Cette thèse traite du développement de nouvelles méthodes de synthèse diastéréosélective de monofluoroalcènes diversement substitués. Le premier chapitre présente la place du fluor dans les molécules organiques et son impact sur leurs propriétés. Ensuite, un résumé des méthodes de synthèse existantes de monofluoroalcènes di- et trisubstitués est présenté. L’introduction se termine par un survol des travaux précurseurs du laboratoire Paquin dans le domaine de la synthèse diastéréosélective de monofluoroalcènes tri- et tétrasubstitués. Le second chapitre présente la séquence de synthèse diastéréosélective des 1,1-diaryle-2-fluoroéthènes. Premièrement, les 1-aryle-1-bromo-2-fluoroéthènes sont générés par une réaction d’addition d’hydrure/élimination à partir des β, β-difluorostyrènes-α-silylés, suivie d’une séquence réactionnelle de bromation/désilicobromation. Pour terminer, un couplage de Suzuki-Miyaura avec une variété d’acides boroniques donne accès aux 1,1-diaryle-2-fluoroéthènes. Le troisième chapitre présente la séquence de synthèse diastéréosélective menant à chacun des isomères cis et trans des dérivés β-fluorostyrènes à partir d’intermédiaires réactionnels communs : les (Z)-1-aryle-2-fluoro-1-(triméthylsilyl)éthènes. Les isomères trans sont obtenus par remplacement stéréospécifique du groupement silylé en présence d’eau et de fluorures. Les isomères cis sont accessibles via une séquence de bromation/désilicobromation, suivie par la réduction du nouveau lien C-Br vinylique. Le quatrième chapitre traite d’une nouvelle séquence synthétique permettant la préparation de dérivés silylés des 2,2-difluorostyrènes. Cette nouvelle route présente de nombreux avantages sur la route originale, incluant une étendue réactionnelle plus vaste, des rendements plus élevés, une facilité de purification accrue et l’absence de produits secondaires désilylés. Pour conclure, le cinquième chapitre résume les précédents et aborde aussi les perspectives futures découlant de mes travaux. / This thesis focuses on the developpement of novel stereoselective methods to access diversely substituted monofluoroalkenes. The first chapter introduces the fluorine atom and its properties when found within organic molecules. Then, a summary of the existing synthetic methods found in the literature for the synthesis of di- and trisubstituted monofluoroalkenes is presented. The last section of the introduction is an overview of the previous work from the Paquin’s group in the field of tri- and tetrasubstituted monofluoroalkene synthesis. The second chapter presents the diastereoselective synthetic sequence leading to 1,1-diaryl-2-fluoroethenes. First, 1-bromo-1-aryl-2-fluoroethenes are generated by an addition of hydride/elimination sequence on α-trialkylsilyl-β, β-difluorostyrenes, followed by a bromination/desilicobromination sequence. The last step is a Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction with various aryl or heteroarylboronic acids, giving access to 1,1-diaryl-2-fluoroethenes. The third chapter describes the diastereoselective synthetic sequences leading to both (Z) and (E)-β-fluorostyrenes from a common intermediate: (Z)-1-aryle-2-fluoro-1-(trialkylsilyl)ethenes. The E isomers are obtained by stereospecific replacement of the silyl group in the presence of a fluoride source and water. The Z isomers are accessible by a bromination/desilicobromination sequence followed by the reduction of a vinylic C-Br bond. The fourth chapter describes a new synthetic sequence allowing the preparation of trialkylsilylated derivatives of 2,2-difluorostyrenes. This new synthetic route shows significant improvements over the original method, including broader reaction scope, ease of purification, and absence of undesirable side-products. To conclude, the fifth chapter summarizes the thesis and opens-up on synthetic perspectives.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Titre de l'écran-titre (visionné le 12 octobre 2023) / Le pergélisol, le sol gelé pendant au moins deux années consécutives, contient presque deux fois plus de carbone que l'atmosphère. Le réchauffement climatique a suffisamment accéléré son dégel pour mobiliser une quantité considérable de matière organique dissoute (MOD) vers l'hydrosphère, dont les mares font partie. La MOD peut alors être dégradée en divers sous-produits par la radiation solaire. Vers la phase gazeuse, cela implique la production de CO₂, mais également de composés organiques volatils (COVs) qui ont été peu étudiés en zones nordiques. Pourtant, les COVs ont des impacts importants sur la chimie de l'atmosphère. L'objectif principal de ce mémoire est d'identifier les molécules produites vers la phase gazeuse par photochimie et de quantifier leurs flux. Pour y arriver, un montage de photochimie a été construit, testé puis interfacé à deux détecteurs pour des analyses en temps réel : un spectromètre de masse Orbitrap et un spectromètre de masse Vocus. Des mares de thermokarst, formées par le dégel du pergélisol riche en glace, près des villages d'Umiujaq et de Whapmagoostui-Kuujjuarapik, au Nunavik, ont été sélectionnées pour des campagnes d'échantillonnage aux étés 2021 et 2022. Des échantillons de la colonne d'eau et des zones ripariennes ont été prélevés. Les résultats montrent la photo-production rapide de 35 à 59 COVs lorsque les échantillons d'eau contenant de la MOD sont soumis à la radiation. Les résultats suggèrent que la qualité de la MOD est un facteur important qui contrôle la photo-production de COVs. Quantitativement, ces émissions correspondent à des flux nets de carbone entre 1.93 et 9.47 μmol C m⁻² d⁻¹ vers l'atmosphère. Ces valeurs sont petites en comparaison aux flux estimés de CO₂ et de CH₄ qui sont émis par les mares subarctiques. Malgré une contribution négligeable au cycle du carbone arctique, les COVs représentent néanmoins un flux de molécules réactives qui pourraient affecter la chimie atmosphérique. / Permafrost, the soil frozen for a minimum of two consecutive years, stores almost twice the amount of carbon found in the atmosphere. Climate warming has accelerated its thaw to a point where a considerable quantity of dissolved organic matter (DOM) is being mobilized toward the surface where it enters the hydrosphere, like lakes. DOM can be photo-degraded into various products by sunlight. In the gas phase, this includes CO₂ and volatile organic compounds (VOCs) that are poorly studied in Arctic environments. Yet, they affect the chemistry of the atmosphere. The main objective of this master projet is to identify the VOCs emitted in the gas-phase by photochemistry as well as to quantify their fluxes. To achieve this, a photochemistry set-up has been constructed and tested. Then, it has been interfaced with two detectors for real-time analysis: an Orbitrap mass spectrometer and a Vocus mass spectrometer. Thermokarst ponds, formed by the thawing of ice-rich permafrost, near the villages of Umiujaq and Whapmagoostui-Kuujjuarapik, Nunavik, were selected for field campaigns during summers 2021 and 2022. Samples from the water column and the riparian zones were taken. Results show the rapid photo-production of between 35 and 59 VOCs when dissolved organic matter (DOM) water samples are exposed to radiation. Results show that the quality of DOM is an important factor that controls VOCs photoproduction. In terms of quantification, these emissions correspond to net carbon fluxes between 1.93 et 9.47 μmol C m⁻² d⁻¹ toward the atmosphere. These values are small when compared to estimated fluxes of CO₂ and CH₄ by subarctic ponds. Despite their negligeable contribution to the Arctic carbon cycle, VOCs represent a flux of reactive molecules that could affect the atmospheric chemistry.

Titre de l'écran-titre (visionné le 11 janvier 2024) / La chimie des glucides a connu un essor dans les dernières décennies avec le développement de nouvelles méthodes de synthèses, de réactions et la compréhension des rôles essentiels des glucides dans différents systèmes biologiques. Ces nouvelles connaissances ont mené à la mise en marché de nouveaux médicaments pour le traitement de maladies et d'infections. Malgré qu'ils soient peu nombreux, plusieurs sont considérés comme essentiels par l'Organisation Mondiale de la Santé. Les études effectuées sur les glycopeptides et les glucides fluorés ont permis de nombreuses avancées pour le développement de sondes moléculaires à base de glucides et l'apprentissage de processus biologiques. Dans un objectif d'explorer le potentiel biologique des glycopeptides, une nouvelle méthode de synthèse de glycopeptides $C$-terminaux a été développée par une réaction d'aminolyse de peptides sur résine oxime. L'optimisation de la réaction a été effectuée à l'aide de composés modèles et la robustesse a été testée pour de nombreux groupements fonctionnels. Cet avancement a permis la préparation d'une chimiothèque d'analogues des lincosamides, une classe d'antibiotiques glucidiques. De plus, comme les lincosamides possèdent une activité antipaludique intéressante, des analogues hybrides entre la clindamycine, la chloroquine et la mortiamide D ont été synthétisés. Ces nouvelles molécules ont aussi été testées contre différentes souches du parasite $Plasmodium falciparum$ pour déterminer leur potentiel antipaludique. Puisque les réactions de glycosylation sont cruciales dans le développement de nouveaux médicaments à base de glucides, une nouvelle approche d'alkylation de la position anomérique de glucides fluorés a été développée. Lors de l'exploration de cette méthode, des analogues fluorés de l'étoposide, un agent anticancéreux, ont été synthétisés. Aussi, la synthèse d'un ʟ-nucléoside fluoré a été revisitée à partir du 2-désoxy-2-fluoro-ᴅ-galactopyranose; la clévudine (ʟ-FMAU). Cette dernière a été synthétisée en moins d'étapes et avec de meilleurs rendements. Deux étapes clés ont permis un accès facile au motif ʟ-arabinose : une cyclisation promue à l'iode et un clivage oxydatif. / Carbohydrate chemistry had a boom in the last decades with the development of new synthetic methods, reactions, and understanding of the essential roles of carbohydrates in various biological systems. This new knowledge has led to the marketing of new drugs for the treatment of diseases and infections. Although there are few, several are considered essential by the World Health Organization. The research carried out on glycopeptides and fluorinated carbohydrates has led to many advances for the development of carbohydratebased molecular probes and the learning of biological processes. With an objective to explore the biological potential of glycopeptides, a new method for the synthesis of $C$-terminal glycopeptides has been developed by an aminolysis reaction of peptides on oxime resin. Reaction optimization was performed using model compounds and robustness was tested for many functional groups. This advancement helps in the preparation of lincosamide analogs, a class of carbohydrate antibiotics. Moreover, as lincosamides possess interesting antimalarial activities, hybrid analogues between clindamycin, chloroquine and mortiamide D have been synthesized. These new molecules were also tested against different strains of the $Plasmodium falciparum$ parasite to determine their antimalarial potential. As glycosylation reactions are crucial in the development of new carbohydrate drugs, a new approach for alkylation of the anomeric position of fluorinated carbohydrates has been developed. While exploring this method, fluorinated analogues of etoposide, an anti-cancer agent, were synthesized. Also, the synthesis of a fluorinated ʟ-nucleoside has been revisited from 2-deoxy-2-fluoro-ᴅ-galactopyranose. Clevudine (ʟ-FMAU) was synthesized in fewer steps and in better yields with two key steps that allowed easy access to the ʟ-arabinose motif: molecular iodine-promoted cyclization and oxidative cleavage.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Les oligopeptides et les mini-protéines sont des outils moléculaires très utiles en biochimie et pour le développement de nouveaux médicaments. Leur utilisation comme agents thérapeutiques est très attrayante, car ce type de biomolécules possède plusieurs caractéristiques avantageuses recherchées comme une forte activité et une haute spécificité pour la cible, ainsi qu’une faible toxicité. La préparation de ces composés s’effectue majoritairement par voie chimique et est généralement efficace. Toutefois, certaines structures peptidiques plus complexes demeurent difficiles à synthétiser par les stratégies classiques, rendant pertinente la recherche de nouvelles méthodes de synthèse. Dans le cadre de ce mémoire, la réaction multicomposante de Ugi a été ciblée comme ayant le potentiel de générer efficacement des structures peptidiques inédites. L’objectif du projet était de développer et d’appliquer une approche par réaction multicomposante de Ugi sur support solide pour la synthèse de peptides complexes et macrocycliques. Dans un premier temps, la réaction de Ugi a été appliquée dans un contexte de couplage de fragments peptidiques. Cette méthode a ensuite permis la synthèse de peptides allant jusqu’à 30 acides aminés, démontrant ainsi son efficacité en tant qu’alternative intéressante dans la synthèse de longs peptides. Par la suite, la réaction de Ugi a été utilisée pour simultanément lier et ancrer deux acides aminés à un support solide via leur squelette peptidique. L’objectif de cette approche était de synthétiser des peptides cycliques. La méthode montre que l’approche par réaction multicomposante de Ugi a permis la synthèse de composés mono- et bicycliques avec une importante économie de temps et de réactifs. En résumé, la réaction de Ugi a été employée avec succès pour développer de nouvelles méthodes permettant la synthèse de peptides complexes. Les approches développées ont le potentiel de donner accès à des structures jusqu’alors difficilement atteignables afin d’exploiter l’immense diversité moléculaire accessible avec ce type de biomolécules. / Oligopeptides and small proteins are useful tools in biochemistry and for molecular development of new therapeutic agents. Their use offers many advantages over small molecules, including a low toxicity and a strong binding on a particular target. Synthesis of such compounds mainly passes through a chemical pathway and works generally quite well. However, some complex peptide’s structures cannot yet be accessed with existing methods, which makes place for the development of new synthesis strategies. The main goal of this work that I did during my two master’s years was to find new synthesis ways to access complex peptidic structures and take advantage of all the chemical diversity available with this class of biomolecules. To do so, Ugi multicomponent reaction on solid support was targeted as a useful chemical tool that could help us to achieve the synthesis of new complex and macrocyclic peptides. First, this reaction was applied in a solid supported fragment coupling approach to access long peptides. This strategy does not require any prereactionnal modification of the building blocks, nor needing specific amino acids and does not exhibit any sign of epimerization at the ligation site. These characteristics make this method very interesting as an alternative synthetic method for long peptides production. The Ugi reaction was then used to form, in a one-pot fashion, an amide bond between two amino acids while creating another bond with a solid supported aldehyde acting as a linker. The main goal of this new approach is to allow the synthesis of head-to-tail cyclic peptides on solid-support. This method was applied to the synthesis of linear, cyclic and bicyclic peptides which would be useful in the development of new therapeutics. In conclusion, the Ugi multicomponent reaction was used for the synthesis of complex peptides. The developed methodologies allow synthesising new peptides that are unavailable up to now by chemical synthesis and that could exhibit some bioactive properties.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2018

L'abondance des y-alkylidènebuténolides (y-AIBs) biologiquement actifs attire l'attention des chimistes depuis plusieurs années. En effet, les y-AIBs sont présents dans une variété de produits naturels importants ainsi que dans des analogues de produits naturels. R y-AIBs La synthèse stéréosélective des (Z)-y-AIBs constitue un objectif important en chimie organique de synthèse en raison des diverses structures et activités biologiques de plusieurs membres de cette classe de composés. Par exemple, le thiophènebuténolide est un constituant de la Chamaemelum nobile L. Les membres de la famille des rubrolides possèdent une activité antibiotique, la xéruline et ses dérivés, isolés de Xerula melanotricha, sont des inhibiteurs de la synthèse du cholestérol et une activité cytotoxique a été observée pour les nostoclides. Chacun de ces produits naturels présente une double liaison de configuration Z. En raison du nombre important de produits naturels possédant cette configuration et du manque de méthodes efficaces pour leur synthèse dans la littérature, nous avons développé une procédure ± one pot ¿ pour accéder de façon stéréocontrôlée à des (Z)-y-AIBs.

L’hydrolyse de la fraction organique des matières résiduelles municipales (FOMRM) est une approche peu étudiée comme alternative au tri mécanique des traitements mécano-biologiques (TMB) appliqués aux matières résiduelles municipales (MRM) issues de la collecte à deux voies. L’objectif est d’étudier ce tri biologique pour extraire la FOMRM en un lixiviat riche en acides organiques et valorisable par biométhanisation. Les MRM sont représentées par une matrice artificielle composée de résidus de fruits et légumes et d’inertes. L’impact de plusieurs traitements (immersion, recirculation du lixiviat, pré-compostage, prétraitement thermique), seuls ou combinés, sur les performances de tri et le potentiel de biométhanisation (PBM) est étudié. Comparativement à une dégradation passive, l’immersion et le pré-compostage augmentent respectivement : 1) le tri de 1 à 5%, séparant 65% de la FOMRM en près d’une semaine (2.5 fois plus rapidement), et 2) le PBM de 10 à 65%, pouvant générer de 10 à 33 Nm³ CH₄/tonne STV.

Dans l'actuel panorama du réchauffement climatique, comprendre comment les changements environnementaux affectent le cycle de développement des plantes est l'un des principaux défis de la viticulture. L'accumulation de degrés-jours (DJ), un facteur influencé par le climat, est l'un des principaux facteurs influençant la phénologie des plantes et, par conséquent, le développement des baies pendant le cycle reproductif de la plante. Cependant, l'impact du schéma d'accumulation des degrés-jours pendant cette période demeure peu connu. Nous avons posé l'hypothèse que différents schémas d'accumulation des DJ impliquant des hausses de température induites pendant des périodes correspondant à différents stades de développement pourraient modifier la phénologie de développement des fruits, les voies métaboliques associées à certaines périodes clés du développement sigmoïde des baies de raisin et finalement modifier le profil métabolique des baies à la récolte chez L'Acadie blanc. Dans cette étude, nous nous sommes particulièrement intéressés aux paramètres physicochimiques (solides solubles totaux, pH et acidité titrable) et aux composés volatils (CV) libres et glycosylés. Ainsi, trois traitements d'élévation ciblée de température (prévéraison (PRE), post-véraison (PT) et saison entière (W)) et un traitement témoin (CT), ont été appliqués en 2019 et 2020 sur le cépage L'Acadie blanc, à l'aide de mini-serres mobiles construites sur les rangs, dans un vignoble néo-écossais. Les baies ont été échantillonnées à trois stades phénologiques autour de la maturité optimale des fruits EL-36 (post-véraison), EL-37 (avant maturité) et EL-38 (maturité). Les échantillons ont été congelés à l'azote liquide au champ puis stockés à -80°C. Les composés volatils ont été extraits par extraction sur phase solide (EPS). La fraction libre a ensuite été concentrée à l'aide d'un Kuderna-Danish et la fraction liée a été libérée par hydrolyse enzymatique, puis également concentrée sur Kuderna-Danish; les deux fractions ont été analysées par chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse (CPG-SM). Une analyse de variance (ANOVA) ainsi qu'une analyse en composantes principales ont été réalisées sur les données, à l'aide du logiciel R (Édition 4.0.2). L'accumulation totale de DJ au cours de la saison 2019 et 2020 était significativement plus élevée dans le traitement W, suivi par PRE, PT et CT respectivement. Dans la présente étude, en 2020, le traitement thermique en W a augmenté le contenu en solides solubles totaux des baies. Dans les baies de L'Acadie blanc, 95 composés en 2019 et 99 composés en 2020 incluant des phénols volatils, des monoterpènes, des C₁₃₋norisoprénoïdes et des composés aliphatiques ont été identifiés. L'abondance relative de certains composés a été significativement modifiée par les traitements appliqués. Les composés qui ont contribué le plus au profil aromatique glycosylé étaient (a) l'alcool benzylique et (b) phényléthyl alcool et leur concentration a varié selon les traitements: les traitements sous serres pendant la première phase de développement (prévéraison) (W et PRE) ont montré des valeurs plus élevées par rapport aux traitements PT et CT. Ces résultats suggèrent que certains composés produits dans la voie métabolique du shikimate (dérives du benzène et phénols volatils) peuvent être affectés par des changements dans l'accumulation des DJ au cours de la première phase de développement des baies. Les monoterpènes ont également contribué de façon importante au profil glycosidique. L'accumulation des monoterpènes a été affectée par le traitement thermique et le stade phénologique et le traitement témoin CT a montré les valeurs les plus élevées. Environ 90% de CV libres identifiés étaient des composés synthétisés à partir de la voie de la lipoxygénase, principalement : (E)-2-hexénal et héxanol, et ceux-ci n'ont pas été influencés par le traitement thermique. Notre étude a permis de mieux comprendre l'impact du réchauffement climatique sur la qualité des baies du cépage hybride L'Acadie blanc en identifiant des voies métaboliques pouvant être affectées par ces conditions. Ces résultats apportent une nouvelle compréhension de la relation entre le climat et la composition en composés volatils des baies chez L'Acadie blanc. Nous avons ainsi démontré la plasticité biochimique de Vitis sp. et la possibilité de modifier le profil aromatique et la biochimie des baies. Ce projet de recherche a permis d'acquérir des connaissances nouvelles pour les producteurs en matière de prise de décision concernant les dates de récolte et permettra d'améliorer la qualité vinicole des baies sous climat nordique. / In the current panorama of global warming, understanding how environmental changes affect the development cycle of vines is one of the main challenges in viticulture. The accumulation of growing degree days (GDD), a variable influenced by climate, is one of the major factors influencing plant phenology and, therefore, berry development during the plant's reproductive cycle. However, little is known about the impact of the GDD accumulation pattern during this period. We hypothesized that different patterns of GDD accumulation involving temperature increases during periods corresponding to different developmental stages could modify the phenology of fruits, the metabolic pathways associated with certain key periods of sigmoid development of grape berries and finally modify the metabolic profile of the berries at harvest in L'Acadie blanc. In this study, we were particularly interested in the physicochemical parameters (total soluble solids, pH and titratable acidity) and in free and glycosylated volatile compounds (VC). Thus, three targeted temperature rise treatments (pre-veraison(PRE), post-veraison (PT) and whole season (W)) and a control treatment (CT) were applied in 2019 and 2020 on L'Acadie blanc, using on-the-row mini-greenhouses, in a Nova Scotia vineyard. The berries were sampled at three phenological stages around optimal maturity EL-36 (post-veraison), EL-37 (before maturity) and EL-38 (maturity). The samples were immediately frozen with liquid nitrogen and then stored at -80°C. Volatile compounds were extracted by solid phase extraction (SPE). The free fraction was then concentrated using a Kuderna-Danish and the glycosylated fraction was released by enzymatic hydrolysis, then also concentrated on Kuderna-Danish; the two fractions were analyzed by gas chromatography coupled to a mass spectrometer (GCMS). An analysis of variance (ANOVA) as well as a Principal component analysis (PCA) were performed on the data, using R software (Edition 4.0.2). The total accumulation of GDD during the 2019 and 2020 season was significantly higher in treatment W, followed by PRE, PT and CT respectively. In the present study, in 2020, the W mini-greenhouse treatment increased the TSS content of the berries. In L'Acadie blanc berries, 95 compounds in 2019 and 99 compounds in 2020 including volatile phenols, monoterpenes, C₁₃₋norisoprenoids and aliphatic compounds have been identified. The relative abundance of certain compounds was significantly modified by the treatments applied. The compounds that contributed the most to the glycosylated VC profile were (a) benzyl alcohol and (b) phenylethyl alcohol. The concentration varied according to the treatment to which the berries were exposed: the treatments in greenhouses during the first phase of development (pre-veraison) (W and PRE) showed higher values compared to the PT and CT treatments. These results suggest that some compounds produced in the shikimate metabolic pathway (benzene derivatives and volatile phenols) may be affected by changes in the accumulation of GDD during the early stage of berry development. Monoterpenes have also made important contributions to the glycosidic profile. The total accumulation of monoterpenes was affected by the treatment and phenological stage. The CT treatment showed the highest values of monoterpenes in 2020. About 90% of free VC identified were compounds synthesized from the lipoxygenase pathway, mainly: (E)-2-hexenal and hexanol. However, in the case of our study, they were not influenced by the mini-greenhouse treatment. Our study has helped elucidate the impact of global warming on the quality of the berries of the L'Acadie blanc and also to identify the metabolic pathways that may be affected by these conditions. These results provide a new understanding of the relationship between the accumulation of GDD and the volatile composition of berries in L'Acadie blanc. We have thus demonstrated the biochemical plasticity of Vitis sp. and the possibility of modifying the aromatic profile and biochemistry of the berries. This research project has provided new knowledge for producers in decision-making regarding harvest dates and will help improve the wine quality of berries in northern climates.

Depuis leur découverte, les matériaux organiques π-conjugués retiennent l'attention des chercheurs. Ces molécules semi-conductrices sont intéressantes pour leurs propriétés optoélectroniques, leur coût compétitif et leur bonne solubilité dans les solvants usuels. Ce dernier attribut leur permet d'être imprimées à grande échelle via différentes méthodes d'impression, ouvrant la porte au domaine de l'électronique imprimée. L'une des applications possibles de ces semi-conducteurs est comme matériaux actifs en cellules photovoltaïques organiques (OPV, pour organic photovoltaics). En effet, deux matériaux π-conjugués peuvent constituer la couche active du dispositif pour générer un photocourant : un semi-conducteur de type p (donneur d'électrons) et un semi-conducteur de type n (accepteur d'électrons). Depuis les 20 dernières années, des polymères π-conjugués ont été principalement étudiés comme matériaux de type p. Bien que plusieurs structures moléculaires présentent des performances très compétitives tout en permettant une stabilité accrue, leur synthèse peut être parfois complexe et coûteuse. Classiquement, des dérivées du fullerène étaient utilisés comme matériaux de type n avec ces polymères. Cependant, celui-ci participe très peu à l'absorption de la lumière et présente certains inconvénients face à la stabilité du dispositif. Une nouvelle gamme de matériaux de type n a fait son apparition depuis 2015 : les petites molécules π-conjugués de type n (NFA, pour non-fullerene acceptors). Ces nouvelles structures permettent d'atteindre continuellement de nouveaux records d'efficacité en cellules photovoltaïques organiques. Ce projet de doctorat vise à étudier différents aspects menant à un dispositif photovoltaïque organique à l'affut des enjeux de la mise à l'échelle. Afin d'obtenir des matériaux polymères performants et peu coûteux, la réaction de polymérisation doit être minutieusement optimisée. Dans un premier temps, l'étude de la polymérisation par (hétéro)arylation directe (DHAP) a été effectuée sur un polymère de type p connu, le PPDT2FBT. La DHAP réduit grandement le coût final du matériau, mais nécessite beaucoup d'optimisation par rapport aux méthodes classiques. Ensuite, ce polymère a été étudié en OPV en gardant l'objectif de la mise à l'échelle des dispositifs. Suivant ces résultats, les travaux ont visé à développer de nouveaux matériaux de type n à jumeler avec ce premier polymère. Vue la complexité synthétique de ces matériaux, des méthodes computationnelles ont été utilisées afin de modéliser les propriétés optoélectroniques. Dans un premier volet, ces méthodes computationnelles ont été méticuleusement optimisées pour ces types de molécules. Ensuite, ces méthodes ont été utilisées pour la conception de nouveaux matériaux de type n. Les travaux de cette thèse montrent de nombreux avancements dans différents aspects de la fabrication de cellules photovoltaïques organiques, soit la conception des matériaux, leur synthèse et la fabrication du dispositif. En plus de matériaux π-conjugués étudiés de façon expérimentale, le développement de plusieurs outils, tant synthétiques que computationnels, ont fait l'objet de ce projet. Les dispositifs les plus performants étudiés dans cette thèse ont montré des efficacités de conversion de puissance au-dessus de 8% et ce, en respectant plusieurs critères de la mise à l'échelle. / Since their discovery, organic π-conjugated materials have gained a lot of attention in the field of functional materials. These semiconducting molecules are particularly interesting for their optoelectronic properties, competitive cost and solubility in common solvents, which enables ink processability. This aspect allows these semiconductors to be fully printed at a large scale, opening-up the field of printed electronics. One of the applications for these materials is as organic photovoltaics (OPVs). In these devices, two semiconductors are integrated in the active layer: a p-type and an n-type material. Most research from the last 20 years has focused on π-conjugated polymers as p-type. Even though several highly efficient molecular structures have been developed, their synthetic complexity remains an issue regarding the material cost. On the other hand, fullerene derivatives were mainly used as n-type materials with these polymers. However, they have poor contributions to the light-harvesting capacity of the photovoltaic cell. More recently, a new class of n-type materials called non-fullerene acceptors (NFAs) has gained a lot of attention. These new molecular structures continuously achieve efficiency records in OPVs. The scope of this project is to study the different aspect leading to a scalable organic photovoltaic device. To get an efficient conjugated polymer at low cost, the polymerization reaction must be carefully optimized. First, this project aims to study the direct (hetero)arylation polymerization (DHAP) of the well-known p-type polymer PPDT2FBT. This polymerization method reduces the material cost, as it decreases the number of synthetic steps required for monomers. However, more optimization is needed compared to traditional methods. The fabrication of OPVs is then investigated while keeping in mind the process scalability. Following these results, NFAs have been developed to be paired with the PPDT2FBT. Since these materials are complex to synthesize, computational methods have been employed to model the optoelectronic properties. The computational methods were first optimized for several NFAs to judge their reliability. Then, they were used to design new materials for OPV. This thesis consolidates several steps in the fabrication of organic photovoltaics, from the molecular design of the organic semiconductors to their synthesis and characterization of devices. Moreover, this work has contributed by developing useful tools, both synthetic and computational. The most efficient photovoltaic device developed in this thesis showed a power conversion efficiency over 8% while having scale-up requirements.

L'introduction d'un atome de fluor dans une molécule bioactive peut bien souvent modifier son activité biologique en modifiant sa lipophilic, sa solubilité, sa stabilité métabolique, sa conformation ou encore sa réactivité chimique. C'est pourquoi la synthèse de produits organofluorés suscite un intérêt marqué dans le secteur de l'agrochimie et de la chimie pharmaceutique. D'ailleurs, les moyens d'accès à ces produits sont en constante augmentation. Non seulement la formation mais également l'activation de liaisons C-F sont des sujets de recherche très prometteurs pour la conception de produits organiques fluorés. Les métaux de transition tels que le nickel, le palladium et le rhodium jouent un rôle important dans l'activation de liens C-F. Dans ce mémoire, il sera question de la synthèse des β-aminofluoroalcènes qui sont une classe de molécules organofluorées suscitant un intérêt particulier en chimie médicinale, car ils peuvent être utilisés comme isostères de la liaison peptidique. Cependant, il n'existe pas de voie directe afin d'accéder à cette classe de composés. Nous nous sommes donc intéressés à rechercher des voies de synthèses permettant l'obtention de p-aminofluoroalcènes. Dans ce mémoire, deux stratégies seront abordées pour la synthèse des p-aminofluoroalcènes. D'une part, une méthode basée sur la réaction d'amination allylique de dérivés de 3,3-difluoropropènes sera présentée. Celle-ci est catalysée par le palladium via l'activation d'un lien C-F. D'autre part, une stratégie basée sur une réaction de type SN2' utilisant les amidures de lithium sur des systèmes allyliques de dérivés de 3,3-difluoropropène constituera la dernière partie de ce mémoire.