L’étude menée concerne divers aspects d’une nouvelle voie de synthèse sol-gel : la génération électro-assistée de films à base de silice fonctionnalisée et/ou mésostructurée, ainsi que leurs applications en électrochimie analytique. Des films à base de silice fonctionnalisée par des groupements amine ou thiol ont été déposés sur électrode d’or par catalyse électrochimiquement assistée de la polycondensation. La formation d’une monocouche auto-assemblée partielle de mercaptopropyltriméthoxysilane permet une très bonne adhésion du film silicaté sur la surface d’or. Le processus d’électro-dépôt est caractérisé par deux étapes successives de vitesse différente. A une étape de dépôt lent et régulier succède une croissance bien plus rapide du film. L’utilisation des électrodes modifiées a été envisagée en tant que capteur de Cu2+. En introduisant un tensioactif dans le sol de synthèse, il est possible d’électrogénérer des films à base de silice mésoporeuse de structure hexagonale avec les pores orientés perpendiculairement par rapport au substrat (difficile à obtenir par d’autres méthodes). Il semblerait que l’électrochimie permette à la fois un contrôle de la structure du tensioactif à la surface de l’électrode et la croissance simultanée du film sol-gel. Cette méthode d’électrogénération permet aussi d’obtenir des films fins homogènes sur des surfaces non planes ou présentant des hétérogénéités de conductivité. Enfin, une approche préliminaire a été proposée visant à appliquer le processus d’électrogénération, couplé à la technique de microscopie électrochimique à balayage, pour déposer localement des films à base de silice sous forme de plots de taille micrométrique sur or. / The study deals with various aspects of a novel method of sol-gel synthesis : the electro-assisted generation of functionalized and/or mesostructured silica thin films, and their applications in analytical electrochemistry. Sol-gel-derived silica films functionnalized with amine or thiol groups have been electrogenerated on gold electrodes. The formation of a partial self-assembled monolayer of mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) on gold led to a silica film adhering well to the electrode surface owing to the MPTMS acting as a « molecular glue ». The whole process was characterized by two successive distinct rates, starting by a slow deposition stage leading to thin deposits, which was followed by a much faster film growing in the form of macroporous coatings. The use of these modified electrodes was considered as a voltammetric sensor for copper(II). By adding a surfactant in the synthesis medium, it’s possible to electrogenerate mesostructured silica films with hexagonal structure with pore channels oriented perpendiculary to the substrate (which is difficult to get by other methods). The electrochemically-induced-self-assembly of surfactant-templated silica thin films can be applied to various conducting supports. The broad interest of the novel method was demonstrated by its ability to produce homogeneous deposits of silica on non-planar surfaces or heterogeneous substrates, what is difficult by the traditional techniques of film deposition. Finally, a preliminary approach has been proposed in order to apply the electrodeposition process coupled with a scanning electrochemical microscope in order to get localized sol-gel deposits at the micrometric size level on gold.

Dans cette étude, 36 génomes de souches de Bacillus publiés ont été analysés ; neuf d’entre eux ne portent pas de gènes ou opérons codant pour une synthèse de peptides par la voie non ribosomiale (NRPS). Chez les 18 souches restantes ont été détectées l’existence de gènes/opérons codant pour des molécules de type NRP nouvelles et des molécules issues d’une synthèse hybride NRPS/PKS (Polycétide synthases). L’analyse des opérons impliqués dans la synthèse des fengycines et plipastatines chez la souche de laboratoire B. subtilis 168, B. subtilis F29-3 et B. amyloliquefaciens FZB42, a montré des homologies élevées entre ces opérons et des grandes similitudes entre ces molécules de type NRP. De plus, l’importance du séquençage du génome de la souche de B. subtilis S499 a été soulevée. L’obtention d’un mutant mono-producteur de plipastatine, dérivé de B. subtilis 168, par le remplacement du promoteur natif Ppps par un promoteur constitutif PrepU associé à un gène de résistance à la néomycine (neo), n’a pas abouti. Par contre, l’inactivation de l’expression de l’opéron plipastatine chez le mutant BBG111, constitutif pour la synthèse de surfactine, par cette cassette PrepU-neo située en sens inverse de la transcription de l’opéron pps, a conduit à l’isolement du dérivé BBG140 montrant une production accrue de surfactine par rapport à la souche parentale. Les promoteurs Ppps (B. subtilis 168) et Pfen (B. subtilis BBG21) ont été clonés dans le vecteur d’expression pDG1661, portant la cassette lacZ, et intégrés dans le chromosome de la souche 168. L’expression et la régulation en différentes conditions de croissance de ces promoteurs Ppps et Pfen, comparées à celles du promoteur PsrfA de B. subtilis 168, ont été étudiées dans les mutants dérivés respectifs BBG142, BBG139 et BBG127. / In this study, 36 Bacillus strain genomes were analyzed; nine of them have no NRPS molecules while the detection of one NRPS molecule ‘Bacillibactin siderophore’ was showed for another nine strains. The other 18 strains showed the presence of 17 other new NRPS and NRPS-PKS hybrid molecules. The analysis of plipastatin or fengycin operons sequences of Bs F29-3, Bs 168 and B. amyloliqufaciens FZB42 were studied, which refer to the similarity of these molecules and clarified the importance of sequencing the Bs S499 fengycin operon which have a fengycin molecule cannot be correlated with the structure of the synthetases described in other fengycin- or plipastatin-producing strains interesting to come over the difficulty of the differentiation between fengycin and plipastatin. The obtaining of plipastatin mono-producer derivative from Bs 168 by the replacement of the plipastatin native promoter by a constitutive one Prepu was failed. The constructed plasmid with Prepu-neo gene have two types; pBG180 which couldn’t be transformed and pBG180* which has inverted Prepu-neo gene and transformed into BBG111 to obtain BBG140 which showed no plipastatin production and high surfactin production than the mother strain BBG111. The expression and the regulation of Ppps, Pfen and Psrf were studied in Bs 168 derivatives: BBG142, BBG139 and BBG127 respectively.

Les glucocorticoïdes jouent un rôle important dans le développement pulmonaire : différenciation cellulaire, alvéolarisation, induction des composés du surfactant, etc. L'administration de glucocorticoïdes de synthèse à la mère à risque d'accoucher prématurément est utilisée pour accélérer la maturation pulmonaire et réduire le risque de syndrome de détresse respiratoire chez l'enfant. Cette étude vise à déceler la synthèse de glucocorticoïdes actifs par le poumon foetal murin. L'étude en protéine du récepteur aux glucocorticoïdes (GR) montre une augmentation de la quantité de GR activé dans le poumon foetal murin en présence de progestérone. Un système d'expression de la luciférase sous le contrôle d'éléments de réponse aux glucocorticoïdes a été mis au point. Ce système n'a pas permit de déceler la synthèse de glucocorticoïdes actifs à partir des extraits stéroïdiens des poumons totaux. Cette constatation peut s'expliquer par une conversion rapide des glucocorticoïdes en composés inactifs ou incapables de se lier au récepteur.

Les composés fluorés ont une place de choix dans divers domaines de la chimie organique. Parmi les substituants fluorés d'intérêts, le groupement pentafluorosulfanyle présente des propriétés « extrêmes » qui le rendent intéressant pour plusieurs applications comme la chimie médicinale, l'agrochimie et la chimie des matériaux. Cependant, les méthodes de synthèse de composés SF₅ demeurent à ce jour limitées, et il est donc nécessaire de développer de nouvelles voies synthétiques pour l'incorporer sur diverses molécules. Cette thèse porte donc sur le développement de nouvelles méthodes de synthèse de composés pentafluorosulfanylés, et est divisée en trois grandes parties. La première partie de ce document se concentre sur l'investigation de l'addition radicalaire du SF₅Cl sur des composés insaturés. Cette méthode représente à ce jour la méthode la plus versatile pour la synthèse de composés SF₅ aliphatiques, et a été examinée en trois sections. Tout d'abord, la compatibilité du SF₅Cl avec divers solvants organiques et additifs a été évaluée, puis deux nouvelles méthodes d'addition de SF₅Cl sur des composés insaturés ont été développées. Le deuxième volet du développement de nouvelles méthodes de synthèse de composés SF₅ est basé sur une approche de type « bloc de construction ». À l'aide de divers précurseurs pentafluorosulfanylés, la synthèse de dihydrobenzofuranes, d'indolines, d'oxazolines, de lactones et d'amines pentafluorosulfanylés a été effectuée. Finalement, la troisième et dernière partie de cette thèse est centrée sur le développement de nouveaux réactifs de pentafluorosulfanylation. Le but est de développer de nouveaux réactifs qui pourraient être utilisés pour faire la pentafluorosulfanylation de divers composés organiques et ainsi, élargir la gamme de composés SF₅ disponibles synthétiquement. La synthèse de nouveaux réactifs de pentafluorosulfanylation a donc été explorée dans le cadre de ces travaux. / Organofluorine compounds are extensively used in various areas of organic chemistry. Among the fluorinated substituents of interest, the pentafluorosulfanyl group presents "extreme" properties that make it interesting in many fields of organic chemistry such as medicinal chemistry, agrochemistry and material sciences. However, the methods to incorporate this moiety on organic compounds remain limited, and it is therefore necessary to develop new synthetic routes towards pentafluorosulfanylated substrates. This thesis is focused on the synthesis of new SF₅-containing compounds, and is divided in three main parts. The first part of this document is an investigation of the SF₅Cl radical addition to unsaturated compounds. This method represents to this day the most versatile route for the synthesis of aliphatic SF₅-compounds, and has been investigated regarding three different aspects. The compatibility of SF₅Cl with various organic solvents and additives has been evaluated, before two new methods for the addition of SF₅Cl to unsaturated compounds have been developed. Secondly, the synthesis of new SF₅-containing compounds has been accomplished via the use of a building-block approach. Using various pentafluorosulfanylated precursors, the synthesis of dihydrobenzofurans, indolines, oxazolines, lactones and amines bearing the SF₅-group have been accomplished. Finally, the third and last part of the present document is focused on the synthesis of new pentafluorosulfanylating reagents. The goal is to develop new reagents that could potentially be used to perform the pentafluorosulfanylation of various organic compounds, in order to widen the range of synthetically accessible SF₅-containing molecules. The synthesis of these new pentafluorosulfanylating reagents has therefore been investigated as part of this work.

Un nouveau composé polyphénolique formé durant la production du sirop d’érable a été rapporté en 2011. Ce composé, nommé québécol en l’honneur de son origine géographique, a montré jusqu’à maintenant des propriétés biologiques prometteuses. L’approfondissement de son étude a cependant été grandement limité par sa faible abondance dans le sirop d’érable. Afin de contourner ce problème, notre groupe s’est intéressé au développement d’une voie synthèse permettant d’effectuer la préparation de ce produit naturel. En plus d’accéder au québécol, nous voulions également étendre l’application de cette même stratégie à la synthèse d’une variété d’esters d’acides 2,3,3-triarylacryliques, un type d’oléfine tétrasubstituée dont la préparation a été peu explorée et comporte plusieurs défis. La présente thèse rassemble l’ensemble de nos progrès réalisés ces dernières années dans la synthèse d’esters d’acides 2,3,3-triarylacryliques, la synthèse du québécol et de ses dérivés, ainsi que dans l’évaluation de l’activité anti-inflammatoire de ce produit naturel et d’autres structures apparentées. Dans un premier temps, notre stratégie de synthèse ayant mené à la synthèse totale du québécol sera d’abord présentée. Elle fait intervenir comme séquence clé la préparation d’un composé gem-dibromoalcène par homologation C-1 d’un -cétoester, suivie de l’installation de deux groupements aryles par des réactions de Suzuki-Miyaura. Nous démontrerons par la suite l’application de cette même séquence à la préparation de cinq classes diverses d’esters d’acides 2,3,3-triarylacryliques. Dans un second temps, l’évaluation de l’activité anti-inflammatoire du québécol et de plusieurs composés apparentés sera détaillée. Au passage, la préparation de certains dérivés sera discutée, notamment celle de l’isoquébécol, un isomère de constitution inédit. Finalement, les différentes relations structure-activité tirées de ces résultats et permettant d’orienter les recherches futures seront présentées. / A new polyphenolic compound was found in 2011 in maple syrup. It is formed during maple syrup processing of Acer saccharum sap. This compound, named quebecol, is structurally similar to common bioactive agents and showed activity against breast and colon cancer cell lines in some preliminary in vitro biological assays. However, the study of this compound has as yet been limited by its low abundance in its vegetal source. To facilitate further research on this compound by solving its availability problem, we decided to work on the total synthesis of quebecol. In addition to getting access to this natural product, we were interested in developing a general synthetic strategy to produce a variety of 2,3,3-triarylacrylic acid esters, a class of tetrasubstituted olefins whose preparation has not been much explored, and involves many challenges. The following thesis will present our group’s progress over the last years on the synthesis of 2,3,3-triarylacrylic acid esters, the preparation of quebecol and its derivatives, and the evaluation of the anti-inflammatory activity of quebecol and several related structures. First, we will present our synthetic strategy to form quebecol. It involves two key steps. The first is a C-1 homologation reaction on an -ketoester to produce the dibromoalkene analog. This product is used in the second key step: a double Suzuki-Miyaura cross-coupling with the appropriate arylboronic acid. We will also discuss the extension of this strategy to the development of a methodology for the preparation of 2,3,3-triarylacrylic acid esters with one, two, or three different aryl groups. Secondly, we will present our evaluation of the anti-inflammatory activity of quebecol and its derivatives. We will discuss the synthesis of some of these derivatives, including isoquebecol (an unprecedented isomer). Finally, we will establish a series of structure-activity relationships regarding the anti-inflammatory activity of quebecol and its general structure by comparing the tested compounds.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles

L’intérêt pour les nanomatériaux, tel que les fullerènes, les nanotubes de carbone et les nanoparticules, est en constante croissance depuis le milieu des années quatre-vingt. Parmi ces nanomatériaux, un qui attire particulièrement l’intérêt des chercheurs est le nanoruban de graphène, soit une feuille de graphène ayant une largeur de moins de 50 nm. Étant donné les faibles dimensions de ce matériau, qui créent un confinement quantique, et du motif de ses parois, les nanorubans de graphène ont des propriétés électroniques qui peuvent être différentes de celles du graphène. De plus, celles-ci sont modulables, c’est-à-dire que la valeur de la bande interdite peut être contrôlée en variant différents facteurs. Les nanorubans de graphène peuvent donc être des semi-conducteurs avec différentes valeurs de bande interdite alors que le graphène est un matériau qui a une valeur de bande interdite nulle. Malgré le grand intérêt pour les nanorubans de graphène, il n’existe encore aucune méthode de synthèse, physique ou chimique, qui permet, à grande échelle, le contrôle des propriétés électroniques. Dans le cadre de ce projet, nous avons voulu développer une méthode alternative, appelée méthode hybride, afin d’obtenir un nanoruban de graphène. La stratégie principale se base sur la réactivité de l’unité 1,3-diarylbutadiyne qui peut polymériser par réaction topochimique sous irradiation UV pour former un nanoruban de polydiacétylène (PDA). Pour permettre ce type de réactions, des paramètres très stricts doivent être respectés et il est possible de les obtenir en auto-assemblant des précurseurs linéaires, contenant des unités 1,3-diarylbutadiyne, sous forme de gel. Nous avons donc développé ces précurseurs, en choisissant avec soin les fonctions présentes sur ceux-ci, afin de permettre l’auto-assemblage sous forme de gel. Par la suite, ces précurseurs auto-assemblés ont permis d’obtenir, après irradiation, des feuillets de PDA. Finalement, les PDAs ont été graphitisés par voie thermique. Afin de mieux comprendre la réactivité et l’influence des unités aryles présentes dans nos PDAs, nous avons étendu notre étude à une nouvelle famille de précurseurs. Ceux-ci n’étaient pas linéaires, ils avaient plutôt un motif en forme « V », c’est-à-dire avec les butadiynes en position 1,3 sur un phényle central. De plus, nous avons évalué l’effet des différentes fonctions des précurseurs sur les propriétés de gélification.

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.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Les aminoacyl-ARNt synthetases (aaRS) sont des enzymes essentielles au processus de traduction des acides nucléiques (ADN) en séquences d'acides aminés (protéines). Elles catalysent l'estérification de chacun des 20 acides aminés à leurs ARN de transfert respectifs. Dans une première étape, l'acide aminé est activé pour donner un intermédiaire instable (aa-AMP), lequel réagit avec l'ARNt correspondant dans une seconde étape pour générer l'ARNt aminoacylé (aa-ARNt). Les inhibiteurs synthétisés dans le cas présent sont des analogues de l'intermédiaire instable (chapitres 2, 3 et 4). Les inhibiteurs des aminoacyl-ARNt synthetases ont plusieurs utilités : faciliter la cristallisation des aaRS en vue de déterminer leurs structures par diffraction des rayons-X, étudier les mécanismes réactionnels des aaRS, et à plus long terme, approfondir la recherche sur de nouvelles thérapies antibiotiques. Les aaRS ont évolué de façon divergente entre les procaryotes et les eucaryotes, ce qui rend possible l'inhibition sélective des aaRS bactériennes. Plusieurs bactéries ne possèdent pas la glutamine-ARNt synthetase et utilisent donc une voie indirecte pour le chargement de l'ARNt correspondant (Gln-ARNtGln). En premier lieu, l'acide glutamique est estérifié avec l'ARNt par une glutamyl-ARNt synthetase non discriminante (ND-GluRS). L'ARNtGln incorrectement apparié (Glu-ARNtGln) est par la suite transformé par une aminoacyl-ARNt amidotransférase (AdT) pour donner l'ARNt correctement apparié (Gln-ARNtGln). Ce type de mécanisme existe aussi pour le chargement de l'ARNt correspondant à l'asparagine (transamidation de l'Asp-ARNtAsn). Très peu d'inhibiteurs des aminoacyl-ARNt amidotransférases ont été rapportés jusqu'à maintenant. Pourtant, l'absence de cette enzyme dans le cytoplasme des cellules eucaryotes en fait une cible intéressante pour le développement d'antibiotiques. Le design et la synthèse de nouveaux inhibiteurs ont été réalisés en se basant sur le mécanisme des aminoacyl-ARNt amidotransférases (chapitre 5, 6 et 7).

Les ligands à base de borabenzène/boratabenzène, uniques en leur genre, demeurent l’un des intérêts centraux du groupe Fontaine en raison de leur aromaticité et de leur stabilité en tant que ligands acides de Lewis. La synthèse d’une phosphine de type L possédant un groupe boratabenzène (di-tert-butylphosphidoboratabenzène) a été faite en deux étapes. D’abord, l’espèce neutre borabenzène-di-tert-butylchlorophosphine est préparée à partir de la di-tert-butylchlorophosphine et de la 1-chloro-2-(triméthylsilyl)boracyclohexa-2,5-diène. La réduction de l’intermédiaire neutre avec du potassium génère le sel de potassium équivalent (di-tert-butylphosphidoboratabenzène de potassium). Des complexes de coordination de métaux du groupe 10 présentant des interactions bis-di-tert-butylphosphidoboratabenzène ont été préparés. Les données cristallographiques des complexes de nickel et de platine correspondants montrent qu’une pléiade de modes de liaisons peuvent être atteints avec le ligand obtenu. La voie réactionelle, ainsi que les calculs de théorie de la functionelle de la densité, permettront de démontrer les qualités de ce ligand en tant qu’excellent donneur d’électrons. Le but ultime demeure non seulement l’étude des interactions se déroulant dans la sphère de coordination d’un complexe montrant un groupement borabenzène/boratabenzène, mais aussi l’étude de leur capacités à activer des petites molécules à base d’éléments du groupe principal. / Borabenzene/boratabenzene transition metal systems remain of active interest within the Fontaine group due to a unique combination of aromaticity and stability within a Lewis acidic ligand framework while in a complexed state. Augmentation to a classic L-type phosphine possessing a boratabenzene element has been achieved (di-tert-butylphosphidoboratabenzene). This ligand was successfully synthesized by reaction of di-tert-butylchlorophosphine with 1-chloro-2-(trimethylsilyl)boracyclohexa-2,5-diene which yielded the neutral borabenzene-di-tert-butylchlorophosphine species. Reduction of this borabenzene-di-tert-butylchlorophosphine species with potassium then yielded the target ligand coordinated to potassium (potassium di-tert-butylphosphidoboratabenzene). Utilizing this new phosphine, reactions were carried out where the species was successfully coordinated within three group 10 metal complexes. Crystallographic data from these nickel and platinum bis-phosphine complexes have shown that a variety of binding modes for this ligand with metal centers can be achieved. The synthetic process along with density functional theory calculations will be discussed. The end goal is synthesis of new transition metal complexes displaying prominent borabenzene/boratabenzene moieties and investigating their interactions within the coordination sphere of metal centers as well as their ability to activate small molecules composed of main group elements.