Search

En chimie supramoléculaire, le tout est plus grand que la somme de ses parties : les caractéristiques d’un matériau ne sont pas toujours définies par les attributs de molécules isolées et émergent parfois seulement de leur collectivité. Les propriétés dépendent alors de l’organisation moléculaire et l’impossibilité de la prévoir est un obstacle majeur à notre habileté à concevoir des matériaux ayant des caractéristiques prédéfinies. Bien que différentes méthodes permettent de moduler l’organisation, leur portée est généralement limitée et les fragments employés sont souvent étrangers aux propriétés ultimement visées. Ainsi, les organisations favorables sont parfois atteintes aux dépens des propriétés moléculaires. Par conséquent, nous avons choisi d’étudier l’association moléculaire dans des familles de composés pertinentes en électronique organique et de nous pencher sur les façons dont les fragments moléculaires déterminant les propriétés intrinsèques attrayantes peuvent aussi être utilisés pour diriger l’association moléculaire. Nous avons aussi choisi de nous limiter à des composés structurellement apparentés et nous nous sommes concentrés sur des composés de forme quinonoïde qui combinent trois caractéristiques essentielles : (1) La présence d’un système-π étendu; (2) la capacité de s’engager dans diverses interactions intermoléculaires; et (3) un caractère électrodéficitaire favorisant des phénomènes de transfert de charge ou la participation à des réactions rédox. Une première partie de la thèse se concentre sur l’association des thiadiazoles aromatiques. Ces unités sont communes à plusieurs matériaux optoélectroniques et se sont révélées particulièrement efficaces lorsqu’intégrées aux cellules solaires organiques. Afin d’approfondir la pertinence de notre étude à cette technologie, nous avons aussi étudié la formation de co-cristaux entre des dérivés de thiadiazoles et des fullerènes, une autre classe de matériaux couramment intégrée à ce type de dispositif. Cette section est suivie d’un chapitre qui détaille une partie des efforts synthétiques déployés dans la préparation des thiadiazoles. La seconde partie de la thèse se tourne vers des dérivés de triptycène portant des unités quinone et hydroquinone et sur les façons dont leur association et leurs propriétés rédox peuvent être utilisées de concert à l’état solide., In supramolecular chemistry, the whole is greater than the sum of its parts: a material’s characteristics are not always defined by the attributes of isolated molecules and may only emerge from their collectivity. Properties then depend on molecular organization. The difficulty of predicting it from molecular identity alone prevents the design of materials with predefined properties. Few methods allow modulation of organization, and the necessary molecular fragments are often not relevant to the targeted properties. Therefore, useful organizations are often reached at the expense of molecular properties. For those reasons, we have chosen to examine molecular association in families of molecules relevant to organic electronic and to study how the molecular fragments defining the attractive properties can also be exploited to direct molecular association. We have chosen to focus on structurally related compounds that combine three essential characteristics: (1) the presence of an extended π system; (2) the ability to engage in various intermolecular interactions, and (3) an electron-poor nature that promotes either charge transfer or redox reactions. The first part of the thesis details the association of a series of aromatic thiadiazoles. These units are widely used in many optoelectronic materials and are particularly valuable as components of the active layers of organic solar cells. To ensure that our structural analyses are relevant to studies in which the typical components of molecular thin-film devices must be properly organized, we have also examined co-crystallizations of thiadiazole derivatives with the fullerenes C60 and C70, which define a class of compounds widely used as electron acceptors in solar cells. This section is followed by a chapter describing problems in synthesis encountered during the preparation of the thiadiazoles and our efforts to overcome them. The second part of the thesis turns to derivatives of triptycenes containing quinone and hydroquinone units and on how their association and their redox properties can be used in concert in the solid state.

Paracetamol is an analgesic among the most consumed in the world. Currents syntheses of paracetamol induce a quantity of salts and non-reusable by-products. These wastes lead to both a low atom economy and a high process cost due to the work-ups. The main objectives of this thesis were to propose eco-friendly and competitive synthesis of paracetamol. Two syntheses have been studied. The first one was the selective reduction of nitrobenzene to p-aminophenol, the key intermediate of paracetamol. This synthesis requires a large amount of sulphuric acid which is corrosive and induces salts formation. A reusable niobium oxide-based catalyst has been associated with sulphuric acid. This association gave better selectivities to aminophenol (82%) compare to sulphuric acid alone (74%). Moreover, the quantity of sulphuric acid has been minimized without significant loss of selectivities. The second synthesis study was the hydroquinone substitution to paracetamol with ammonium acetate in acid acetic. This new synthesis is very powerful due to the one-step synthesis of paracetamol from bulk quantity available products, with very good conversion and selectivity. Moreover, a large scale synthesis has been tested which demonstrates that paracetamol and acetic acid were easily recovered by precipitation and distillation, respectively. The reaction has been successfully extended to other polyhydroxybenzenes and naphtols, Le paracétamol est un analgésique parmi les plus consommés dans le monde. Les synthèses actuelles de cette molécule induisent la formation de quantités non-négligeables de sels ou de produits secondaires non valorisables. En plus d'induire de faibles économies d'atomes, la présence de ces déchets engendre des surcoûts importants pour la synthèse du paracétamol dus aux lourds traitements des réactions. Les objectifs de la thèse étaient à la fois de proposer une synthèse plus respectueuse de l'environnement mais également économiquement viable. En ce sens, deux synthèses du paracétamol ont été étudiées. La première synthèse étudiée concerne la réduction sélective du nitrobenzène en p-aminophénol, l'intermédiaire clé du paracétamol. Cette synthèse nécessite typiquement une quantité importante d'acide sulfurique qui est corrosif et engendre la formation de sels (sulfate d'ammonium) importante. Un catalyseur acide recyclable à base d'oxyde de niobium a été utilisé et associé à l'acide sulfurique. Ainsi les sélectivités en aminophénol de 74 % sans catalyseur de niobium ont été améliorées à 82 % en présence de ce catalyseur. En outre, la quantité d'acide sulfurique a été réduite au minimum sans pertes significatives de sélectivité. La deuxième synthèse est la substitution de l'hydroquinone par l'acétate d'ammonium en milieu acide acétique. Cette synthèse innovante s'est révélée être particulièrement performante car elle induit la formation du paracétamol en une étape en partant d'un produit disponible en grande quantité, avec de très bons rendements et sélectivités. De plus, un test à large échelle a permis de montrer que le paracétamol produit est facilement récupérable par précipitation et l'acide acétique récupérable par distillation. Enfin, la réaction a été testée avec succès à d'autres polyhydroxybenzènes et aux naphtols

Accès restreint aux membres de l'Université de Lorraine jusqu'au 2015-12-07; Phanerochaete chrysosporium is a model fungus well studied for its lignolytic properties towards wood compounds and various toxic aromatic derivatives such as polycyclic aromatic hydrocarbons. These degradation processes lead first to the formation of highly reactive and toxic compounds, which are then catabolized or excreted outside the cell. Genomic data allowed the identification of genes coding for superfamilies of enzymes putatively involved in these tolerance mechanisms. Among them, glutathione transferases are present in all kingdoms and constitute a multigenic superfamily of enzymes involved in cell protection and detoxification. However, although numerous studies have been performed on vertebrate enzymes, the role of these enzymes in the detoxication of toxic aromatic compounds is still unknown in basidiomycetes. The comparative analysis of GST sequences from various kingdoms of life reveals that fungal GSTs have evolved differently from their orthologs, in particular through the expansion of sub-classes poorly represented in vertebrates. Among them, GSTs with a catalytic cysteine represent 30% of this superfamily of enzymes in P. chrysosporium. Three Cys containing fungal isoforms have been characterized at the biochemical and structural levels, including an orthologue from lignolytic bacteria. All these enzymes are involved in deglutathionylation processes using a wide range of aromatic halogenated electrophilic compounds, including potentially toxic derivatives arising from the degradation of halogenated aromatic polymers. This GSTs family can be organized in various functional groups based on their substrate specificities, but still the catalytic process remains the same with the direct attack of the glutathionylated compound by the catalytic cysteine which is then reduced and regenerated. The comparative analysis of three isoforms revealed a new structural and functional class called glutathionyl hydroquinone reductase absent in vertebrates. These proteins exhibit a new mode of dimerization as well as the ability to deglutathionylate quinones. These results suggest that fungi have developed resistance mechanisms in response to environmental stresses, notably through the evolution of multigenic families such as catalytic cysteine bearing GSTs which are likely involved in the metabolism and tolerance towards a wide range of exogenous or endogenous compounds; Phanerochaete chrysosporium est un champignon modèle étudié en particulier pour ses capacités ligninolytiques et son aptitude à dégrader un grand nombre de polymères aromatiques toxiques dérivés notamment des hydrocarbures polycycliques. Durant ces processus de dégradation, une multitude de composés hautement réactifs et toxiques pour les cellules vont dans un premier temps être générés puis dégradés ou excrétés hors de la cellule. Le séquençage complet du génome de P. chrysosporium a permis d'identifier plusieurs superfamilles d'enzymes impliquées dans les mécanismes de tolérance à ces composés toxiques. Parmi elles, les glutathion transférases sont présentes au sein de tous les règnes du vivant et constituent une superfamille multigénique jouant un rôle dans la protection cellulaire, le métabolisme secondaire et la détoxication. Cependant, en dépit de nombreuses études réalisées en particulier chez les vertébrés, le rôle joué par ces enzymes dans la détoxication des dérivés aromatiques toxiques est encore inconnu chez les basidiomycètes. L'analyse comparative des séquences de GST présentes au sein des différents règnes du vivant révèle que les GST fongiques ont évolué différemment de leurs orthologues, notamment via l'extension de sous-classes très peu représentées chez les vertébrés. Parmi elles, les GST à cystéine catalytique représentent 30 % de cette superfamille d'enzymes chez P. chrysosporium. Trois isoformes fongiques ainsi qu'une protéine orthologue exprimée chez une bactérie lignivore ont été caractérisées in vitro tant au niveau biochimique que structural. Ces enzymes sont impliquées dans la déglutathionylation d'une grande variété de molécules électrophiles potentiellement toxiques et issues notamment de la dégradation de polymères aromatiques halogénés. La recherche de substrats a permis d'identifier plusieurs classes fonctionnelles, néanmoins l'activité des quatre isoformes s'effectue via l'attaque directe du conjugué glutathionylé par la cystéine catalytique, qui est dans un deuxième temps régénérée par un réducteur. L'analyse comparée prouve également l'existence d'une nouvelle classe structurale et fonctionnelle appelée glutathionyl hydroquinone réductase absente chez les vertébrés. Ces protéines présentent un mode de dimérisation original ainsi que la capacité tout à fait particulière de déglutathionyler les quinones. Ces résultats suggèrent que les champignons ont développé des mécanismes de résistance en réponse à des contraintes environnementales, notamment via l'évolution de familles multigéniques telles que les GST à cystéine catalytique qui sont impliquées dans le métabolisme et la tolérance vis-à-vis d'une grande variété de composés d'origine exogène ou endogène