Cette étude vise à approfondir les connaissances sur les interactions de trHbN, une hémoglobine tronquée de Mycobacterium tuberculosis (Mtb), avec des membranes lipidiques modèles. Cette protéine est responsable de la détoxification du NO en milieu granulomique chez Mtb et serait vitale à la survie en état stationnaire de la bactérie. Le dichroïsme circulaire, la spectroscopie infrarouge ainsi que la RMN à l’état solide du 31P ont été utilisés pour observer la conformation de trHbN dans les différents milieux ainsi que son effet sur les lipides. Dû à la controverse entourant la conformation et le rôle du segment N-terminal de trHbN, la protéine sauvage ainsi qu’une protéine mutante où le segment n’a pas été exprimé ont été étudiées. Les résultats suggèrent que la protéine serait située à l’interface des bicouches lipidiques et que le segment pré-A pourrait servir « d’ancre », empêchant la protéine sauvage de pénétrer trop profondément dans les membranes.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Une sous-catégorie importante des nanomatériaux est l’utilisation de nanoparticules (NPs) métalliques dans le design de biosondes optiques en spectroscopie Raman ou de fluorescence, application permise par le plasmon généré lors de l’interaction lumière-NPs. La plage spectrale utile permise peut être modulée selon la composition, la taille et le milieu environnant du cœur métallique. Ainsi, l’or et l’argent sont des métaux couramment employés dans ce domaine en raison de la simplicité de leur synthèse et de leur applicabilité dans le visible. Cependant, ces métaux sont inutiles pour effectuer des mesures de fluorescence intrinsèque de protéines dans l’UV, un type de mesure qui serait d’intérêt en sciences biomédicales mais qui est limité par le faible signal de fluorescences des biomolécules. Nous proposons de pallier à ce problème à l’aide de sondes plasmoniques d’indium, démontrées comme étant actives dans l’UV. Ce mémoire porte donc sur la préparation de structures cœur-coquilles en vue d’une utilisation future en biodétection. Les cœurs d’indium sont préparés à l’aide d’une méthode simple qui combine les caractéristiques d’une synthèse polyol et d’une synthèse par injection à chaud. Par de simples modifications synthétiques, des cœurs d’environ 9 et 70 nanomètres (nm) de taille peuvent être obtenues. Les cœurs plus gros, qui devraient permettre un meilleur effet d’exaltation de la fluorescence sont ensuite recouverte d’une écaille de silice via une simple réaction Stöber. Le contrôle des conditions, notamment la concentration en eau, la quantité de précurseur de silice et le niveau de dilution, permet de moduler l’épaisseur de la coquille de silice entre 4 et 40 nm. Une si petite coquille sur de tels cœurs d’indium demeure, au meilleur de notre connaissance, inédit. Les colloïdes obtenus sont caractérisés par spectroscopie UV-Vis, par microscopie électronique à transmission et par diffusion dynamique de la lumière. / A notable application of nanomaterials is the use of metallic nanoparticles (NPs) as optical bioprobes in Raman or fluorescence spectroscopy detection schemes. Such a use is permitted by the plasmonic properties shown by these NPs upon light irradiation; the spectroscopic properties of these colloids are tuned through careful selection of the core’s composition, size and environment. Gold and silver are the two most commonly used metals for biodetection as they are easily prepared in nanoscopic regimes with defined shapes and sizes, as well as for their intense optical interactions with visible light. These metals are however not applicable at higher energy UV regimes, which would allow, for instance, the enhancement of the intrinsic fluorescence of proteins, a field of interest in biodetection which is hindered by the extremely low fluorescence signal of these biomolecules. We propose for such an application the use of indium-based plasmonic probes, as this metal has been shown to be active in the UV regime. This master’s thesis thus focuses on the preparation of core-shell colloids for an eventual use in biodetection. The indium cores are prepared in a single step which combines both polyol and hot-injection methods characteristics. By shuffling various synthetic parameters, indium cores approximately 9 and 70 nanometers (nm) wide are obtained. The larger cores, which should demonstrate a stronger fluorescence enhancement effect, are then covered with a silica shell through a single Stöber-like step. Again, controlling different synthetic parameters such was water content, silica precursor concentration, and Stöber system dilution allows to modulate the silica’s thickness between 4 and 40 nm. Such a thin silica shell on such a relatively small indium core is, at the best of our knowledge, still unprecedented. The synthesized core-shell colloids are characterized with UV-Vis spectroscopy, transmission electron microscopy and dynamic light scattering.

La présente thèse traite de deux thèmes principaux de synthèse des nano-objets organiques riches en carbone. Ces deux projets ont pour point commun la réaction topochimique initiée par la lumière des diacétylènes pour donner des polydiacétylènes. Dans le chapitre 1, une revue de la littérature présente la dernière actualité sur la synthèse des nanotubes organiques, des nanorubans de graphène, des foldamères et des polydiacétylènes ainsi que des méthodes de caractérisation de ces composés. Dans le second chapitre, il est démontré la possibilité de polymérisation photochimique des diacétylènes portant des substituants phényles à l’état gel. La méthode de synthèse, les propriétés de gélification, la polymérisation et la caractérisation du matériau final (propriétés optiques et spectroscopiques) sont présentées.Dans le troisième chapitre, la synthèse et la caractérisation des nanoparticules de carbone solubles et fluorescentes par polymérisation topochimique à l’état gel d’un dérivé du diaryloctatétrayne sont présentées. Dans le chapitre quatre, une stratégie de synthèse d’un nano-objet organique de type nanocorde est présentée. Une molécule ayant la forme d’une étoile portant des unités diarylbutadiynes est synthétisée, la polymérisation sous forme de xérogel est effectuée et les propriétés optiques et spectroscopiques examinées. La largeur de bande interdite de ce nouveau matériau est comparée à celle du chapitre deux. Le chapitre cinq présente la synthèse des nanorubans de graphène par cyclo-aromatisation des polydiacétylènes obtenus par polymérisation topochimique à l’état gel des oligomères de diarylbutadiyne. Le chapitre six est consacré aux résultats préliminaires de la contribution à la synthèse des nanotubes organiques à partir des foldamères de méta-poly(phénylène butynylène). / The present thesis describes two strategies toward the synthesis of carbon-rich nano-objects namely organic nanotubes and graphene-like materials. The common point of our methodology is based on topochemical polymerization of phenyl-terminated diacetylene units derivatives. The proof-of-concept regarding the topochemical polymerization of diarylbutadiyne derivatives in the gel state is presented in chapter two. The same strategy is used to study the topochemical polymerization of octatetrayne derivatives in the same state. Optical properties show that the resulting material is made of carbon-rich nanoparticles with variable sizes. The overall results are included in chapter three. Chapter four describes the synthesis of polydiacetylene nanowires by topochemical polymerization of star-shaped molecules containing diarylbutadiyne moieties. The chapter five, which is the most important, describes the synthesis of defect-free graphene-like material from temperature mediated cycloaromatization reaction of 2D polydiacetylene obtained by topochemical polymerization of oligomers of diarylbutadiyne precursor. Finally, chapter six presents attempt toward the synthesis of organic nanotubes from topochemical polymerization of diacetylene from meta-poly(phenyl butadiyne) foldamers.

La technique de polymérisation confinée sur surface est une méthode très flexible pour introduire des fonctionnalités organiques dans des matériaux mésoporeux organisés de type SBA-15. L'imprégnation à humidité naissante ("incipient wetness") de monomères vinyliques suivie d'une polymérisation sous pression réduite permet d'obtenir un film uniforme d'un polymère réactif à l'intérieur des pores du matériau, rendant ensuite possible l'introduction de fonctions organiques. La réduction systématique du diamètre des pores du matériau lors de l'insertion de polymère et de fonctions organiques démontre la localisation des groupes fonctionnels d'intérêt. Cette approche a d'abord été utilisée pour introduire des fonctions amine à partir de composites de poly(chlorométhylstyrène) et de SBA-15 ou KLT-6. Différentes amines (butylamine, éthylènediamine, diéthylènetriamine, triéthylènetétramine et tris(2-aminoéthyle)amine) ont été introduites, conduisant à des matériaux avec une concentration en amine de 0,6 à 4,1 mmol/g. Un contrôle de la concentration et de la densité des sites a été réalisé par modification du pourcentage de polymère du composite, de même qu'en co-polymérisant avec le styrène. Les composites amino-fonctionnalisés sont actifs en catalyse pour la condensation de Knoevenagel. Ces composites ont ensuite été comparés à des matériaux hybrides obtenus par greffage et par co-condensation en tant que catalyseurs pour les réactions de Knoevenagel, de Henry et de Claisen-Schmidt. Les performances des composites sont similaires ou supérieures à celles des matériaux obtenus par des méthodes plus classiques. Par la suite, une étude systématique d'exposition des composites à base de SBA-15 et de polystyrène ou de poly(méthacrylate d'hydroxyéthyle) aux solvants organiques a été réalisée. L'exposition aux solvants cause une augmentation de la stabilité thermique des composites de poly(méthacrylate d'hydroxyéthyle) alors qu'elle n'est pas modifiée pour les composites de polystyrène, mais produirait plutôt une augmentation de l'uniformité du revêtement du polymère. Pour conclure, des fonctions sensibles aux stimuli externes ont été greffées sur des composites de type poly(chlorométhylstyrène)-SBA-15 et poly(méthacrylate de glycidyle)-SBA-15 par réaction avec la 4-phénylazoaniline. L'isomérisation réversible de l'azobenzène se produit en milieu acide et basique et s'accompagne d'un changement de coloration, passant du rouge profond au jaune vif, ainsi que par des variations de porosité, tel que déterminé par physisorption d'azote et d'argon.

Les travaux de catalyse hétérogène asymétrique présentés dans ce mémoire porte sur la réaction d'Orito. Une nouvelle réaction entre un modificateur et un réactif a été étudié. Le modificateur (R)-1(1-naphtyl-éthyl-amine ((R)-NEA) et le réactif 2,2,2-trifluoroacétophénone (TFAP) donne le produit de réduction avec un excès énantiomérique de 34%. De plus, des études de vitesse de réaction ont été faites sur le TFAP en présence de l'acide trifluoroacétique (TFA). Finalement, des études de vitesse du composé analogue fluoré du TFAP, l'octafluoroacétophénone (OFAP), ont été faits pour tester un modèle mécanistique suggéré pour la réaction d'Orito faisant intervenir les liaisons aryle-H 0=C

Les travaux de cette thèse concernent des synthèses totales de produits naturels d'importance biologique, qui ont pu être réalisées grâce au développement de méthodologies pour synthétiser des hétérocycles oxygénés et azotés. Le premier chapitre comprend le développement d'une méthodologie pour synthétiser des buténolides substitués en alpha, en utilisant le 3-bromo-2-silyloxyfurane pour former un nucléophile très général via échange lithium-halogène, et a démontré une excellente réactivité avec une grande variété d'électrophiles. La flexibilité de ce protocole nous a permis de compléter la première synthèse totale de l'annomolon A, une acétogénine ayant des propriétés anti-tumorales prometteuses. Notre synthèse a été réalisée de manière hautement convergente en combinant notre méthodologie pour α-alkylation/γ-oxyfonctionnalisation avec le couplage de métathèse croisée afin d'unir les deux segments clés de la molécule. Celles-ci contribuent à un rendement global de 18% pour les 17 étapes de notre synthèse, ce qui représente non seulement la première d'une hydroxybuténolide acétogénine, mais offre également une stratégie globale pour atteindre les autres membres de cette nouvelle série de composés naturels. En parallèle avec ce projet, nous avons réussi à agrandir la chimie d'oxyfonctionnalisation, laquelle emploie le diméthyldioxirane comme oxydant très doux, pour la synthèse des 5-hydroxypyrrol-2(5H)-ones. La procédure, caractérisée par un haut niveau de régio et chimiosélectivité, tolère une grande variété de substituants sur les précurseurs, qui sont accédés rapidement à partir d'acides furoїques. Le deuxième chapitre concerne la synthèse énantiosélective de l'auxofuran, un produit naturel avec des applications potentielles dans le domaine d'agrochimie. La structure de cette tétrahydrobenzofurane est très originale, et notre synthèse est non seulement la première mais elle permet la confirmation de la structure proposée pour l'auxofuran, ainsi que sa configuration absolue. Notre voie consiste d'une réaction Diels Alder-rétro-Diels Alder entre une oxazole et un acétylène, ce qui offre aussi la possibilité de synthétiser des analogues. L'exploration de cette chimie nous a permis de réaliser une méthodologie plus générale et très puissante pour construire des furanes 3,4-disubstitués à partir des acétylènes non-activés. Ainsi, son utilité a été bien démontrée par les synthèses d'anhydrides maléїques bioactives, y compris l'anhydride chaetomellique A, et les membres d'anhydrides et imides de camphorata.

Il y a de plus en plus de recherches qui se font dans le domaine de la nano-architecture organique. Ce type de recherche aide à avancer non seulement les nano-architectures, mais aussi les structures plus simples qui le composent. Comme nous sommes qu'au début de la recherche sur les macrocycles de phénylacétylène et qu'ils offrent plusieurs caractéristiques intéressantes, nous nous sommes penchés sur un moyen d'obtenir un nanotube organique rigide lié uniquement de façon covalente à l'aide de cette unité. En effet, la plupart des nanotubes organiques sont faits à l'aide de la chimie supramoléculaire. Ce type de nanotube est instable et il est possible de perdre la structure en changeant le pH, la température ou le solvant ce qui limite leur utilisation. De plus, l'utilisation d'un macrocycle rigide tel que le macrocycle de phénylacétylène éviterait tout effondrement de la structure sur elle-même. Pour y arriver, nous nous sommes penchés sur trois stratégies différentes. La première est basée sur la polymérisation d'un macrocycle de phénylacétylène par le centre. Nous avons tout d'abord synthétisé une rotaxane pour prouver que la tige passe bel et bien au centre. La deuxième stratégie est basée sur l'obtention en premier lieu d'une polyrotaxane fait de macrocycles de phénylacétylène. Nous devions ici réussir à trouver les groupements fonctionnels permettant l'obtention de cette polyrotaxane à l'aide de la chimie supramoléculaire. Pour ce faire, nous avons travaillé sur une [2]rotaxane et nous avons essayé aussi d'obtenir une pseudorotaxane. Finalement, la troisième voie est celle qui passe tout d'abord par la chimie supramoléculaire en gélifiant les macrocycles avant de les relier entre eux. Nous pensons que d'obtenir un gel de macrocycles de phénylacétylène nous permettra d'obtenir un empilement de macrocycles face-à-face et qu'il suffira par la suite de les relier ensemble à l'aide d'une réaction topochimique pour obtenir un nanotube organique. / Over the last ten years, the interest in the development of new strategies to prepare nanoarchitectures has continuously grown. Phenylacetylene macrocycles are useful building blocks for the preparation of nano-architectures, especially nanotubes, owing to their rigidity and semi-conducting properties. Nanotubes are important nano-objects for different applications. Our goal was to obtain rigid organic nanotubes linked only with covalent bonds with phenylacetylene macrocycles as the building blocks. Most of the organic nanotubes reported in the literature are obtained through supramolecular chemistry. These types of nanotubes are unstable and easy to destroy by changing the pH, the temperature or the solvent. The instability limits the use of supramolecular nanotubes in real devices. The use of a rigid macrocycle such as a phenylacetylene macrocycle as a building block would avoid any collapse of the nanotube on itself. Our work concerns three different strategies. The first relies on the polymerization of macrocycles by its center. We synthesized a rotaxane to prove that the axis passes through the center of the macrocycles. The second strategy relies on the synthesis of a polyrotaxane with phenylacetylene macrocycles. The identification of suitable functional groups that lead to a polyrotaxane with the help of supramolecular chemistry is discussed. The use of a [2]rotaxane to obtain a pseudorotaxane was also studied. Finally, the third strategy relies on gelification of the macrocycles before their cross-linking. The gel allows a face-to-face stacking, which would facilitate formation of the organic nanotube by the cross-linking of the macrocycles by a topochemical reaction.