Předkládaná disertační práce se zabývá huminovými látkami (HL), zejména huminovými kyselinami a jejich solemi, tj. humáty. V práci je prezentována literární rešerše o huminových látkách, stručně je zmíněna historie výzkumu huminových látek, obsáhle jsou pak prezentovány práce o jejich struktuře a supramolekulovém uspořádání. Jsou též zmíněny metody extrakce huminových látek z různých zdrojů. Dále jsou v tomto pojednání zařazeny a diskutovány práce zabývající se biologickými „hormonálními“ vlastnostmi HL. Z hlediska chemie životního prostředí jsou zmíněny zejména sorpční vlastnosti HL. Popsané průmyslové aplikace HL pak zahrnují celou řadu patentů a publikovaných prací, zabývající se využitím huminových látek jakožto barviv či přísad do polymerů, atd. V experimentální části je popsána příprava regenerovaných lignitů, z nichž jsou dále extrahovány huminové kyseliny a připraveny huminové soli, tzv. humáty. Princip regenerace spočívá v oxidaci původního lignitu širokou koncentrační řadou kyseliny dusičné a peroxidu vodíku. K charakterizaci získaných huminových materiálů je výhodně použit nový přístup, kdy jsou kombinovány výsledky z analýz chemických (elementární analýza, infračervená spektroskopie, termogravimetrie) a fyzikálně-chemických (dynamický rozptyl světla, spektrometrie relaxační nukleární magnetické rezonance, vysoceúčelná velikostně-vylučovací chromatografie a fluorescenční spektrometrie se zhodnocením hydratace humátů pomocí vysocerozlišovací ultrazvukové spektrometrie a hustoměru). Tyto metody jsou navíc položeny do kontextu s charakterizací biologické aktivity humátů, která je provedena pomocí modifikované metody založené na měření délky a hmotnosti kořenů kukuřice a laterálních kořenů. V závěru je použit statistický přístup s využitím Pearsonova korelačního koeficientu a jsou též (na základě výsledků pilotních studií) navrženy dvě potenciální environmentální aplikace regenerovaných huminových materiálů – sorpce antibiotika tetracyklinu a využití regenerovaného lignitu jako zdroje zkvasitelných cukrů.

Over the past decade, the bottom-up synthesis of structurally defined graphene nanoribbons (GNRs) with various topologies has attracted significant attention due to the extraordinary optical, electronic, and magnetic properties of GNRs, rendering them suitable for a wide range of potential applications (e.g., nanoelectronics, spintronics, photodetectors, and hydrothermal conversion). Remarkable achievements have been made in GNR synthesis with tunable widths, edge structures, and tailor-made functional substitutions. In particular, GNRs with liquid-phase dispersibility have been achieved through the decoration of various functional substituents at the edges, providing opportunities for revealing unknown GNR physiochemical properties. Because of the promise of liquid-phase dispersible GNRs, this mini-review highlights recent advances in their synthetic strategies, physiochemical properties, and potential applications. In particular, deep insights into the dvantages and challenges of their syntheses and chemical methodologies are provided to encourage future endeavors and developments.

Fyzikálně-chemická povaha hydrofobních domén huminových kyselin byla studována z několika hledisek. K objasnění významu fluorescenčních spekter byly vzorky podrobeny sekvenční frakcionaci, která pomohla k částečnému objasnění vlivu vodorozpustných složek, volných a vázaných lipidů na optické vlastnosti huminových kyselin. Výsledky naznačily, že fluorescenční píky tradičně přiřazované superpozici jednotlivých struktur jsou spíše důsledkem agregačních vlastností huminových molekul tvořících vlivem hydrofobního efektu zdánlivě vysoce aromatické struktury. Dále pak bylo zjištěno, že na optických vlastnostech huminových kyselin mají podíl i molekuly, které nemají primárně fluoroforní nebo chromoforní vlastnosti. Tento pohled je v souladu s teorií supramolekulárního uspořádání huminových kyselin. Dále byly studovány agregace, konformační chování a termodynamická stabilita huminových kyselin pomocí metody vysoce rozlišovací ultrazvukové spektroskopie. Bylo prokázáno, že huminové kyseliny mají schopnost agregovat už od velmi nízkých koncentrací (

L’approche « bottum-up » via l’auto-assemblage moléculaire est considéré comme une voie prometteuse pour contrôler la fabrication de nouveaux matériaux et leur intégration dans des dispositifs hybrides présentant de propriétés nouvelles. Dans ce travail, nous avons synthétisé plusieurs hybrides à base de molécules organiques (fullerène, porphyrines, phtalocyanine), d’oligonucléotides ou de nanotubes de carbone.Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la synthèse d’une nouvelle famille de produits constituée d’une unité C60 lié à deux chromophores positionnés face à face et permettant la formation de complexes hôte-invités. Nous avons montré que ces composés s’assemblent pour donner des structures supramoléculaires en solution et sur surface. Les interactions électroniques et la compléxation entre le fullerène et les deux chromophores (porphyrines et phtalocyanines) ont été étudiées par spectroscopie optique et RMN ainsi que par voltammétrie cyclique.Parmi les outils de l’approche « bottom-up », l’ADN a montré son extraordinaire potentiel pour la fabrication d’assemblages bio-dirigés. En effet, la synthèse de matériaux hybrides à base d’ADN permet un contrôle précis (théoriquement à l’échelle d’une base, ~3,4Å) du positionnement des groupements fonctionnels dans un matériau. Dans le but de former des réseaux bi- et tridimensionnels à base d’ADN permettant le positionnement de nano-objets, nous avons synthétisé des hybrides à base d’oligonucléotides et de porphyrines (molécule 2D) ou d’adamantane (molécule 3D). Des édifices supramoléculaires simples ont été réalisés et le travail se poursuit en vue de la réalisation de réseaux fonctionnels.Enfin, dans une dernière partie, nous nous sommes intéressés à la fonctionnalisation des nanotubes de carbone monoparoi (SWNT) avec des chromophores de type porphyrines et phtalocyanines. Alors que les porphyrines présentent une absorption intense presque exclusivement dans le bleu, les phtalocyanines absorbent principalement dans le rouge. Combiner ces deux chromophores à la surface des nanotubes de carbone présente donc un intérêt particulier pour la collecte de lumière car les deux composés absorbent des régions complémentaires du spectre visible. Ce travail ouvre la voie vers l'étude des propriétés optoélectroniques des hybrides à base de nanotubes et en particulier leur utilisation pour la conversion d’énergie lumineuse en énergie électrique (application photovoltaïque). / An Approach "bottum-up" via molecular self-assembly is considered as a promising way to control the manufacture of new materials and their integration into hybrid devices with novel properties. In this work, we have synthesized several hybrids based on organic molecules (fullerene, porphyrin, phthalocyanine), oligonucleotides or carbon nanotubes.At first, we were interested in the synthesis of a new family of products consisting of a unit C60 linked to two chromophores positioned face to face and allowing the formation of host-guest complexes. We have shown that these compounds are combined to give supramolecular structures in solution and on the surface. Electronic interactions and complexation between fullerene and the two chromophores (porphyrins and phthalocyanines) were studied by NMR and optical spectroscopy as well as cyclic voltammetry.Among the tools of the "bottom-up", DNA showed its tremendous potential for the production of bio-directed assembly. Indeed, the synthesis of hybrid materials based DNA allows precise control (theoretically on the scale of a base, ~ 3.4 Å) of the positioning of the functional groups in a material. In order to form networks and bi-dimensional DNA-based for positioning nano-objects, we have synthesized hybrid oligonucleotide-based and porphyrin molecule (2D) or adamantane molecule (3D). Supramolecular structures have been made and this work is ongoing to achieve functional networks.Finally, in a last part, we are interested in the functionalization of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) with chromophores like porphyrins and phthalocyanines. While porphyrins exhibit almost exclusively an intense absorption in the blue (around 420-440 nm), phtalocyanines absorb mainly in the red spectral region. Taken together these two chromophores have interesting light harvesting, photophysical and redox properties; the two components will participate independently to increase the overall absorption in the visible range of the solar spectrum. This work opens the route to study the optoelectronic properties of hybrid nanotube and in particular their use for the conversion of light energy into electrical energy (photovoltaic application).

Metallocene based polypropylene (mPP) with very narrow distribution of molecular weight was peroxide-degraded to materials of four different molecular weights including the original mPP labeled MET1–MET3 and MET0, respectively. Double bonds formed after peroxide-degradation was proved on material surfaces by FTIR-ATR (attenuated total reflection of Fourier-transformed infrared spectroscopy). The decreasing molecular weight led to gradual decrease of the tensile strength, tensile modulus as well as the strain and to the decrease of the temperature of thermal decomposition. Confocal laser scanning microscopy (CLSM) of chemically etched surfaces of MET0–MET3 revealed supramolecular structure of commonly occurred structure (radical spherulites) but also supramolecular structure of form (sheaf-like structure). The latter was proved by XRD together with the fact that the content of form decreases with decreasing molecular weight. The mentioned structure differences were not visible on DSC curves because the amount of structure was small and melting temperature, temperature of crystallization and the degree of crystallinity remained the same for all four types of mPP. The structure of the original materials was also characterized after isothermal crystallization performed on differential scanning calorimetry (DSC) and under polarizing optical microscope (POM). The first was performed at 120–126 °C and the latter at 130 °C (Tic). The materials obtained on DSC always contained the structure and its amount increased with increasing Tic whereas higher content of form was always in MET0 with respect to MET3. The structure was proved by XRD and also by DSC heating run followed immediately after the isothermal process. The latter revealed two endotherms belonging to melting of and forms. The presence of form was on the surfaces proved by CLSM. The formation of structure was in-situ observed on POM and the amount of it decreased with decreasing molecular weight. The spherulite growth rate increased with decreasing molecular weight whereas the rate of crystalline portion expressed as half-time of crystallization decreased with decreasing molecular weight.

Ce travail a porté sur la préparation de copolymères à blocs et l’étude de leur assemblage supramoléculaire basé sur des liaisons hydrogènes entre les motifs homocomplémentaires ou hétérocomplémentaires. La stratégie de synthèse était basée sur la combinaison de la polymérisation radicalaire contrôlée de type RAFT et de la chimie supramoléculaire. Dans le chapitre 2, nous avons développé une stratégie s'appuyant sur la conception d'agents RAFT portant des groupements de type thymine / diaminopyridine (DAP) capables de générer des copolymères en étoile de type « miktoarm » bien définis. Pour élargir le champ d’application de ces agents RAFT capables d’établir des liaisons H, nous avons également étudié, dans le chapitre 3, la préparation d’agents RAFT fonctionnalisés par des motifs présentant de très hautes constantes de liaison. Le couple Hamilton / barbiturate (log (K) ≈ 4-5) a été sélectionné pour générer de plus stables copolymères à blocs supramoléculaires. Afin d’élaborer des macromolécules originales aux hautes propriétés d’association et de simplifier la stratégie de la synthèse, nous avons finalement exploré la préparation de copolymères tribloc ABC supramoléculaires à base de PA11 (oligomères OPA11) dans le chapitre 4. L’introduction d'un groupe dithiobenzoate pertinemment choisi sur les oligomères conduit à l’obtention de macroagents RAFT qui permettent la préparation de copolymères tribloc ABC supramoléculaires, où A est semi-cristallin, B à l'état caoutchouteux et C à l'état vitreux. Les études sur l'incorporation de tels copolymères dans les réseaux époxy sont en cours. / This work dealt with the preparation and the study of supramolecular block copolymers based on hydrogen-bonding between homocomplementary or heterocomplementary stickers. The synthetic strategy was based on the combination of RAFT-mediated controlled radical polymerization and supramolecular chemistry. In the Chapter 2, we developed a strategy relying on the design of RAFT agents bearing thymine/diaminopyridine (DAP) recognition pairs and capable to grow well-defined miktoarm star supramolecular copolymers. To further extend the scope of H-bonding RAFT agents, in the Chapter 3, we also investigated the preparation of RAFT agents functionalized with motifs exhibiting very high binding constants. The Hamilton/barbiturate couple (log(K)≈4-5) was selected to generate more stable supramolecular block copolymers. Aiming at elaborating original associating macromolecules and at simplifying the strategy of synthesis, we finally explored the preparation ABC triblock supramolecular copolymers based on PA11 oligomers (OPA11) in Chapter 4. Ligation of a relevant dithiobenzoate group on the oligomers afforded oligomeric RAFT agents that allow for the preparation of ABC triblock supramolecular copolymers, where A is semi-crystalline, B in rubbery state and C in glassy state. Studies on the incorporation of such copolymers in epoxy networks are under progress.

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

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