Dans le contexte actuel où la chimie verte a une place importante, nous avons travaillé à l’optimisation de la synthèse de plusieurs ligands chiraux de type bipyridine. Nous avons développé des méthodes efficaces pour la synthèse d’une série de six ligands chiraux bipyridines bisoxazolines à symétrie C₂, parmi lesquels quatre n’ont jamais été décrits dans la littérature. Nous avons développé une méthode de synthèse efficace d’un précurseur de ligands chiraux analogues à celui de Bolm pour une utilisation en catalyse hétérogène. Même si la synthèse n’est pas complète à ce jour, notre étude a permis d’optimiser plusieurs étapes de la voie synthétique. Nous avons développé des méthodologies de synthèses à base de métaux tels le fer, le cuivre ou le bismuth afin de répondre à plusieurs principes de la chimie verte. Nous avons particulièrement utilisé le fer dans nos projets de recherche, car c’est un métal abondant, donc peu coûteux, et environnementalement bénin. En utilisant le catalyseur chiral non-hémique (N₄)FeII généré in situ (bipybox-i-Pr/FeCl₂), nous avons développé un procédé très énantiosélectif (jusqu'à 98,5:1,5 er) pour l’oxydation énantiosélective de sulfures conduisant à de bons rendements en sulfoxydes. Cela est possible lorsque la mono-oxydation du sulfure est réalisée en tandem avec le dédoublement cinétique du sulfoxyde en sulfone. Nous avons également déterminé que le Bi(OTf)₃∙4H₂O complexé avec le ligand de Bolm est un bon choix en oxydation asymétrique des sulfures car une énantiosélectivité allant jusqu’à 78:22 er et un rendement de 65% ont été obtenus. Pour la première fois, nous avons rapporté la réaction d'insertion d'α-diazocétones dans les liaisons Si–H et S–H catalysée par le [(CH₃CN)₄Cu]PF₆ ou le Fe(OTf)₂. En utilisant une faible charge catalytique de 0,05 mol % en [(CH₃CN)₄Cu]PF₆, nous avons synthétisé une large gamme d'α-silylcétones avec des rendements faibles à bons. Le Fe(OTf)₂ a été engagé dans les réactions d’insertion de différentes α-diazocétones dans les liaisons Si–H et S–H. Malheureusement, de faibles rendements en α-silylcétones ont été obtenus. Par contre, des rendements variés allant de faibles à très bons ont été obtenus en α-thiocétones. Désormais, toutes ces méthodes s'inscrivent dans une optique de chimie verte et auront certainement un impact important dans le domaine de la catalyse. / In the current context where green chemistry has an important place, we have worked to synthesize several chiral bipyridine-type ligands. We have developed efficient methods for the synthesis of a series of six chiral bipyridine bisoxazoline ligands with C₂ symmetry, where four of them have never been described in the literature before. We have developed an efficient method for the synthesis of chiral ligand precursor analogous of Bolm’s ligand to use in heterogeneous catalysis. Although the synthesis of this ligand is not complete to date, our study has optimized several stages of the synthetic pathway. We have also developed synthetic methodologies based on metals such as iron, copper, and bismuth for being agree to several principles of green chemistry. We have particularly used iron extensively in our research projects because it is abundant, inexpensive, and environmentally benign. We have developed a highly enantioselective catalytic system (up to 98.5:1.5 er) for the oxidation of sulfides leading to good yields of sulfoxides using the non-heme chiral (N₄) FeII catalyst generated in situ (bipybox-i-Pr/FeCl₂). This was made possible when the sulfide mono-oxidation was carried out in tandem with kinetic resolution of the sulfoxide into the sulfone. We have also determined that Bi(OTf)₃∙4H₂O complexed with Bolm’s ligand is a good choice in asymmetric oxidation of sulfides because of reaching the enantiomeric ratios up to 78:22 er in a 65% yield. For the first time, we have reported the α-diazoketones insertion reaction into the Si–H and S–H bonds catalysed by [(CH₃CN)₄Cu]PF₆ and Fe(OTf)₂. We synthesized a wide range of α-silylketones with low to good yields (26–70%) using a low catalytic loading of 0.05 mol % of [(CH₃CN)₄Cu]PF₆. Fe(OTf)₂ has been involved in the insertion reactions of different α-diazoketones into the Si–H and S–H bonds as well. Unfortunately, low yields of α-silylketones were obtained. Moreover, α-thioketones were obtained in poor to very good yields. Now all these methods will be part of the chemists toolbox in green synthetic chemistry and will certainly have an important impact in the field of catalysis.

La radiobiologie est une science multidisciplinaire qui s'intéresse à l'effet des radiations sur les êtres vivants. Les recherches entreprises dans cette discipline ont permis de montrer que la matière vivante est très radiosensible, et que les conséquences de l'irradiation au niveau de la cellule peuvent être multiples: mutations, mort cellulaire, vieillissement et carcinogenèse. Il est aussi connu que l'effet indirect des diverses espèces réactives créées par la radiolyse de l'eau (tels que les radicaux ·OH) contribue de façon importante aux lésions de l'ADN et d'autres constituants clés de la cellule comme les mitochondries et les membranes. Les êtres vivants étant constitués d'une quantité importante d'eau (70% en poids), il est crucial de bien comprendre les phénomènes impliqués dans la radiolyse de l'eau. Notre équipe de recherche a développé et raffiné durant les 15 dernières années plusieurs codes qui simulent les trois étapes de la radiolyse de l'eau et des solutions aqueuses: l'étape physique, l'étape physico-chimique et l'étape de chimie hétérogène. [Résumé abrégé par UMI]

Le modèle standard de la physique des particules décrit la matière constituée de particules élémentaires qui interagissent via les interactions fortes et électrofaibles. Le quark top est le quark le plus lourd décrit par ce modèle et a été découvert en 1995 par les collaborations CDF et DO dans les collisions proton-antipronton du Tevatron. Cette thèse est consacrée à la mesure de la section efficace de production de paire de quarks top par interaction forte, dans un état final contenant un lepton, un tau hadronique, deux jets de b et de l'énergie tranverse manquante. Cette analyse utilise les données collectées entre juillet 2006 et août 2007, soit une luminosité de 1,2 fb-1, qui sont combinées avec les données du Run IIa pour atteindre une luminosité de 2,2 fb-1. Une partie du travail de thèse fut consacrée au système de déclenchement du détecteur D0 et en particulier à l'identification des leptons taus au niveau 3 du système de déclenchement et aux déclenchements basés sur la présence de jets et d'énergie tranverse manquante. La problématique de la résolution en énergie des jets est également abordée, sous l'angle de l'intercalibration en eta du calorimètre hadronique et avec l'utilisation du détecteur de pied de gerbe central dans la définition de l'énergie des jets. La section efficace de production de paires de quark top obtenue est 7,32+1,34-1,24(stat)+1,20-1,06(syst)+-0,45(lumi)pb. Cette mesure est en accord avec les prédictions du modèle standard et permet de contraindre la présence de nouvelle physique, telle que l'existence d'un boson de Higgs plus léger que le quark top. Une limite d'exclusion a ainsi été obtenue dans le plan (tan beta,mH+-) et est présentée dans la dernière partie de ce manuscrit.

Les réactions gaz-solide sont à la base de nombreux procédés industriels de transformation de la matière d'importance économique majeure, dont elles conditionnent les performances. Je tente de montrer dans ce mémoire l'apport de la modélisation mathématique pour aider à comprendre les phénomènes et à optimiser les installations. Après une présentation détaillée des processus physiques mis en jeu lors d'une réaction gaz-solide à l'échelle d'une seule particule de solide et des modèles cinétiques susceptibles d'en rendre compte, une deuxième partie est consacrée à la modélisation des réacteurs multiparticulaires. Différentes démarches, notamment pour le couplage des modèles particulaires et des modèles de réacteurs, sont illustrées au travers d'une série d'exemples : pyrolyse du charbon en four tournant, production de tétrafluorure d'uranium en four à lit coulant, incinération des ordures ménagères, thermogravimétrie, fabrication du combustible nucléaire, four électrique d'aciérie.

Au cours de ce travail, nous avons étudié les cinétiques et mécanismes de plusieurs réactions de radicaux bromés et chlorés d'intérêt pour la chimie atmosphérique : d'une part, des réactions des radicaux halogénés BrOx (Br, BrO) et ClOx (Cl, ClO) avec les radicaux hydroxy-oxygénés (OH, HO2), afin d'évaluer leur impact sur la répartition des composés halogénés dans la stratosphère globale entre espèces actives et réservoirs de ces espèces, en lien avec la diminution de l'ozone stratosphérique ; d'autre part, des réactions entre ces mêmes radicaux halogénés et le diméthylsulfoxyde (DMSO), intermédiaire d'oxydation du sulfure de diméthyle (DMS) émis par les océans, afin d'évaluer la contribution possible de ces réactions à l'oxydation du DMSO. Les réactions ont été étudiées par la technique du réacteur à écoulement couplé à la spectrométrie de masse, à une pression de 1 torr d'hélium.<br /><br />Pour les réactions entre les radicaux halogénés et hydro-oxygénés, les résultats obtenus montrent que les réactions étudiées constituent des sources supplémentaires de l'espèce réservoir HX (X = Br, Cl) dans la stratosphère globale. Toutefois, les valeurs des constantes de vitesse obtenues semblent insuffisantes pour expliquer totalement l'écart entre observations et modélisations des concentrations de HX dans la stratosphère, et donc le partage des composés halogénés entre espèces actives et réservoirs.<br /><br />Concernant le DMSO, ce travail confirme que les réactions avec les radicaux chlorés et bromés ne contribuent pas de manière significative à son oxydation, celle-ci étant amorcée principalement en phase gazeuse par le radical OH.

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit porte sur l'étude de la fragmentation du 12C à 95 MeV par nucléon par collision nucléaire avec des cibles épaisses de PMMA. Cette étude est motivée par le développement d'une nouvelle technique d'irradiation des tumeurs cancéreuses : la thérapie par ions carbone ou hadronthérapie. L'objectif est de comparer des mesures expérimentales de fragmentation avec des simulations GEANT4 afin de tester différents modèles nucléaires. Le but recherché est de déterminer si les modèles sont suffisamment prédictifs au regard des critères exigés en hadronthérapie : 3% d'incertitude sur le dépôt de dose en fin de parcours. Pour atteindre cet objectif, une première expérience a été réalisée au GANIL avec un faisceau de 12C à 95 MeV par nucléon et des cibles épaisses de PMMA. Cette expérience a permis d'obtenir les taux de production, les distributions angulaires et énergétiques des différents fragments produits lors des collisions nucléaires. Des comparaisons entre ces données expérimentales et les résultats simulés obtenus par le modèle de cascade binaire intra-nucléaire (BIC) et le modèle de dynamique moléculaire quantique (QMD) disponibles dans GEANT4 ont été effectuées. Ces comparaisons font ressortir l'inaptitude des modèles testés à reproduire la fragmentation du carbone à 95 MeV par nucléon avec la précision requise en hadronthérapie.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les nanorubans de carbone présentent aujourd’hui un grand intérêt en tant que segments de graphène aux propriétés électroniques modulables. Alors que des techniques de synthèse destructives top down donnent des rubans de très grande taille, d’autres techniques constructives bottom up, par synthèse organique, pourraient former des nanorubans bien définis de géométries contrôlées. Dans cette optique, la réaction de Scholl est un outil chimique précieux car elle permet la graphénisation de longs précurseurs flexibles de type polyphénylène.Etonnamment, des structures distordues peuvent être obtenues majoritairement même si des isomères plans moins encombrés sont a priori favorisés. Nous avons ainsi montré que contre toute attente même un encombrement stérique important n’a aucun effet notoire sur la régiosélectivité et que des composés aromatiques polycycliques courbés sont préférentiellement formés. Ainsi, des structures particulièrement tordues, tel que l’hexabenzotriphénylène (HBTP) peuvent être facilement obtenues à partir de précurseurs de type polyphénylène.Après avoir découvert cette régiosélectivité inattendue, nous en avons tiré parti pour former des composés de type polyhélicène. Plusieurs tentatives de formation de l’hexaphénanthrotriphénylène (HPTP) furent infructueuses à cause de problèmes de réactivité lors des synthèses des précurseurs flexibles correspondants. En mettant au point une stratégie de synthèse versatile fondée sur un précurseur commun, plusieurs substrats flexibles de symétrie C3 ont été synthétisés puis soumis à la réaction de Scholl. Des produits de réarrangement ont cependant été obtenus au détriment des [6]hélicènes attendus. Toutefois, un HBTP fonctionnalisé par des groupements TMS a pu être efficacement préparé, ainsi qu’un hexabenzocoronène (HBC) dont l’exceptionnelle solubilité est due à la distorsion du coeur aromatique sous l’effet des groupements encombrants situés dans les régions baie.Ce fragment [5]hélicène favorisé a enfin été incorporé dans la formulation de nanorubans de carbone tordus, alors composés d’une succession de ce motif. En tant que réactions test, les synthèses du monomère et du dimère correspondants ont été effectuées avec d’excellents rendements et les deux composés entièrement caractérisés. Leurs structures ont été déterminée par diffraction de rayons X sur monocristaux et ont fourni d’intéressantes informations complémentaires quant à leurs configurations. Une stratégie plus générale a enfin été développée et optimisée pour la synthèse systématique d’oligomères plus longs de nanorubans de carbone tordus. En utilisant cette technique les trimère et tétramère correspondants ont été synthétisés et caractérisés par spectrométrie de masse. / Carbon nanoribbons are today of great interest as graphene segments with modulable electronic properties. Whilst top down techniques give giant ribbons, bottom-up organic synthesis may lead to exactly designed nanoribbons of controlled geometries. The Scholl reaction is a precious chemical tool for that purpose since it yields efficiently to the graphitization of long and flexible polyphenylene precursors.Surprisingly, twisted structures may be obtained preferentially even if less crowded isomers are also feasible. It has been shown that, against all expectation, even a strong steric hindrance has no marked effect on regioselectivity and highly twisted polycyclic aromatic hydrocarbons are sometimes preferentially formed, whereas their flat and more symmetrical isomers are only obtained in minority. Highly twisted structures such as hexabenzotriphenylene (HBTP) may then be obtained very easily from flexible polyphenylene precursors.After discovering this unexpected regioselectivity, we used it on purpose to form polyhelicenic species. Attempts to prepared hexaphenanthrotriphenylene (HPTP) were unsuccessful due to reactivity issues when synthesizing the corresponding flexible precursors. By using a new versatile strategy leading to an advanced common precursor, several C3-symmetrical flexible substrates have been synthesized and submitted to Scholl reaction. The expected [6]helicenes were not obtained and rearranged products were formed instead, but TMS-bearing HBTP could be prepared, as well as a hexabenzocoronene (HBC) which exceptionnal solubility is due to the distortion of the aromatic core under the effect of bulky tert-butyl substituents in bay regions.The easily formed [5]helicene fragment has been incorporated in the design of twisted carbon nanoribbons that would be composed of a succession of such motifs. As a test reaction, the corresponding monomer and dimer have been synthesized with an excellent yield and fully characterized. Their X-ray structures have even been determined, giving interesting information about their configuration. A more general strategy has then been developed and optimized for the systematic synthesis of longer oligomers of twisted nanoribbons. Using this technique, the trimer and tetramer have been synthesized and characterized by mass spectrometry.

Dans le contexte de la synthèse éco-compatible, la réactivité et le transfert de chiralité de sulfoximines dans quelques réactions domino ou consécutives diastéréosélectives ont été étudiés pour la synthèse de carbocycles et d’hétérocycles d’intérêt. L’emploi de béta-cétosulfoximines comme pronucléophiles dans des additions de Michael diastéréosélectives a aussi été étudié. Dans la plupart de ces cas, l’induction asymétrique de l’atome de soufre chiral s’est révélée faible. Dans un second temps, nous avons étudié l’addition de Michael énantiosélective des cyclobutanones activées sur les nitroalcènes par une approche organocatalytique. En utilisant un catalyseur bifonctionnel, les produits attendus présentant deux centres stéréogènes contigus dont un quaternaire, ont pu être obtenus avec de très bons rendements et d’excellentes diastéréo- et énantiosélectivités. Le potentiel synthétique de ces dérivés cyclobutaniques a pu être démontré, en particulier pour la synthèse de gamma-lactones optiquement actives. / In the context of eco-compatible synthesis, reactivity and chirality transfer of sulfoximines in some domino or consecutive diastereoselective reactions have been studied for the synthesis of carbocycles and heterocycles of interest. The use of béta-ketosulfoximines as pronucleophiles in diastereoselective Michael additions has also been studied. In most of these cases, the asymmetric induction of chiral sulfur atom was low. Then, we investigated the enantioselective Michael addition of activated cyclobutanones onto nitroalkenes by an organocatalytic approach. The resulting adducts exhibit two contiguous chiral carbon atoms including an all-carbon quaternary stereocenter. They were obtained with very good yields and excellent diastereo-and enantioselectivities by using a bifunctional catalyst. The synthetic potential of these cyclobutane derivatives could be shown, especially for the synthesis of optically active gamma-lactones.

Les synthèses « one pot » multi-étapes efficaces et éco-compatibles ont été envisagées pour la synthèse de molécules potentiellement bioactives tels que les systèmes bis(bibenzyliques) et leurs précurseurs stilbéniques ou bibenzyliques par catalyse hétérogène au palladium. Une synthèse « one-pot » impliquant une réaction de couplage de Heck suivie d’une hydrogénation des stilbènes ainsi formés a été mise au point en présence de Pd/C. Cette stratégie c’est révélée être limitée lors de l’application à des substrats désactivés et stériquement encombrées. Couplée au manque de disponibilité commerciale d’oléfines aromatiques intéressantes pour nos objectifs, nous avons mis au point une synthèse de styrènes par catalyse hétérogène à partir d’halogénures d’aryles et du vinyltrifluoroborate de potassium impliquant un couplage de Suzuki-Miyaura. Cette vinylation hétérogène a été ensuite appliquée à la synthèse « one-pot » de stilbènes. Des études d’optimisation de ce procédé sont encore en cours. Les stilbènes ainsi obtenus ont été utilisée pour la synthèse de bis(bibenzyles) ouverts et fermés. Pour ce faire différentes stratégies « one-pot » ont été évaluées au cours de ces travaux et des bis(stilbènes) ont été obtenus avec des rendements compris entre 30% et 50%. Les bis(stilbènes) ainsi obtenus ont été l’objet d’études en hydrogénation. A ce jour aucune de nos tentatives n’a permis l’obtention de bis(bibenzyles) quelles que soient les conditions employées. Des études sont en cours pour comprendre les raisons de ces résultats et obtenir les bis(bibenzyles) cibles de nos travaux / “One-pot” strategy, powerful tools for the creation of molecular complexity, has been applied in the synthesis of possible bioactive molecules such bis(bibenzyls) systems and their precursors stilbenes and bibenzyles using heterogeneous palladium catalysts. In this work a “one-pot” synthesis concerning a Heck coupling reaction followed by in situ hydrogenation with Pd/C has been studied for the synthesis of bibenzyl derivates. We have observed limitations for deactivated and hindered substrates. Moreover due to the low commercially availability of aromatic styrenes we focused our attention on the development of new heterogeneous vinylation reaction starting from aromatic halides and potassium vinyltrifluoroborate through a Suzuki coupling reaction. This strategy was then applied to “one-pot” stilbenes synthesis. The study is still under investigation in our laboratory. The synthesized stilbenes have been used as precursors in the synthesis of cyclic or acyclic bis(bibenzyls) derivates. Many different “one-pot” strategies have been developed that allowed to reach yields of bis(stilbenes) between 30% and 50% in only one step. Bis(stilbenes) have been objects of investigation as what concerned the hydrogenation. However every effort has not yet been successful under our reaction conditions. Studies are still in progress to understand the reasons of these results and to obtain bis(bibenzyls) systems, target of our research