Дисертації з теми "Réaction photochimiques"

L'objectif de ces travaux était d'utiliser certains aspects de l'activité chimique et photochimique de télomères fluorés porteurs de fonctions azides, dans le but de promouvoir les synthèses de polymères thermostables et de nouveaux matériaux photoréticulés. En premier lieu, nous avons développé et caractérisé une nouvelle classe de poly(alkyl-aryl) éthers par une promotion de la compétition de la réaction de « Click » et de couplage de Hay. Par la suite, l'activité photochimique de ces composés fluorés a été étudiée et utilisée pour élaborer des matériaux photoréticulés. Les énergies libres des surfaces des films obtenus ont été calculées en utilisant le modèle d'Owens et Wendt. Les rugosités et les compositions de ces surfaces présentant des mouillabilités singulières ont été investiguées par le biais d'analyses par profilométrie, AFM et EDX. En dernier lieu, les synthèses et caractérisations de réseaux photoréticulés sont abordées. La post sulfonation de ces matériaux a conduit à la préparation de nouveaux électrolytes pour l'application pile à combustible dont les microstructures et propriétés physico-chimiques ont été étudiées
This work aims at using both chemical and photochemical activities of fluorinated telomers bearing azido end groups, to promote the synthesis of thermostable macromolecules and original photocrosslinked networks. In a first part, we have prepared and characterized a novel class of linear poly(alkyl aryl) ethers by the promotion of competitive “Click” reaction and Hay coupling. Then, the photolysis under UV irradiation of these fluorinated polymers was studied and used to generate photocrosslinked materials. The surface free energies of the resulting films were established using the Owens-Wendt model. The roughness and composition of the surfaces were investigated by profilometry, AFM and EDX analysis. Finally, the preparation under UV irradiation of original polymer networks was performed. The post-sulfonation of these materials allowed to prepare new proton exchange membranes for fuel cells application. The microstructures, physical and chemical properties of these electrolytes were investigated

Dans cette thèse, des méthodes de calcul de structures électroniques (DFT et TDDFT) ont été utilisées pour étudier les propriétés photophysiques et photochimiques de complexes polypyridyles de ruthénium (RuII). Deux sujets sont abordés : la photoisomérisation de liaison S → O des ligands sulfoxydes et la photodissociation des ligands thioéthers dans ces complexes. En ce qui concerne la photoisomérisation des ligands sulfoxydes, des informations intéressantes ont été obtenues sur le mécanisme de cette réaction en explorant la surface d'énergie potentielle de l'état excité de plus basse énergie des complexes [Ru(bpy)2OSO]+ et [Ru(bpy)2(DMSO)2]2+. Nous avons montré que les états 3MC peuplés lors de la photoisomérisation ont un rôle crucial puisqu'ils sont responsables de l'élongation de la liaison Ru-S nécessaire à l'isomérisation du groupement sulfoxyde et de la désactivation non radiative de l'état excité. L'étude de la photodissociation du ligand thioéther Hmte dans des complexes du type [Ru(tpy)(L-L)Hmte]2+ où L-L est un ligand bidentate plus ou moins encombré a permis de mettre en évidence la stabilisation des états excités 3MC responsables de la dissociation pour les ligands L-L les plus encombrés.

Les travaux présentés dans cette thèse portent premièrement sur la caractérisation de nouveaux photosensibilisateurs par des méthodes spectroscopiques. Ainsi les cinétiques de la réaction d'oxydation entre deux photosensibilisateurs à l'état triplet, imidazole-2-carboxaldehyde et 6-carboxypterine, et trois halogénures ont été déterminées par photolyse laser. La réactivité de l'état singulet de la 6- carboxypterine avec les halogénures et quatre acides organiques a été étudiée par fluorimétrie. Ces photosensibilisateurs sont relevants pour la photochimie à la surface de l'océan, mais également à la surface des particules atmosphériques. Les réactions mises en évidence mènent à la formation d'espèces radicalaires très réactives, influençant ainsi la composition de la phase condensée et gazeuse de l'environnement marin. La suite de cette étude s'est focalisée sur l'analyse des produits formés à partir de processus photo-induites à interface air-eau en présence d'une microcouche de surface d'un organique, utilisant deux organiques différents, l'octanol et l'acide nonanoique. En présence d'un photosensibilisateur et de lumière UVA, les changements en phase gaz ont été suivi par SRI-ToF-MS en ligne et en phase condensée par UPLC-(ESI)-HRMS. Ainsi on a démontré que la photochimie à la surface mène à la formation de produits fonctionnalisés et insaturés initiée par une abstraction d'hydrogène sur l'organique surfactant. Ces produits, observés en phase condensée et gazeuse, ont le potentiel de contribuer à la formation d'aérosols. Etonnamment, des produits ont également été observés dans les deux phases sans l'ajout d'un photosensibilisateur et montrant une activité photochimique de l'acide nonanoique seul à l'interface air-eau. Les mécanismes potentiels et les conséquences environnementales sont discutés
The works presented in this thesis concern firstly the characterization of two new photosensitizers by spectroscopic methods. This way the kinetics of the oxidation reaction between the triplet state of the photosensitizers, imidazole-2-carboxaldehyde and 6-carboxypterin, and three halides have been determined by laser flash photolysis. Also, the reactivity of the singlet state of 6-carboxypterin with halides and four organic acids has been studied by static fluorimetry. These photosensitizers are relevant for the photochemistry at the surface of the ocean, but also at the surface of atmospheric particles. The reactions evidenced by these studies lead to the formation of very reactive radical species influencing the composition of the condensed and gas phase of the marine environment. This study then focalized on the analysis of the products formed at the organic coated air-water interface through photo-induced processes. Two different organics were used as surfactants, octanol and nonanoic acid. In the presence of a photosensitizer and UVA light, the changes in the gas phase were monitored online by SRI-ToF-MS and in the condensed bulk phase by UPLC-(ESI)-HRMS offline analysis. These analysis showed that photochemical reactions at the interface lead to the formation of functionalized and unsaturated compounds initiated by a hydrogen abstraction on the organic surfactant. These products, observed in the condensed and gas phase have the potential to contribute to the formation of aerosols. Surprisingly, some of these products were also observed in the two phases without the presence of a photosensitizer, bringing into evidence a photochemistry of nonanoic acid at the air-water interface. Potential formation mechanisms of the products and environmental consequences are discussed

En industrie chimique, on cherche continuellement des molécules biologiquement actives essentiellement pour les domaines pharmaceutique et agrochimique. De plus en plus les exigences à ces produits deviennent dures. Elles concernent, par exemple, les activités secondaires ou l'écotoxicité. En conséquence, un grand nombre de structures doit être testé pour trouver des composés actifs remplissant les propriétés imposées. En parallèle, les capacités dans l'industrie pour tester un grand nombre de composés différents en peu de temps ont considérablement augmentées. En conséquence, l'industrie cherche des nouvelles méthodes de synthèse pour accéder rapidement à une plus grande variété des structures moléculaires.Dans ce contexte, l'industrie chimique et pharmaceutique s'intéresse fortement aux réactions photochimiques appliquées en synthèse organique. Ces réactions permettent de synthétiser des composés en grande variété structurale inaccessibles par la synthèse organique conventionnelle. Les produits des réactions photochimiques sont une partie de l’espace chimique qui n’a pas encore été complètement exploré pour la recherche des structures avec de l’activité biologique.Dans les travaux de thèse presentés nous nous sommes interessés d’abord à la photocycloaddition [2+2] entre un groupement carbonyl et un alcène, la réaction de Paternò-Büchi. Nous avons utilisé cette reáction pour obtenir des oxétanes qui possèdent des groupements intéressants en agrochimie et au même temps des sites clés qui permettront d’autres transformations lors des étapes ultérieures. Par la suite nous avons exploré la réaction de Paternò-Büchi avec des alcènes fluorés. Les résultats ont été très encourageants. Nous avons découvert une nouvelle famille d’oxétanes fluorés très stables. Au vu de ses propriétés, ces produits peuvent être utilisés comme des pour l’obtention des composés biologiquement actifs. D’autre côté, une nouvelle reactivité photochimique a été découverte : il s’agit d’une réaction Photo-Wittig analogue. Cette reactivité chimique dépend des substituants sur le carbonyl. Nous pensons que cette réactivité chimique est directement liée à l’état excité du carbonyl
In life sciences, there is a continuos research for new biological active molecules, this is true for both pharmaceultical industry and agrochemical industry. In the last years regulations have become more and more severe. In recent years, the technology for the test of new chemical compounds in industry has considerably evolved. Nowdays it is possible to test a vast number of compounds for the screening of biological activity in a short time. This means that industry is searching for new methodologies that allow the obtention of diverse chemical structures that can present biological activity.In this context, chemical industry, in particular, pharmaceutical and agrochemical industry are interested in the use of photochemical reactions in organic synthesis. Photochemical reactions allow the obtention of a variety of complex structures that are not easily obtained by classical methods. This chemical space has not been completly explored in the search of biological active compounds.In the works presented in this PhD research we first explored the [2+2] photocycloadtion of a carbonyl compound to an olefin, the called Paternò-Büchi reaction. We succesfully applied this reaction to obtain oxetanes wich posses agro-like substituents and key sites for further functionalization, a requirement demanded in industry. We also explored the use of fluorinated olefins in this photoreaction. The results are very promising: we discovered a new family of stable fluorinated oxetanes. These compounds can be used cas molecular scaffolds for the obtention of biological active compounds. At the same time, we discovered a new photochemical reactivity: a Photo-Wittig like reaction. This new reactivity depends on the substitution pattern of the carbonyl group. We hypothesize that the new reactivity depends on the excited state of the carbonyl compound

L'idée directrice de ce travail est l'utilisation de mésophases nématiques lyotropes micellaires en tant que milieu orientant pour des molécules chromophores. Après la présentation des différents types de lyophases nématiques, de quelques méthodes de caractérisation des phases (examen microscopique, mesures de biréfringence, de viscosité), des résultats concernant leur comportement thermique et chimique sont donnés. Des modèles théoriques de l'absorption spectroscopique de colorants inclus sont établis, aussi bien dans le cas de phases à symétrie uniaxe (modèles d'agrégats micellaires cylindriques ou discotiques) que dans le cas de phases biaxes. Ces modèles sont confrontés aux résultats expérimentaux, dans deux cas conduisant à des applications différentes : l'un porte sur un colorant simple, l'orange-red, utilisé comme sonde. On en tire des informations structurales sur les phases. L'autre concerne un dérivé chlorophyllien: la phéophytine a, dont on peut déduire le positionnement des moments de transition par rapport à une direction choisie. Une étude de la micropolarité, au voisinage de l'interface micellaire a été conduite ; il en résulte des informations sur la localisation des chromophores. Enfin la possibilité d'une réaction photochimique, intervenant dans la photoréduction de l'eau, a été établie dans ces milieux où la possibilité d'orientation s'ajoute à la propriété de séparation des charges liée aux milieux organisés. L'effet de l'orientation maîtrisée des molécules photosensibles a été expérimentalement montré dans cette réaction.

Les sources d'activation traditionnelles sont de nature thermique, photochimique ou electrochimique. Depuis quelques annees viennent s'ajouter des methodes d'activation moins conventionnelles comme les ultrasons ou les supports solides. Au cours de ce travail, nous avons cherche a montrer ce que ces nouvelles methodes peuvent apporter dans les reactions chimiques connues pour leur difficultes (insolubilite, miscibilite, regioselectivite etc) mais aussi dans d'autres syntheses de faisabilite tout a fait convenable mais dont on peut augmenter le temps de reaction. Dans le premier chapitre, une description generale des techniques d'ultrasons et de supports solides est presentee et leur influence est illustree par des exemples de la litterature qui nous ont parus significatifs. Dans le second chapitre, une application des ultrasons a l'etude de la reactivite du phosphore elementaire est presentee. On sait que ce dernier existe sous deux formes allotropiques commerciales: le phosphore blanc et le phosphore rouge. Nous avons pu mettre en evidence grace aux ultrasons utilises en milieu basique la reactivite du phosphore rouge (forme la plus stable, la moins reactive et la moins chere) en synthetisant des phosphines variees. Une etude plus detaillee a pu montrer que la reaction se faisait a partir de la formation de la phosphine ph#3, laquelle, en milieu basique, est alkylee par une reaction de type michael. Ces resultats nous ont permis, dans le troisieme chapitre, d'etendre cette etude a l'addition de divers derives phosphores a liaison p-h sur des molecules insaturees en comparant l'effet de differentes methodes d'activation (chauffage classique et sonochimie en milieu radicalaire ou basique, photochimie et supports solides) selon la nature des reactifs utilises. Dans le dernier chapitre, les effets de l'irradiation ultrasonore ou photochimique sur certains adduits insatures obtenus sont presentes (en particulier sous l'angle de l'isomerisation cis-trans)

Le smog photochimique est un phénomène qui prend de l'ampleur dans les grandes villes industrialisées. Il est la cause de plusieurs maladies respiratoires. Son apparition provient majoritairement des polluants émis par les véhicules automobiles, soit les hydrocarbures et les oxydes d'azote. Le rayonnement du soleil interagit avec ces espèces chimiques et le dioxygène présent dans l'atmosphère pour mener à une production d'ozone troposphérique importante. L'ozone en basse altitude endommage les écosystèmes et est nocif pour la santé humaine. Le sujet de recherche est d'abord axé sur la réaction limitante du processus qui crée le smog photochimique : la photolyse du dioxyde d'azote. Quoique cette réaction est assez bien connue dans la littérature en phase gazeuse, les données expérimentales en phase condensée sont manquantes. Les travaux ont été effectués dans le but de combler le manque d'information à ce sujet. En premier lieu, les conditions optimales pour l'isolation du NO[indice inférieur 2] par matrice de gaz rare ont été déterminées. Par la suite, l'irradiation des échantillons du mélange NO[indice inférieur 2] et gaz rare a été effectuée. Par spectroscopie infrarouge à angle rasant, il a été possible de suivre l'évolution de la destruction des molécules de NO[indice inférieur 2] en fonction du temps. Différentes hypothèses sont émises afin d'interpréter les données de cinétique obtenues. Ces hypothèses sont alors testées à partir d'expériences sous-jacentes ou expliquées selon des principes théoriques. Finalement, un modèle exprimant le profil du champ électrique à l'intérieur de films minces a été construit. Ce modèle s'inspire des effets d'interférences observés par spectroscopie d'absorption-réflexion. En guise de conclusion, une proposition d'expérience pour supporter le modèle du champ électrique est décrite. La portée du modèle s'étend à tous les processus impliquant un rayonnement lumineux sur une surface réfléchissante. Bien qu'il serve principalement à expliquer le taux de photolyse observé dans le cadre du projet de maîtrise, le modèle est applicable à plusieurs spectroscopies en réflexion.

La photochimie préparative est un outil puissant en synthèse organique, donnant accès à des produits de haute complexité moléculaire, souvent en une étape. Parmi le vaste portefeuille de réactions photochimiques, on distingue les photooxygénations sensibilisées qui mettent en jeu l’oxygène singulet généré par photosensibilisation du dioxygène via l’utilisation d’un colorant. Malgré leurs fortes potentialités, leur transposition industrielle demeure limitée, essentiellement à cause de verrous scientifiques et technologiques. Aujourd’hui, les technologies microstructurées continues éclairées par des LED offrent des avantages majeurs (meilleure pénétration de la lumière, illumination homogène des surfaces optiques, contrôle aisé du temps d’irradiation, plus grande flexibilité en termes de dimensionnement). Or, à ce jour, peu de travaux portant sur l’étude de la photooxygénation dans ces nouvelles technologies existent, en particulier avec une approche de génie des photoréacteurs. Dans ce contexte, ce doctorat vise à étudier la photooxygénation de l’-terpinène en ascaridole, avec un solvant vert (éthanol) et un sensibilisateur d’intérêt industriel (rose de Bengale), dans des photoréacteurs continus milli-structurés. Les objectifs sont de comprendre l’influence des conditions opératoires sur les rendement et sélectivité, et d’apporter des outils de modélisation en vue de proposer une stratégie de changement d’échelle. Pour cela, trois milli-photoréacteurs éclairés par des LED visible ont été considérés : le photoréacteur de Vapourtec®, un photoréacteur spiralé conçu au LGC et le Photo Réacteur G1 de Corning®. Dans un premier temps, un protocole révisé de la méthode actinométrique utilisant le sel de Reinecke a été proposé pour déterminer le flux de photons incident, donnée essentielle pour la modélisation. Par la suite, il a été appliqué dans le photoréacteur spiralé, où un modèle simple a permis d’estimer cette grandeur. Dans un deuxième temps, à partir de considérations mécanistiques, la loi cinétique de la photooxygénation a été rigoureusement établie. Son expression a permis d’identifier les paramètres opératoires pouvant potentiellement influencer le taux de conversion. Par la suite, les expériences réalisées à l’échelle du laboratoire et à la méso-échelle, ont montré que, dans chaque photoréacteur, des conditions opératoires pouvaient être définies, conduisant à des conversions complètes et sélectives, tout en minimisant la photo-dégradation du rose de Bengale. Il a été ensuite proposé un modèle de représentation 1D prenant en compte le caractère quasi-Lambertien d’émission des LED, et la réflexion de la lumière à la surface optique arrière du photoréacteur. Ce modèle, même s’il a vocation à être affiné, est un outil intéressant pour formaliser le couplage des phénomènes impliqués, mais aussi pour analyser et estimer les cinétiques aux différentes échelles de productivité. Enfin, la photooxygénation de l’-terpinène a été conduite avec des photosensibilisateurs supportés transportés par la phase liquide au sein des photoréacteurs millistructurés continus. Constituées d’un réseau polymérique dans lequel sont greffées les molécules de rose de Bengale, ces nanoparticules photosensibles sont des microgels (~ 300 nm) qui ont donc la capacité de gonfler dans l’éthanol. Les résultats obtenus sont très prometteurs, démontrant une capacité à convertir efficacement, à réduire la photodégradation du rose de Bengale et à être réutilisable après plusieurs cycles de photooxygénation. Ces microgels photosensibles ouvrent donc des perspectives très intéressantes pour une conduite, énergétiquement efficace et économe en atomes, des réactions de photooxygénation en phase hétérogène dans les technologies milli-structurés continues éclairés par des LED
Organic photochemistry becomes a key synthesis pathway for sustainable chemistry thanks to its ability to address molecular complexity and diversity with a “flick of a switch”, often in one step. Sensitized photooxygenations are particularly attractive: singlet oxygen 1O2 is here generated by photosensitization of the triplet molecular oxygen 3O2, most often in the visible range with catalytic amounts of an organic sensitizer (dye). Despite the several advantages, these reactions have not found widespread implementations in the chemical industry, mainly due to currently available technology based on outdated batch reactors (poor light penetration, high dilution) equipped with energy demanding mercury lamps (intensive cooling and optical filter needs). In that way, continuous flow microstructured technologies have recently emerged as alternatives to batch processing and their suitability for photoreactions has been highlighted; the combination with narrowly emitting LED light sources additionally enables energy savings, increased yields and selectivity. At present, however, there are few attempts to understand these benefits using a chemical engineering perspective. In keeping with this context, this thesis investigates photooxygenation in different continuous-flow microreactor devices with the aim at (i) understand how and why the operating conditions can affect the yield and the selectivity; and (ii) providemodelling tools for defining a methodology for smart scale-up. For that, three types of LED-driven microreactors were considered: the Vapourtec® photoreactor, the home-made spiral-shaped photoreactor and the advanced-flow G1 photoreactor from Corning®. As a case of study, the photooxygenation of -terpinene into ascaridole was selected, in the sustainable solvent ethanol and using rose Bengal as a sensitizer of industrial interest. In a first step, a revised protocol of actinometry using the Reinecke’s salt (visible domain) was proposed to measure the incident photon flux (i. e the one arriving at the reactor surface). It was successfully implemented in the spiral-shaped microreactor, and based on simplified 1D model, this parameter could be estimated. Secondly, the kinetic law based on all mechanistic steps was established for the chosen reaction. From this, the set of operating conditions potentially influencing the photoreaction rate were identified. Subsequently, experiments with soluble Rose Bengal were carried in both lab-scale and meso-scale microreactors, enabling to cover a large operating window and thus to collect an important database. Whatever the continuous-flow reactors, the conditions enabling minimization of sensitizer bleaching while achieving quantitative conversion were identified. A 1D model of representation, taking into account the Lambertian nature source and the potential reflection at the back optical surface, was proposed. It enabled to formalize the different coupled phenomena, to analyze and estimate the experimental trends at different scales. Finally, the photooxygenation of -terpinene was performed under continuous-flow with solid-supported sensitizer. The latter consisted in photoactive microgels (~300 nm) transported by the liquid phase: the sensitizer Bengal rose was grafted on a polymer matrix that had the ability to swell into water or alcoholic solvents and thus induced a decrease of their average refraction index. The underlying idea was to test a new-resource efficient photochemical synthesis concept that could circumvent the downstream separation processes and also protect the sensitizer from its ability to photodegrade during the irradiation time. The implementation of these photoactive microgels lead to very promising results, in terms of both conversion, bleaching reduction and reusability, and thus offer very interesting perspectives for supported photooxygenation in the future

Cinétique de la photopolymérisation des macromères multiacrylates, influence des constituants de la résine photosensible; influence de l'oxygène sur la photopolymérisation de résines multiacrylates; influence de l'intensité lumineuse; caractéristiques des réseaux polymères photoréticulés. Photodégradation des réseaux époxy-acrylates; photooxydation des polyuréthannes acrylates réticules

Détermination du rôle du potentiel électrique interfaciale delta psi micellaire (laurylsulfate de sodium) ou vésiculaire (dipalmitylphosphate, dhp) sur les trois types de réactions photochimiques ou thermiques suivants : photo ionisation de la tetramethylbenzidine (tmb), declin de tmb(+), photo transfert d'électron en vésicules dhp

Les modifications des bases de l'adn, support de l'information genetique, sont une des causes possibles de la mutagenese et la cancerogenese. Bien souvent ces modifications sont de type oxydatives. Elles sont induites par les especes reactives de l'oxygene, formees lors du metabolisme cellulaire et/ou par l'action de divers rayonnements (ionisants, uv, visible). Les mecanismes d'oxydation des deux bases puriques de l'adn, l'adenine et la guanine, ont ete etudies en identifiant et caracterisant les produits finals resultant de l'oxydation des nucleosides correspondants, pris comme systemes modeles. Les produits principaux de modification radio-induite de la 2'-desoxyadenosine en solution aqueuse ainsi que ceux provenant de l'oxydation photosensibilisee ont ete isoles par clhp puis caracterises par diverses methodes spectroscopiques dont notamment la rmn mono- et bi-dimensionnelle heteronucleaire #1h-#1#3c et #1h-#1#5n. L'analyse quantitative de la formation de ces produits dans differentes conditions a permis de proposer un schema de mecanismes coherent. La caracterisation du produit majoritaire de l'oxydation photosensibilisee de la 2'-desoxyguanosine, forme par un mecanisme radicalaire (type i), a ete realisee par les techniques pre-citees. La mise au point d'une methode de detection sensible et specifique de ce nucleoside oxyde, basee sur ses proprietes physico-chimiques, a permis de le rechercher dans un adn irradie. En outre, un schema du mecanisme rendant compte de sa formation est propose. La detection de ce produit, alliee a l'identification et la detection des produits formes par l'intermediaire de l'oxygene singulet (type ii) ont permis l'etude du mode d'action de divers photosensibilisateurs et de determiner pour chacun d'eux la contribution relative du mecanisme de desexcitation (type i/type ii). Enfin, nous avons etudie l'oxydation photosensibilisee de la 8-oxo-7,8-dihydro-2'-desoxyguanosine en identifiant les produits d'oxydation. En effet, ce nucleoside oxyde est un meilleur substrat que la 2'-desoxyguanosine pour l'oxygene singulet

Les transformations photochimiques sont des outils puissants pour créer de la diversité moléculaires à partir de substrats facilement accessibles; elles requièrent le réactif le plus simple : un photon. Les réactions de cycloaddition [2+2] photochimiques de composés carbonylés ou carboxylés α,β-insaturés avec des oléfines sont les réactions photochimiques les plus largement utilisées en synthèse organique. Les photoadduits cyclobutaniques sont très appliqués en synthèse multi-étapes de produits naturels ou dérivés et sont également prisés comme intermédiaires de synthèse du fait de la grande réactivité intrinsèque liée à leur tension de cycle. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à une approche photochimique pour la synthèse de β-acides aminés cyclobutaniques substitués. Notre objectif était de mettre en place une synthèse robuste et efficace sur l’échelle du gramme des acides cis- et trans-2-aminocyclobutane-1-carboxyliques (cis- et trans-ACBC) diversement substitués en position 3 ou 4. La construction du cycle à quatre chaînons a été réalisée via une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique entre le tert-butoxyéthène et le maléimide ou l’anhydride maléique. Les fonctions amine et acide carboxylique ont ensuite été générées par des processus consécutifs ou “one-pot” impliquant un réarrangement de Hofmann. Les mélanges racémiques des 3- et 4-cis-syn-hydroxy-ACBCs ont été dédoublés via l’utilisation d’une oxazolidinone chirale, donnant accès aux β-acides aminés énantiopures ciblés sur grande échelle, sous la forme déprotégée ou protégée orthogonalement. Le contrôle d’une procédure d’épimérisation cis-trans a permis l’accès aux composés trans-syn-3-hydroxy-ACBC à partir des substrats cis-syn-3-hydroxy-ACBC. Enfin, les composés ACBCs diversement substitués en position 3 et de configuration cis-anti ou trans-anti ont pu être préparés grâce à une réaction de Mitsunobu ou d’autres transformations de type SN2, à partir des réactifs cis-syn- ou trans-syn-3-hydroxy-ACBC correspondants. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons étudié des processus photochimiques tandem et cascade initiés par une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique. En collaboration avec un chercheur post-doctorant, nous avons réalisé la synthèse contrôlée d’une librairie d’acétals cyclobuténiques et d’oxétanes polycycliques, via des photoréactions tandem et cascade entre des cyclopent-2-énones et des partenaires alcènes. Le processus tandem résulte d’une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique suivie d’une fragmentation de type Norrish I et d’un transfert d’hydrogène en position γ, conduisant aux aldéhydes cyclobuténiques protégés in situ sous la forme de dérivés acétals stables. La triple cascade réactionnelle a permis l’accès à de nouveaux oxétanes tricycliques angulaires par le biais d’une réaction de Paternò-Büchi intramoléculaire à partir des aldéhydes cyclobuténiques précédemment cités. La généralisation de ces deux processus domino a été étudiée à partir d’un panel de cyclopent-2-énones et de trois partenaires alcènes représentatifs. La formation de certains des composés obtenus a pu être expliqué par à une réaction supplémentaire de type SN’. Une étude préliminaire de cette transformation non-attendue a été réalisée
Photochemical transformations are powerful tools for the creation of molecular diversity from simple and readily available starting materials; they employ the simplest of reagents, a photon. Photochemical [2+2] cycloaddition reactions of α,β-unsaturated carbonyl or carboxyl compounds with olefins are one of the most widely applied photochemical reactions in organic synthesis. The cyclobutane photoadducts have been used ubiquitously in multi-step syntheses of a wide array of natural products or related derivatives, and they have also been used as intermediates in other synthetic procedures which exploit their strained molecular skeletons and their resulting intrinsic chemical reactivity.In the first part of this thesis, we focused on a photochemical approach for the synthesis of ring-substituted cyclobutane β-amino acids. Our objective was to establish a robust, large-scale and efficient synthesis of cis- and trans-2-aminocyclobutane-1-carboxylic acids (cis- and trans-ACBC) diversely substituted at the 3- or 4-positions. The cyclobutane ring was constructed using a photochemical [2+2] cycloaddition reaction between tert-butyl vinyl ether and either maleimide or maleic anhydride. The amine and carboxylic acid functions were subsequently installed through consecutive or one-pot protocols including a Hofmann rearrangement. The protected racemates of 3- and 4-cis-syn-hydroxy-ACBCs obtained in this way were resolved using a chiral oxazolidinone auxiliary to provide a large scale access to enantiomerically pure samples of the target β-amino acids in either free or orthogonally protected form. A controlled cis-to-trans epimerization procedure from cis-syn-3-hydroxy-ACBC substrates permitted facile access to target trans-syn-3-hydroxy-ACBCs. Finally, diversely substituted 3-ACBCs with cis-anti or trans-anti relative configurations were synthesized using Mitsunobu or other SN2-type reactions, starting from corresponding cis-syn- or trans-syn-3-hydroxy-ACBC derivatives.In the second part of the thesis, we investigated photochemical tandem and cascade processes which began with a photochemical [2+2] cycloaddition reaction. In collaboration with a post-doctoral researcher, we reacted cyclopent-2-enones and alkenes to afford libraries of cyclobutene acetals and polycyclic oxetanes, in a controlled manner, via tandem and triple cascade photoreactions. The tandem process consisted of a photochemical [2+2] cycloaddition followed by Norrish I/γ-H transfer which led to cyclobutene aldehydes; these reactive photoadducts were trapped in situ as stable acetal derivatives. The triple cascade process provided access to unprecedented angular tricyclic oxetanes via an intramolecular Paternò-Büchi reaction of the above-mentioned cyclobutane aldehydes. The scope of these two domino processes was investigated using panels of 2- and 4-substituted cyclopent-2-enones and three representative alkene partners. The formation of some of the compounds obtained during this study was attributed to an additional SN’ reaction. Preliminary investigations on this unexpected transformation were performed

Les processus réactionnels des systèmes biologiques sont désormais modélisés par des méthodes de plus en plus précises de mécanique quantique (MQ) associées aux champs de force de mécanique moléculaire (MM). Cette amélioration induit des complications dans le traitement habituel des interactions électrostatiques MQ/MM. Dans la première partie de cette thèse, nous avons développé une approche plus cohérente pour le calcul de ces interactions. Dans une seconde partie, nous avons appliqué certaines méthodes de simulation numérique aux protéines fluorescentes. Une étude de dynamique moléculaire a révélé de fines interactions de van der Waals qui conditionnent l'amélioration des propriétés de fluorescence dans la Cerulean par rapport à l'ECFP (Enhanced Cyan Fluorescent Protein). Nous avons également étudié le mécanisme de photoconversion de la protéine fluorescente EosFP par l'utilisation de potentiels MQ/MM appropriés au traitement des états excités. Finalement, la stabilité thermodynamique des différents états structuraux de la protéine IrisFP a été évaluée. Ces études de modélisation moléculaire améliorent notre compréhension des protéines fluorescentes afin de contribuer à leur développement pour l'imagerie cellulaire
Reaction processes in biological systems are henceforth modeled by more and more advanced quantum mechanics (QM) methods coupled with force fields of molecular mechanics (MM). This improvement involves problems in the usual treatment of the QM/MM electrostatic interactions. In the first part of the thesis, we have developed a more consistent approach for the calculation of these interactions. In a second part, we have applied some computational methods to fluorescent proteins. A molecular dynamics study has revealed weak van der Waals interactions which control the improved fluorescence for Cerulean, a variant of ECFP (Enhanced Cyan Fluorescent Protein). We have also investigated the photoconversion mechanism of the fluorescent protein EosFP using predictive QM/MM potentials for excited states. Finally, thermodynamic stability of different structures in IrisFP has been estimated. These molecular modeling studies improve our knowledge about fluorescent proteins in order to develop more advanced highlighters for cell imaging

L’atmosphère est un milieu complexe, loin d’être parfaitement homogène. Elle contient de nombreuses particules, sous formes solides ou liquides, dénommées aérosols. Ces particules peuvent affecter l’équilibre radiatif de la planète, la qualité de l’air dans les milieux urbains et changer la composition chimique de l’atmosphère malgré leur présence à des très faibles teneurs. Par ailleurs, au niveau du sol, la phase gazeuse atmosphérique peut interagir avec la végétation et le bâtiment, tout particulièrement en zone urbaine. Ce travail se situe donc dans le cadre général de l’étude des réactions photoinduites à l’interface air/solide afin de pouvoir comprendre et décrire leur rôle dans la pollution atmosphérique (principalement urbaine). Cette étude a comme objectif principal l’étude de l’influence du rayonnement solaire sur les cinétiques hétérogènes des réactions impliquant le dioxyde d’azote et des surfaces organiques (pyrene, fluoranthene, phénanthrène) pures et des surfaces organiques/inorganiques (pyrene/KNO3, pyrene/Fe2O3, pyrene/KNO3/Fe2O3) simulant le dépôt urbain. De telles réactions n’ont pas encore été étudiées. Ces travaux ont été menés expérimentalement à l’aide de réacteurs de type « tube à écoulement » couplé à un détecteur spécifique du gaz en trace étudié. Après avoir mis en évidence une capture photoinduite sur ces surfaces, nous avons montré que la capture de NO2 dépend de plusieurs paramètres tels que la concentration de NO2, l’humidité relative, le flux photonique avec l’identification des produits de réactions, en l’occurrence l’acide nitreux HNO2, le monoxyde d’azote, les ions nitrites et le 1‐nitropyrene. L’acide nitreux détecté est un élément favorisant les pics de pollution photochimique à l’ozone. Ainsi ce travail est une avancée importante dans ce champ de recherche
The atmosphere contains a wide variety of solid and liquid particles, named Aerosol. These particles can affect the radiatif balance, air quality in urban environment and can change the composition of the atmosphere. The atmospheric gas phase can react with the vegetation and the buildings containing the urban grime. This work is focused on the investigations of the heterogeneous chemistry between atmospheric gas phase and the urban grime. The aim of the present work is to study the effect of the irradiation on the heterogeneous kinetic of NO2 on pur organic films (pyrene, fluoranthene, phenanthrene) and on organic/inorganic films (pyrene/KNO3, pyrene/Fe2O3, pyrene/KNO3/Fe2O3) as a first attempt to simulate the complexity of the urban grime. A coated flow tube reactor coupled with a NOx analyzer is used to study this kinetic. This work demonstrates the effect of solar radiation on the heterogeneous reaction between gasphase NO2 and the urban grime. The uptake coefficient calculated is a function of the initial NO2 concentration, the relative humidity and the irradiation intensity. We identified after this reaction the formation of nitrous acid and nitric oxide, nitrite ions and 1‐nitropyrene.The nitrous acid is an important compound which dissociates to form the hydroxyl radical and can promote the ozone formation. The results discussed herein suggest that PAHcontaining urban grime on windows and buildings may be a key player in urban air pollution

Cette thèse porte sur la détermination des constantes cinétiques de la dégradation hétérogène de pesticide (folpel et diméthomorphe) par l'ozone et les radicaux OH en utilisant un réacteur photo-chimique couplé à un système GC/MS. Le (4-chlorophenyl)(3,4-dimethoxyphenyl)methanone (CPMPM), est identifié par SPME/GC/MS comme produit de dégradation hétérogène du diméthomorphe par les radicaux OH comme par l'ozone. La réactivité hétérogène du CPMPM vis-à-vis de l'ozone et les radicaux OH est également étudiée. Les résultats obtenus montrent que les valeurs des constantes cinétiques varient entre 10-20 et 10-19 cm3.molécules-1.s-1 vis-à-vis de l'ozone, et entre 10-14 et 10-12 cm3.molécules-1.s-1 vis-à-vis des radicaux OH. Ces valeurs impliquent des durées de vie atmosphériques de l'ordre de quelques jours à quelques mois. Par conséquent les composés étudiés sont relativement persistants et peuvent être transportés vers des régions éloignées de leur point d'application.Les spectres UV et la réactivité homogène vis-à-vis des radicaux OH du N-formylmorpholine (NFM), produit gazeux attendu de la dégradation du diméthomorphe, et de deux autres composés gazeux, la morpholine et le N-acétylmorpholine (NAM), ont été déterminés. Les études cinétiques ont été réalisées dans une chambre atmosphérique couplée à un spectromètre IR. Les résultats obtenus montrent que les composés étudiés ne sont pas sensibles à la photolyse dans l'atmosphère et que leur réactivité vis-à-vis des radicaux OH est élevée. En général, les durées de vie atmosphériques de ces composés sont de l'ordre de quelques heures ; ils sont donc non-persistants dans l'atmosphère
The research study discussed in this thesis concerns the determination of the kinetic rate constants of the heterogeneous degradation of pesticides folpet and dimethomorph by ozone and OH-radicals using the technique of a simulation chamber coupled to a GC/MS analytical system. The study also involves the identification of the degradation products of the analyzed compound in the condensed phase using SPME/GC/MS. The heterogeneous OH and O3-reactivities of the identified degradation product of dimethomorph, (4-chlorophenyl)(3,4-dimethoxyphenyl)methanone (CPMPM), are also evaluated experimentally. The obtained results show that the rate constant values of the analytes are in the order of 10-20-10-19 and 10-14-10-12 cm3.molecule-1.s-1 relative to heterogeneous O3 and OH-oxidation, respectively. Such values implicate tropospheric life-times that vary from a few days to several months, meaning that these compounds are relatively persistent and may be transported to regions far from their point of application.The UV-absorption spectra and homogeneous OH-reactivities of the expected degradation product of dimethomorph in the gas phase, N-formylmorpholine (NFM), and two other gaseous compounds, morpholine and N-acetylmorpholne (NAM) are also studied. The results show that these compounds are not susceptible to photolysis in the atmosphere and that they exhibit strong reactivity towards OH-radicals. Generally speaking, their atmospheric life-times are in the order of a few hours and thus they are non-persistent

La photo oxydation des alcanes par les polyoxotungstates en présence d'oxygène moléculaire a été étudiée par deux moyens. D'une part, la transformation de l'alcane pendant la photo oxydation a été suivie en photolyse continue et d'autre part, la transformation du décatungstate dans le cycle catalytique a été étudiée par photolyse éclair. Les résultats obtenus ont permis de considérer l'oxydation d'alcanes dans ce système photo catalytique comme une réaction radicalaire qui s'effectue par étapes et non en chaine et qui conduit à la formation d'hydro peroxydes comme produits primaires avec une bonne sélectivité. Tous les composants du système photo catalytique substrat, solvant et contre-ion organique subissent l'oxydation et entrent en compétition pour réagir avec l'état excité du décatungstate. La détermination des rendements quantiques des systèmes avec différents contre-ions du décatungstate et dans les différents solvants a permis d'estimer quantitativement l'influence de la réactivité de contre-ion et solvant sur la photo oxydation d'alcanes. Le cycle catalytique de la photo oxydation d'alcanes impliquant la réoxydation de la forme réduite du décatungstate par les radicaux hydroperoxy dans la cage du solvant a été propose. Les dodécatungstates ont montré une activité non négligeable vis-à-vis des alcanes dans cette réaction

La cinétique de formation de complexes électroniquement excités a été examinée dans les cas suivants : excimères intermoléculaires, exciplexes intermoléculaires et excimères intramoléculaires. Dans la première partie, le processus de formation de complexes intermoléculaires est étudié dans des milieux de viscosités différentes. Deux modèles cinétiques sont confrontés dans l'analyse des déclins de fluorescence : modèle de Birks ou les effets transitoires sont négligés et un modèle plus sophistiqué mis en place a partir d'équations de transport moléculaire brownien, de la connaissance de constantes chimiques réactionnelles et du principe de superposition. On constate que le modèle simple de Birks reste valable, dans les limites expérimentales, même dans des milieux où les effets transitoires sont importants. Dans la deuxième partie, l'étude de la cinétique de cyclisation de chaines de polystyrènes sous l'effet de la pression et de la température (dans une paraffine) par l'intermédiaire de la formation d'excimères de pyrène intramoléculaire greffé à chaque extrémité de la chaine a été abordée. Trois solvants sont utilisés : le toluène (bon solvant), le methylcyclohexane (mauvais solvant) et le cyclopentane (solvant). Cette étude permet d'élucider comment les deux facteurs : changement de la viscosité du solvant et altération des propriétés thermodynamiques du système polystyrène/solvant, induits par l'augmentation de la pression ou de la température, peuvent affecter la cyclisation de la chaine dans les différents solvants

Les radicaux peroxydes RO2 (avec R = H ou CxHy) jouent un rôle important dans les cycles de photo-oxydation ayant lieu dans la troposphère. Ils sont produits principalement par l’oxydation des hydrocarbones et du monoxyde de carbone par les radicaux OH suivi de la réaction avec O2. Ils peuvent réagir avec NO pour former du NO2 qui est une source importante d’ozone troposphérique. Pour comprendre les mécanismes de génération de l’ozone troposphérique, des mesures précises et reproductibles des concentrations des radicaux peroxydes sont essentielles. A cela, des études de cinétiques, comme la mesure du temps de vie des radicaux peroxydes, sont nécessaires. Des études récentes ont montré des différences importantes entre les concentrations de radicaux peroxydes mesurées en air ambiant et celles calculées grâce aux modèles de chimie atmosphériques. Ceci peut être dû à des chemins réactionnels manquants et à l’incertitude sur les constantes de vitesses. Deux nouvelles techniques ont été développées afin d’examiner ces différences. La première technique permet la mesure sélective des radicaux HO2 et RO2 par la technique PERCA. Les radicaux HO2 sont ôtés sélectivement en utilisant un « glass denuder ». La seconde technique a pour but la mesure de la vitesse totale de disparition des radicaux HO2 dans l’atmosphère en utilisant la combinaison de la photolyse laser avec la FIL pour la détection de HO2. Les radicaux HO2 générés par photolyse laser réagissent avec les espèces réactives présentes dans l’air ambiant comme les NOx. La vitesse de disparition de HO2 est mesurée en utilisant la FIL à 308 nm après conversion chimique des HO2 grâce à l’ajout de NO
Peroxy radicals RO2 (with R = H or CxHy) play an important role in the photo-oxidation cycles of the troposphere. They are produced mainly via the atmospheric oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide by OH radicals and subsequent reactions with O2. They can further react with NO to produce NO2, witch is an important reaction of tropospheric ozone generation. To understand the mechanism of this tropospheric ozone generation, precise and accurate measurements of ambient peroxy radical concentrations are essential. And not only atmospheric concentration measurements but also atmospheric kinetics studies such as lifetime measurements of peroxy radicals are necessary. Recent publications show big differences between measured peroxy radical concentrations and those calculated with chemical models. These could be caused by missing reaction pathways and uncertainties in reaction yields and rate constants. To investigate these missing reactions and the uncertainties in known peroxy radical reactions via ambient measurements, newly developed two instruments as described below are applied. One is a technique for the selective measurement of atmospheric peroxy radical concentrations of HO2 and RO2 using the PERCA technique. HO2 radicals are selectively removed by using a glass denuder to achieve the selective measurement. The other one is a technique for total HO2 loss rate measurement in the atmosphere by using laser-flash photolysis and LIF detection of HO2. Generated HO2 radicals by laser-flash photolysis react with ambient reactive species such as NOX in the reaction tube. HO2 loss is measured using LIF at 308 nm coupled with chemical conversion with NO

Ce travail concerne la fonctionnalisation d'un polybutadiène hydroxytéléchélique (PBHT) par modification en une seule étape afin que la réticulation ultérieure soit menée sans utilisation de diisocyanate. Par addition radicalaire d'un thiol silylé (SISH) sur les doubles liaisons du PBHT, des fonctions alkoxysilane ont été greffées. Pour de faibles concentrations en SISH, l'addition se fait uniquement sur les doubles liaisons 1,2. Un nouveau modèle cinétique a été proposé. Par addition d'isocyanates hétérofonctionnels sur les fonctions OH du PBHT, différents prépolymères porteurs de fonctions styrénique, méthacrylique ou alkoxysilane ont été obtenus. Les réactions cinétiques seraient plutôt en faveur d'un ordre 2. La réticulation de ces prépolymères fonctionnels a été réalisée soit par voie thermique, dans le cas des fonctions styrénique et méthacrylique, soit par voie photochimique dans le cas des fonctions méthacrylique, soit par hydrolyse dans le cas des fonctions alkoxysilane. L'avancement de la réticulation en fonction de différents paramètres (température, concentrations, catalyseur. . . ) a été suivi par mesure du gonflement et des propriétés mécaniques (E' et tan delta ). Dans le cas des prépolymères porteurs de groupements alkoxysilane, en bout de chaîne, nous n'observons pas de variation de Tv avec l'avancement de la réticulation. Dans tous les autres cas, Mc diminue et le sommet de tan delta se déplace vers les hautes températures. Ainsi, par le choix du mode de réticulation et du type de fonctions, il est possible de moduler le temps de réticulation et les propriétés mécaniques finales.

L'objectif de ce travail est de développer une méthode qui puisse améliorer la précision des simulations numériques dans le voisinage des sources de polluants, typiquement une agglomération, par le biais d'un raffinement local de maillage. Ceci a été réalisé grâce au développement d'une méthode de décomposition de domaine basée sur l'algorithme ADN (Adaptive Dirichlet-Neumann) qui tient compte de la direction de l'écoulement aux interfaces entre les sous-domaines. Les cas-tests académiques effectués permettent de vérifier la faisabilité de la méthode et de constater l'amélioration de la précision obtenue avec le raffinement local. En particulier, la simulation d'un scénario académique de pollution photochimique avec une source rectiligne continue montre un aperçu de l'influence de la résolution spatiale sur la description des espèces. L'application du modèle à un scénario de pollution photochimique sur la région Île-de-France montre une bonne concordance des résultats avec les observations. Une étude de sensibilité de la répartition des NOx à la résolution spatiale montre que l'on peut avoir une différence sensible (10-30%) entre la solution grossière et la solution localement raffinée à l'heure de pointe du matin au voisinage des grandes sources d'émissions, en l'occurence les boulevards périphériques. La méthode de décomposition de domaine étant conceptuellement compatible avec l'utilisation du calcul parallèle, la parallélisation du code de calcul dans le contexte du raffinement local a été initiée. Les passages de données, plus complexes, sont décrits et les premiers résultats obtenus permettent d'envisager de poursuivre dans cette voie.

L'objectif de ce travail de thèse a été en premier lieu de concevoir et de synthétiser quatre polymères photosensibles utilisables industriellement comme films d'alignement des cristaux liquides. Dans un deuxième temps, des études par spectroscopie UV et IR ont permis de caractériser l'anisotropie et l'évolution de la composition de ces matériaux en cours d'irradiation en lumière linéairement polarisée. Dans le cas général, il a ainsi été possible de mettre en évidence la compétition de deux photo réactions : la cycloaddition 2+2 et l'isomérisation trans/cis. Ainsi, trois espèces cohabitent au sein du film de polymère irradié : les dimères, produits de la cycloaddition de chromophores agrégés ; les isomères cis, issus de l'isomérisation des chromophores isoles ; les chromophores initiaux qui n'ont pas réagi. De plus, nous avons pu constater que l'orientation préférentielle des chromophores inchangés était perpendiculaire a l'axe de polarisation et que, dans certains cas, les dimères étaient préférentiellement formes parallèlement a l'axe de polarisation. Enfin les propriétés d'alignement de ces matériaux ont été étudiés en confinant des cristaux liquides entre deux films de photopolymères irradies. Leur comportement a ensuite été compare a ceux du pvci et du poly(7-methacryloyloxycoumarine) afin de clarifier le mécanisme de photo alignement. Deux mécanismes ont du être envisages. Dans un cas, la sélectivité axiale des réactions photochimiques en lumière polarisée consomme les chromophores préférentiellement orientes le long de l'axe de polarisation. L'anisotropie du film est donc uniquement due à la présence de chromophores inchangés, initialement perpendiculaires à l'axe de polarisation, et le film induit un alignement homogène planaire suivant cet axe. Dans le deuxième cas, l'anisotropie du film est essentiellement due à la formation de dimères le long de l'axe de polarisation, et le film induit un alignement homogène planaire suivant l'axe de polarisation.

Deux types de générateurs chimiques d'oxygène singulet en milieu aqueux ont été étudiés, en vue d'applications dans les domaines de la biologie et de la synthèse organique. Des substrats naphtaléniques, solubles dans l'eau, permettent de stocker l'oxygène singulet efficacement puisqu'ils fixent (1)O:(2) entre 0 et 20°c, et sont totalement régénérés par thermolyse à 40°c, en libérant l'oxygène dont 50% est à l'état singulet. Ce type de générateur constitue une source douce et "propre" de (1)O(2), permettant l'étude de l'intervention de (1)O:(2) dans les processus biologiques. La "décomposition" de H(2)O(2) par les ions molybdate constitue un moyen pour transformer efficacement H(2)O(2) en oxygène singulet (100%). Sur des considérations cinétiques, nous avons montré que la dismutation s'effectue via l'intermédiaire peroxo MoO(6)(2-). Cette source minérale peut remplacer avantageusement la photo-oxygénation et peut être utilisée pour "charger" en (1)O:(2) les substrats naphtaléniques décrits ci-dessus.

Ce manuscrit décrit les travaux de doctorat réalisés au sein du laboratoire du Pr. Charette entre 2015 et 2019. Ceux-ci s’inscrivent dans deux thématiques de recherche différentes : le développement de nouvelles stratégies d’amidation et le développement de nouvelles méthodologies de cyclopropanation. La synthèse de liaisons amides est, encore aujourd’hui, un défi pour la communauté chimique. En effet, le développement de méthodologies simples, robustes, économes en atomes, et plus respectueuses de l’environnement reste l’une des priorités de recherche en chimie organique. Afin d’apporter une contribution à ce domaine, une méthodologie de synthèse d’amides a été développée en utilisant le diphénylsilane en tant qu’agent de couplage. Celui-ci est disponible commercialement, stable et peu onéreux. De plus, il ne génère qu’un siloxane et du dihydrogène gazeux en fin de réaction. La méthodologie mise au point a également pu être appliquée à la synthèse d’une série de di- et tripeptides. L’utilisation du motif cyclopropanique n’a cessé de prendre de l’ampleur dans le secteur pharmaceutique. En effet, celui-ci peut influer sur différents paramètres cruciaux dans le développement de molécules biologiquement actives. Le développement de nouvelles méthodologies de cyclopropanation est donc un domaine pertinent. La synthèse de borocyclopropanes est particulièrement intéressante : en effet, ces composés peuvent permettre de créer de la diversité structurale via une fonctionnalisation du boronate. Afin d’obtenir un procédé de synthèse de ces composés simple, robuste et plus « vert », une approche photochimique utilisant la technologie en débit continu a été favorisée. Une réaction de borocyclopropanation photorédox de styrènes a pu être mise au point ; celle-ci est réalisée sous irradiation UV-A en présence de xanthone en tant que photocatalyseur. Les études menées afin d’élucider le mécanisme ont permis de conclure que cette transformation se déroulait selon deux cycles catalytiques photorédox concomitants. Finalement, un nouveau réactif diiodé comportant une fonction ester boronique de pinacol et un groupement triméthylsilyle a été développé afin d’accéder à des cyclopropanes gem-disubstitués. Les bases d’un procédé photochimique UV-visible utilisant ce nouveau réactif ont ensuite pu être établies. Ainsi, le premier exemple d’un gem-borocyclopropyl silane dérivé du styrène a pu être synthétisé.
This manuscript describes the work carried out in Pr. Charette’s laboratory between 2015 and 2019. It can be divided into two different topics: the development of new amidation strategies and the development of new cyclopropanation methodologies. Amide synthesis is still a challenge for the scientific community nowadays. Indeed, the development of simple, robust, atom economical and environmental friendly procedures remain one of the research priority in organic chemistry. To contribute to this field, an amide synthesis methodology has been developed by using diphenylsilane as a coupling reagent. The latter is commercially available, stable and cheap. Moreover, only a siloxane and dihydrogen are generated during the reaction. The developed methodology has also been applied to the synthesis of a series of di- and tripeptides. The cyclopropane moiety has been increasingly used in pharmaceuticals. Indeed, this moiety can influence different crucial parameters in the development of bioactive molecules. The development of new cyclopropanation methodologies is therefore a relevant field. Borocyclopropane synthesis is of particular interest: as a matter of fact, these compounds can create structural diversity via boronate functionalization. In order to obtain a user-friendly, robust and greener chemical process, a photochemical approach using continuous flow technology has been favored. A photoredox borocyclopropanation of styrenes has been developed; the latter is carried out under UV-A irradiation with xanthone as a photosensitizer. Mechanistic studies have supported that this transformation proceeds according to two concurrent photoredox catalytic cycles. Finally, a new diiodo reagent bearing a pinacol boronate group and a trimethylsilyl group has been developed to access gem-disubstituted cyclopropanes. The bases of a UV-visible photochemical process using this new reagent have then been established. Thereby, the first example of a gem-borocyclopropyl silane derived from styrene has been synthesized.

Cette thèse portera sur le développement de nouvelles méthodologies photochimiques utilisant la chimie en flux continu. Les travaux présentés au chapitre 2 décrivent l’utilisation d’un photocatalyseur à base de fer(II) pour la synthèse de carbazoles substitués. La cyclisation de diaryles et triarylamines a été effectuée en utilisant le système catalytique [Fe(phen)3](NTf2)2/O2 avec des rendements variants entre 63 et 91 %. La technologie de chimie en flux continu a permis d’entreprendre l’étude de l’agrandissement d’échelle de cette réaction photochimique. La technique de « numbering-up » a permis de diminuer de moitié le temps du procédé pour former un gramme du produit final. Le chapitre 3 porte sur le développement d’un nouveau réacteur photochimique composé de DELs mauves. Ce photoréacteur permet d’effectuer la décomposition d’azotures aromatiques pour fournir des hétérocycles azotés de type carbazoles, indoles et pyrroles. Plus de 21 exemples ont été synthétisés avec des rendements entre 33 à 95 %. De plus, des carbazoles comportant un lien carbone-halogène ont été synthétisés sans bris de lien ce qui peut être utilisé comme levier synthétique dans un processus multi-étapes. Finalement, le chapitre 4 présente les travaux incorporant la réaction de photodécomposition d’azotures développée au chapitre 3 dans un processus multi-étapes en flux continu (post-fonctionnalisation). La synthèse de dérivés de la Clausine C a été étudiée en utilisant la photodécompostion d’azotures fournissant un dérivé bromé qui peut être par la suite transformé via un couplage croisé de Suzuki. Ce type de processus multi-étapes a permis d’élaborer une librairie de huit dérivés de la Clausine C avec des rendements globaux allant de 36 à 74 % (sur 2 étapes). De plus, le premier processus multi-étapes incorporant deux transformations photochimiques subséquentes a été étudié en utilisant un couplage métallophotorédox permettant la formation de lien Csp2-Csp3. Le dérivé benzylique de la Clausine C a été synthétisé avec un rendement total de 39 % (sur 2 étapes).
This thesis will focus on the development of new photochemical methodologies using continuous flow chemistry. The work presented in Chapter 2 describes the use of an iron(II) photocatalyst for the synthesis of substituted carbazoles. The cyclization of diaryls and triarylamines was carried out using the [Fe(phen)3](NTf2)2/O2 catalyst system with yields varying between 63 and 91 %. Continuous flow chemistry technology has made it possible to undertake the study of the scale-up of this photochemical reaction. The numbering-up technique reduced by half the process time to form one gram of final product. Chapter 3 deals with the development of a new photochemical reactor composed of purple LEDs. This photoreactor makes it possible to carry out the decomposition of aromatic azide to provide heterocycles like carbazoles, indoles and pyrroles. More than 21 examples were synthesized with yields from 33 to 95 %. In addition, carbazoles having a carbon-halogen bond have been synthesized without bond breakage which can be used as a synthetic handle in a multi-step process. Finally, Chapter 4 presents the work incorporating the azide photodecomposition reaction developed in Chapter 3 into a multi-step continuous flow process (post-functionalization). Clausine C derivatives synthesis was investigated using the azide photodecomposition providing a brominated derivative that can be subsequently transformed upon Suzuki cross-coupling. This type of multi-step process has made it possible to develop a library of eight Clausine C derivatives with overall yields ranging from 36 to 74 % (over 2 steps). In addition, the first multi-step process incorporating two subsequent photochemical transformations was studied using a metallophotoredox coupling to form a Csp2-Csp3 bond. The synthesis of the benzyl derivative of Clausine C was obtained with a total yield of 39 % (over 2 steps).

Le projet de recherche de cette thèse consiste à investiguer les mécanismes d'inhibition du transport d'électrons photosynthétiques induite par les xénobiotiques qui affectent les réactions photochimiques du photosystème II (PSII). Des méthodes fluorimétriques et biochimiques ont été utilisées pour étudier les effets de xénobiotiques sur les réactions photochimiques et le transport des électrons photosynthétiques. Le changement des différents paramètres de fluorescence chlorophyllienne, indiquant la dissipation de l'énergie via le transport d'électrons ou via les voies non photochimiques, a été utilisé comme indicateur de toxicité de xénobiotiques. L'induction du stress oxydatif a été analysée par l'investigation de la teneur en espèces réactives de l'oxygène. Nous avons utilisé les plantes Lemna gibba et Lactuca sativa ainsi que l'algue Chlamydomonas reinhhardtii comme matériel pour les expériences. Dans la partie concernant l'étude des mécanismes de toxicité du dichromate chez L. gibba, nous avons démontré que ce xénobiotique inhibe le transport d'électrons du PSII et induit la dissipation d'énergie sous forme non photochimique. Sous ces conditions, une inhibition de l'activité photochimique du PSII et une diminution de la proportion des centres réactionnels en état fonctionnel ont été obtenues. Le changement du rendement et de la cinétique rapide de fluorescence montre que le dichromate induit une inhibition du complexe de la photolyse de l'eau et de la réduction de l'accepteur primaire d'électrons (QA). Ces effets ont été associés à l'altération de la protéine Dl du centre réactionnel du PSII, ainsi que la protéine 33 kDa constituant le complexe de photolyse de l'eau. L'induction d'un stress oxydatif a été démontrée par l'augmentation de la teneur en espèces réactives de l'oxygène chez les plantes exposées au dichromate. La diminution de la proportion des PSII en état fonctionnel et la formation des espèces réactives de l'oxygène induites par le dichromate ont été corrélées avec le changement des polypeptides Dl. On a pu établir que l'altération fonctionnelle de l'activité du PSII par le dichromate est étroitement associée au changement structurel se produisant dans le complexe PSII. Nous avons également investigué les effets toxiques du dichromate sur l'activité du PSII chez des algues ayant une faible capacité de dissipation de l'énergie sous forme non photochimique. On a utilisé deux algues mutantes de C. reinhardtii qui ont une altération de la biosynthèse de pigments xanthophylles: le premier mutant, npq1, est déficient en zéaxanthine et le deuxième, npq2, est déficient en violaxanthine et accumule la zéaxanthine. On a étudié l'effet du dichromate sur l'activité du PSII sous des conditions lumineuses favorisant la photoinhibition. Après exposition au dichromate, ces algues ont été illuminées par différentes intensités lumineuses pour mesurer le changement du rendement photochimique opérationnel du PSII et la dissipation de l'énergie sous forme non photochimique. L'exposition aux dichromate des mutants npq1 et npq2 a induit une inhibition de transport d'électrons de PSII à faible intensité lumineuse, indiquant une accélération de la photoinhibition par le dichromate. Lorsque ces mutants d'algues ont été exposés aux dichromate et à une intensité lumineuse élevée, la dissipation d'énergie sous forme non photochimique, impliquant des processus non régulateurs, est devenue majoritaire, atteignant la valeur de 80 %. Par conséquent, les mutants d'algues npq1 et npq2 ayant le cycle de xanthophylles non fonctionnel étaient plus sensibles aux effets toxiques du dichromate. Ces résultats ont permis l'élaboration d'un modèle des effets du dichromate sur l'activité du PSII chez les algues ayant un cycle de xanthophylles non fonctionnel. Dans la troisième partie, on a analysé les effets toxiques du trinitrotoluène sur le changement des paramètres de fluorescence utilisés comme indicateurs de toxicité sur la photosynthèse et l'état physiologique de Lactuca sativa. L'activité photosynthétique a été mesurée en utilisant la cinétique rapide de la fluorescence chlorophyllienne et la fluorimétrie modulée. Nos résultats ont montré une diminution de la fluorescence variable provoquée par la désactivation des centres réactionnels PSII. En plus de cet effet, les paramètres de fluorescence indiquant l'état de réduction du PSII et la dissipation d'énergie sous forme non photochimique ont été les indicateurs les plus sensibles de la toxicité du trinitrotoluène. Ces paramètres ont montré une dépendance entre l'inhibition de l'activité du PSII et la concentration du trinitrotoluène. Le changement des paramètres photosynthétiques de fluorescence était une indication fiable de l'état physiologique des plantes exposées à ce polluant. Nous avons proposé que l'état de réduction du PSII et la dissipation non photochimique de l'énergie représentent des indicateurs utiles dans les bioessais. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Xénobiotiques, Bioessais, Fluorescence chlorophyllienne, Réactions photochimiques, Photosystème II, Chrome hexavalent, Trinitrotoluène, Fluorométrie PAM et PEA.

Les processus réactionnels des systèmes biologiques sont désormais modélisés par des méthodes de plus en plus précises de mécanique quantique (MQ) associées aux champs de force de mécanique moléculaire (MM). Cette amélioration induit des complications dans le traitement habituel des interactions électrostatiques MQ/MM. Dans la première partie de cette thèse, nous avons développé une approche plus cohérente pour le calcul de ces interactions. Dans une seconde partie, nous avons appliqué certaines méthodes de simulation numérique aux protéines fluorescentes. Une étude de dynamique moléculaire a révélé de fines interactions de van der Waals qui conditionnent l'amélioration des propriétés de fluorescence dans la Cerulean par rapport à l'ECFP (Enhanced Cyan Fluorescent Protein). Nous avons également étudié le mécanisme de photoconversion de la protéine fluorescente EosFP par l'utilisation de potentiels MQ/MM appropriés au traitement des états excités. Finalement, la stabilité thermodynamique des différents états structuraux de la protéine IrisFP a été évaluée. Ces études de modélisation moléculaire améliorent notre compréhension des protéines fluorescentes afin de contribuer à leur développement pour l'imagerie cellulaire.

Cette thèse porte sur la détermination des constantes cinétiques de la dégradation hétérogène de pesticide (folpel et diméthomorphe) par l'ozone et les radicaux OH en utilisant un réacteur photo-chimique couplé à un système GC/MS. Le (4-chlorophenyl)(3,4-dimethoxyphenyl)methanone (CPMPM), est identifié par SPME/GC/MS comme produit de dégradation hétérogène du diméthomorphe par les radicaux OH comme par l'ozone. La réactivité hétérogène du CPMPM vis-à-vis de l'ozone et les radicaux OH est également étudiée. Les résultats obtenus montrent que les valeurs des constantes cinétiques varient entre 10-20 et 10-19 cm3.molécules-1.s-1 vis-à-vis de l'ozone, et entre 10-14 et 10-12 cm3.molécules-1.s-1 vis-à-vis des radicaux OH. Ces valeurs impliquent des durées de vie atmosphériques de l'ordre de quelques jours à quelques mois. Par conséquent les composés étudiés sont relativement persistants et peuvent être transportés vers des régions éloignées de leur point d'application.Les spectres UV et la réactivité homogène vis-à-vis des radicaux OH du N-formylmorpholine (NFM), produit gazeux attendu de la dégradation du diméthomorphe, et de deux autres composés gazeux, la morpholine et le N-acétylmorpholine (NAM), ont été déterminés. Les études cinétiques ont été réalisées dans une chambre atmosphérique couplée à un spectromètre IR. Les résultats obtenus montrent que les composés étudiés ne sont pas sensibles à la photolyse dans l'atmosphère et que leur réactivité vis-à-vis des radicaux OH est élevée. En général, les durées de vie atmosphériques de ces composés sont de l'ordre de quelques heures ; ils sont donc non-persistants dans l'atmosphère
The research study discussed in this thesis concerns the determination of the kinetic rate constants of the heterogeneous degradation of pesticides folpet and dimethomorph by ozone and OH-radicals using the technique of a simulation chamber coupled to a GC/MS analytical system. The study also involves the identification of the degradation products of the analyzed compound in the condensed phase using SPME/GC/MS. The heterogeneous OH and O3-reactivities of the identified degradation product of dimethomorph, (4-chlorophenyl)(3,4-dimethoxyphenyl)methanone (CPMPM), are also evaluated experimentally. The obtained results show that the rate constant values of the analytes are in the order of 10-20-10-19 and 10-14-10-12 cm3.molecule-1.s-1 relative to heterogeneous O3 and OH-oxidation, respectively. Such values implicate tropospheric life-times that vary from a few days to several months, meaning that these compounds are relatively persistent and may be transported to regions far from their point of application.The UV-absorption spectra and homogeneous OH-reactivities of the expected degradation product of dimethomorph in the gas phase, N-formylmorpholine (NFM), and two other gaseous compounds, morpholine and N-acetylmorpholne (NAM) are also studied. The results show that these compounds are not susceptible to photolysis in the atmosphere and that they exhibit strong reactivity towards OH-radicals. Generally speaking, their atmospheric life-times are in the order of a few hours and thus they are non-persistent