Nesta tese foram feitos estudos cujo objetivo principal foi centrado na síntese, caracterização e estudos da morfologia e das aplicações de polímeros helicoidais fenilacetilênicos contendo grupos laterais opticamente ativos. O trabalho foi dividido em 3 capítulos. O primeiro consistiu do estudo de inserção da fração acetilênica em núcleos aril- e piridil-oxazolínicos. Algumas limitações experimentais foram observadas em função da funcionalização das porções monoméricas sob as condições de polimerização. O segundo estudo consistiu do controle de crescimento das cadeias poliméricas, por ação de nanopartículas tipo core-shell (Au@Te-NP\'s). Foi observado que sob tais condições obtém-se cadeias poliméricas substancialmente menores do que na ausência dessas partículas. O terceiro capítulo consistiu no uso de polímeros helicoidais derivados de prolina para catálise assimétrica de reações do tipo aldol. Os resultados se mostraram promissores. Esses estudos não foram concluídos mas foi possível obter produtos com altos excessos enantio- e diastereoisomericos. / This thesis aimed the synthesis, characterization, morphology studies and applications of phenylacetilenic helical polymers containing optically active pendant groups. The results are presented in three chapters. The first was centered on the functionalization of aril- and pyridil-oxazolines with the acetylenic portion. Some experimental limitations were faced because of the functionalization of the monomers under polymerization conditions. The second chapter was dedicated to the utilization of core-shell nanoparticles (Au@Te-NP\'s) on the control of polymer chain growth. The presence of these NPs ensures the production of substantially smaller polymeric chains. The third chapter was dedicated to the employment of the optically active helical polymers as catalysts for aldol type reactions. These studies couldn\'t be concluded but where very promissory leading to products with high enantio- and diastereomeric excess.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

This thesis deals with the design of ligands for efficientasymmetric catalysis and studies of the conformation of theligands in the catalytically active complexes. All ligandsdeveloped contain chiral oxazoline heterocycles. The conformations of hydroxy- and methoxy-substitutedpyridinooxazolines and bis(oxazolines) during Pd-catalysedallylic alkylations were investigated using crystallography,2D-NMR techniques and DFT calculations. A stabilising OH-Pdinteraction was discovered which might explain the differencein reactivity between the hydroxy- and methoxy-containingligands. The conformational change in the ligands due to thisinteraction may explain the different selectivities observed inthe catalytic reaction. Polymer-bound pyridinooxazolines and bis(oxazolines) weresynthesised and employed in Pd-catalysed allylic alkylationswith results similar to those of monomeric analogues;enantioselectivities up to 95% were obtained. One polymer-boundligand could be re-used several times after removal of Pd(0).The polymer-bound bis(oxazoline) was also used in Zn-catalysedDiels-Alder reactions, but the heterogenised catalyst gavelower selectivities than a monomeric analogue. A series of chiral dendron-containing pyridinooxazolines andbis(oxazolines) were synthesised and evaluated in Pd-catalysedallylic alkylations. The dendrons did not seem to have anyinfluence on the selectivity and little influence on the yieldwhen introduced in the pyridinooxazoline ligands. In thebis(oxazoline) series lower generation dendrimers had a postiveon the selectivity, but the selectivity and the activitydecreased with increasing generation. Crown ether-containing ligands were investigated inpalladium-catalysed alkylations. No evidence of a possibleinteraction between the metal in the crown ether and thenucleophile was discovered. A new type of catalyst, an oxazoline-containing palladacyclewas found to be very active in oxidations of secondary alcoholsto the corresponding aldehydes or ketones. The reactions wereperformed with air as the re-oxidant. Therefore, this is anenviromentally friendly oxidation method. <b>Keywords:</b>asymmetric catalysis, chiral ligand,oxazolines, conformational study, allylic substitution,polymer-bound ligands, dendritic ligands, crown ether,oxidations, palladacycle.

<p>This thesis deals with the design of ligands for efficientasymmetric catalysis and studies of the conformation of theligands in the catalytically active complexes. All ligandsdeveloped contain chiral oxazoline heterocycles.</p><p>The conformations of hydroxy- and methoxy-substitutedpyridinooxazolines and bis(oxazolines) during Pd-catalysedallylic alkylations were investigated using crystallography,2D-NMR techniques and DFT calculations. A stabilising OH-Pdinteraction was discovered which might explain the differencein reactivity between the hydroxy- and methoxy-containingligands. The conformational change in the ligands due to thisinteraction may explain the different selectivities observed inthe catalytic reaction.</p><p>Polymer-bound pyridinooxazolines and bis(oxazolines) weresynthesised and employed in Pd-catalysed allylic alkylationswith results similar to those of monomeric analogues;enantioselectivities up to 95% were obtained. One polymer-boundligand could be re-used several times after removal of Pd(0).The polymer-bound bis(oxazoline) was also used in Zn-catalysedDiels-Alder reactions, but the heterogenised catalyst gavelower selectivities than a monomeric analogue.</p><p>A series of chiral dendron-containing pyridinooxazolines andbis(oxazolines) were synthesised and evaluated in Pd-catalysedallylic alkylations. The dendrons did not seem to have anyinfluence on the selectivity and little influence on the yieldwhen introduced in the pyridinooxazoline ligands. In thebis(oxazoline) series lower generation dendrimers had a postiveon the selectivity, but the selectivity and the activitydecreased with increasing generation.</p><p>Crown ether-containing ligands were investigated inpalladium-catalysed alkylations. No evidence of a possibleinteraction between the metal in the crown ether and thenucleophile was discovered.</p><p>A new type of catalyst, an oxazoline-containing palladacyclewas found to be very active in oxidations of secondary alcoholsto the corresponding aldehydes or ketones. The reactions wereperformed with air as the re-oxidant. Therefore, this is anenviromentally friendly oxidation method.</p><p><b>Keywords:</b>asymmetric catalysis, chiral ligand,oxazolines, conformational study, allylic substitution,polymer-bound ligands, dendritic ligands, crown ether,oxidations, palladacycle.</p>

Im Rahmen dieser Arbeit wurden für die Herstellung neuartiger funktioneller Oberflächenbeschichtungen Polymerbürstensysteme basierend auf linearen, thermoresponsiven Poly-2-oxazolinen (POX) entwickelt und ausführlich charakterisiert. Als Grundbaustein für die Herstellung von POX-Bürsten wurden drei endfunktionalisierte thermoresponsive POX mittels kationisch ringöffnender Polymerisation synthetisiert, wobei jeweils 2-Cyclopropyl-2-oxazolin (cPrOX) als thermoresponsive Wiederholungseinheit und 2-Methyl-2-oxazolin (MeOX) als hydrophiles Comonomer zu verschiedenen Anteilen verwendet wurden. Mittels VIS-spektroskopischen Trübungsmessungen wurde für alle POX in Wasser ein LCST-Entmischungsverhalten mit einem reversiblen und scharfen Phasenübergang nachgewiesen, wobei die Trübungstemperaturen stark von der Polymerhydrophilie sowie der Molmasse und der Polymerkonzentration in Lösung abhingen. Die Herstellung der POX-Polymerbürsten auf der Basis der synthetisierten POX erfolgte über einen „grafting to“-Ansatz, bei welchem die Polymere in einem thermisch initiierten Prozess über ein funktionalisiertes Kettenende kovalent an ein Substrat angebunden wurden. Als Hauptmethode zur Charakterisierung der physikochemischen Eigenschaften der hergestellten Schichten, insbesondere deren temperaturabhängiges Schaltverhalten in Wasser, wurde spektroskopische Ellipsometrie verwendet. Zusätzlich kamen Rasterkraftmikroskopie, Kontaktwinkel und Quarzkristallmikrowaage mit Dissipationsaufzeichnung zum Einsatz. Im Gegensatz zum sehr scharfen, diskontinuierlichen Phasenübergang der POX in Lösung konnte für alle POX-Bürsten ein kontinuierlicher Übergang von einem gestreckten Bürstenzustand bei niedrigen Temperaturen in einen kollabierten Zustand bei hohen Temperaturen bestimmt werden, wobei das Quellvermögen und die temperaturabhängigen Quellkurvenverläufe durch die Polymereigenschaften und die Bürstenparameter beeinflussbar waren. Durch die Kombination eines POX mit Polyacrylsäure (PAA) als zweite Komponente konnten zudem neuartige binäre Polymerbürstensysteme hergestellt werden, welche ein komplexes pH- und temperaturabhängiges Schaltverhalten sowie ein steuerbares Proteinadsorptionsvermögen in Abhängigkeit von der Bürstenpräparationsmethodik, der POX-PAA-Zusammensetzung sowie der Temperatur und dem pH-Wert der umgebenden Pufferlösung aufwiesen. Zur ausführlichen Charakterisierung der Schichteigenschaften wurde neben den bereits benannten Methoden der spektroskopischen Ellipsometrie, Rasterkraftmikroskopie und der Kontaktwinkelmessung auch Röntgenphotoelektronenspektroskopie genutzt. Abschließende Zelladhäsionsexperimente mit humanen mesenchymalen Stammzellen auf den bürstenmodifizierte Oberflächen unter physiologischen Bedingungen offenbarten deutliche Unterschiede in der Affinität der Zellen zur Adhäsion auf POX-Homopolymerbürsten in Abhängigkeit der Bürstenhydrophilie. Darüber hinaus konnte die Zelladhäsion auch auf POX-PAA-Mischbürstensystemen gesteuert werden.

Funktionalisierte Poly(2-oxazoline) als neue Materialien stellen sowohl unter strukturellen Gesichtspunkten als auch im Hinblick auf potentielle Anwendungen eine interessante Polymerklasse dar. Die Ausbildung von hierarchischen Strukturen mit Poly(2-oxazolinen) über intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen ist hierbei ein bisher nicht beachteter Aspekt. Über einen bioinspirierten Ansatz sollten gezielt funktionelle Gruppen, die für einen hierarchischen Aufbau, z.B. in Proteinen, verantwortlich sind, in vereinfachter Weise auf die synthetische Substanzklasse der Poly(2-oxazoline) übertragen werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der modularen Synthese neuer, funktionalisierter Poly(2-oxazolin) Homo- und Copolymere. Ausgehend von der Synthese von 2-(3-Butenyl)-2-oxazolin wurden definierte Präpolymere in einer kationischen Isomerisierungspolymerisation unter kontrolliert/„lebenden“ Bedingungen hergestellt. In einer anschließenden „Thio-Click“ (Thiol-En-Reaktion) Modifizierungsreaktion wurden die gewünschten funktionellen Gruppen quantitativ eingeführt. Hydroxylierte Poly(2-oxazoline) wurden hinsichtlich ihres Aggregationsverhaltens in Wasser untersucht. Bereits die jeweiligen Homopolymere bildeten aufgrund von intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen supramolekulare tubuläre Nanofasern aus. Durch Einsatz verschiedener analytischer Methoden konnte die innere Struktur der Nanoröhren beschrieben und ein entsprechendes Modell aufgestellt werden. Die dargestellten funktionellen Poly(2-oxazoline) wurden hinsichtlich ihrer Anwendung als potentielle, synthetische „antifreeze additives“ untersucht. Alle Polymere besitzen eine ausgeprägte Tendenz zur Nukleierung von Wasser und führen daher zu signifikanten Änderungen der Eismorphologie. Des weiteren wurde ein carboxyliertes Derivat zur biomimetischen Mineralisation von Kalziumcarbonat eingesetzt und nach phänomenologischen Gesichtspunkten untersucht. / Functionalized poly(2-oxazoline)s are a promising class of materials concerning their self-assembly behavior as well as for future applications. Hierarchical structure formation based on hydrogen bonding interactions has not been investigated yet. Applying a bioinspired approach, functional groups promoting hierarchical structure formation are introduced to poly(2-oxazoline)s. This work is focused on the modular synthesis of new functionalized poly(2-oxazoline) homo and copolymers. Starting from the synthesis of the new monomer 2-(3-butenyl)-2-oxazolin, well-defined precursor materials were prepared via cationic isomerization polymerization. Next, the polymers were quantitatively modified with the aimed functional groups using a “thio-click” (thiol-ene) reaction. The aggregation behaviour of hydroxylated poly(2-oxazolines) in water was investigated. Homo- as well as block copolymers can form supramolecular hollow nanofibers via intermolecular hydrogen bonding. Using a variety of different analytical methods, the structure of the nanotubes was determined and a formation model was proposed. Furthermore, the functionalized poly(2-oxazoline)s were investigated as synthetic mimics of natural anti-freeze additives. It was found, that these polymers show the tendency to nucleate water, thus influencing the morphology of ice. Finally, a carboxylated derivative was applied as an additive for the mineralization of calcium carbonate.

La catalyse organométallique est l’un des outils les plus puissants de la synthèse chimique, car elle permet de réaliser des transformations sélectives et spécifiques selon le catalyseur employé. Dans ce contexte, les sels et complexes d’or ont émergé il y a une quinzaine d’années et se sont révélés très utiles et attractifs pour la synthèse organique, faisant preuve de propriétés particulières de type acide de Lewis à la fois π (alcyno- alcènophilie) et σ (oxo- azaphile). L’objectif initial de cette thèse a été d'approfondir l’étude de la réactivité de l’or au travers la mise au point de nouvelles réactions catalysées par l’or(I/III). Si la majorité des réactions développées en catalyse à l’or concerne des processus de type π, nous avons dans un premier temps, souhaité évaluer son potentiel dans une réaction qui repose sur une activation purement σ, la cyclisation de Nazarov. Cette réaction a ensuite été étendue à un processus de type cascade, combinant activations π et σ. De plus, la formation d’un sous-produit inattendu au cours de cette étude a orienté nos recherches vers un nouveau processus catalytique, le réarrangement de γ–acyloxy alcynylcétones en furanes. Par la suite, nous nous sommes aussi intéressés au potentiel de l’or dans les réactions asymétriques, ce qui a conduit au développement d’un nouveau type de complexes d’or chiraux basés sur des ligands de type NHC-oxazoline. Enfin, nous nous sommes proposés d’utiliser la spectroscopie RMN J-résolue hétéronucléaire (une méthode simple mais peu exploitée), pour répondre à des problèmes d’attribution structurale. / Organometallic catalysis is one of the most powerful tools in chemical synthesis, because, depending on the catalyst, it allows for selective and specific transformations. Thus, the reactivity of gold salts and complexes was revamped around fifteen years ago. Nowadays, they are considered as powerful and very attractive for organic synthesis, showing both π (alcyno- alcènophilie) and σ (oxo- azaphile) Lewis acid properties.The first objective of this thesis was to study the reactivity of gold catalysts by the development of new reactions catalyzed by gold(I/III). If most of the developed reactions in gold catalysis is related to π activation, we proved its potential in a reaction dealing with σ activation, the Nazarov cyclization. This reaction was then extended to a cascade process, combining both π and σ Lewis acidities. Moreover, the obtainment of an unexpected by-product during the study directed our research towards a new gold catalytic reaction, the formation of furans from γ-acyloxyalkynyl ketones. Subsequently, we were also interested in the potential of gold in asymmetric reactions, which led to the development of new chiral gold complexs, based on NHC-oxazoline type ligands. Finally, we proposed to use the heteronuclear J-resolved NMR spectroscopy (a simple but scarce method), to answer some structural assignment problems.

<p>U disertaciji je ostvarena sineza amida i oksazolina žučnih kiselina, kao i njihovih alkil i alkilidenskih derivata polazeći od holne kiseline. Ipitano je pona&scaron;anje različitih okso derivata žučnih kiselina u uslovima Grignard-ove i Wittig-ove reakcije. Ispitana je biolo&scaron;ka aktivnost odabranih sintetizovanih jedinjenja</p> / <p>Synhesis of bile acid amide and oxazoline derivatives, and their alkyl and alkylidene derivatives was accomplished starting from cholic acid. Also, chemical behavior of different bile acid oxo derivatives in Grignard and Wittig reaction was investigated. Biological activity&nbsp; of selected synthesized compounds was evaluated.</p>

Im Rahmen dieser Arbeit wurden für die Herstellung neuartiger funktioneller Oberflächenbeschichtungen Polymerbürstensysteme basierend auf linearen, thermoresponsiven Poly-2-oxazolinen (POX) entwickelt und ausführlich charakterisiert. Als Grundbaustein für die Herstellung von POX-Bürsten wurden drei endfunktionalisierte thermoresponsive POX mittels kationisch ringöffnender Polymerisation synthetisiert, wobei jeweils 2-Cyclopropyl-2-oxazolin (cPrOX) als thermoresponsive Wiederholungseinheit und 2-Methyl-2-oxazolin (MeOX) als hydrophiles Comonomer zu verschiedenen Anteilen verwendet wurden. Mittels VIS-spektroskopischen Trübungsmessungen wurde für alle POX in Wasser ein LCST-Entmischungsverhalten mit einem reversiblen und scharfen Phasenübergang nachgewiesen, wobei die Trübungstemperaturen stark von der Polymerhydrophilie sowie der Molmasse und der Polymerkonzentration in Lösung abhingen. Die Herstellung der POX-Polymerbürsten auf der Basis der synthetisierten POX erfolgte über einen „grafting to“-Ansatz, bei welchem die Polymere in einem thermisch initiierten Prozess über ein funktionalisiertes Kettenende kovalent an ein Substrat angebunden wurden. Als Hauptmethode zur Charakterisierung der physikochemischen Eigenschaften der hergestellten Schichten, insbesondere deren temperaturabhängiges Schaltverhalten in Wasser, wurde spektroskopische Ellipsometrie verwendet. Zusätzlich kamen Rasterkraftmikroskopie, Kontaktwinkel und Quarzkristallmikrowaage mit Dissipationsaufzeichnung zum Einsatz. Im Gegensatz zum sehr scharfen, diskontinuierlichen Phasenübergang der POX in Lösung konnte für alle POX-Bürsten ein kontinuierlicher Übergang von einem gestreckten Bürstenzustand bei niedrigen Temperaturen in einen kollabierten Zustand bei hohen Temperaturen bestimmt werden, wobei das Quellvermögen und die temperaturabhängigen Quellkurvenverläufe durch die Polymereigenschaften und die Bürstenparameter beeinflussbar waren. Durch die Kombination eines POX mit Polyacrylsäure (PAA) als zweite Komponente konnten zudem neuartige binäre Polymerbürstensysteme hergestellt werden, welche ein komplexes pH- und temperaturabhängiges Schaltverhalten sowie ein steuerbares Proteinadsorptionsvermögen in Abhängigkeit von der Bürstenpräparationsmethodik, der POX-PAA-Zusammensetzung sowie der Temperatur und dem pH-Wert der umgebenden Pufferlösung aufwiesen. Zur ausführlichen Charakterisierung der Schichteigenschaften wurde neben den bereits benannten Methoden der spektroskopischen Ellipsometrie, Rasterkraftmikroskopie und der Kontaktwinkelmessung auch Röntgenphotoelektronenspektroskopie genutzt. Abschließende Zelladhäsionsexperimente mit humanen mesenchymalen Stammzellen auf den bürstenmodifizierte Oberflächen unter physiologischen Bedingungen offenbarten deutliche Unterschiede in der Affinität der Zellen zur Adhäsion auf POX-Homopolymerbürsten in Abhängigkeit der Bürstenhydrophilie. Darüber hinaus konnte die Zelladhäsion auch auf POX-PAA-Mischbürstensystemen gesteuert werden.