Copper Nanoparticles in Click Chemistry

Conspectus: The challenges of the 21st century demand scientific and technological achievements that must be developed under sustainable and environmentally benign practices. In this vein, click chemistry and green chemistry walk hand in hand on a pathway of rigorous principles that help to safeguard the health of our planet against negligent and uncontrolled production. Copper-catalyzed azide–alkyne cycloaddition (CuAAC), the paradigm of a click reaction, is one of the most reliable and widespread synthetic transformations in organic chemistry, with multidisciplinary applications. Nanocatalysis is a green chemistry tool that can increase the inherent effectiveness of CuAAC because of the enhanced catalytic activity of nanostructured metals and their plausible reutilization capability as heterogeneous catalysts. This Account describes our contribution to click chemistry using unsupported and supported copper nanoparticles (CuNPs) as catalysts prepared by chemical reduction. Cu(0)NPs (3.0 ± 1.5 nm) in tetrahydrofuran were found to catalyze the reaction of terminal alkynes and organic azides in the presence of triethylamine at rates comparable to those achieved under microwave heating (10–30 min in most cases). Unfortunately, the CuNPs underwent dissolution under the reaction conditions and consequently could not be recovered. Compelling experimental evidence on the in situ generation of highly reactive copper(I) chloride and the participation of copper(I) acetylides was provided. The supported CuNPs were found to be more robust and efficient catalyst than the unsupported counterpart in the following terms: (a) the multicomponent variant of CuAAC could be applied; (b) the metal loading could be substantially decreased; (c) reactions could be conducted in neat water; and (d) the catalyst could be recovered easily and reutilized. In particular, the catalyst composed of oxidized CuNPs (Cu2O/CuO, 6.0 ± 2.0 nm) supported on carbon (CuNPs/C) was shown to be highly versatile and very effective in the multicomponent and regioselective synthesis of 1,4-disubstituted 1,2,3-triazoles in water from organic halides as azido precursors; magnetically recoverable CuNPs (3.0 ± 0.8 nm) supported on MagSilica could be alternatively used for the same purpose under similar conditions. Incorporation of an aromatic substituent at the 1-position of the triazole could be accomplished using the same CuNPs/C catalytic system starting from aryldiazonium salts or anilines as azido precursors. CuNPs/C in water also catalyzed the regioselective double-click synthesis of β-hydroxy-1,2,3-triazoles from epoxides. Furthermore, alkenes could be also used as azido precursors through a one-pot CuNPs/C-catalyzed azidosulfenylation–CuAAC sequential protocol, providing β-methylsulfanyl-1,2,3-triazoles in a stereo- and regioselective manner. In all types of reaction studied, CuNPs/C exhibited better behavior than some commercial copper catalysts with regard to the metal loading, reaction time, yield, and recyclability. Therefore, the results of this study also highlight the utility of nanosized copper in click chemistry compared with bulk copper sources.

Effet de différents ratios d’acides linoléique/α-linolénique et de l’entérolactone sur les marqueurs du métabolisme des lipides, d’inflammation et de stress oxydatif dans un modèle in vitro de culture de tissus hépatiques bovins

Chez la vache laitière à haut rendement, la période de transition entourant la parturition est généralement accompagnée d’un déficit énergétique, d’un métabolisme des lipides perturbé et d’une augmentation de l’inflammation et du stress oxydatif. Afin d’améliorer la balance énergétique et de diminuer certains effets négatifs associés à la période de transition, il est fréquent que les producteurs administrent des diètes riches en lipides (ex. Mégalac®, riche en acide palmitique) aux vaches laitières à haut rendement. Par exemple, l’ajout de lipides saturés à la ration améliore la balance énergétique et diminue l’accumulation des triglycérides dans le foie. Cependant, plusieurs troubles métaboliques demeurent, tels que l’inflammation et le stress oxydatif, pouvant être observés entre autres au niveau du foie. Comme alternative aux lipides saturés, l’ajout d’acides gras polyinsaturés (AGPIs) pourrait contribuer à améliorer la balance énergétique tout en diminuant certains effets négatifs associés à la période de transition. Toutefois, les AGPIs sont sujets aux phénomènes de peroxydation ce qui pourrait augmenter le stress oxydatif chez l’animal. Pour limiter ces dommages oxydatifs, l’utilisation de la graine de lin entière, riche en acides gras oméga-3 (n-3) et en lignans (antioxydants), en supplément alimentaire apparaît comme une avenue prometteuse. Des travaux antérieurs rapportent qu’une supplémentation en différents dérivés de la graine de lin (ex. AGPIs, lignans) module l’expression de certains gènes impliqués dans la réponse au stress oxydatif et le métabolisme des lipides dans la glande mammaire de la vache laitière. Cependant, il n’existe aucune étude rapportant l’effet de divers composés de la graine de lin sur le métabolisme lipidique et certains marqueurs de stress oxydatif dans le foie de la vache laitière. Ce projet de recherche a été réalisé afin de déterminer les effets de différents ratios d’acides linoléique (LA)/acide alpha-linolénique (ALA) (n-6/n-3, AGPI) en présence ou non d’entérolactone (ENL, lignan mammalien) sur (1) l’expression hépatique de gènes liés au métabolisme des lipides, au processus inflammatoire et au stress oxydatif, (2) les dommages aux lipides et aux protéines et (3) l’activité de l’enzyme superoxyde dismutase (SOD) dans le foie de la vache laitière en début de lactation. Un modèle in vitro de culture de tissu hépatique en tranches minces a été utilisé puisqu’il permet de préserver les interactions cellules-matrice et entre les cellules. Les gènes sélectionnés ont été choisis en se référant à diverses études antérieures et incluent certains gènes différentiellement exprimés dans le foie et la glande mammaire de la vache laitière en période de transition. Des régulateurs de la transcription (ex. MLXIPL et SREBF1), de même que leurs gènes cibles ont été priorisés. Les tissus issus de biopsies hépatiques de vaches Holstein en début de lactation ont été mis en culture et soumis à huit traitements composés de différents ratios d’AGPIs n-6/n-3, d’ENL et d’une combinaison des deux. Suite à ces traitements, les niveaux d’ARNm des gènes sélectionnés ont été mesurés par PCR quantitatif (RT-qPCR). Les dommages aux lipides ont été mesurés par l’essai des « thiobarbituric acid reactive substances » (TBARS) et les dommages aux protéines par une analyse des protéines carbonyles. Finalement, un essai enzymatique a été effectué pour mesurer l’activité de la SOD, une enzyme jouant un rôle dans le système de défense contre les radicaux libres. Les résultats de cette étude démontrent que l’ajout d’AGPIs (LA et ALA) dans le milieu de culture augmente l’expression de certains gènes liés au stress oxydatif (NQO1, PRDX3, PTGS2 et SOD1) et diminue l’expression de plusieurs gènes liés à l’activité lipogénique (ACACA, FASN, SCD et SREBF1). L’addition d’ENL dans le milieu de culture augmente l’abondance de l’ARNm des gènes cibles de MLXIPL, soit FASN et SCD, deux gènes impliqués dans l’activité lipogénique. Cette régulation à la hausse suggère qu’une supplémentation en tourteau ou en farine de lin (riche an lignans) en début de lactation pourrait avoir des effets non désirés et augmenter le risque de stéatose hépatique. Les analyses de peroxydation des lipides ont révélés une augmentation des dommages aux lipides en présence des AGPIs et un retour aux valeurs du traitement contrôle lorsque l’ENL est ajouté aux AGPIs. Une augmentation similaire est observée pour l’activité de la SOD avec l’ajout des AGPIs au milieu de culture, ainsi qu’un retour aux valeurs contrôle lorsque l’ENL est ajouté aux AGPIs. Ces résultats suggèrent qu’une supplémentation en graines de lin entières serait bénéfique en début de lactation puisque les AGPIs pourraient diminuer l’activité lipogénique au niveau du foie, alors que les lignans présents naturellement dans l’écorce de la graine de lin, pourraient réduire le stress oxydatif et les dommages aux lipides provoqués par des niveaux élevés en AGPIs.

Advanced Luminescent Materials for Technological Applications

This thesis focusses on the study of several luminescent materials and investigates some related technological applications. It is made of six chapters. Chapter 1 introduces a brief history, basic principles and applications of photoluminescence. Chapter 2 presents the photophysical properties of five benzoheterodiazole dyes. These molecules were incorporated in PMMA- and PDMS-based LSC-PV devices to determine the emission quantum yields, transmission, re-absorption and IPCE properties. DFT calculations were performed to investigate the structures and energy levels of these dyes. Chapter 3 concerns the preparation of a luminescent film to calibrate an ESA satellite that will monitor the fluorescence of terrestrial vegetation. ZnPc was selected as suitable dye to make the film. Ferrocene was selected as quencher to control the emission intensity. An industrial printing technology was used to produce large-area calibration sheets coated with green pigment that simulates the NIR reflectance of green plants in which the ZnPc is embedded. Photophysical properties of a series of alkynyl gold NHC complexes containing naphthalimide chromophore were studied in Chapter 4. All the compounds were studied in solution and solid state. Further investigations were carried out by incorporating these compounds in PMMA matrix to make films. XRD and DFT calculations were made to determine the structures and energy levels of the complexes. In chapter 5 we studied the photophysical properties of star-shaped molecular systems which can operate as molecular motors when attached onto surface, along with those of their related ligands/moieties in tetrahydrofuran solution. The photophysical properties of these molecular systems can show if they are suitable to operate as light-triggered molecular machines. Finally, chapter 6 concerns the photoluminescence behavior of three NHC half-sandwich Ir/Rh metal complexes. The photophysical properties of these compounds were examined in CH2Cl2 solutions and PMMA films. These complexes may prove potential candidates for organic phosphorescent materials.