La découverte des nanotubes de carbone représente une avancée significative dans le domaine de la chimie des matériaux. Ce type de matériau et ses dérivés ont trouvés une utilité importante, particulièrement en électronique moléculaire. Même si la synthèse et la fonctionnalisation des nanotubes de carbone sont très développées, les matériaux produits sont souvent coûteux, de formes irrégulières, impurs et ont tendance à former des agrégats, ce qui rend leur manipulation difficile. Malgré l' intense focalisation sur les nanotubes de carbones, la recherche est encore peu développée vers des synthèses alternatives de nanostructures organiques. Plusieurs arrangements moléculaires montrent la capacité d'encapsuler ou de transporter une molécule d'intérêt à l'intérieur de cavités ou de canaux spécifiques, ce qui donne un large potentiel dans des applications en nanotechnologie. Les problèmes majeurs est un contrôle de la longueur de la structure tout en ayant une cavité rigide et une stabilité du matériau. L'objectif global de ce projet de recherche est d' obtenir un nanotube et un nanofilament organiques, covalents, solubles et stables. Pour l' obtention d'un nanotube, il y a deux stratégies proposées qui utilisent comme gabarit soit une polyrotaxane ou un polyméthylméthacrylate afin d'y assembler des dendrimères rigides. Ces dendrimères sont réticulés entre eux et le gabarit est éliminé par hydrolyse menant à la formation d'un vide. Pour l'obtention d'un nanofilament organique, covalent et stable, la stratégie employée est la polymérisation de dendrimères rigides. Un nanofilament a été obtenu par la copolymérisation de deux dendrimères. Ce matériau est fonctionnalisé avec des fullerènes C60 et des porphyrines zinc afin de démontrer son potentiel dans divers domaines de l'électronique.

Le principal objectif de ce projet de recherche était de déterminer si les champignons mycorhiziens à arbuscules pouvaient stimuler la synthèse des composés du métabolisme secondaire d’intérêt nutraceutique dans les végétaux. Deux plantes ont été utilisées au cours de ce projet de recherche, le basilic (Ocimum basilicum L.) et la carotte (Daucus carota L.). La mycorhize a favorisé la croissance des plants de basilic ayant reçu un ajout de superphosphate triple au cours de la deuxième expérience menée sur cette espèce. Elle a aussi favorisé à plusieurs reprises l’assimilation minérale de certains minéraux comme le potassium et le phosphore. Des teneurs plus élevées en caroténoïdes ont été observées dans les feuilles des plants de basilic ayant reçu une double dose d’inoculant. De plus, la capacité antioxydante liposoluble des extraits de plants de basilic inoculés avec la simple dose a été abaissée. Chez la carotte, la mycorhize a favorisé la croissance et l’assimilation minérale des plants dans les conditions sans ajout de superphosphate triple. La teneur en α-carotène a diminué chez les carottes mycorhizés au cours de la première expérience. L’association mycorhizienne a induit des effets à la fois indirects et directs sur la synthèse des composés nutraceutiques.

Le présent mémoire se divise en deux parties. La première décrit le développement d’une nouvelle méthodologie de synthèse de peptides analogues contraints par une sulfahydantoïne. La deuxième partie décrit la synthèse de nouveaux composés dérivés du motif sulfahydantoïne au potentiel antibactérien. Le premier chapitre est consacré à la description des agents thérapeutiques peptidiques et de leurs applications. Il est sujet également de l’intérêt de développer de nouveaux peptides contraints. Le deuxième chapitre décrit la synthèse du motif sulfahydantoïne ainsi que la synthèse de peptides analogues contraints sur support solide et en solution. Le troisième chapitre traite des résultats conformationnelles des peptides contraints obtenus à l’aide de la spectropolarimétrie de dichroïsme circulaire et par la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire. Le quatrième et dernier chapitre porte sur la synthèse de nouveaux composés dérivés de la sulfahydantoïne et leur caractérisation. Finalement, les résultats des tests biologiques réalisés avec les composés sont présentés.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Une nouvelle classe d'agent de déoxofluoration a été développée en 2009 par la compagnie OmegaChem en vue d'être des analogues alternatifs beaucoup plus stables que les réactifs standards DAST et Déoxo-Fluor®. En effet, ces réactifs cristallins de type aminodifluorosulfinium, connus sous le nom XtalFluor, ont démontré une excellente réactivité à l'égard de nombreux dérivés alcools et carbonyles fonctionnalisés lorsque ceux-ci sont accompagnés d'une source externe de fluorure. Ces sels sulfiniums ont du même coup montré une propriété d'activation intéressante au cours de cette transformation, ce qui fût le point de départ d'une investigation plus approfondie de ces réactifs. Ainsi, le sujet de ce mémoire porte sur l'étude de la réactivité du XtalFluor-E à titre d'agent d'activation potentiel dans d'autres réactions connues en synthèse organique. Une mise en contexte générale de la réaction de déoxofluoration, ainsi que les propriétés du réactif XtalFluor-E seront exposés dans un premier temps (Chapitre 1). Par la suite, les travaux portant sur l'utilisation de ce réactif en tant qu'agent de cyclodéshydratation pour la synthèse de composés N-hétérocycles, grandement utilisés entre autres en chimie médicinale, seront abordés. En effet, d'une part, le développement d'une nouvelle méthode de synthèse des motifs 1,3,4-oxadiazoles fonctionnalisés sera montré (Chapitre 2), qui sera suivi de l'expansion de cette nouvelle méthode pour la préparation de dérivés 2-oxazolines, 2-thiazolines et 2-benzooxazoles (Chapitre 3). Finalement, la grande réactivité du XtalFluor-E a permis de s'intéresser à son utilisation dans les réactions d'halogénations (chloration, bromation, iodation) à partir de divers composés alcools. Cette nouvelle méthodologie de synthèse sera présentée au Chapitre 4.

L’intérêt pour l’électronique organique à base de polymères π-conjugués est maintenant un sujet de recherche bien établi. Il est possible d’utiliser ces polymères en tant que matériaux actifs dans des dispositifs électroniques comme les transistors organiques à effet de champs (TOEC) ou les cellules solaires organiques (CSO). De plus, ils permettent la fabrication de dispositifs flexibles qui peuvent être produits à plus faibles coûts en comparaison avec leurs analogues inorganiques traditionnels à base de silicium, et ce pour des performances de plus en plus comparables. En effet, les composés organiques peuvent être solubilisés dans des solvants usuels pour ensuite être imprimés par des techniques d’impression connues comme l’impression en continu ou au jet d’encre. L’une des unités ayant reçu un grand intérêt est le dicétopyrrolopyrrole (DPP). En effet, des matériaux à base de cette unité ont démontré des performances approchant les 10% d’efficacité de conversion de puissance en CSO et au-delà de 1 cm2V-1s-1 en mobilité de trous d’électrons pour les TOEC. Par contre, très peu de transistors organiques de type n présentent actuellement des mobilités d’électrons intéressantes. Par ailleurs, une augmentation de l’efficacité de conversion de puissance est encore possible, de même qu’il est raisonnable d’envisager une augmentation des mobilités pour les polymères à base de DPP via des modifications structurales. Au cours des dernières années, un intérêt vers la substitution d’un atome fluor sur les polymères π-conjugués (souvent pour un proton) s’est manifesté. Cela permet notamment d’abaisser les niveaux énergétiques HOMO et LUMO, un paramètre qui peut mener à de meilleures mobilités d’électrons en TOEC, bénéfiques pour les matériaux de type n, et à une augmentation de la tension en circuit ouvert en CSO. En effet, il a été observé pour différents polymères fluorés de DPP que les niveaux énergétiques sont diminués en comparaison avec l’analogue non fluoré. De plus, les atomes de fluor et d’hydrogène ont des rayons de van der Waals comparables de 135 et 120 pm, respectivement, ce qui permet de ne pas augmenter l’encombrement stérique. Il a même été démontré que l’atome de fluor peut engendrer une diminution de l’angle dièdre entre deux unités thiophène, menant à de meilleures mobilités des charges. Le projet consiste à effectuer la synthèse de copolymères et d’homopolymères π-conjugués contenant l’unité dicétopyrrolopyrrole dithiophène fluorée récemment élaborée au sein du laboratoire. Les polymères synthétisés seront polymérisés par (hétéro)arylation directe, une nouvelle technique qui utilise la réactivité d’un lien C-H aromatique et qui tire d’ailleurs avantage de la présence de l’atome de fluor. Plusieurs copolymères à base de DFT-DPP et des homopolymères sans défauts ont été synthétisés et démontrent des résultats prometteurs pour les cellules solaires et les transistors. / π-conjugated polymers are widely used in electronic devices such as organic field effect transistors (OFET) and organic solar cells (OSC). As opposed to their inorganic counterparts, they can be used for low-cost flexible devices. Organic materials such as polymers can take advantage of their solubility in usual solvents to be formulated as inks. These inks may be printed using known printing techniques. Dithienyldiketopyrrolopyrrole (DT-DPP) as a unit has shown great potential for this type of applications. DT-DPP-based materials have shown efficiencies close to 10% in OSC and holes mobilities higher than 1 cm2V- 1s-1 for OFET. However, very few organic N-type transistors show good electron mobilities. Power conversion efficiency (PCE) enhancement is feasible; it is likely that mobility increase for DPP polymers is doable from structural changes. In recent literature, there is growing interest for substitution by fluorine atoms on π-conjugated polymers (especially for protons). Various benefits such as lowering the HOMO and the LUMO of resulting polymers come from fluorine substitution. This parameter leads to better electron mobility in OFETs, a plus for N-type materials, and leads to an increase in the open circuit voltage in OSC. It has been observed for various fluorinated polymers containing the DT-DPP unit that the energy levels are lowered compared to their non-fluorinated analogues. Fluorine atoms and hydrogen atoms have similar van der Waals radii of 135 and 120 pm respectively, which insures that the substitution does not affect steric hindrance. The fluorine atom can also lower the diedral angle between two thiophene units leading to better π-stacking, thus better charge mobilities. The project consists in the synthesis of the DFT-DPP monomer followed by its polymerization using direct (hetero) arylation polymerization (DHAP), a new polymerization technique that, among other things, benefits from the fluorine atom. DFT-DPP based donor-acceptor copolymers and defect-free homopolymers are prepared using this technique and tested in OSC and OFET.

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La synthèse logique joue un rôle fondamental dans les compilateurs de silicium. Alors que l'état de l'art de la synthèse deux couches est très avance, celui de la synthèse multi-couches reste encore un sujet très ouvert. L'objet de cette thèse est de présenter des méthodes originales de synthèse de contrôleurs et de systèmes combinatoires pour une implémentation multi-couches a base de cellules de bibliothèque. Le premier chapitre définit le concept de compilation de silicium et introduit l'une de ses composantes, la synthèse logique. L'importance du marche de la synthèse logique y est clairement définie ainsi que ses implications dans la conception actuelle de circuits intégrés. Le deuxième chapitre concerne la synthèse de contrôleurs. Le probleme du codage des machines d'états fini est traite en détail et une methode basée sur la théorie d'immersion de cubes intersectant dans un hypercube booléen est proposée. Le troisième chapitre est consacre a la synthèse de circuits combinatoires et une methode d'optimisation temporelle de tels dispositifs est développée. Ces travaux ont été implémentés dans un environnement industriel

La première partie de cette thèse présente un rapide historique de l’iode hypervalent et de ses caractéristiques. Par la suite les réactions d’α-oxydation de cétones et de déaromatisation oxydative seront abordées. Le premier chapitre présente ma première publication sur des travaux commencés par Audrey-Anne Guilbault sur des iodoaryloxazolines et leur utilisation de façon catalytique pour la préparation d’α-tosyloxy cétones énantioenrichies. Le second chapitre s’intéresse à ma seconde publication qui présente une méthode alternative pour préparer des α-tosyloxy cétones à partir d’acétates d’énol et ainsi circonvenir à une partie des problèmes rencontrés avec l’utilisation de cétones. Le dernier chapitre concerne ma troisième publication et présente l’utilisation d’une famille d’espèces d’iode C2 symétriques chirales existantes et leur utilisation avec les acétates d’énol pour atteindre des excès énantiomérique record pour la synthèse d’α-tosyloxy cétones en utilisant l’iode hypervalent. La dernière partie résume ce qui a été appris au travers de ces études en utilisant l’iode hypervalent puis des pistes concernant des travaux futurs seront évoquées.

Le premier chapitre de cette thèse fait état d'études modèles pour une réaction de métathèse d'alcènes avec fermeture de cycle avec clivage d'un auxiliaire chiral en tandem particulièrement défavorisée. La synthèse des substrats modèles amides et amines y est décrite et les résultats de métathèse y sont présentés. Ces résultats ont mené au développement d'une stratégie de métathèse d'alcènes à relais qui est discutée et appliquée sur un substrat modèle amide.Le second chapitre présente dans un premier temps l'application de la métathèse d'alcènes à relais sur un substrat possédant les chaînes latérales appropriées pour nos efforts synthétiques vers la daphniphylline. Une séquence synthétique mettant en vedette une réaction de cyclopropanation d'un énamide par un diazoacétate est présentée, d'abord sur un substrat modèle puis sur le système menant à la daphniphylline. Une stratégie d'iodoétherification-cyclisation radicalaire est aussi abordée.Le troisième chapitre traite de nos efforts dans le but de développer une cascade de biscyclisation radicalaire particulièrement ambitieuse. Une modification de la stratégie impliquant une fragmentation d'un lien C-Sn comme force motrice est aussi discutée. Nos travaux visant à dénicher un dérivé cristallin afin de déterminer la stéréochimie de nos substrats y sont également présentés. Finalement, le quatrième chapitre expose les résultats préliminaires obtenus dans le cadre du développement d'une nouvelle cascade radicalaire impliquant une cyclisation 5-exo-trig dans un premier temps suivie d'une allylation ou d'une diénylation intermoléculaire. Une étude modèle est décrite avant de passer à une discussion quant à l'application de cette approche sur un système menant à la daphniphylline.

La recherche sur la synthèse Fischer-Tropsch (FTS) a depuis 20 ans été fortement stimulée par la demande d’énergie croissante. Le projet de ce doctorat vise à élaborer un catalyseur nanométrique hétérogène sans porosité interne qui sera utilisé avec du gaz de synthèse produit par gazéification sous air de matières renouvelables. Les objectifs principaux consistent à valider un protocole de fabrication du catalyseur par plasma, optimiser les conditions d’opération, comparer avec une option commerciale, évaluer le potentiel des additifs et concevoir un modèle cinétique. Le catalyseur est constitué de nanoparticules de carbure de fer encapsulées dans du carbone devant être au moins partiellement enlevé avant la réaction. Un réacteur a été conçu et les conditions optimales ont été estimées à : • température inférieure à 250°C pour limiter la réaction de conversion du gaz à l’eau (water-gas-shift; WGS) tout en maintenant une activité optimale pour la FTS; • pression supérieure à 15 bars pour assurer que le milieu liquide de la réaction soit saturé en réactifs, mais inférieure à 25 bars pour permettre l’évacuation de l’eau; • une vitesse spatiale de 1 200 ml[indice inférieur gaz]/(h*g[indice inférieur cata]) qui assure une conversion maximale aux autres conditions optimisées. Du Nanocat, un matériel commercial constitué de nanoparticules d’hématite non-supportées, a été utilisé comme matériel de référence. Il doit toutefois être transformé en carbure de fer par une réaction avec du CO. Dans le système de réaction et les conditions testées, les performances du Nanocat sont très similaires à celle du catalyseur produit par plasma. Du Cu et du K ont été utilisés comme dopants du catalyseur; le dopage est simultané à la fabrication du catalyseur. Une conversion complète et sans désactivation a été obtenue, mais l’étendue de la réaction WGS a été multipliée par 3. Ce dopage s’est avéré bénéfique mais une optimisation de la charge est requise. Le modèle choisi pour simuler la FTS est basé sur une cinétique phénoménologique : les paramètres de la réaction sont réunis en un facteur mis en fonction d’une réponse du système réactionnel. La prédiction du modèle phénoménologique est bonne pour la conversion du CO et pour la WGS, mais pas pour la conversion FTS; il donne aussi de bons résultats avec des données de la littérature.