes hétérobimétalliques analogues au Bi(III) ne sont pas connus dans la littérature. Par conséquent, nous avons développé une méthode pour la synthèse d'une nouvelle famille de complexes de Bi(III). Via cette méthode, nous avons obtenu le (R)-Bi-sodium-binol, le seul complexe de Bi(III) synthétisé jusqu'à maintenant. Des analyses par diffraction des rayons X ont corroboré que le complexe obtenu était isostructural aux complexes analogues des lanthanides connus dans la littérature. Nous avons effectué plusieurs essais catalytiques avec le complexe (R)-BiNaB. Nous avons d'abord étudié la réaction de Henry (addition d'un nitroalcane sur un composé carbonylé). Le benzaldéhyde et le nitrométhane ont réagi en présence de (R)-BiNaB pour conduire au nitroaldol avec un bon rendement (72%) malgré l'absence d'énantiosélectivité. La réaction d'ouverture d'époxydes a ensuite été explorée avec l'utilisation du 4-méthoxyphénol et d'aniline comme nucléophiles.

Les ligands à base de borabenzène/boratabenzène, uniques en leur genre, demeurent l’un des intérêts centraux du groupe Fontaine en raison de leur aromaticité et de leur stabilité en tant que ligands acides de Lewis. La synthèse d’une phosphine de type L possédant un groupe boratabenzène (di-tert-butylphosphidoboratabenzène) a été faite en deux étapes. D’abord, l’espèce neutre borabenzène-di-tert-butylchlorophosphine est préparée à partir de la di-tert-butylchlorophosphine et de la 1-chloro-2-(triméthylsilyl)boracyclohexa-2,5-diène. La réduction de l’intermédiaire neutre avec du potassium génère le sel de potassium équivalent (di-tert-butylphosphidoboratabenzène de potassium). Des complexes de coordination de métaux du groupe 10 présentant des interactions bis-di-tert-butylphosphidoboratabenzène ont été préparés. Les données cristallographiques des complexes de nickel et de platine correspondants montrent qu’une pléiade de modes de liaisons peuvent être atteints avec le ligand obtenu. La voie réactionelle, ainsi que les calculs de théorie de la functionelle de la densité, permettront de démontrer les qualités de ce ligand en tant qu’excellent donneur d’électrons. Le but ultime demeure non seulement l’étude des interactions se déroulant dans la sphère de coordination d’un complexe montrant un groupement borabenzène/boratabenzène, mais aussi l’étude de leur capacités à activer des petites molécules à base d’éléments du groupe principal. / Borabenzene/boratabenzene transition metal systems remain of active interest within the Fontaine group due to a unique combination of aromaticity and stability within a Lewis acidic ligand framework while in a complexed state. Augmentation to a classic L-type phosphine possessing a boratabenzene element has been achieved (di-tert-butylphosphidoboratabenzene). This ligand was successfully synthesized by reaction of di-tert-butylchlorophosphine with 1-chloro-2-(trimethylsilyl)boracyclohexa-2,5-diene which yielded the neutral borabenzene-di-tert-butylchlorophosphine species. Reduction of this borabenzene-di-tert-butylchlorophosphine species with potassium then yielded the target ligand coordinated to potassium (potassium di-tert-butylphosphidoboratabenzene). Utilizing this new phosphine, reactions were carried out where the species was successfully coordinated within three group 10 metal complexes. Crystallographic data from these nickel and platinum bis-phosphine complexes have shown that a variety of binding modes for this ligand with metal centers can be achieved. The synthetic process along with density functional theory calculations will be discussed. The end goal is synthesis of new transition metal complexes displaying prominent borabenzene/boratabenzene moieties and investigating their interactions within the coordination sphere of metal centers as well as their ability to activate small molecules composed of main group elements.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Les travaux présentés dans cette thèse traitent de l'étude d'une famille de réactions dans le domaine de la catalyse hétérogène asymétrique. La synthèse de produits énantiopurs par voie de la catalyse hétérogène asymétrique constitue une approche prometteuse en ce qui a trait aux performances économiques et environnementales1. Cependant, son application se limite à un nombre restreint de systèmes. Le développement de nouveaux systèmes est gravement compromis par le manque de compréhension mécanistique des systèmes connus1,2. Une des méthodologies de la catalyse asymétrique hétérogène est l'utilisation des catalyseurs modifiés par l'adsorption d'une molécule chirale. L'exemple le plus connu de cette approche est l'hydrogénation des cétones activées avec un catalyseur de platine modifié par l'adsorption des alcaloïdes3,4. L'étape clé de cette réaction consiste en la formation d'un complexe 1 :1 entre le modificateur chiral et le substrat, tous deux chimisorbés à la surface du catalyseur. Le manque d'information directe sur le complexe modificateur-substrat représente l'un des obstacles majeurs à la compréhension de la réaction et à l'exportation de ses principes de fonctionnement à d'autres systèmes catalytiques. La microscopie à effet tunnel est d'abord employée pour l'étude de la liaison aryl-CH...OC sur le Pt(lll). La différence entre l'action d'un carbonylé ester et d'un carbonylé cétonique dans cette liaison est aussi investiguée. Les techniques de la science des surfaces sont également employées pour approfondir notre compréhension de ces systèmes chimisorbés et pour mesurer directement la géométrie des complexes modificateurs-substrats pour un système simplifié. Cette approche est appliquée à l'étude du système (R)-naphtyléthylamine + 2,2,2-trifluoroacétophénone/ Pt(lll) pour lequel six sites distincts d'interaction de stéréosélectivité différente sont identifiés. Ces résultats ne sont prévus par aucun modèle disponible dans la littérature. L'effet de l'exposition d'hydrogène sur ce système co-chimisorbé est également évalué dans le but de fournir une information sur le mécanisme d'hydrogénation. En revanche, une procédure expérimentale semblable appliquée au système (R)-naphtyléthylamine + méthyle trifluoropyruvate / Pt(lll) révèle la formation d'une géométrie de complexe dominante. Cette observation est en accord avec la haute énantiosélectivité généralement obtenue pour les a-cétoesters et la géométrie du complexe obtenue est consistante avec le modèle proposé par Lavoie et al5.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Nous avons mis en évidence l'efficacité du triflate de gallium Ga(OTf)₃ comme catalyseur de la réaction de Mukaiyama aldol non énantiosélective. Une vaste gamme de cétones ß-hydroxylées a été préparée dans des conditions réactionnelles douces avec de très faibles charges catalytiques (0.2-1.0 mol %). Par la suite, nous avons utilisé ce catalyseur pour tenter de développer une version énantiosélective de cette réaction en conditions aqueuses. Nous avons également développé et étudié la première réaction d'allylation de Sakurai énantiosélective catalysée par un complexe chiral de bismuth. Les alcools homoallyliques ont été obtenus avec d'excellentes énantiosélectivités. Une attention particulière a été menée à l'identification des espèces catalytiques impliquées dans le processus. Un grand nombre de ligands chiraux à symétrie C₂ de type diamine a été synthétisé et utilisé pour des réactions de Mukaiyama aldol en conditions aqueuses catalysées par Sc(OTf)₃ ou des réactions des Henry catalysées par Cu(OAc)₂. Enfin, nous avons développé un complexe chiral bipyridine-Fe(II) efficace pour la catalyse asymétrique de plusieurs réactions. Tout d'abord, ce complexe a été utilisé pour la réaction de Mukaiyama aldol en conditions aqueuses. D'excellents rendements, diastéréosélectivités et énantiosélectivités ont été obtenus pour une large gamme d'aldéhydes (aromatiques, hétéroaromatiques, aliphatiques). Cette réaction a l'avantage d'utiliser de faibles charges catalytiques d'un acide de Lewis peu coûteux et non toxique en conditions aqueuses. Nous avons finalement mis au point une poudre catalytique prête à l'emploi qui a permis de simplifier nos conditions réactionnelles, rendant notre méthode attractive pour son utilisation au niveau industriel. Ce même complexe de fer a également été utilisé pour des réactions d'ouverture d'époxydes méso par des anilines et des indoles. D'excellentes énantiosélectivités ont pu être atteintes dans des conditions réactionnelles douces. Ces réactions ont l'avantage d'être très économiques en termes d'atomes puisque très peu de déchets sont formés à la fin de la réaction. Plusieurs méthodes d'analyse nous ont permis de caractériser l'espèce catalytique impliquée dans ces réactions et de proposer des modèles d'état de transition qui expliquent les sélectivités obtenues.

Cette thèse porte sur le développement de nouvelles méthodes de synthèse dans le domaine des composés organofluorés. Le premier chapitre constitue une introduction à l'atome de fluor et aux propriétés des composés organofluorés. Le deuxième chapitre porte sur une méthode de fluoration de groupements aromatiques à partir de sels de trifluoroborate. Les trois sections suivantes concernent la synthèse de monofluoroalcènes par substitution allylique sur des 3,3-difluoropropènes. Dans le chapitre 3, une méthode d'amination catalysée au palladium est décrite. Le chapitre 4 est plutôt axé sur la réaction directe d'organolithiens et d'hydrures. Dans le chapitre 5, nous abordons une réaction d'amination directe à l'aide d'amidures de lithium, ainsi que l'addition directe de thiolates de lithium. Une conclusion générale complète l'ouvrage.

Les actinides sont les éléments du tableau périodique compris entre l'actinium et le lawrencium. Tous ces éléments sont radioactifs et peuvent constituer un risque pour la santé d'où l'importance d'en faire la mesure. Leur détermination est cependant ardue, car ces éléments ne sont trouvés dans l'environnement qu'à l'état d'ultra-traces et que leur mesure ne peut se faire que par des instruments hautement sensibles tels que le spectromètre alpha ou 1TCP-MS. Or, ces instruments sont susceptibles à de nombreuses interférences et pour les lever, il est nécessaire de séparer les actinides en fractions distinctes. À cette fin, on utilise principalement la chromatographie d'extraction. Pour que cette technique puisse être efficace, il est nécessaire d'ajuster préalablement les états d'oxydation des actinides, ce qui est complexe dû aux nombreux états d'oxydation que peuvent avoir les actinides en solution de façon simultanée. Dans un premier temps, un rappel des notions concernant les propriétés nucléaires et chimiques des actinides a été fait. Les méthodologies permettant leurs mesures ont été expliquées ainsi que les procédés pour en faire la séparation. Les états d'oxydation de neptunium et plutonium ont d'abord été étudiés pour permettre une meilleure séparation des actinides. Fondée sur ces résultats, une méthode de séparation multidimensionnelle des actinides dans des échantillons environnementaux a été développée. Un aspect important de cette séparation a ensuite été amélioré par la réduction sélective de Np(IV) en Np(III) sur la résine TEVA avec chrome(II). Finalement, la méthode proposée a été automatisée en utilisant un système d'injection pressurisé basé sur un modèle mathématique, ce qui a permis de réduire le nombre d'étapes et la possibilité d'erreurs. L'emploi de cette méthode permettrait de diminuer la contamination des travailleurs à de hauts niveaux de radioactivité.

L'optique adaptative est une technique consistant à faire réfléchir un front d'onde perturbé à la surface d'un miroir déformable afin de le corriger. La surface d'un ferrofluide est déformable par un champ magnétique permettant son utilisation dans un dispositif d'optique adaptative. Les MeLLFs, constitués d'un film de nanoparticules d'argent à l'interface air-eau stabilisées par un ligand dithiocarbamate sont utilisés pour augmenter la réflectivité des dispositifs. Dans ce projet de maitrise, plusieurs techniques ont été utilisées pour comprendre quels paramètres rendent les MeLLFs plus réfléchissants. Ainsi, des analyses Uv-Visible ont été utilisées pour la détermination de la réflectivité et de l'opacité des MeLLFs. La spectroscopie Raman a été utilisée pour caractériser la fonctionnalisation des nanoparticules par les ligands. Finalement, la microscopie électronique en transmission (MET) a été utilisée pour déterminer la taille des particules et la densité de particules à la surface.

En raison de la demande croissante pour de nouvelles formes d'énergie renouvelable au cours des dernières années, la recherche sur les matériaux organiques pour d'éventuelles applications en photovoltaïque a rapidement progressé. Ainsi, tout récemment, des performances intéressantes ont été obtenues à partir de dispositifs dont la couche active était constituée d'un mélange de [6,6]-phényl-C₆₁-butyrate de méthyle (PCBM) et d’un polymère semi-conducteur. Puis, dans le dessein d’améliorer les performances des matériaux organiques, les chercheurs ont ensuite tenté de moduler les niveaux d'énergie et la largeur de bande interdite des polymères conjugués. Une façon de parvenir à moduler les propriétés électroniques de ces molécules est d'utiliser une séquence de donneurs-accepteurs dans la chaîne du polymère. Le groupe de recherche du Dr Leclerc participe aussi activement à cette quête de nouvelles sources d'énergie. Entre autre, nous synthétisons et caractérisons des copolymères contenant des unités hautement déficientes en électrons, les quinoxalines, et des unités riches en électrons, les carbazoles. La polymérisation de plusieurs unités de quinoxaline portant des groupements substituants de nature différente nous a ainsi permis d’élaborer une famille complète de co-polymères semi-conducteurs. Nous évaluons ensuite l'impact de l'ajout de ces substituants par les propriétés électroniques et optiques afin d'identifier parmi les polymères synthétisés, ceux qui possèdent des propriétés adéquates pour des applications en cellules photovoltaïques. Pour terminer, les polymères sont testés en les incorporant dans la couche active des cellules photovoltaïques pour évaluer leurs performances. Des taux de conversion énergétique variant entre 1,24% et 3,37% ont ainsi été obtenus. Pour ces polymères, nous avons aussi réalisé plusieurs essais sur le type de solvant, le ratio polymère :PCBM, la nature de l’électrode ou, encore, sur l’ajout d’additifs pouvant permettre d’optimiser leur utilisation dans la fabrication des cellules photovoltaïques.

La présente thèse décrit trois projets en synthèse dendritique. Le premier est central à la thèse et concerne la création de cavités dendritiques rigides et flexibles. Il s'agit d'un nano-objet obtenu par synthèse organique. Les trois étapes pour y arriver sont la synthèse d'un dendrimère, la reticulation intramoléculaire des dendrons suivie de l'hydrolyse de la molécule de coeur. Il en résulte une macromolécule entièrement covalente et définie dont le centre est vide. Ces cavités pourraient servir à la création de nouveaux dispositifs en électronique moléculaire ou en nanomédecine. La synthèse de telles structures s'inscrit dans la politique de recherche fondamentale en science des matériaux du laboratoire Morin. Les premiers efforts pour faire un dendrimère rigide entièrement composé d'unités aromatiques ont échoué et c'est finalement un dendrimère fait de phényles et d'acétylènes qui a été synthétisé. Tous les efforts pour le réticuler ont échoués. Parallèlement, des dendrimères (polyamidoamine) PAMAM flexibles ont été synthétisés grâce à la réaction de cycloaddition-1,3-dipolaire «clic ». Ils ont été décorés avec une variété de groupements terminaux. Ces derniers ont été installés par une méthode optimisée d'ouverture d'anhydride. Les tentatives de reticulation n'ont pas abouti. En utilisant les notions d'orthogonalité développées pour les cavités dendritiques, le premier dendrimère PAMAM à trois faces contrôlées a été synthétisé. Cette preuve de concept est une évolution des dendrimères Janus précédents et devrait trouver preneur dans le domaine de la théranostique et des diagnostiques complexes. Finalement, les problèmes de synthèse rencontrés lors de ces deux projets (cavités et PAMAM trois faces) nous ont poussés à créer une toute nouvelle architecture dendritique. Faits à partir de chaînes polyoxyéthylène (EO) et de triazoles, ces nouveaux dendrimères polyoxyéthylènetriazole (PEOT) mettent à profit un cas spécial très activé de cycloaddition-1,3-dipolaire « clic ». Leur synthèse se fait sans solvant, sans excès molaire, et surtout sans aucun catalyseur, métallique ou non. Aucun produit secondaire n'est formé et la conversion est complète à chaque génération. Des tests préliminaires de prolifération de cellules ont démontré une absence de toxicité jusqu'à au moins 1 mM pour trois lignées de cellules cancéreuses.