Azabicycloalkanone synthesis by transannular cyclization

Une stratégie de synthèse efficace de différents composés de type azabicyclo[X.Y.0]alkanone fonctionnalisés a été développée. La stratégie synthétique implique la préparation de dipeptides par couplage avec des motifs vinyl-, allyl-, homoallyl- et homohomoallylglycine suivi d’une réaction de fermeture de cycle par métathèse permettant d’obtenir des lactames macrocycliques de 8, 9 et 10 membres, qui subissent une iodolactamisation transannulaire menant à l’obtention de mimes peptidiques bicycliques portant un groupement iode. Des couplages croisés catalysés par des métaux de transition ont été développés pour la synthèse d’acides aminés ω-insaturés énantiomériquement purs à partir de l’iodoanaline. L’étude du mécanisme suggère que l’iodure subit une attaque du coté le moins stériquement encombré de la lactame macrocyclique insaturée pour mener à l’obtention d’un intermédiaire iodonium. La cyclisation se produit ensuite par une route minimisant les interactions diaxiales et la tension allylique. L’iodolactamisation des différentes lactames macrocycliques insaturées a mené à l’obtention regio- et diastéréosélective d’acides aminés 5,5- et 6,6-iodobicycicliques. De plus, une imidate azabicyclo[4.3.1]alkane pontée de type anti-Bredt fut synthétisée à partir d’une lactame macrocyclique insaturé à neuf membres. Les analyses cristallographiques et spectroscopiques des macrocycles à 8, 9 et 10 membres, du composé iodobicyclique 5,5 ainsi que de l’imidate pontée, montrent bien le potentiel de ces dipeptides rigidifiés de servir en tant que mimes des résidus centraux de tours β de type I, II’, II et VI.

New grafted PLA-g-PEG polymeric nanoparticles used to improve bioavailability of oral drugs.

Les nanoparticules (NPs) de polymère ont montré des résultats prometteurs pour leur utilisation comme système de transport de médicaments pour une libération contrôlée du médicament, ainsi que pour du ciblage. La biodisponibilité des médicaments administrés oralement pourrait être limitée par un processus de sécrétion intestinale, qui pourrait par la suite être concilié par la glycoprotéine P (P-gp). La dispersion de la Famotidine (modèle de médicament) à l’intérieur des nanoparticules (NPs) pegylées a été évaluée afin d’augmenter la biodisponibilité avec du polyéthylène glycol (PEG), qui est connu comme un inhibiteur de P-gp. L’hypothèse de cette étude est que l’encapsulation de la Famotidine (un substrat de P-gp) à l’intérieur des NPs préparées à partir de PEG-g-PLA pourrait inhiber la fonction P-gp. La première partie de cette étude avait pour but de synthétiser quatre copolymères de PEG greffés sur un acide polylactide (PLA) et sur un squelette de polymère (PLA-g-PEG), avec des ratios de 1% et 5% (ratio molaire de PEG vs acide lactique monomère) de soit 750, soit 2000 Da de masse moléculaire. Ces polymères ont été employés afin de préparer des NPs chargés de Famotidine qui possède une faible perméabilité et une solubilité aqueuse relativement basse. Les NPs préparées ont été analysées pour leur principaux paramètres physicochimiques tels que la taille et la distribution de la taille, la charge de surface (Potentiel Zeta), la morphologie, l’efficacité d’encapsulation, le pourcentage résiduel en alcool polyvinylique (PVA) adsorbé à la surface des NPs, les propriétés thermiques, la structure cristalline et la libération du médicament. De même, les formules de NPs ont été testées in vitro sur des cellules CaCo-2 afin dʼévaluer la perméabilité bidirectionnelle de la Famotidine. Généralement, les NPs préparées à partir de polymères greffés PLA-g-5%PEG ont montré une augmentation de la perméabilité du médicament, ce par l’inhibition de l’efflux de P-gp de la Famotidine dans le modèle CaCo-2 in vitro. Les résultats ont montré une baisse significative de la sécrétion de la Famotidine de la membrane basolatéral à apical lorsque la Famotidine était encapsulée dans des NPs préparées à partir de greffes de 5% PEG de 750 ou 2000 Da, de même que pour d’autres combinaisons de mélanges physiques contenant du PEG5%. La deuxième partie de cette étude est à propos de ces NPs chargées qui démontrent des résultats prometteurs en termes de perméabilité et d’inhibition d’efflux de P-gp, et qui ont été choises pour développer une forme orale solide. La granulation sèche a été employée pour densifier les NPs, afin de développer des comprimés des deux formules sélectionnées de NPs. Les comprimés à base de NPs ont démontré un temps de désintégration rapide (moins d’une minute) et une libération similaire à la Famotidine trouvée sur le marché. Les résultats de l’étude du transport de comprimés à base de NPs étaient cohérents avec les résultats des formules de NPs en termes d’inhibition de P-gp, ce qui explique pourquoi le processus de fabrication du comprimé n’a pas eu d’effet sur les NPs. Mis ensemble, ces résultats montrent que l’encapsulation dans une NP de polymère pegylé pourrait être une stratégie prometteuse pour l’amélioration de la biodisponibilité des substrats de P-gp.

Study of Langmuir-Blodgett Films of Self-Assembled Diblock Copolymers

L'auto-assemblage des copolymères à bloc (CPBs) attire beaucoup d'intérêt grâce à leur capacité de générer spontanément des matériaux ordonnés avec des propriétés uniques. Les techniques Langmuir-Blodgett (LB) et Langmuir-Schaefer (LS) sont couramment utilisées pour produire des monocouches ou des films ultraminces à l'interface air/eau suivi de transfert aux substrats solides. Les films LB/LS de CPBs amphiphiles s'auto-assemblent dans des morphologies variables dépendamment de la composition du CPB ainsi que d'autres facteurs. Dans notre travail, nous avons étudié les films LB/LS de polystyrène-b-poly(4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) et leurs complexes supramoléculaires avec le naphtol (NOH), l'acide naphtoïque (NCOOH) et le 3-n-pentadécylphenol (PDP). La première partie de ce mémoire est consacré à l'investigation du PS-P4VP complexé avec le NOH et le NCOOH, en comparaison avec le PS-P4VP seul. Il a été démontré qu'un plateau dans l'isotherme de Langmuir, indicatif d'une transition de premier ordre, est absent à des concentrations élevées des solutions d'étalement des complexes. Cela a été corrélé avec l'absence de morphologie en nodules avec un ordre 2D hexagonal à basse pression de surface. L'ordre au-delà de la pression de cette transition, lorsque présente, change à un ordre 2D carré pour tout les systèmes. La deuxième partie du la mémoire considère à nouveau le système PS-P4VP/ PDP, pour lequel on a démontré antérieurement que la transition dans l'isotherme correspond a une transition 2D d'un ordre hexagonal à un ordre carré. Cela est confirmé par microscopie à force atomique, et, ensuite, on a procédé à une étude par ATR-IR des films LB pour mieux comprendre les changements au niveau moléculaire qui accompagnent cette transition. Il a été constaté que, contrairement à une étude antérieure dans la littérature sur un autre système, il n'y a aucun changement dans l'orientation des chaînes alkyles. Au lieu de cela, on a découvert que, aux pressions au-delà de celle de la transition, le groupe pyridine, qui est orienté à basse pression, devient isotrope et qu'il y a une augmentation des liaisons hydrogènes phénol-pyridine. Ces observations sont rationalisées par un collapse partiel à la pression de transition de la monocouche P4VP, qui à basse pression est ordonné au niveau moléculaire. Cette étude a mené à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui se produisent à l'interface air/eau, ce qui fournit une meilleure base pour la poursuite des applications possibles des films LB/LS dans les domaines de nanotechnologie.

Films minces de copolymères à blocs supramoléculaires et photosensibles

La technique de trempage («dip-coating») est un procédé rapide et efficace pour former des films minces de copolymères à blocs (CPB) d’épaisseur et de nano-morphologies variées. Très peu d’études ont toutefois porté sur le trempage des CPB supramoléculaires et/ou photosensibles. Le trempage du CPB poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) a premièrement été étudié avec des petites molécules (PM) d’acide 1-naphtoïque (NCOOH) et de 1-naphtol (NOH) capables de former des ponts hydrogène (ponts H) avec le bloc P4VP dans 4 solvants (tétrahydrofurane (THF), p-dioxane, toluène et chloroforme). Le ratio d’incorporation (RI) molaire PM/VP dans les films trempés augmente avec la vitesse de retrait mais sa variation dépend fortement du solvant et de la PM utilisés. Le RI et la morphologie des films minces dépendent de la possibilité (ou non) du solvant à former des ponts H avec la PM et de sa sélectivité au bloc de PS menant (ou non) à des micelles de P4VP/PM en solution dont la rigidité influence l’état cinétique du système en film mince. La dépendance en une courbe en V de l’épaisseur des films en fonction la vitesse de retrait définit deux régimes, nommés régimes capillaire et de drainage. Ces régimes influencent différemment le RI et la morphologie finale. Nous nous sommes ensuite intéressés aux complexes de PS-P4VP avec des azobenzènes (AB) photosensibles, le 4-hydroxy-4’-butyl-azobenzène (BHAB) et le 4-hydroxy-4’-cyano-azobenzène (CHAB). Ces AB peuvent non seulement former des ponts H avec le bloc P4VP mais aussi s'isomériser entre les formes trans et cis sous illumination. Les expériences avec PS-P4VP/BHAB dans le THF et le toluène ont révélé que l'irradiation pendant le trempage permet de provoquer une transition entre les morphologies sphérique et cylindrique à basses vitesses de retrait. Ces transitions sont expliquées par l’augmentation du ratio molaire BHAB/VP pris dans les films sous illumination et par le plus grand volume des isomères BHAB-cis par rapport aux BHAB-trans. L'irradiation permet également de moduler l'épaisseur des films sans égard à la présence des AB. Finalement, des solutions de PS-P4VP/CHAB et PS-P4VP/BHAB dans le THF avec un CPB de masse molaire plus élevée ont été étudiées afin de comprendre l’effet d'un temps de demi-vie plus court de l’AB et de la présence de micelles en solution. Le photocontrôle morphologique perd de son efficacité avec le CHAB car l’augmentation du RI de CHAB dans les films illuminés par rapport aux films non irradiés est moins prononcée que pour les complexes de BHAB. Le choix du PS-P4VP est également important puisque la présence de micelles dans les solutions de THF du PS-P4VP(36,5k-16k), même si elle n’influence pas les RI BHAB/VP, fige davantage la morphologie sphérique en solution par rapport à une solution non-micellaire de PS-P4VP(24k-9,5k), limitant les possibilités de transition morphologique.

Développement de nouveaux polymères amphiphiles comme floculants versatiles pour le traitement de l’eau issue de l’industrie pétrolière

Les polymères hydrosolubles sont utilisés dans diverses industries pour permettre la floculation, soit une séparation solide-liquide de particules présentes en suspension colloïdale. Afin de réduire les impacts environnementaux de l’exploitation des sables bitumineux en Alberta, l’industrie est à la recherche de nouveaux moyens et procédés pour traiter les résidus miniers permettant de séparer les matières solides et de récupérer l’eau. L’objectif des travaux présentés est d’améliorer la floculation, la densification et la déshydratation de ces résidus miniers aqueux par de nouveaux polymères synthétiques. Des homopolymères d’acrylamide de différentes masses molaires ont été synthétisés pour étudier l’influence de la masse molaire sur l’efficacité de floculation. Le taux initial de sédimentation (TIS) est le paramètre qui fut utilisé afin de comparer l’efficacité de floculation des différents polymères. Il a été possible de confirmer l’importance de la masse molaire sur l’efficacité de floculation et de déterminer une masse molaire minimale d’environ 6 MDa pour des polyacrylamides, afin d’obtenir l’efficacité de floculation maximale de suspensions colloïdales principalement composées de kaolin. Afin d’étudier l’effet des charges sur l’efficacité de floculation, des polymères anioniques et cationiques ont été synthétisés. Une série de copolymères d’acrylamide et d’acide acrylique ont été synthétisés comme polymères anioniques et deux séries de copolymères ont été synthétisés comme polymères cationiques, soit des copolymères d’acrylamide et de chlorure de diallyldiméthylammonium et des copolymères de 4-vinyl pyridine et de 1-méthyl-4-vinyl pyridinium. Il a été démontré que les charges anioniques des polymères avaient peu d’influence sur l’efficacité de floculation et que leur comportement en présence de sels était différent de ce que prévoyait la littérature. Il a aussi été démontré que les charges cationiques des polymères n’améliorent pas l’efficacité de floculation. Par la suite, des séries de copolymères amphiphiles, avec des monomères d’acrylamide, de N-alkylacrylamides et d’acrylonitrile, ont été synthétisés, pour étudier l’effet du caractère amphiphile sur la déshydratation des résidus miniers. Le pourcentage de déshydratation nette est le paramètre qui fut utilisé afin de comparer l’efficacité de déshydratation des différents polymères. Il a été possible de développer des copolymères amphiphiles qui améliorent l’efficacité de déshydratation par rapport à des homopolymères d’acrylamide. Il ne fut pas possible de déterminer une tendance entre la balance hydrophile/hydrophobe des copolymères amphiphiles et l’efficacité de déshydratation.

Fabrication and Characterization of Dye Sensitized Polymer Films for Holographic Applications

Holographic technology is at the dawn of quick evolution in various new areas including holographic data storage, holographic optical elements, artificial intelligence, optical interconnects, optical correlators, commerce, medical practice, holographic weapon sight, night vision goggles and games etc. One of the major obstacles for the success of holographic technology to a large extent is the lack of suitable recording medium. Compared with other holographic materials such as dichromated gelatin and silver halide emulsions, photopolymers have the great advantage of recording and reading holograms in real time and the spectral sensitivity could be easily shifted to the type of recording laser used by simply changing the sensitizing dye. Also these materials possess characteristics such as good light sensitivity, real time image development, large dynamic range, good optical properties, format flexibility, and low cost. This thesis describes the attempts made to fabricate highly economic photopolymer films for various holographic applications. In the present work, Poly (vinyl alcohol) (PVA) and poly (vinyl chloride) (PVC) are selected as the host polymer matrices and methylene blue (MB) is used as the photosensitizing dye. The films were fabricated using gravity settling method. No chemical treatment or pre/post exposures were applied to the films. As the outcome of the work, photopolymer films with more than 70% efficiency, a permanent recording material which required no fixing process, a reusable recording material etc. were fabricated.

Effect of Chromium Doping on the Diffraction Efficiency of Methylene Blue Sensitized PVA/Acrylamide Films

The effect of chromium doping on methylene blue sensitized Poly (vinyl alcohol)/Acrylamide was carried out by varying the ratios of Ammonium dichromate and methylene blue. In the case of films without ammonium dichromate, the diffraction efficiency was found to decrease on storage. On chromium doping the storage life was improved. Interestingly, a self-enhancement in efficiency was observed for a particular ratio of methylene blue and ammonium dichromate.

Studies on NBR/PVC Blends

Studies conducted on butadiene-acrylonitrile copolymer (NBR)/poly(vinyl chloride) (PVC) blends at different temperatures indicate that an optimum temperature exists for the formation of a particular blend. The mechanical properties of the blends confirm this observation. PVC stabilizer based on, magnesium oxide , zinc oxide, and stearic acid was found to be very useful in NBR/PVC blends.

Studies on Metallocene Polyolefin and Polyvinyl Chloride for Blood and Blood Component Storage Applications

Plasticized poly(vinyl chloride) (pPVC), although a major player in the medical field, is at present facing lot of criticism due to some of its limitations like the leaching out of the toxic plasticizer, di ethylhexyl phthalate (DEHP) to the medium and the emission of an environmental pollutant,dioxin gas,at the time of the post use disposal of PVC Products by incineration. Due to these reasons, efforts are on to reduce the use of pPVC considerably in the medical field and to find viable alternative materials. The present study has been undertaken in this context to find a suitable material for the manufacture of medical aids in place of pPVC. The main focus of this study has been to find out a non-DEHP material as plasticizer for pPVC and another suitable material for the complete repalcement of pPVC for blood/ blood component storage applications.Two approaches have been undertaken for this purpose-(1)the controversial plasticizer, DEHP has been partially replaced by polymeric plasticizers(2) an alternative material, namely, metallocene polyolefin (mPO) has been used and suitably modified to match the properties of flexible PVC used for blood and blood component storage applications.

A new metal ion doped panchromatic photopolymer for holographic applications

This thesis has discussed the development of a new metal ion doped panchromatic photopolymer for various holographic applications. High-quality panchromatic holographic recording material with high diffraction efficiency, high photosensitivity and high spatial resolution is one of the key factors for the successful recording of true colour holograms. The capability of the developed material for multicolour holography can be investigated.In the present work, multiplexing studies were carried out using He-Ne laser (632.8 nm). Multiplexing can be done using low wavelength lasers like Ar+ ion (488 nm) and frequency doubled Nd: YAG (532 nm) lasers, so as to increase the storage capacity. The photopolymer film studied had a thickness of only 130 Cm. Films with high thickness (~500 Cm) is highly essential for competitive holographic memories . Hence films with high thickness can be fabricated and efforts can be made to record more holograms or gratings in the material.In the present study, attempts were made to record data page in silver doped MBPVA/AA photopolymer film. Image of a checkerboard pattern was recorded in the film, which could be reconstructed with good image fidelity. Efforts can be made to determine the bit error rate (BER) which provides a quantitative measure of the image quality of the reconstructed image . Multiple holographic data pages can also be recorded in the material making use of different multiplexing techniques.Holographic optical elements (HOEs) are widely used in optical sensors, optical information processing, fibre optics, optical scanners and solar concentrators . The suitability of the developed film for recording holographic optical elements like lenses, beam splitters and filters can be studied.The suitability of a reflection hologram recorded in acrylamide based photopolymer for visual indication of environmental humidity is reported . Studies can be done to optimize the film composition for recording of reflection holograms.An improvement in the spatial resolution of PVA/acrylamide based photopolymer by using a low molecular-weight poly (vinyl alcohol) binder was recently reported . Effect of the molecular weight of the binder matrix on the holographic properties of the developed photopolymer system can be investigated.Incorporation of nanoparticles into photopolymer system is reported to enhance the resolution and improve the dimensional stability of the system . Hence efforts can be made to incorporate silver nanoparticles into the photopolymer and its influence on the holographic properties can be studied.This thesis was a small venture towards the realization of a big goal, a competent holographic recording material with excellent properties for practical holographic applications. As a result of the present research, we could successfully develop an efficient panchromatic photopolymer system and could demonstrate its suitability for recording transmission holograms and holographic data page. The developed photopolymer system is expected to have significant applications in the fields of true-color display holography, wavelength multiplexing holographic storage, and holographic optical elements. Highly concentrated and determined effort has yet to be put forth for this expectation to become a reality.

Studies on Heat Diffusion in Selected Conducting Polymers using Probe Beam Deflection and Photoacoustic Techniques

In the present study, radio frequency plasma polymerization technique is used to prepare thin films of polyaniline, polypyrrole, poly N-methyl pyrrole and polythiophene. The thermal characterization of these films is carried out using transverse probe beam deflection method. Electrical conductivity and band gaps are also determined. The effect of iodine doping on electrical conductivity and the rate of heat diffusion is explored.Bulk samples of poyaniline and polypyrrole in powder form are synthesized by chemical route. Open photoacoustic cell configuration is employed for the thermal characterization of these samples. The effect of acid doping on heat diffusion in these bulk samples of polyaniline is also investigated. The variation of electrical conductivity of doped polyaniline and polypyrrole with temperature is also studied for drawing conclusion on the nature of conduction in these samples. In order to improve the processability of polyaniline and polypyrrole, these polymers are incorporated into a host matrix of poly vinyl chloride. Measurements of thermal diffusivity and electrical conductivity of these samples are carried out to investigate the variation of these quantities as a function of the content of polyvinyl chloride.

Studies on PVC Blends with Special Reference to PVC/CR and PVC/LLDPE Blends

Department of Polymer Science and Rubber Technology, Cochin University of Science and Technology

Development of novel surface coatings based on acrylic copolymers

The present study describes the preparation of Vinyl acetate-Butyl acrylate copolymer lattices of varying compositions and solid contents by semicontinuous emulsion polymerization method. This copolymer lattices were used as binder to develop a new surface coating formulation. The properties of this surface coating were improved by using nano TiO2 colloidal sol as a pigment. Antimicrobial activity of surface coatings was improved by the addition of carboxymethyl chitosan as biocide. Uniformly dispersed tyre crumb was used to give a mat finish to the coating. The mechanical properties adhesive properties, thermal properties etc. of the coatings are presented in thesis.

Photonic applications of biomaterials with special reference to biopolymers and microbes

This thesis Entitled Photonic applications of biomaterials with special reference to biopolymers and microbes. A detailed investigation will be presented in the present thesis related to direct applications of biopolymers into some selected area of photonics and how the growth kinetics of an aerial bacterial colony on solid agar media was studied using laser induced fluorescence technique. This chapter is an overview of the spectrum of biomaterials and their application to Photonics. The chapter discusses a wide range of biomaterials based photonics applications like efficient harvesting of solar energy, lowthreshold lasing, high-density data storage, optical switching, filtering and template for nano s tructures. The most extensively investigated photonics application in biology is Laser induced fluorescence technique. The importance of fluorescence studies in different biological and related fields are also mentioned in this chapter.

Modification of Linear Low Density Polyethylene for Improved Photo and Biodegradation

LLDPE was blended with poly (vinyl alcohol) and mechanical, thermal, spectroscopic properties and biodegradability were investigated. The biodegradability of LLDPE/PVA blends has been studied in two environments, viz. (1) a culture medium containing Vibrio sp. and (2) a soil environment over a period of 15 weeks. Nanoanatase having photo catalytic activity was synthesized by hydrothermal method using titanium-iso-propoxide. The synthesized TiO2 was characterized by X-Ray diffraction (XRD), BET studies, FTIR studies and scanning electron microscopy (SEM). The crystallite size of titania was calculated to be ≈ 6nm from the XRD results and the surface area was found to be about 310m2/g by BET method. SEM shows that nanoanatase particles prepared by this method are spherical in shape. Linear low density polyethylene films containing polyvinyl alcohol and a pro-oxidant (TiO2 or cobalt stearate with or without vegetable oil) were prepared. The films were then subjected to natural weathering and UV exposure followed by biodegradation in culture medium as well as in soil environment. The degradation was monitored by mechanical property measurements, thermal studies, rate of weight loss, FTIR and SEM studies. Higher weight loss, texture change and greater increments in carbonyl index values were observed in samples containing cobalt stearate and vegetable oil. The present study demonstrates that the combination of LLDPE/PVA blends with (I) nanoanatase/vegetable oil and (ii) cobalt stearate/vegetable oil leads to extensive photodegradation. These samples show substantial degradation when subsequent exposure to Vibrio sp. is made. Thus a combined photodegradation and biodegradation process is a promising step towards obtaining a biodegradable grade of LLDPE.