Contrôle de l'organisation moléculaire en 2D et 3D par l’utilisation de liaisons hydrogène, de coordination métallique et d'autres interactions

La stratégie de la tectonique moléculaire a montré durant ces dernières années son utilité dans la construction de nouveaux matériaux. Elle repose sur l’auto-assemblage spontané de molécule dite intelligente appelée tecton. Ces molécules possèdent l’habilité de se reconnaitre entre elles en utilisant diverses interactions intermoléculaires. L'assemblage résultant peut donner lieu à des matériaux moléculaires avec une organisation prévisible. Cette stratégie exige la création de nouveaux tectons, qui sont parfois difficiles à synthétiser et nécessitent dans la plupart des cas de nombreuses étapes de synthèse, ce qui empêche ou limite leur mise en application pratique. De plus, une fois formées, les liaisons unissant le corps central du tecton avec ces groupements de reconnaissance moléculaire ne peuvent plus être rompues, ce qui ne permet pas de remodeler le tecton par une procédure synthétique simple. Afin de contourner ces obstacles, nous proposons d’utiliser une stratégie hybride qui se sert de la coordination métallique pour construire le corps central du tecton, combinée avec l'utilisation des interactions plus faibles pour contrôler l'association. Nous appelons une telle entité métallotecton du fait de la présence du métal. Pour explorer cette stratégie, nous avons construit une série de ligands ditopiques comportant soit une pyridine, une bipyridine ou une phénantroline pour favoriser la coordination métallique, substitués avec des groupements diaminotriazinyles (DAT) pour permettre aux complexes de s'associer par la formation de ponts hydrogène. En plus de la possibilité de créer des métallotectons par coordination, ces ligands ditopiques ont un intérêt intrinsèque en chimie supramoléculaire en tant qu'entités pouvant s'associer en 3D et en 2D. En parallèle à notre étude de la chimie de coordination, nous avons ii examiné l'association des ligands, ainsi que celle des analogues, par la diffraction des rayons-X (XRD) et par la microscopie de balayage à effet tunnel (STM). L'adsorption de ces molécules sur la surface de graphite à l’interface liquide-solide donne lieu à la formation de différents réseaux 2D par un phénomène de nanopatterning. Pour comprendre les détails de l'adsorption moléculaire, nous avons systématiquement comparé l’organisation observée en 2D par STM avec celle favorisée dans les structures 3D déterminées par XRD. Nous avons également simulé l'adsorption par des calculs théoriques. Cette approche intégrée est indispensable pour bien caractériser l’organisation moléculaire en 2D et pour bien comprendre l'origine des préférences observées. Ces études des ligands eux-mêmes pourront donc servir de référence lorsque nous étudierons l'association des métallotectons dérivés des ligands par coordination. Notre travail a démontré que la stratégie combinant la chimie de coordination et la reconnaissance moléculaire est une méthode de construction rapide et efficace pour créer des réseaux supramoléculaires. Nous avons vérifié que la stratégie de la tectonique moléculaire est également efficace pour diriger l'organisation en 3D et en 2D, qui montre souvent une homologie importante. Nous avons trouvé que nos ligands hétérocycliques ont une aptitude inattendue à s’adsorber fortement sur la surface de graphite, créant ainsi des réseaux organisés à l'échelle du nanomètre. L’ensemble de ces résultats promet d’offrir des applications dans plusieurs domaines, dont la catalyse hétérogène et la nanotechnologie. Mots clés : tectonique moléculaire, interactions intermoléculaires, stratégie hybride, coordination métallique, diffraction des rayons-X, microscopie de balayage à effet tunnel, graphite, phénomène de nanopatterning, calculs théoriques, ponts hydrogène, chimie supramoléculaire, ligands hétérocycliques, groupements DAT, catalyse hétérogène, nanotechnologie.

Spéciation chimique et immunotoxicologie du béryllium : effets thérapeutiques des agents complexants NTA, NTP et tiron

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Étude de l’association supramoléculaire bi- et tridimensionnelle d’oximes et d’hydrazones trigonales

Les concepts de la chimie supramoléculaire peuvent être exploités avantageusement pour contrôler la structure et les propriétés des matériaux moléculaires. Dans une approche productive, les composantes moléculaires du matériau peuvent être choisies pour pouvoir s'engager dans des interactions fortes et prévisibles avec leurs voisins. Cette stratégie, appelée la tectonique moléculaire, est caractérisée par la préparation de molécules particulières appelées tectons (du grec tectos, qui signifie constructeur) qui, par design rationnel, s’associent de manière prévisible via de multiples interactions non-covalentes afin de générer l’architecture désirée. Ce processus est réversible et guidé par la présence de fonctions chimiques complémentaires, appelées groupements de reconnaissance, qui sont orientées de manière à conférer un aspect directionnel aux interactions intermoléculaires. Ceci permet de positionner les molécules voisines de façon prédéterminée. Les contraintes imposées par les interactions s’opposent souvent à la tendance naturelle des molécules à former une structure compacte et permettent donc à d'autres molécules invitées d’occuper un volume appréciable dans le matériau, sans toutefois contribuer directement à l'architecture principale. Appliquée à la cristallisation, cette approche peut générer des cristaux poreux, analogues aux zéolites. Les ponts hydrogène offrent une interaction non-covalente de choix dans cette stratégie car ils sont forts et directionnels. L’exploration d’une multitude de fonctions chimiques connues pour pouvoir participer à la formation de ponts hydrogène a permis de créer une grande diversité de nouveaux matériaux lors de l’évolution du domaine du génie cristallin. Une molécule classique, qui illustre bien la stratégie tectonique et qui a eu un fort impact dans le domaine de la chimie supramoléculaire, est l’acide 1,3,5-benzènetricarboxylique, communément appelé acide trimésique. L’acide trimésique donne une orientation trigonale à trois groupements carboxyles, favorisant ainsi la formation d'un réseau hexagonal retenu par ponts hydrogène. Nous avons visé une modification dans laquelle les groupements -COOH de l'acide trimésique sont remplacés par deux autres groupements de reconnaissance, jusqu’ici peu exploités en chimie supramoléculaire, l’oxime et l’hydrazone. Nous rapportons la synthèse et la cristallisation de différentes trioximes et trihydrazones analogues à l'acide trimésique. Les cristaux obtenus ont été analysés par diffraction des rayons-X et leurs structures ont été déterminées. L’auto-assemblage de différentes trioximes et trihydrazones en 2D par adsorption sur graphite a également été étudié en utilisant la microscopie à balayage à effet tunnel. Nos résultats nous permettent de comparer l'organisation en 2D et en 3D de différents analogues de l'acide trimésique.

Organisation moléculaire dirigée par le groupe CONH2 en 2D et 3D

Notre étude a pour objet la conception, la synthèse ainsi que l’étude structurale d’architectures supramoléculaires obtenues par auto-assemblage, en se basant sur les concepts de la tectonique moléculaire. Cette branche de la chimie supramoléculaire s’occupe de la conception et la synthèse de molécules organiques appelées tectons, du grec tectos qui signifie constructeur. Le tecton est souvent constitué de sites de reconnaissance branchés sur un squelette bien choisi. Les sites de reconnaissance orientés par la géométrie du squelette peuvent participer dans des interactions intermoléculaires qui sont suffisamment fortes et directionnelles pour guider la topologie du cristal résultant. La stratégie envisagée utilise des processus d'auto-assemblage engageant des interactions réversibles entre les tectons. L’auto-assemblage dirigé par de fortes interactions intermoléculaires directionnelles est largement utilisé pour fabriquer des matériaux dont les composants doivent être positionnés en trois dimensions (3D) d'une manière prévisible. Cette stratégie peut également être utilisée pour contrôler l’association moléculaire en deux dimensions (2D), ce qui permet la construction de monocouches organisées et prédéterminées sur différents types des surfaces, tels que le graphite.Notre travail a mis l’accent sur le comportement de la fonction amide comme fonction de reconnaissance qui est un analogue du groupement carboxyle déjà utilisé dans plusieurs études précédentes. Nous avons étudié le comportement d’une série de composés contenant un noyau plat conçu pour faciliter l'adsorption sur le graphite et modifiés par l'ajout de groupes amide pour favoriser la formation de liaisons hydrogène entre les molécules ainsi adsorbées. La capacité de ces composés à former de monocouches organisées à l’échelle moléculaire en 2D a été examinée par microscopie à effet tunnel, etleur organisation en 3D a également été étudiée par cristallographie aux rayons X. Dans notre étude, nous avons systématiquement modifié la géométrie moléculaire et d'autres paramètres afin d'examiner leurs effets sur l'organisation moléculaire. Nos résultats suggèrent que les analyses structurales combinées en 2D et 3D constituent un important atout dans l'effort pour comprendre les interactions entre les molécules adsorbées et l’effet de l’interaction avec la surface du substrat.

No Laughing Matter: Shakespearean Melancholy and the Transformation of Comedy

Mon projet de thèse démontre le rôle essentiel que tient la mélancolie dans les comédies de Shakespeare. J’analyse sa présence au travers de multiples pièces, des farces initiales, en passant par les comédies romantiques, jusqu’aux tragicomédies qui ponctuent les dernières années de sa carrière. Je dénote ainsi sa métamorphose au sein du genre comique, passant d’une représentation individuelle se rapportant à la théorie des humeurs, à un spectre émotionnel se greffant aux structures théâtrales dans lesquelles il évolue. Je suggère que cette progression s’apparent au cycle de joie et de tristesse qui forme la façon par laquelle Shakespeare dépeint l’émotion sur scène. Ma thèse délaisse donc les théories sur la mélancolie se rapportant aux humeurs et à la psychanalyse, afin de repositionner celle-ci dans un créneau shakespearien, comique, et historique, où le mot « mélancolie » évoque maintes définitions sur un plan social, scientifique, et surtout théâtrale. Suite à un bref aperçu de sa prévalence en Angleterre durant la Renaissance lors de mon introduction, les chapitres suivants démontrent la surabondance de mélancolie dans les comédies de Shakespeare. A priori, j’explore les façons par lesquelles elle est développée au travers de La Comedie des Erreurs et Peines d’Amour Perdues. Les efforts infructueux des deux pièces à se débarrasser de leur mélancolie par l’entremise de couplage hétérosexuels indique le malaise que celle-ci transmet au style comique de Shakespere et ce, dès ces premiers efforts de la sorte. Le troisième chapitre soutient que Beaucoup de Bruit pour Rien et Le Marchand de Venise offrent des exemples parangons du phénomène par lequel des personnages mélancoliques refusent de tempérer leurs comportements afin de se joindre aux célébrations qui clouent chaque pièce. La mélancolie que l’on retrouve ici génère une ambiguïté émotionnelle qui complique sa présence au sein du genre comique. Le chapitre suivant identifie Comme il vous plaira et La Nuit des Rois comme l’apogée du traitement comique de la mélancolie entrepris par Shakespeare. Je suggère que ces pièces démontrent l’instant où les caractérisations corporelles de la mélancolie ne sont plus de mise pour le style dramatique vers lequel Shakespeare se tourne progressivement. Le dernier chapitre analyse donc Périclès, prince de Tyr et Le Conte d’Hiver afin de démontrer que, dans la dernière phase de sa carrière théâtrale, Shakespeare a recours aux taxonomies comiques élucidées ultérieurement afin de créer une mélancolie spectrale qui s’attardent au-delà des pièces qu’elle hante. Cette caractérisation se rapporte aux principes de l’art impressionniste, puisqu’elle promeut l’abandon de la précision au niveau du texte pour favoriser les réponses émotionnelles que les pièces véhiculent. Finalement, ma conclusion démontre que Les Deux Nobles Cousins représente la culmination du développement de la mélancolie dans les comédies de Shakespeare, où l’incarnation spectrale du chapitre précèdent atteint son paroxysme. La nature collaborative de la pièce suggère également un certain rituel transitif entre la mélancolie dite Shakespearienne et celle développée par John Fletcher à l’intérieure de la même pièce.

La communauté du dehors : imaginaire social et représentations du crime au Québec (XIXe-XXe siècle)

La société québécoise a, comme toutes les sociétés, ses crimes et criminels légendaires. Or, si ces faits divers célèbres ont fait l’objet, dans les dernières décennies, de quelques reconstitutions historiographiques, on connaît beaucoup moins, en revanche, le mécanisme de leur légendarisation, le processus historique et culturel par lequel ils passent du « fait divers » au fait mémorable. C’est d’abord ce processus que s’attache à étudier cette thèse de doctorat, qui porte sur quatre crimes célèbres des XVIIIe et XIXe siècles (le meurtre du seigneur de Kamouraska [1839] ainsi que les crimes commis par « la Corriveau » [1763], par le « docteur l’Indienne » [1829] et par les « brigands du Cap-Rouge » [1834-1835]) : pour chacun de ces cas particuliers, l’analyse reconstitue la généalogie des représentations du crime et du criminel de manière à retracer la fabrication et l’évolution d’une mémoire collective. Celles-ci font chaque fois intervenir un système complexe de discours : au croisement entre les textes de presse, les récits issus de la tradition orale et les textes littéraires, l’imaginaire social fabrique, à partir de faits criminels ordinaires, de grandes figures antagoniques, incarnations du mal ou avatars du diable. Ce vaste processus d’antagonisation est en fait largement tributaire d’une époque (le XIXe siècle) où, dans les sociétés occidentales, le « crime » se trouve soudainement placé au cœur de toutes les préoccupations sociales et politiques : l’époque invente un véritable engouement littéraire pour le crime de même que tout un arsenal de savoirs spécialisés, d’idées nouvelles et de technologies destinées à connaître, mesurer et enrayer la criminalité. Dès les premières décennies du XIXe siècle, le phénomène se propage de ce côté-ci de l’Atlantique. Dans la foulée, les grands criminels qui marquent la mémoire collective sont appelés à devenir des ennemis imaginaires particulièrement rassembleurs : figures d’une altérité radicale, ils en viennent à constituer le repoussoir contre lequel, à partir du XIXe siècle, s’est en partie instituée la société québécoise.

Microwave Absorbing Material Using Rubber & Carbon

Development of a new type of microwave absorbing material using rubber latex and carbon. for application in the interior lining of anechoic chambers, has been reported. Absorption coefficients of different combinations were estimated at X and S bands and the results were presented graphically. A combination of 50% rubber latex, 40% carbon and 10% graphite is found to form an ideal microwave absorbing material in the X and s bands

Optical emission studies of C2 species in laser-produced plasma from carbon

Optical emission studies of C2 molecules in plasma obtained by Nd:YAG laser ablation of graphite in a helium atmosphere are reported for irradiances in the range (1–9:2/ x 1010 W cm−2. The characteristics of the spectral emission intensity from the C2 (Swan band) species have been investigated as functions of the distance from the target, ambient pressure and laser irradiance. Estimates of vibrational temperatures of C2 species under various irradiance conditions are made. Results of measurements performed under different ambient helium gas pressures are also discussed.

Optical emission studies of C2 species in laser-produced plasma from carbon

Optical emission studies of C2 molecules in plasma obtained by Nd:YAG laser ablation of graphite in a helium atmosphere are reported for irradiances in the range (1–9:2/ x 1010 W cm−2. The characteristics of the spectral emission intensity from the C2 (Swan band) species have been investigated as functions of the distance from the target, ambient pressure and laser irradiance. Estimates of vibrational temperatures of C2 species under various irradiance conditions are made. Results of measurements performed under different ambient helium gas pressures are also discussed.

Spatial analysis of C2 band emission from laser produced plasma

Time and space resolved spectroscopic studies of the molecular band emission from C2 are performed in the plasma produced by irradiating a graphite target with 1:06 m radiation from a Q-switched Nd:YAG laser. High-resolution spectra are recorded from points located at distances up to 15 mm from the target in the presence of ambient helium gas pressure. Depending on the laser irradiance, time of observation and position of the sampled volume of the plasma the features of the emission spectrum are found to change drastically. The vibrational temperature and population distribution in the different vibrational levels of C2 molecules have been evaluated as a function of distance for different time delays and laser irradiance. It is also found that the vibrational temperature of C2 molecules decreases with increasing helium pressure.

Electron density and temperature measurements in a laser produced carbon plasma

Plasma generated by fundamental radiation from a Nd:YAG laser focused onto a graphite target is studied spectroscopically. Measured line profiles of several ionic species were used to infer electron temperature and density at several sections located in front of the target surface. Line intensities of successive ionization states of carbon were used for electron temperature calculations. Stark broadened profiles of singly ionized species have been utilized for electron density measurements. Electron density as well as electron temperature were studied as functions of laser irradiance and time elapsed after the incidence of laser pulse. The validity of the assumption of local thermodynamic equilibrium is discussed in light of the results obtained.

Microwave studies of a poly vinyl acetate (PVA)-based phantom for applications in medical imaging

A phantom that exhibits complex dielectric properties similar to low-water-content biological tissues over the electromagnetic spectrum of 2000–3000 MHz has been synthesized from carbon black, graphite powder, and poly vinyl acetate (PVA)-based adhesive. The material overcomes various problems that are inherent in conventional phantoms such as decomposition and deterioration due to the invasion of bacteria or mold. The absorption coefficients of the material for various concentrations of carbon and graphite are studied. A combination of 50% poly-vinyl-acetate-based adhesive, 20% carbon, and 30% graphite exhibits a high absorption coefficient, which suggests another application of the material as a good microwave absorber for the interior lining of tomographic chamber in microwave imaging. The cavity-perturbation technique is adopted to study the dielectric properties of the material.

Dielectric studies of polyvinyl-acetate-based phantom for applications in microwave medical imaging

Phantoms that exhibit complex dielectric properties similar to low water content biological tissues over the electromagnetic spectrum of 2–3 GHz have been synthesized from carbon black powder, graphite powder and polyvinyl-acetate-based adhesive. The materials overcome various problems that are inherent in conventional phantoms such as decomposition and deterioration due to the invasion of bacteria or mold. The absorption coefficients of the materials for various compositions of carbon black and graphite powder are studied. A combination of 50% polyvinylacetate- based adhesive, 20% carbon black powder and 30% graphite powder exhibits high absorption coefficient, which suggests another application of the material as good microwave absorber for interior lining of tomographic chamber in microwave imaging. Cavity perturbation technique is adopted to study the dielectric properties of the material.

Supramolecular Organization of Metal Nanoparticles in Solution and of Phenyleneethynylenes on Surfaces

Most of the procedures reported for the synthesis of metal nanoparticles involve the use of strong reducing agents or elevated temperatures. This limits the possibility of developing metal nanoparticle based sensors for the in situ detection of analytes. One of the objectives of the present investigations is to (i) develop newer methodologies for the synthesis of metal nanoparticles in aqueous medium at ambient conditions and (ii) their use in the detection of metal cations by taking advantage of the unique coordination ability. Ideally, biocompatible molecules which possess both the reducing and stabilizing groups are desirable for such applications. Formation of stable supramolecular assembly, by bringing metal nanoparticles close to each other, results in plasmon coupling and this strategy can be effectively utilized for the development of metal nanoparticle based sensors.Another objective of the present study is to understand the supramolecular organization of molecules on surfaces. Various noncovalent interactions between the molecules and with surface play a decisive role in their organizations. An in-depth understanding of these interactions is essential for device fabrications. Recent photophysical studies have revealed that phenyleneethynylene based molecular systems are ideal for device application. The second objective of the thesis focuses on understanding the (i) organization of phenyleneethynylenes on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) surface with atomic level precision and (ii) weak intermolecular interactions which drive their organization.