Synthesis and properties of d6 metal complexes of bidentate and tridentate ‘super donor’ ligands

La polyvalence de la réaction de couplage-croisé C-N a été explorée pour la synthèse de deux nouvelles classes de ligands: (i) des ligands bidentates neutres de type N^N et (ii) des ligands tridentates neutres de type N^N^N. Ces classes de ligands contiennent des N-hétérocycles aromatiques saturés qui sont couplés avec hexahydropyrimidopyrimidine (hpp). Les ligands forment de cycles à six chaînons sur la coordination du centre Ru(II). Ce fait est avantageux pour améliorer les propriétés photophysiques des complexes de polypyridyl de Ru(II). Les complexes de Ru(II) avec des ligands bidentés ont des émissions qui dépendent de la basicité relative des N-hétérocycles. Bien que ces complexes sont électrochimiquement et photophysiquement attrayant, le problème de la stereopurité ne peut être évité. Une conception soigneuse du type de ligand nous permet de synthétiser un ligand bis-bidentate qui est utile pour surmonter le problème de stereopurité. En raison de la spécialité du ligand bis-bidentate, son complexe diruthénium(II,II) présente une grande diastéréosélectivité sans séparation chirale. Alors que l'unité de hpp agit comme un nucléophile dans le mécanisme de C-N réaction de couplage croisé, il peut également agir en tant que groupe partant, lorsqu'il est activé avec un complexe de monoruthenium. Les complexes achiraux de Ru(II) avec les ligands tridentés présentent des meilleures propriétés photophysiques en comparason avec les prototypes [Ru(tpy)2]2+ (tpy = 2,2′: 6′, 2′′-terpyridine). L’introduction de deux unités de hpp dans les ligands tridentates rend le complexe de Ru(II) en tant que ‘absorbeur noir’ et comme ‘NIR émetteur’ (NIR = de l’anglais, Near Infra-Red). Cet effet est une conséquence d'une meilleure géométrie de coordination octaédrique autour de l'ion Ru(II) et de la forte donation sigma des unités hpp. Les complexes du Re(I) avec des ligands tridentates présentent un comportement redox intéressant et ils émettent dans le bleu. L'oxydation quasi-réversible du métal est contrôlée par la donation sigma des fragments hpp, tandis que la réduction du ligand est régie par la nature électronique du motif N-hétérocycle central du ligand lui-même. Cette thèse presente également l'auto-assemblage des métal-chromophores comme ‘métallo-ligands’ pour former des espèces supramoléculaires discretes utilisant des complexes neutres. Les synthèses et propriétés des métaux-chromophores précités et les supramolécules sont discutées.

In conditions of limited chromophore supply rods entrap 11-cis-retinal leading to loss of cone function and cell death.

RPE65 is a retinoid isomerase required for the production of 11-cis-retinal, the chromophore of both cone and rod visual pigments. We recently established an R91W knock-in mouse strain as homologous animal model for patients afflicted by this mutation in RPE65. These mice have impaired vision and can only synthesize minute amounts of 11-cis-retinal. Here, we investigated the consequences of this chromophore insufficiency on cone function and pathophysiology. We found that the R91W mutation caused cone opsin mislocalization and progressive geographic cone atrophy. Remnant visual function was mostly mediated by rods. Ablation of rod opsin corrected the localization of cone opsin and improved cone retinal function. Thus, our analyses indicate that under conditions of limited chromophore supply rods and cones compete for 11-cis-retinal that derives from regeneration pathway(s) which are reliant on RPE65. Due to their higher number and the instability of cone opsin, rods are privileged under this condition while cones suffer chromophore deficiency and degenerate. These findings reinforce the notion that in patients any effective gene therapy with RPE65 needs to target the cone-rich macula directly to locally restore the cones' chromophore supply outside the reach of rods.

NMR chemical shifts of the rhodopsin chromophore in the dark state and in bathorhodopsin: a hybrid QM/MM molecular dynamics study.

We investigate nuclear magnetic resonance (NMR) parameters of the rhodopsin chromophore in the dark state of the protein and in the early photointermediate bathorhodopsin via first-principles molecular dynamics simulations and NMR chemical shift calculations in a hybrid quantum/classical (QM/MM) framework. NMR parameters are particularly sensitive to structural properties and to the chemical environment, which allows us to address different questions about the retinal chromophore in situ. Our calculations show that both the 13C and the 1H NMR chemical shifts are rather insensitive to the protonation state of Glu181, an ionizable amino acid side chain located in the vicinity of the isomerizing 11-cis bond. Thus, other techniques should be better suited to establish its protonation state. The calculated chemical shifts for bathorhodopsin further support our previously published theoretical structure, which is in very good agreement with more recent X-ray data.

Synechococcus sp. PCC 7002 CpcB lyase null mutations alter phycocyanin chromophore function and, consequently, affect the redistribution of excitation energy via the light state transition /

Phycobilisomes are the major light harvesting complexes for cyanobacteria and phycocyanin is the primary phycobiliprotein of the phycobilisome rod. The phycocyanobilin lyases responsible for chromophorylating the phycocyanin p subunit (CpcB) have been recently identified in the cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002. Surprisingly, mutants missing the CpcB lyases were nevertheless capable of producing pigmented phycocyanin. 10K absorbance measurements revealed that the energy states of the p phycocyanin chromophores were only subtly shifted; however, 77K steady state fluorescence emission spectroscopy showed excitation energy transfer involving the targeted chromophores to be highly disrupted. Such evidence suggests that phycobilin orientation within the binding domain is specifically modified. We hypothesized that alternate, less specific lyases are able to act on the p binding sites. A phycocyanin linker-polypeptide deficient mutant was similarly characterized. The light state transition, a short term adaptation of the photosynthetic light harvesting apparatus resulting in the redistribution of excitation energy among the photo systems, was shown to be dominated by the reallocation of phycocyanin-absorbed excitation energy. Treatment with a high M phosphate buffer effectively prevented the redistribution of both chlorophyll a- and phycobilisome- absorbed excitation energy, suggesting that the two effects are not strictly independent. The mutant strains required a larger redistribution of excitation energy between light states, perhaps to compensate for their loss in phycobilisome antenna function.

Polyoxométallates hybrides : vers des systèmes covalents photoactifs dans le visible

Réalisé en cotutelle, sous la direction du Pr. Bernold Hasenknopf, à l'Institut Parisien de Chimie Moléculaire, Université Pierre et Marie Curie (Paris VI, France) et dans le cadre de l'Ecole Doctorale "Physique et Chimie des Matériaux" - Spécialité Chimie Inorganique (ED397).

Évaluation de la densité osseuse péri acétabulaire après resurfaçage versus prothèse totale de la hanche métal-métal non cimentée

Ce mémoire présente l’évaluation du remodelage osseux autour des composantes acétabulaires non cimentées press-fit d’une arthroplastie de resurfaçage (RH) et d’une prothèse totale de hanche (PTH) après un minimum de 21 mois d’implantation. Nous avons mesuré par l’absorptiométrie à rayons X en double énergie (DEXA) la densité minérale osseuse (DMO) supra acétabulaire chez 60 patients (44 RH, 16 PTH). Aucune différence significative de la moyenne des DMO au niveau de la zone globale et de la zone centrale de l’acétabulum n’a été trouvée entre la hanche opérée et la hanche controlatérale, dans les deux groupes de traitement. Cependant, la DMO des zones corticospongieuses médiale et latérale est plus élevée du côté opéré par rapport au côté non opéré avec la cupule en chrome cobalt de la RH; (p=0,014 et 0,031 respectivement). Alors que pour la PTH avec une cupule en titane, la différence de la DMO au niveau de ces zones n’est pas significative; (p=0,130 et 0,733). Ces données semblent démontrer qu’avec des cupules plus rigides, il y a transfert des contraintes de charges vers la périphérie corticale. C’est la première étude à évaluer le remodelage osseux péri acétabulaire avec un RH. Cela montre que la DMO est relativement préservée et que le transfert des contraintes vers la périphérie peut être favorable au maintien de la stabilité de l’implant primaire et aux éventuelles révisions de la cupule press-fit du RH.

Évaluation de la toxicité du béryllium métal chez la souris

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Relargage d’ions métalliques après l’arthroplastie de la hanche à grand diamètre avec couple de frottement métal sur métal

La dégénérescence articulaire sévère de la hanche est une pathologie fréquente et son traitement ultime est le remplacement prothétique. L’arthroplastie la plus répandue au monde est la prothèse totale de hanche (PTH) avec un couple de frottement métal-sur-polyéthylène (MPE). Cependant ce type d’intervention présente une longévité limitée à cause de l’usure de PE et ne convient pas aux patients actifs souffrant de coxarthrose sévère tôt dans leur vie. Afin de palier à ce problème, une nouvelle génération de surfaces de frottement métal-sur-métal (MM) est actuellement employée. Ces surfaces de frottement sont utilisées en PTH avec tête de 28 mm, en resurfaçage (RH) et avec la PTH à tête de grand diamètre. Alors qu’il y a beaucoup d’évidence à l’égard du bon fonctionnement des implants PTH 28 mm et du RH, les données quant aux performances in vivo des PTH MM à grand diamètre manquent. Malgré cela, ces implants sont utilisés à grande échelle. Dans un premier temps, l’objectif de ce travail de recherche était d’évaluer l’effet et de comparer les taux d’ions chrome (Cr) et cobalt (Co) chez des sujets porteurs de PTH MM à grand diamètre à ceux de 64 porteurs de RH, tous deux possédant des surfaces de frottement aux propriétés tribologiques identiques. Dans un deuxième temps, nous avons comparé les taux ioniques (Cr, Co et titane (Ti)) entre quatre PTH MM à grand diamètre provenant de fabricants différents (Zimmer, DePuy, Smith & Nephew et Biomet). Les mesures d’ions étaient effectuées dans le sang entier dans un laboratoire indépendant par la technique de spectrophotométrie de masse à haute résolution HR-ICP-MS, pour l’ensemble de ce travail de recherche. Les deux comparaisons ont démontré le rôle crucial joué par la modularité au niveau de la jonction tête-col des PTH MM à grand diamètre. En effet, des écarts considérables dans les concentrations ioniques de Co ont été retrouvés entre les RH et PTH Durom ayant un couple de frottement identique, ainsi qu’entre les 4 différents designs de PTH MM à grand diamètre comparés entre eux. La PTH MM à grand diamètre Durom était la moins favorable alors que celle de Biomet était la plus performante. Nos observations démontrent que des sources inattendues comme la jonction tête-col de certains implants PTH MM à grand diamètre peuvent contribuer au relargage ionique systémique. Une meilleure compréhension de ce phénomène est indispensable avant l’utilisation clinque de nouveaux implants de ce type.

Ultrafast excited state dynamics controlling photochemical isomerization of N-methyl-4-[trans-2-(4-pyridyl)ethenyl]pyridinium coordinated to a {Re-1(CO)(3)(2,2 '-bipyridine)} chromophore

Two Multifunctional photoactive complexes [Re(Cl)(CO)(3)-(MeDpe(+))(2)](2+) and [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) (MeDpe(+) = N-methyl-4-[trans-2-(4-pyridyl)ethenyl]pyridinium, bpy = 2,2'-bipyridine) were synthesized. characterized. and their redox and photonic properties were investigated by cyclic voltammetry: ultraviolet-visible-infrared (UV/Vis/IR) spectroelectrochemistry, stationary UV/Vis and resonance Raman spectroscopy; photolysis; picosecond time-resolved absorption spectroscopy in the visible and infrared regions: and time-resolved resonance Raman spectroscopy. The first reduction step of either complex Occurs at about -1.1 V versus Fc/Fc(+) and is localized at MeDpe(+). Reduction alone does not induce a trans -> cis isomerization of MeDpe(+). [Re(Cl)(CO)(3)(MeDPe(+))(2)](2+) is photostable, while [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) and free MeDpe(+) isomerize under near-UV irradiation. The lowest excited state of [Re(Cl)(CO)(3)(MeDPe(+))(2)](2+) has been identified as the Re(Cl)(CO)(3) -> MeDpe(+) (MLCT)-M-3 (MLCT = metal-to-ligand charge transfer), decaying directly to the ground state with lifetimes of approximate to 42 (73%) and approximate to 430ps (27%). Optical excitation of [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) leads to population of Re(CO)(3) -> MeDpe(+) and Re(CO)(3) -> bpy (MLCT)-M-3 states, from which a MeDpe(+) localized intraligand 3 pi pi* excited state ((IL)-I-3) is populated with lifetimes of approximate to 0.6 and approximate to 10 ps, respectively. The 3IL state undergoes a approximate to 21 ps internal rotation, which eventually produces the cis isomer on a much longer timescale. The different excited-state behavior of the two complexes and the absence of thermodynamically favorable interligand electron transfer in excited [Re(MeDpe(+))(CO)(3)(bpy)](2+) reflect the fine energetic balance between excited states of different orbital origin, which can be tuned by subtle Structural variations. The complex [Re(MeDpe+)(CO)(3)(bpy)](2+) emerges as a prototypical, multifunctional species with complementary redox and photonic behavior.

Study of the nonlinear optical properties of a crosslinkable chromophore for use in guest host polymer films

A guest/host material system in which the guest molecule is a functionalized, optically nonlinear, chromophore is described. A verification of the crosslinking process, an assessment of the nonlinear properties of the chromophore, using Solvatochromic methods, and an investigation of the electric field induced molecular orientation using second-harmonic generation are included.