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Chirality plays a key role in life chemistry and most biomolecules such as sugars or proteins are chiral. More than half of the drugs used today are chiral themselves. Some of them have different activity depending on the enantiomer. Indeed, since the human body receptors are chiral, they interact differently with the two enantiomers of the drug. In addition to their chirality, the flexibility of molecules is a key element of the action of drugs, allowing them to optimize their interaction with the target. It is then important to probe both the chirality and the molecular flexibility. Gas phase studies at ISMO and SOLEIL rest on the use of a supersonic jet to study cold and isolated molecules and weakly bound complexes. We used mass and conformation-selective UV and IR spectroscopy at ISMO to obtain the vibrational spectrum of each isomer of each molecule of a mixture separately. The vibrational spectra assignment is achieved thanks to quantum chemical calculations. Thus, we studied chirality effects in the cyclic dipeptide cyclo Tyr-Phe diastereomers and in the diastereomeric dimers of cis-1-phenylcylohexane-1,2-diol. We also compared these gas phase studies with solid phase studies performed with vibrational circular dichroism (VCD) and/or with X-ray diffraction (XRD). Besides, at the SOLEIL synchrotron, we used the photoelectron circular dichroism (PECD) method, which allows discriminating enantiomers in the gas phase thanks to the forward/backward asymmetry in the angular distribution of the photoelectrons resulting from the ionisation by a circularly polarized light. We studied the influence of 1-indanol conformations and hydrogen bonding in 1-amino-2-indanol diastereomers on the PECD., La chiralité joue un rôle primordial dans la chimie du vivant, et la plupart des biomolécules comme les sucres ou les protéines sont chirales. Plus de la moitié des médicaments utilisés aujourd'hui sont eux-mêmes chiraux. Certains ont une activité différente selon l'énantiomère considéré. En effet, les récepteurs du corps humains étant chiraux, ils interagissent différemment avec les deux énantiomères du médicament. Outre leur chiralité, la flexibilité des molécules est un élément clé de l'action des médicaments, leur permettant d'optimiser leur interaction avec la cible. Il est donc important de sonder à la fois la chiralité et la flexibilité moléculaire. Les études en phase gazeuse à l'ISMO et à SOLEIL reposent sur l'utilisation d'un jet supersonique pour étudier des molécules froides et isolées et des complexes faiblement liés. Nous avons utilisé les méthodes de spectroscopie laser IR et UV sélectives en masse et en conformation à l'ISMO pour obtenir séparément le spectre vibrationnel de chaque isomère de chaque molécule d'un mélange. L'attribution des spectres vibrationnels est réalisée grâce à des calculs de chimie quantique. Nous avons ainsi étudié les effets de chiralité dans les diastéréoisomères du dipeptide cyclique cyclo Tyr-Phe et dans les dimères diastéréoisomères du cis-1-phénylcyclohexane-1,2-diol. Nous avons de plus comparé ces études en phase gaz à des études en phase solide, grâce au dichroïsme circulaire vibrationnel (VCD) et/ou à la diffractométrie de rayons X (DRX). Par ailleurs, au synchrotron SOLEIL, nous avons utilisé la méthode de dichroïsme circulaire de photoélectrons (PECD), permettant de distinguer des énantiomères en phase gazeuse grâce à l'asymétrie avant/arrière dans la distribution angulaire des photoélectrons résultant de l'ionisation par une lumière polarisée circulairement. Nous avons étudié l'influence des conformations du 1-indanol ainsi que l'influence de la liaison hydrogène dans les diastéréoisomères du 1-amino-2-indanol sur le PECD.

Within supramolecular chemistry, host-guest chemistry aims the development of hollow molecules able to encapsulate specifically smaller substrates. Applications are ranging from detection or trapping of molecules to catalysis in confined space. Cryptophanes are a family of cage-shaped molecules containing a hydrophobic cavity able to encapsulate several interesting substrates. Thus, they are studied for the formation of MRI-bioprobes, as they can encapsulate xenon as well as for the trapping of toxic heavy metal cations, which are complexed with huge affinity. The modulation of cryptophanes encapsulation properties is generally performed by changing their cavity size, but the introduction of heteroelements in their structure remains almost unstudied, as it requires some synthetic adaptations. The work carried out in this thesis focuses on the design of new nitrogen-containing cryptophanes called tri-azacryptophanes. The synthesis of two generations of tri-azacryptophanes containing aniline groups is reported, along with their properties of xenon recognition in organic medium. They encapsulate xenon with drastically different properties than their fully oxygenated analogs. Moreover, these properties vary under pH changes, thanks to the protonation of the aniline groups. Finally, the synthesis of an amphoteric tri-azacryptophane is reported. This compound shows first encouraging results for the encapsulation of xenon in water, which is an interesting step toward applications as an MRI-bioprobe, and the presence of nitrogen atoms seems also to increase the affinity for heavy metal cations in basic water., Au sein de la chimie supramoléculaire, la chimie hôte-invité vise le développement de molécules possédant une cavité et permettant l’encapsulation spécifique de certains substrats. Les champs d’applications concernent la détection ou le piégeage de molécules, voire la catalyse en milieu confiné. Les cryptophanes sont une famille de molécules-cages, contenant une cavité hydrophobe, qui peuvent encapsuler plusieurs substrats d’intérêt. Ils sont ainsi étudiés tant pour la formation de biosondes IRM, grâce à leurs propriétés d’encapsulation du xénon, que pour le piégeage de métaux lourds toxiques, qu’ils complexent avec une forte affinité. La modulation des propriétés d’encapsulation des cryptophanes se fait essentiellement en modifiant la taille de leur cavité, mais l’introduction d’hétéroéléments dans leur structure, qui nécessite quelques ajustements synthétiques, reste peu étudiée. Les travaux réalisés pour cette thèse traitent de la conception de nouveaux dérivés azotés nommés tri-azacryptophanes. La synthèse de deux générations de tri-azacryptophanes, possédant des groupements anilines est détaillée, ainsi que leurs propriétés de reconnaissance du xénon en milieu organique. Celles-ci sont drastiquement différentes de celles de leurs analogues oxygénés, et, de plus, varient en fonction du pH, lorsque les fonctions anilines se protonnent. Enfin, la synthèse d’un tri-azacryptophane amphotère est rapportée. Ce composé montre des premiers résultats encourageants pour l’encapsulation du xénon dans l’eau, ce qui constitue une étape importante vers une application comme biosonde, tandis que la présence d’atomes d’azote donneurs favorise nettement le piégeage de cations de métaux lourds par rapport aux analogues oxygénés.

Water plays a crucial role in all living cells and organisms, and efficient regulation of transmembrane water dynamic homeostasis is essential for most biological processes. Aquaporins, as naturally occurring proteins, are able to facilitate the transport of water across cell membranes with high permeability and exceptional selectivity. However, the structural complexity and poor stability of aquaporins in artificial media other than cellular membranes have prompted researchers to mimic aquaporins and develop artificial water channels combining high permeability and selectivity with chemical stability. In this thesis, we have designed and synthesized a series of small amphiphilic molecules with specific structures used to construct artificial water channels with hydrophilic cavities, urea scaffolding backbone and hydrophobic lateral chains in interaction with external membranes. Moreover, we focused on the water transport performances of artificial water channels in bilayer and polymeric membrane environments, and mainly obtained three parts of research results. This thesis hopes to tackle the above issues through developing new synthetic water channel to leverage their versatility, rich chemistry, tunable structures, and solution-processability.In Chapter I, we start with the historical development and significant advancements of current reported artificial water channels, and attempt to reveal important structural insights and supramolecular self-assembly principles governing the selective water transport mechanisms, toward innovative AWC-based biomimetic membranes for desalination. Furthermore, in Chapter II, we report octyl-ureido-polyols capable of self-assembly into hydrophilic hydroxy channels which adaptively transport water molecules or clusters depending on their concentration in lipid membranes. Afterwards, to get deeper insight into the differences of water-wires/water-clusters permeation approaches, we bring forward U-shaped diimidazole water channels constructed from pyridine bis(formamide-ethyl-imidazole) derivatives in which single-crystal structures reveal the two distinct transport behaviors of water, in Chapter III. In the final chapter, we investigate the structural determinants affecting the performance of I-quartet water channels in bilayer or polymeric membranes, and develop new concepts for desalination through bio-assisted AWC-membranes.This Ph.D. project introduces new synthetic water channels, and elaborate on the structure-performance analysis that can be used to rationalize artificial water channels design toward the fabrication highly permselective membranes for desalination., L'eau joue un rôle crucial dans toutes les cellules et organismes vivants, et la régulation efficace de l'homéostasie dynamique de l'eau transmembranaire est essentielle pour la plupart des processus biologiques. Les aquaporines, en tant que protéines naturelles, sont capables de faciliter le transport de l'eau à travers les membranes cellulaires avec une perméabilité élevée et une sélectivité exceptionnelle. Cependant, les aquaporines possèdent une structure complexe ainsi qu’une faible stabilité dans les milieux artificiels autres que les membranes cellulaires. Ceci a incité les chercheurs à imiter les aquaporines et à développer des canaux d'eau artificiels combinant une perméabilité et sélectivité élevées avec une stabilité chimique. Dans cette thèse, nous avons élaboré et synthétisé une série de petites molécules amphiphiles avec des structures spécifiques utilisées pour construire des canaux d'eau artificiels présentant des cavités hydrophiles, un squelette d'assemblage d'urée et des chaînes latérales hydrophobes en interaction avec des membranes externes. De plus, nous nous sommes concentrés sur les performances de transport d'eau à travers les canaux d'eau artificiels situés dans des membranes en bicouches et des membranes polymériques. Nous avons obtenu principalement trois parties de résultats de recherche. Cette thèse vise à résoudre les problèmes déjà mentionnés ci-dessus par le développement de nouveaux canaux d'eau synthétiques afin de bénéficier de leur polyvalence, richesse chimique, structure compatible et enfin leur facilité de mise en solution.Dans le chapitre I, nous citons tout ce qui est actuellement rapportés à propos du développement historique et les avancées significatives sur les canaux d'eau artificiels. Ensuite, nous essayons d’indiquer les éléments structurels et les principes d'auto-assemblage supramoléculaire régissant les mécanismes de transport sélectif de l'eau, conduisant à des membranes biomimétiques innovantes basées sur les AWC pour des applications dans le dessalement. En outre, dans le chapitre II, nous présentons des octyl-uréido-polyols capables de s'auto-assembler en canaux hydrophiles qui transportent de manière adaptative des molécules ou des clusters d'eau en fonction de leur concentration dans les membranes lipidiques. Ensuite, pour mieux comprendre les différences entre les approches de perméation des fils d'eau et des clusters d'eau, nous présentons dans le chapitre III des canaux d'eau diimidazole en forme de U synthétisés à partir de dérivés de pyridine bis(formamide-éthyl-imidazole) dont les structures monocristallines révèlent les deux comportements distincts correspondant au transport de l'eau. Dans le dernier chapitre, nous étudions les déterminants structurels affectant la performance des canaux d'eau I-quartet dans des membranes en bicouches et des membranes polymériques, et nous développons de nouveaux concepts de dessalement par le biais des membranes AWC bio-assistées.Ce projet de doctorat introduit de nouveaux canaux d'eau synthétiques et développe l'analyse structure-performance qui peut être utilisée pour rationaliser la conception de canaux d'eau artificiels en vue de la fabrication de membranes hautement permsélectives pour le dessalement.

The recognition of biomolecules in complex biological media is a challenge associated with various therapeutic applications. The chemist can address this issue following two approaches: either he designs him-self and synthesises its molecules or he selects a commercially available or natural molecule and directly uses it for its properties. Following the last strategy, dendrigraft of lysine (DGL) efficiently neutralised all classes of the anticoagulant heparin, with a superior effect compared to protamine, the only FDA-approved drug in case of heparin overdosage. A study by molecular dynamic revealed the mechanism of binding between heparins and DGL and protamine respectively. At the opposite of this approach, we used dynamic combinatorial chemistry in order to obtain disulfide bridged cyclophanes from the self-assembly of various 1,4-bisthiophenols by oxidation of thiols into disulfide bonds. By a combination of theoretical (DFT and molecular dynamic) and experimental studies, we investigated the driving forces and the influences of fundamental concepts such as solvation and steric effects for the self-assembly of these polythiols and the binding of the corresponding cavitands with therapeutic biomolecules, La reconnaissance de biomolécules dans des milieux biologiques complexes est un réel défi pour les chimistes et les biologistes, associé à des enjeux médicaux majeurs. Face à cette problématique, le chimiste peut choisir d’utiliser des molécules désignées par ses soins, ou encore de sélectionner et d’utiliser directement des structures commerciales ou naturelles. Suivant cette dernière approche, les dendrigrafts de lysines (DGL) ont montré une neutralisation des héparines de différentes tailles supérieures à l’action de la protamine, le seul médicament autorisé en cas de surdosage de l’anticoagulant. Une étude par dynamique moléculaire a permis de mettre en avant le mécanisme d’interaction entre les héparines d’une part, et les DGLs et la protamine d’autre part. Par ailleurs, suivant la première approche de design et synthèse, nous avons utilisé la chimie combinatoire dynamique pour obtenir des nouveaux récepteurs synthétiques à partir de brique moléculaires diverses de type 1,4-dithiphénols. Des études à la fois théorique, en DFT et dynamique moléculaire, et expérimentale, ont été menés pour comprendre les phénomènes régissant l’auto-assemblage de ces briques en oligomères cycliques et la complexation de ces cavitands avec des biomolécules d’intérêt

International audience; Depuis la fin des années soixante, la chimie supramoléculaire est devenue unebranche multidisciplinaire de la chimie couvrant de vastes domaines d'investigation avecdes connexions fortes avec la biologie ou la science des matériaux. Cet article présenteles interactions intermoléculaires non covalentes et leur mise en œuvre dans lephénomène de reconnaissance moléculaire. Loin d'être exhaustif, il cherche d'abord àillustrer au travers d'exemples représentatifs les principes et méthodes conduisant à descomplexes de type « hôte-invité », mettant en exergue le développement des récepteursmoléculaires synthétiques et leurs applications.

Wood decay fungi have complex detoxification systems that enable them to cope with secondary metabolites produced by plants.[br/] Although the number of genes encoding for glutathione transferases is especially expanded in lignolytic fungi, little is known about their target molecules. In this study, by combining biochemical, enzymatic and structural approaches, interactions between polyphenols and six glutathione transferases from the white-rot fungus Trametes versicolor have been demonstrated. Two isoforms, named TvGSTO3S and TvGSTO6S have been deeply studied at the structural level.[br/] Each isoform shows two distinct ligand-binding sites, a narrow L-site at the dimer interface and a peculiar deep hydrophobic H-site. In TvGSTO3S, the latter appears optimized for aromatic ligand binding such as hydroxybenzophenones.[br/] Affinity crystallography revealed that this H-site retains the flavonoid dihydrowogonin from a partially purified wild-cherry extract. Besides, TvGSTO6S binds two molecules of the flavonoid naringenin in the L-site.[br/] These data suggest that TvGSTO isoforms could interact with plant polyphenols released during wood degradation.

Some relevant wine small molecular components can be selectively recognized by foldamer capsules – artificial oligomeric compounds able to fold into well-defined objects possessing an inner cavity. In recent years, selective and high affinity receptors for fructose, tartaric acid and malic acid have been reported. Here, a new methodology, using solid phase synthetic techniques, for the preparation of a gluconic acid receptor will be discussed. To transform these receptors into sensors, a fluorescent moiety has been incorporated in the binding site. A proof of concept has been achieved using a fluorescence titration of tartaric acid. Indeed, when the guest is encapsulated, a modification of the fluorescence emission is observed. Finally, these fluorescent receptors have been anchored to silica surfaces and pave the way to the development of mobile detection devices. Such sensors could be useful to the wine industry to ensure proper control of biological processes for example during fermentation., Les foldamères – structures oligomériques artificielles adoptant une forme repliée définie – permettent la conception de récepteurs moléculaires de type capsule capables de reconnaitre sélectivement certains analytes pertinents du vin. En particulier, des récepteurs sélectifs et affins du fructose, de l’acide tartrique et de l’acide malique ont été identifiés au cours de ces dernières années. Le développement d’une méthodologie de synthèse sur support solide d’un récepteur moléculaire de l’acide gluconique sera abordé dans ce manuscrit. Cette thèse montre également comment certains de ces récepteurs peuvent être convertis en détecteurs capables d’émettre un signal en présence de l’analyte. La démarche est centrée sur l’incorporation d’un fluorophore au sein du site de reconnaissance. Une preuve de concept a ainsi été effectuée avec le dosage par fluorescence de l’acide tartrique. Enfin, le greffage de ce détecteur moléculaire à la surface de particules de silice a été réalisé et ouvre la voie au développement de dispositifs portables pour le dosage des analytes reconnus. De tels détecteurs sont requis par l’industrie du vin afin d’assurer le contrôle des processus biologiques, en particulier durant la fermentation.

In the wide area of host-guest chemistry, hemicryptophanes, a type of molecular cages combining a cyclotriveratrylene (CTV) unit with another different C3 symmetrical moiety, have received increasing attention. In a first part of this work, the advances in hemicryptophane chemistry have been thoroughly reviewed and the objectives of the thesis have been postulated. Our work mainly concerns the targeted molecular recognition by rational design of hemicryptophanes. Various hemicryptophane structures have been designed as fluorescent sensors for choline phosphate, or for ion-pairs recognition. Original heteroditopic hemicryptophanes bearing tris(2-pyridylmethyl)amine (TPA) units have been synthesized that present a great interest for further applications in molecular recognition. We investigated the stereoselective recognition of carbohydrates using enantiopure hemicryptophanes combining three classes of chirality on seven stereogenic units. At last, we described the breathing motion of a series of enantiopure cages, complementing the rare application of hemicryptophanes as molecular machines.Hemicryptophane vanadium(V) complexes, have been developed as efficient supramolecular catalysts for sulfoxidation and for the catalytic lignin oxidation. Azaphosphatrane-functionalized hemicryptophanes were developed as hydrogen-bonding organocatalysts for the ring-opening polymerization of lactide. Finally, my attention has opened to a more prospective view focusing on cages constructed by self-assembly, and we have demonstrated the feasibility of introducing azaphosphatrane moieties into tetrahedron capsules using subcomponent self-assembly, and also proved for the first time the utility of azaphosphatranes as anion binding moieties.; Les hémicryptophanes, molécules constituées d’une unité cyclotriveratrylène (CTV) reliée à un autre groupement de symétrie C3, sont des molécules cages qui trouvent de nombreuses applications dans le domaine de la chimie hôte-invité. Dans une première partie, ce manuscrit présente une revue des développements récents de la chimie des hémicryptophanes et définit les objectifs de ce travail de thèse.Nos travaux concernent principalement le design d'hémicryptophanes spécifiquement conçus pour la reconnaissance moléculaire de substrats d'intérêt. Ainsi, des structures variées d'hémicryptophanes ont été conçues comme capteur fluorescent du phosphate de choline, ou pour la reconnaissance de paire d'ions. Des hémicryptophanes hétéroditopiques originaux portant des unités tris(2-pyridylmethyl)amine (TPA) ont été synthétisés et présentent un grand intérêt pour des applications ultérieures en reconnaissance. Nous avons étudié la reconnaissance stéréosélective de saccharides avec des hémicryptophanes énantiopurs qui associent trois types de chiralité sur sept centres stéréogènes. Enfin, nous décrivons le mouvement de "respiration" moléculaire de cages énantiopures, enrichissant ainsi les rares applications des hémicryptophanes comme machines moléculaires.Des complexes du vanadium(V) des hémicryptophanes ont été développés comme catalyseurs efficaces dans des réactions de sulfoxydation et pour l'oxydation catalytique de lignines. Des dérivés azaphosphatrane d’hémicryptohanes ont été développés comme organocatalyseurs de la réaction de polymérisation par ouverture du lactide. La dernière partie de ce manuscript est consacrée à des développements nouveaux dans le domaine de la formation de cages par auto-assemblage. Nous avons réussi à former par coordination des tétraèdres dont les quatre faces comportent une sous-unité azaphosphatrane. Nous montrons pour la première fois que dans ce type de cage l’unité azaphosphatrane joue un rôle prépondérant dans la complexation d’anions.

RNA molecules play a major role in various biochemical processes and they are now considered as an important drug target. However, our limited understanding of the interactions occurring between small molecules and RNA complicate the search for new ligands (or drugs) with improved specific interaction and binding to elaborated RNA structures. In the absence of any rational approach, a screening strategy could shed light on the ligand/RNA interactions. In this thesis, we describe a simple electrochemical approach allowing for high-throughput detection and quantification of small molecule/RNA interactions. The principle of the method relies on the difference of diffusion rates between a redoxmolecular probe free or bound to its RNA target and thus to the ability to more easily electrochemically detect the forme rover the latter in a homogenous solution. This electrochemical detection strategy has the advantages of being affordable,fast, easy to use, sensitive and well-adapted to a high-throughput screening strategy in small volume samples. This methodology was used to characterize the binding of an aminoglycoside analog bearing a ferocenyl group to the ribosomal RNA fragment (rRNA 16S23). Furthermore, competitive binding of unlabelled aminoglycosides on theRNA/electrochemical probe complex allowed us to evaluate their dissociation constants (KD). These competitive experiments could further be generalized to measure KD values for libraries of molecules, which could help to find better RNA ligands.; Etant donné leur implication dans de nombreux processus biochimiques, les ARN sont maintenant considérés comme des cibles thérapeutiques très prometteuses. Cependant, nos connaissances limitées concernant les phénomènes d'interaction entre les ARN et de petites molécules, compliquent l'élaboration de nouveaux ligands (ou médicaments), capables de reconnaître sélectivement une structure complexe d'ARN. En absence de toute approche rationnelle, une stratégie de criblage pourrait permettre de mieux comprendre ces phénomènes de reconnaissance. Cette thèse porte sur la mise au point d'une méthode électrochimique, simple, adaptée pour du criblage haut-débit et permettant de détecter et de quantifier les interactions ARN/ligands. Le principe de la méthode repose sur la différence de coefficient de diffusion qui existe entre la forme libre d'un ligand possédant des propriétés redox et sa forme complexée à l'ARN. Cette stratégie de détection par voie électrochimique présente comme avantages d'être peu coûteuse, rapide, simple d'utilisation, adaptée pour du criblage haut-débit de molécules et utilisable dans de faibles volumes. Cette méthodologie a été utilisée pour caractériser la formation d'un complexe entre un analogue d'aminoglycoside porteur d'un groupe ferocene et une séquence d'ARNr 16S23. De plus, des expériences de compétition entre le complexe ARN/ligand redox et des aminoglycosides non modifiées permettent d'étendre la méthode à la détermination de constantes de dissociation (KD) pour des molécules non marquées en phase homogène. Ces expériences de compétition pourront être généralisées pour mesurer le KD de librairies de molécules, permettant ainsi de trouver de meilleurs ligands d'ARN.

The directional motion orchestration of supramolecular architectures is crucial for the construction of artificial molecular machines. Aromatic amide oligomers (i.e. foldamers) can adopt stable helical conformations able to wind around dumbbell-like guests to form (pseudo)-rotaxanes. A fine control of the association-dissociation kinetics allows the oligomers to slide along the rods without dissociation. In this thesis, based on the segregation of the kinetics of association-dissociation and sliding, helical oligomer motions were orchestrated to form complex self-assemblies and to perform directional motion. NMR and crystallographic studies showed that multistation rod guests can template the formation of well-defined multi-helical supramolecular polymers with high fidelity. Each station possessing a defined length and chirality can induce the complexation of oligomers presenting matching length and chirality. Directional sliding of a double helical oligomer along linear multistation rod guests was investigated. Placing a bulky spacer on the rod prohibits the sliding process, forcing the oligomer to dissociate and reassociate onto the thermodynamically favored station. An asymmetrical oligomer was prepared showing highly selective binding toward asymmetrical rod guests. The threading of this oligomer onto linear asymmetrical guests was investigated. Kinetic data indicated that the threading orientation of this asymmetrical oligomer was polarized by its passage along guest molecules., L’orchestration des mouvements directionnels d’architectures supramoléculaires s’avère cruciale pour la préparation de machines moléculaires artificielles. Les oligomères d’amides aromatiques (i.e. foldamères) peuvent adopter des conformations stables capables de se complexer à des tiges moléculaires pour former des (pseudo)-rotaxanes. Un contrôle fin des cinétiques d’association et de dissociation de l’hélice autour de la tige permet à l’oligomère hélicoïdal de glisser le long de celle-ci sans dissociation. Des études RMN et cristallographiques ont montré que des tiges moléculaires possédant plusieurs sites de reconnaissance pour des hélices permettaient l’élaboration d’architectures supramoléculaires hélicoïdales chirales avec une haute-fidélité. Chaque station possédant une longueur et une chiralité définie peut induire la complexation de foldamères de taille et d’hélicité concordante. Le glissement directionnel d’une double hélice le long d’une tige possédant plusieurs stations a également été investigué. Insérer un espaceur encombrant (i.e. plus large que la cavité de l’hélice) sur le chemin du foldamère le force à se déplier et se replier pour atteindre le site le plus favorable thermodynamiquement. Un oligomère asymétrique montrant de hautes affinités et de fortes sélectivités pour des tiges asymétriques a été préparé. L’enfilement de cet oligomère sur des tiges asymétriques a été étudié. Des données cinétiques (RMN) indiquent que l’enfilement de celui-ci s’effectue de façon polarisée en fonction de la nature de la tige.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de la chimie supramoléculaire, domaine qui traite des systèmes comportant deux ou plusieurs entités moléculaires, organisées et maintenues ensemble par des interactions intermoléculaires non covalentes. Ces interactions sont très répandues dans les systèmes naturels et de nombreux récepteurs moléculaires synthétiques ont été développés afin d’améliorer la compréhension des différents processus de reconnaissance hôte-invité. Parmi ces récepteurs, les calix[6]arènes sont des candidats de choix car ils possèdent une cavité hydrophobe idéale pour l’inclusion de petites molécules organiques. De plus, de nombreuses méthodes de synthèse ont été mises au point pour les modifier chimiquement. Un certain nombre de travaux publiés dans la littérature ont porté sur la synthèse de récepteurs multitopiques à base de deux sous-unités calixaréniques reliées entre elles :les bis-calixarènes. L’objectif consiste à obtenir des tubes possédant des propriétés de complexation inédites. Parmi les composés préalablement étudiés au sein du Laboratoire de Chimie Organique, le bis-calix[6]tris-amide est le premier exemple de récepteur multitopique, car il permet l’inclusion d'un ammonium et de son contre-ion selon un processus de reconnaissance de paires d'ions associés, mais également l'inclusion d'un second ammonium pour obtenir des complexes cascade, dans un solvant apolaire (CDCl3). Cependant, ces propriétés de reconnaissance sont particulièrement limitées dans un solvant protique (CD3OD), restreignant de ce fait leur applicabilité.L’objectif de nos travaux a été de synthétiser et d’étudier les propriétés hôte-invité de nouveaux dérivés bis-calix[6]aréniques, modifiés à diverses positions, afin de moduler et renforcer les propriétés de reconnaissance, notamment en milieu protique. Pour ce faire, cinq nouveaux récepteurs ont été développés. Tout d’abord, le remplacement des trois liens amide par trois liens urée ou thiourée a permis d'améliorer la reconnaissance d’une grande variété de paires et triades d’ions organiques, grâce à un remarquable phénomène d’adaptation induite et avec une sélectivité importante pour les ammoniums linéaires associés à un anion dichargé. Les processus de complexation sont hautement coopératifs et sont en grande partie dirigés par l’interaction ionique. L'étude approfondie de ces récepteurs a permis de mieux comprendre le mode d'insertion des ammoniums qui s’insèrent très probablement dans les cavités en passant par les petits cols calixaréniques, le méthyle terminal en premier. Ces deux récepteurs sont également aptes à complexer des ammoniums quaternaires fonctionnalisés et des zwittérions de type bétaïne :l’ammonium est alors reconnu au sein d’une des deux cavités aromatiques tandis que le second groupe fonctionnel interagit avec le site tris-(thio)urée. La reconnaissance sélective de lipides de type phosphatidylcholine a également été mise en évidence. Il est très intéressant de noter que ces récepteurs constituent un très bel exemple de biomimétisme, avec un mode de reconnaissance très proche de celui des transporteurs naturels de ces molécules. D’autre part, le bis-calix[6]tris-thiourée peut également servir de détecteur capable de discriminer divers anions en présence d'un petit ammonium primaire dans le chloroforme.En présence de deux sites tris-urée sur chaque bras reliant les deux sous-unités calixaréniques, la formation de complexe quaternaire avec des bis-anions de type disulfate ou dicarboxylate a été observée tandis qu’en supprimant les groupes méthyle des petits cols calixaréniques via une réaction de déméthylation sélective, le bis-calixarène hexa-déméthylé possède une meilleure affinité pour les triades d’ions d’ammoniums secondaires et quaternaires, grâce à la plus grande flexibilité de ce récepteur par rapport à son équivalent hexa-méthylé. Enfin, l’introduction de bras fonctionnalisé sur le bis-calix[6]arène tris-urée a permis de former sélectivement des complexes quaternaires de type [1+1+1+1] en incluant deux ammoniums différents., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/nonPublished

Can computational binding site similarity tools verify the hypothesis: “Biosynthetic moldings give potent biological activities to natural products”? To answer this question, we designed a tool modeling binding site properties according to solvent exposure. The method showed interesting characteristics but suffers from sensitivity to atomic coordinates. However, existing methods have delivered evidence that the hypothesis was valid for the flavonoid chemical class. In order to extend the study, we designed an automated pipeline capable of searching natural products biosynthetic enzyme structures embedding ligandable catalytic sites. We collected structures of 117 biosynthetic enzymes. Finally, according to structural investigations of biosynthetic enzymes, we characterized diverse substrate-enzyme binding-modes, suggesting that natural product biological imprints usually do not agree with the “key-lock” model.; La comparaison de site peut-elle vérifier l’hypothèse: «Les origines biosynthétiques des produits naturels leurs confèrent des activités biologiques»? Pour répondre à cette question, nous avons développé un outil modélisant les propriétés accessibles au solvant des sites de liaison. La méthode a montré des aspects intéressants, mais elle souffre d’une sensibilité aux coordonnées atomiques. Cependant, des méthodes existantes nous ont permis de prouver que l’hypothèse est valide pour la famille des flavonoïdes. Afin d’étendre l’étude, nous avons développé un procédé automatique capable de rechercher des structures d’enzymes de biosynthèse de produits naturels disposant de sites actifs capables de lier une molécule de petite taille. Nous avons trouvé les structures de 117 enzymes.Les structures nous ont permis de caractériser divers modes de liaison substrat-enzyme, nous indiquant l’empreinte biologique des produits naturels ne correspond pas toujours au modèle « clé- serrure ».

The utilization of carbon dioxide (CO2) as a key component in organic transformations has recently drawn much attention as a greener alternative to fossil fuel based resources. The objectives of this work aim at studying the synthesis of cyclic carbonates from the coupling of CO2 with epoxide. Numerous catalysts have been proposed for this reaction among which the ammonium halides providing the nucleophile to initiate the reaction by opening the epoxide. Herein, we propose a new approach based on host-guest chemistry, to improve catalytic reactivity by increasing the nucleophilicity of the halide anion. For this purpose, cavitand molecular receptors able to bind quaternary ammonium ions are used, releasing the anionic nucleophile for the initial epoxide ring-opening reaction. At CO2 atmospheric pressure, our catalytic systems demonstrated a great potential by the dramatic activation of tetramethylammonium halides, whereas when used alone, these catalysts had never shown any activity. The influence of the cavitand structure was investigated through experiments run under 10 bar of CO2 pressure, and revealed that a double activation was possible with cavitand bearing Brönsted acidic hydroxyl functions and optimal recognition properties. The heterogeneization of such catalytic systems was finally studied with the grafting of either ammoniums or cavitands on silica based materials.; Le développement de procédés catalytiques pour la valorisation chimique du dioxyde de carbone (CO2), suscite un intérêt grandissant en termes de chimie du carbone et de développement durable. Les travaux de cette thèse portent sur l’étude de la synthèse de carbonates cycliques à partir du couplage du CO2 avec des époxydes. De nombreux catalyseurs ont été développés dont les sels d’ammoniums fournissant le nucléophile nécessaire pour initier la réaction par ouverture de l’époxyde. Notre projet propose une nouvelle approche qui consiste à augmenter la nucléophilicité du catalyseur via une chimie hôte-invité dans laquelle des récepteurs moléculaires de type cavitands viennent sélectivement encapsuler les cations ammoniums, libérant ainsi l’anion nucléophile pour une meilleure réactivité. Notre système catalytique, testé à 1 bar de CO2, a notamment démontré tout son potentiel par l’activation accrue de sels de tétraméthylammonium initialement inactifs. Des expériences effectuées sous une pression de CO2 de 10 bar, ont permis d'étudier l’influence de la structure des cavitands et de montrer qu’une double activation était possible grâce à la conception de cavitands comportant des fonctions acides de Brönsted et des propriétés d’encapsulation optimales. Une application à la catalyse hétérogène a finalement été initiée par l’immobilisation des ammoniums ou des cavitands sur des supports à base de silice pour profiter des avantages de tels procédés.

Multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) base sensitive layers have been deposited onto different transducer substrates for gas sensing application. Oxygen plasma treated MWCNTs, so-called O-MWCNTs, have been a building blockfor developing other gas sensitive nanomaterials. At first, OMWCNTs have been studied as resistive gas sensors. Volatile organic compounds (VOCs) such as benzene, toluene, ethanol, methanol and acetone have been used to characterize this sensitive layer. The sensors show good sensitivity and excellent baseline recovery in the presence of benzene or toluene vapors compared to the others tested VOCs. OMWCNTs have been studied as adsorbent nanomaterials deposited on PZT piezoelectric resonant cantilevers fabricated by multilayer screen-printing. In the second step, a modification of the rectangular top electrode to become an interdigitated electrode was implemented in order to have a sensor transducer employing two transduction mechanisms. This configuration allowed us to measure, for a single device, the resistance change of the carbon nanotube film and the resonance frequency shift of the PZT cantilever up on exposure to VOCs. The sensing properties of such systems have been studied for benzene, CO, and NO2 contaminants. Positive and negative shifts of the resonance frequency are observed at lowand high gas concentrations, respectively. These are attributed to stress or to mass effects becoming dominant at low or high gas concentration levels. Monitoring the resistance of the p type O-MWCNT film helps discriminating gases/ vapours according to their oxidizing or reducing character. The interest of the double transduction has been demonstrated in the detection of CO. Finally, in front of the difficulty to detect benzene at low concentrations, a different approach based on the host-guest molecular recognition is proposed. To promote specific interaction toward benzene, quinoxaline-walled thioether-legged deep cavit and functionalized MWCNTs are used. The detection of 2.5 ppb of benzene in dry air is demonstrated with a limit of detection (LOD) near 600 ppt.These remarkable results show the potentiality of functionalized carbon nanotubes in aromatic vapor sensing at traces level., Ce travail de thèse porte sur l’optimisation des propriétés de nanotubes de carbone pour la détection de gaz.Pour cette application, les nanotubes de carbone ont été déposés sur deux types de transducteur sérigraphiés, résistif et résonant. Les nanotubes de carbone à multi-parois traités par plasma d’oxygène (O-MWCNTs) ont été le point de départ de ces travaux. Les performances de ces nanomatériaux déposés par air-brushing sur le transducteur de type résistif comportant deux électrodes de platine interdigitées préalablement déposées sur un substrat d’alumine ont été étudiées en présence de composés organiques volatils (COVs). Par comparaison aux réponses obtenues sous éthanol et acétone,une meilleure sensibilité et un meilleur temps de recouvrement ont été observés en présence de benzène et de toluène. Les nanotubes de carbone O-MWCNTs ont été ensuite déposés sur une micropoutre piézoélectrique sérigraphiée. Cette dernière, à base de PZT placé entre 2 électrodes, permet simultanément l’actionnement et la mesure de sa fréquence de résonance. De plus, le remplacement de l’électrode supérieure de géométrie rectangulaire par deux électrodes interdigitées a permis la mesure simultanée de la résistance des nanotubes de carbone et de la fréquence de résonance. Grâce à cette nouvelle génération de transducteur, la variation de résistance de la couche de nanotubes de carbone et la variation de masse ont pu être mesurés en présence de COVs mais aussi de monoxyde de carbone et de dioxyde d’azote. Sous forte concentration de vapeurs/gaz, la prise de masse de la couche sensible entraîne des variations de fréquence négatives. En revanche, à plus faible concentration, des variations de fréquence positives ont été observées. Ce phénomène est attribué à une modification de la rigidité de la poutre résonante suite à l’adsorption sur la poutre de l’espèce à détecter enfaible quantité. La mesure simultanée de la résistance des OMWCNTs de type-p a de plus permis la discrimination du caractère oxydant ou réducteur des gaz/vapeurs. Finalement,face à la difficulté de détecter le benzène à faible concentration, une approche basée sur la reconnaissance moléculaire « host-guest » a été proposée. Afin de promouvoir des interactions spécifiques avec le benzène, les MWCNTs ont été fonctionnalisés avec une molécule de type quinoxaléine en conformation de cavité. Ainsi, la mesure de la résistance de ce nanomatériau hybride a permis la détection de 2,5 ppb de benzène sous air sec avec une limite de détection (LOD) proche de 600 ppt. Ces résultats remarquables démontrent les potentialités des nanotubes de carbone fonctionnalisés pour la détection de faibles traces de composés aromatiques.

La chimie supramoléculaire est un domaine qui porte sur l’étude des interactionsfaibles entre molécules. Ces interactions sont très répandues dans les systèmes naturels et denombreux récepteurs moléculaires synthétiques ont été développés, soit pour un apportthéorique à la compréhension de ces processus de reconnaissance, soit pour d’éventuellesapplications en biologie ou en chimie analytique par exemple.Les calix[6]arènes sont des composés intéressants pour la reconnaissance moléculaire.Ils possèdent une cavité idéale pour l’inclusion de petites molécules et peuvent être modifiéspar l’ajout de divers motifs de reconnaissance. Le premier calix[6]crypturée préalablementétudié au sein du Laboratoire de Chimie Organique est un récepteur dont la cavité aromatiqueest juxtaposée à un motif de reconnaissance pour anions. Ce dernier est composé d’unchapeau à base de tren (tris(2-aminoéthyl)amine) portant trois groupes urée. Ce récepteurpossède notamment une forte sélectivité pour le chlorure et une forte affinité pour les pairesd’ions organiques de type chlorure d’ammonium, dans un solvant apolaire (CDCl3).Cependant, ces propriétés de reconnaissance sont beaucoup plus limitées dans un solvantprotique (CD3OD), ce qui restreint les éventuelles applications. L’objectif de ces travaux a étéde synthétiser de nouveaux dérivés avec une modification autour du site tris-urée pourrenforcer les propriétés de reconnaissance, notamment en milieu protique.La première stratégie a consisté à agrandir le chapeau cryptant reliant les trois groupesurée. Trois modes différents de complexation d’ammonium intra-cavitaire ont été mis enévidence dans un solvant apolaire, dont deux sont remarquables. Avec un anion peucoordinant (le picrate), le récepteur protoné inclut l’ammonium selon un processusallostérique pour donner un complexe dicationique. Avec la protonation du récepteur et unanion dichargé (SO42-), l’inclusion de l’ammonium constitue un complexe cascade, stable enmilieu protique.La deuxième stratégie a consisté à supprimer les groupes méthyle du petit colcalixarénique via une réaction de déméthylation sélective pour obtenir le calix[6]crypturée1,3,5-trishydroxyle. Dans un solvant apolaire, ce récepteur a montré une plus forte sélectivitépour la complexation de paires d’ions par rapport à la complexation d’anions, permettant parexemple de complexer le chlorhydrate de O,O-diméthyldopamine.La troisième stratégie a été de synthétiser le calix[6]cryptothiourée, un récepteur dontle chapeau comporte trois groupes thiourée. Cette modification structurale a fortementrenforcé la complexation d’anions mais n’a pas favorisé la complexation de paires d’ions dansun solvant protique.Enfin, la complexation de zwittérions a été testée sur l’ensemble de ces récepteurs et lecalix[6]cryptothiourée s’est avéré être un remarquable complexant de la B-alanine bétaïne.Dans un mélange protique (CD3OD/CDCl3 1:1) la constante d’association est élevée (K ≈ 104M-1) et supérieure d’au moins trois ordres de grandeur par rapport aux autres zwittérionstestés. C’est à notre connaissance un des rares récepteurs de bétaïnes et le premier à êtresélectif pour la B-alanine bétaïne. Enfin, le biomimétisme du mode de reconnaissance a étémontré par comparaison avec une protéine transporteur de bétaïne (Corynebacteriumglutamicum)., Doctorat en sciences, Spécialisation chimie, info:eu-repo/semantics/nonPublished

The synthesis and the use of porous chiral coordination polymers for enantioselective processes are of current interest and prime importance in chemistry. These crystalline materials are mainly obtained by combinations of well-designed organic tectons and properly chosen metallic components. This thesis deals with the synthesis of organic chiral building blocks and their combinations with a variety of metallic salts leading to chiral coordination networks. In a first part, the use of tectons bearing neutral coordinating sites is described. Homochiral cuboid architectures displaying monodimensional channels are presented. In the second part, mono- and bi-dimensional networks of various geometries are described. In some cases, within crystals, interactions lower in energy than the coordination bond are observed and are responsible for the formation of molecular networks of higher dimensionality. Finally, the use of organic tectons displaying charged interaction sites is presented. Their combination with metallatectons under thermal treatments affords robust tridimensional homochiralarchitectures displaying cavities. These materials are interesting candidates for enantioselective recognition and separation. Their gas adsorption propensity (N2 and CO2) is briefly discussed., La formation de polymères de coordination poreux et chiraux ainsi que leur utilisation pour des processus énantiosélectifs est actuellement un des domaines de grand intérêt en chimie. La formation de ces matériaux est rendue possible par le biais des concepts développés dans le domaine de la tectonique moléculaire. Les travaux présentés dans cette thèse s’inscriventdirectement dans cette thématique. Les synthèses de tectons organiques chiraux sont présentées. Leur combinaison avec divers centres métalliques, via différentes méthodes de cristallisation, a permis l’obtention de monocristaux qui ont été étudiés par diffraction des rayons X sur monocristal. Dans un premier temps, des polymères de coordination homochiraux, obtenus par l’utilisation de tectons dotés de sites coordinants neutres sont présentés. Des réseaux de type cuboïde présentant des canaux monodimensionnels au sein de leur architecture sont notamment décrits. Par la suite, des édifices mono- et bi-dimensionnels de géométries diverses sont discutés. Pour certains de ces cristaux, des interactions de plus faible énergie que la liaison de coordination permettent la formation de réseaux moléculaires de plus haute dimensionnalité. Enfin, dans une dernière partie, l’utilisation de tectons dotés de sites coordinants chargés est discutée. Des réseaux tridimensionnels homochiraux poreux et robustes sont décrits. Ces derniers sont des candidats de choix pour des procédés énantiosélectifs de séparation. Leur propension à encapsuler des gaz (N2 et CO2) est présentée.

The control of intramolecular movements has been a topic of high interest for chemists over two decades. Investigations described in this PhD manuscript aim at the design and study, both in solution and in the crystalline state, of molecular turnstiles. These entities are composed of a rotor and a stator, each of these constituents equipped with recognition sites.In the first part, the synthesis and behavior of Pt(II)-based molecular turnstiles are described. The switching between their open and closed states and the migration process between stations are discussed. The recognition sites on both the stator and rotor have been varied, leading to different behaviors, particularly in terms of their dynamics.In solution, 1- and 2-D NMR have been used for the characterization of the dynamic processes.In the last chapter, the use of a Pt(II)-bispyridyl based tecton for the synthesis of MM’OFs is reported. The use of various metal salts as secondary center has led to the construction of networks varying by their geometry and dimensionality. A ligand including two Pt(II) and one Fe(II) complexed by two terpyridyl units is described., Le contrôle du mouvement à l’échelle d’une simple molécule est un sujet actuellement florissant et intensément exploré par des chimistes de tous horizons. Le travail présenté dans ce manuscrit s’inscrit dans ce cadre. La conception ainsi que l’étude en solution et à l’état cristallin de tourniquets moléculaires, espèces composées d’un rotor et d’un stator comportant plusieurs sites d’interaction, y sont décrites.Dans une première partie, la synthèse ainsi que le fonctionnement de tourniquets à charnière de Pt(II) sont décrits. La fermeture et l’ouverture de ces systèmes ainsi que les essais de passage d’une station à une autre y sont étudiés. Les sites d’interactions ont été variés sur le rotor et le stator, pour aboutir à des systèmes variant par la dynamique de leur comportement.Dans une seconde partie, une synthèse optimisée de tourniquets à charnière organique est décrite. Les états ouverts et fermés de ces tourniquets ont été caractérisés.Tous les processus décrits pour les tourniquets ont été étudiés par des études RMN mono- et bi-dimensionnelles en solution.Dans un dernier chapitre, des MM’OFs basés sur un tecton comportant un centre Pt(II) et deux sites coordinant de type pyridine sont exposés. Leur utilisation en tant que tecton organométallique avec divers centres métalliques conduit à la formation de réseaux hétérobimétalliques. Un ligand incluant deux centres Pt(II) et un centre Fe(II) entouré par deux terpyridines est décrit.

The aim of this PhD thesis consists in the elaboration of self-organized materials for fundamental comprehension. More precisely the purpose is to study interfacial reactivity of materials at nanometric scale: electroactive self-assembled monolayers (SAMs). Since the pioneering work by Nuzzo and Allara in 1983, increasing attention has been dedicated to the design and elaboration of SAMs for various applications (chemical sensor, biosensor, catalysis...). SAMs allow the obtaining of simple (single layer), well organized and reproducible surfaces. Advantages brought by SAMs modified surfaces make them platforms of choice for the study of interfacial reactions. Classically, to enhance the interfacial reactivity, the functional group is diluted via the elaboration of mixed SAMs. Here, this work studies the influence of the structure of the mixed SAMs on the electrochemical transduction of cations binding SAMs. The originality of this study rests on a non-covalent approach between a redox probe and a binding unit. Firstly, this study deals with the influence of the distance on the efficiency of the electrochemical transduction with molecules containing redox probe and crown ether. Secondly, mixed SAMs were elaborated from redox probe and binding units. These mixed SAMs were studied by cyclic voltammetry before and after cations injections. The principle of electrochemical transduction without covalent link was highlighted with TEMPO and ferrocene derivatives. This result showed that the efficiency of the phenomena was function of the composition of the SAM and the nature of the guest. The non-covalent approach was interpreted and modeled thanks to the generalized lateral interaction model. The control of the organization of grafted molecules is a key point because the reactivity is depends on of the proximity of both units on the surface. The non-covalent approach facilitates the design of target molecules. This work provides access to additional information about interfacial reactivity of mixed SAMs.; Le contexte dans lequel se positionne cette thèse est l'élaboration de matériaux auto-organisés pour des visées fondamentales. Il s'insère dans les thèmes relatifs à l'étude de la structure et de la réactivité interfaciale de matériaux de dimensionnalité nanométrique : les monocouches auto-assemblées (SAMs) électroactives. De nombreux travaux ont été dédiés aux SAMs depuis 1983 en raison du grand nombre de domaines applicatifs (capteurs chimiques ou biologiques, catalyse ...). Les SAMs présentent l'avantage de former des surfaces simples, organisées et reproductibles. Très souvent, la dilution des motifs d'intérêt de la couche organique greffée, notamment par l'utilisation de SAMs mixtes, est une bonne alternative pour exalter les propriétés visées. L'influence de la structure des SAMs mixtes sur leur réactivité est étudiée ici dans le cas de la transduction électrochimique vue sous l'angle de la reconnaissance d'ions. L'originalité de cette thèse repose sur une approche non covalente entre le site complexant et le site électroactif. Dans un premier temps, le travail s'est axé sur l'influence de la distance entre la sonde redox et l'entité complexante sur l'efficacité de la transduction électrochimique. Dans un second temps, des SAMs mixtes ont été réalisées à partir d'entités redox, d'une part et d'entités éther couronne capables de capter des cations, d'autre part puis étudiées par voltammétrie cyclique avant et après ajout de cations. Le principe de transduction électrochimique sans lien covalent a été mis en évidence avec les sondes redox ferrocène et TEMPO. Il a été montré que l'efficacité du phénomène est fonction du rapport unité redox/unité complexante et de la nature de l'invité. L'approche non-covalente a été interprétée et modélisée via le modèle généralisé des interactions latérales. La maîtrise de l'environnement des entités immobilisées revêt ici un intérêt primordial puisque l'efficacité du dispositif repose sur la proximité des deux types de sites. L'approche non-covalente présente l'avantage d'être modulable à souhait et permet l'utilisation des molécules présentant des structures plus simples. Cette approche apporte un élément de compréhension supplémentaire sur la réactivité interfaciale de monocouches mixtes.

Proazaphosphatranes are highly reactive phosphorous bicyclic compounds also called Verkade’s superbases and the azaphosphatranes are their acidic counterparts. The goal of the work is to investigate the modifications of the properties of these compounds when they are in confined space. Firstly, the superbases were encapsulated into hemicryptophane host compounds (molecular containers created from the association of a cyclotriveratrylene unit with another C3-symmetric moiety). Modifications in the basicity of the supramolecular superbases depending on the substitution pattern around the phosphorous were evidenced compare to the molecules lacking the cavity. The catalytic activity of a superbase was investigated on a nucleophilic and a basic reaction. The azaphosphatranes were then used to catalyze the cycloaddition of carbon dioxide (CO2) to epoxides to form a cyclic carbonate. Enhancements of the stability of encaged catalyst were demonstrated. Finally, an azaphophatrane was immobilized on mesoporous silica leading to a heterogeneous catalyst.; Les proazaphosphatranes sont des entités phosphorées bicycliques superbasiques également connues sous le nom de superbases de Verkade et les azaphosphatranes constituent leurs acides conjugués. Les travaux de cette thèse porte sur l’étude des propriétés de ces molécules en milieu confiné. Premièrement, le confinement des superbases a été étudié au sein de structure de type hémicryptophane (molécules possédant des cavités dissymétriques formées à partir d’une unité cyclotrivératrylène et d’une seconde unité de symétrie C3). Une modulation de la basicité a pu être notamment observée dans les différentes structures étudiées possédant des tailles de cavité différentes par comparaison avec les superbases modèles dépourvues de cavité. L’activité catalytique d’une superbase encagée a pu être testée dans deux réactions de catalyse nucléophile et basique. Puis les azaphosphatranes, acides faibles aux stuctures robustes, jusque-là peu utilisés en organocatalyse ont été valorisés pour la synthèse de carbonates cycliques à partir d’époxydes et de dioxyde de carbone (CO2). Un effet sur la stabilité des catalyseurs encagés a pu être démontré. Enfin un catalyseur hétérogène a pu être mis au point par immobilisation d’un azaphosphatrane sur silice mésoporeuse de type SBA-15.

Proazaphosphatranes are highly reactive phosphorous bicyclic compounds also called Verkade’s superbases and the azaphosphatranes are their acidic counterparts. The goal of the work is to investigate the modifications of the properties of these compounds when they are in confined space. Firstly, the superbases were encapsulated into hemicryptophane host compounds (molecular containers created from the association of a cyclotriveratrylene unit with another C3-symmetric moiety). Modifications in the basicity of the supramolecular superbases depending on the substitution pattern around the phosphorous were evidenced compare to the molecules lacking the cavity. The catalytic activity of a superbase was investigated on a nucleophilic and a basic reaction. The azaphosphatranes were then used to catalyze the cycloaddition of carbon dioxide (CO2) to epoxides to form a cyclic carbonate. Enhancements of the stability of encaged catalyst were demonstrated. Finally, an azaphophatrane was immobilized on mesoporous silica leading to a heterogeneous catalyst.; Les proazaphosphatranes sont des entités phosphorées bicycliques superbasiques également connues sous le nom de superbases de Verkade et les azaphosphatranes constituent leurs acides conjugués. Les travaux de cette thèse porte sur l’étude des propriétés de ces molécules en milieu confiné. Premièrement, le confinement des superbases a été étudié au sein de structure de type hémicryptophane (molécules possédant des cavités dissymétriques formées à partir d’une unité cyclotrivératrylène et d’une seconde unité de symétrie C3). Une modulation de la basicité a pu être notamment observée dans les différentes structures étudiées possédant des tailles de cavité différentes par comparaison avec les superbases modèles dépourvues de cavité. L’activité catalytique d’une superbase encagée a pu être testée dans deux réactions de catalyse nucléophile et basique. Puis les azaphosphatranes, acides faibles aux stuctures robustes, jusque-là peu utilisés en organocatalyse ont été valorisés pour la synthèse de carbonates cycliques à partir d’époxydes et de dioxyde de carbone (CO2). Un effet sur la stabilité des catalyseurs encagés a pu être démontré. Enfin un catalyseur hétérogène a pu être mis au point par immobilisation d’un azaphosphatrane sur silice mésoporeuse de type SBA-15.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la chimie supramoléculaire, domaine s'intéressant à l'étude d'édifices moléculaires liés par des interactions non-covalentes, fréquemment rencontrés dans le monde du vivant. Afin de mieux comprendre les phénomènes de complexation, de nombreux récepteurs moléculaires synthétiques ont été développés depuis ces cinquante dernières années. Dans le cadre de la reconnaissance moléculaire, les calix[6]arènes s'avèrent être des plateformes idéales puisqu'ils sont aisément fonctionnalisables et possèdent une cavité hydrophobe propice à l'inclusion de petites molécules organiques. D'ailleurs de nombreux récepteurs calix[6]aréniques ont déjà été développés et ont été étudiés pour leur aptitude à complexer des molécules neutres, des anions, des paires d'ions ou des ions métalliques. Cependant, ils souffrent de certaines limitations puisqu'ils ne sont pas hydrosolubles et sont difficilement post-fonctionnalisables limitant de ce fait leur applicabilité. Nous nous sommes donc intéressés à la synthèse de récepteurs calix[6]aréniques fonctionnalisés ainsi qu'à l'étude de leurs propriétés réceptrices vis-à-vis d'entités chargées ou de molécules neutres. Les études de ces systèmes ont été réalisées essentiellement par spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN).Dans le cadre de ce travail, des récepteurs ditopiques mono- et trisfonctionnalisés de type calix[6]cryptamide ont tout d'abord été développés. Ces récepteurs présentent un motif trenamide qui constitue un second site de reconnaissance, distinct mais proche du premier formé par la cavité calix[6]arénique. Ces récepteurs se sont révélés capables de complexer les molécules neutres polaires ainsi que des entités chargées avec une grande sélectivité en milieu aprotique mais également en présence d'un solvant protique. Le chapeau trenamide étant relativement contraint et bien préorganisé, il assure un fort effet chélate et permet une sélectivité de taille pour l'anion fluorure. La proximité des deux sites de reconnaissance ainsi que la sélectivité pour l'anion fluorure permettent à ces récepteurs de reconnaître des ammoniums sous forme de paires d'ions de contact uniquement avec le fluorure comme partenaire anionique. Les résultats obtenus ont démontré que l'introduction de fonctionnalisations soit au niveau du chapeau trenamide, à proximité du site de reconnaissance, soit au niveau du petit col du calix[6]arène n'inhibait pas les propriétés de complexation de ces récepteurs. Les premiers essais d'introduction de groupes hydrosolubilisants ont alors été réalisés et se sont révélés très prometteurs. En effet, l'introduction de groupements PEG sur un calix[6]cryptamide trisfonctionnalisé a permis de démontrer l'aptitude de ce récepteur à complexer des molécules neutres en milieu aqueux (CD3OD/D2O).Dans un second temps, des récepteurs mono- et trisfonctionnalisés de type calix[6]tren ont été développés. Les études préliminaires réalisées ont permis de mettre en évidence que, comme le calix[6]tren non fonctionnalisé, ces récepteurs étaient capable de complexer de petites molécules organiques lorsqu'ils sont polarisés, soit sous leur forme per-protonnée soit sous la forme d'un complexe métallique (Zn2+ ou Cun+). L'ensemble de ces travaux a ainsi permis de valider la stratégie de synthèse visant à introduire des bras fonctionnels sur des récepteurs ditopiques calix[6]aréniques et de démontrer que ces nouveaux récepteurs fonctionnalisés conservaient des propriétés de reconnaissance. Ces travaux permettent donc d'envisager de multiples applications pour ce type de récepteurs.This work falls within the field of supramolecular chemistry, a field concerned with the study of molecular structures linked by non-covalent interactions. Such weak interactions are frequently encountered in the living world and in particular in molecular recognition processes. In order to better understand and exploit these recognition processes, many synthetic molecular receptors have been developed over the last fifty years. In this regard, calix[6]arenes have proved to be ideal platforms because they can be easily functionalized and they possess a hydrophobic cavity suitable for the inclusion of small organic molecules. Hence, many calix[6]arene based receptors have been studied for their ability to complex neutral molecules, anions, ion pairs or metal ions. However, most of these receptors suffer from major limitations that limit their applicability: they are not water soluble and hardly post-functionalizable. In the frame of this thesis, we were therefore interested in the synthesis of functionalized calix[6]arene based receptors and in the study of their host-guest properties toward charged species or neutral molecules. Studies of these host-guest systems have been carried out mainly by Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR).First, mono- and trisfunctionalized ditopic receptors based on a calix[6]cryptamide skeleton were synthesized. These receptors possess two binding sites in close proximity: a trenamide subunit and the calix[6]arene cavity. They have proved to be capable of complexing neutral polar molecules as well as charged species with high selectivity in aprotic solvents but also in a protic environment. The trenamide cap being relatively constrained and well pre-organized, it provides a strong chelate effect and allows a selectivity of size for the fluoride anion. Remarkably, the proximity of the two recognition sites allow these receptors to recognize ammonium ions in the form of contact ion pairs but only with a fluoride anion as the partner. The results have shown that the introduction of functionalizations at the trenamide cap or at the narrow rim of the calix[6]arene do not inhibit the complexation properties of these receptors. First attempts in order to introduce water-solubilizing groups have been undertaken and promising results have been obtained. Indeed, the introduction of PEG groups on a trisfunctionalized calix[6]cryptamide has led to a receptor able to complex neutral molecules in an aqueous environment (CD3OD/D2O).In a second step, mono- and trisfunctionalized receptors derived from calix[6]tren have been synthesized. Preliminary studies have highlighted that, similarly to the parent calix[6]tren, these receptors are able to complex small organic molecules when they are polarized either in their per-protonated form or in the form of a metal complex (Zn2+ or Cun+).All this work validates the synthetic strategy that consists of introducing functional arms on ditopic calix[6]arene based receptors and opens new perspectives for the elaboration and study of molecular receptors in an aqueous environment., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la chimie supramoléculaire, domaine s'intéressant à l'étude d'édifices moléculaires liés par des interactions non-covalentes, fréquemment rencontrés dans le monde du vivant. Afin de mieux comprendre les phénomènes de complexation, de nombreux récepteurs moléculaires synthétiques ont été développés depuis ces cinquante dernières années. Dans le cadre de la reconnaissance moléculaire, les calix[6]arènes s'avèrent être des plateformes idéales puisqu'ils sont aisément fonctionnalisables et possèdent une cavité hydrophobe propice à l'inclusion de petites molécules organiques. D'ailleurs de nombreux récepteurs calix[6]aréniques ont déjà été développés et ont été étudiés pour leur aptitude à complexer des molécules neutres, des anions, des paires d'ions ou des ions métalliques. Cependant, ils souffrent de certaines limitations puisqu'ils ne sont pas hydrosolubles et sont difficilement post-fonctionnalisables limitant de ce fait leur applicabilité. Nous nous sommes donc intéressés à la synthèse de récepteurs calix[6]aréniques fonctionnalisés ainsi qu'à l'étude de leurs propriétés réceptrices vis-à-vis d'entités chargées ou de molécules neutres. Les études de ces systèmes ont été réalisées essentiellement par spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Dans le cadre de ce travail, des récepteurs ditopiques mono- et trisfonctionnalisés de type calix[6]cryptamide ont tout d'abord été développés. Ces récepteurs présentent un motif trenamide qui constitue un second site de reconnaissance, distinct mais proche du premier formé par la cavité calix[6]arénique. Ces récepteurs se sont révélés capables de complexer les molécules neutres polaires ainsi que des entités chargées avec une grande sélectivité en milieu aprotique mais également en présence d'un solvant protique. Le chapeau trenamide étant relativement contraint et bien préorganisé, il assure un fort effet chélate et permet une sélectivité de taille pour l'anion fluorure. La proximité des deux sites de reconnaissance ainsi que la sélectivité pour l'anion fluorure permettent à ces récepteurs de reconnaître des ammoniums sous forme de paires d'ions de contact uniquement avec le fluorure comme partenaire anionique. Les résultats obtenus ont démontré que l'introduction de fonctionnalisations soit au niveau du chapeau trenamide, à proximité du site de reconnaissance, soit au niveau du petit col du calix[6]arène n'inhibait pas les propriétés de complexation de ces récepteurs. Les premiers essais d'introduction de groupes hydrosolubilisants ont alors été réalisés et se sont révélés très prometteurs. En effet, l'introduction de groupements PEG sur un calix[6]cryptamide trisfonctionnalisé a permis de démontrer l'aptitude de ce récepteur à complexer des molécules neutres en milieu aqueux (CD3OD/D2O). Dans un second temps, des récepteurs mono- et trisfonctionnalisés de type calix[6]tren ont été développés. Les études préliminaires réalisées ont permis de mettre en évidence que, comme le calix[6]tren non fonctionnalisé, ces récepteurs étaient capable de complexer de petites molécules organiques lorsqu'ils sont polarisés, soit sous leur forme per-protonnée soit sous la forme d'un complexe métallique (Zn2+ ou Cun+). L'ensemble de ces travaux a ainsi permis de valider la stratégie de synthèse visant à introduire des bras fonctionnels sur des récepteurs ditopiques calix[6]aréniques et de démontrer que ces nouveaux récepteurs fonctionnalisés conservaient des propriétés de reconnaissance. Ces travaux permettent donc d'envisager de multiples applications pour ce type de récepteurs. This work falls within the field of supramolecular chemistry, a field concerned with the study of molecular structures linked by non-covalent interactions. Such weak interactions are frequently encountered in the living world and in particular in molecular recognition processes. In order to better understand and exploit these recognition processes, many synthetic molecular receptors have been developed over the last fifty years. In this regard, calix[6]arenes have proved to be ideal platforms because they can be easily functionalized and they possess a hydrophobic cavity suitable for the inclusion of small organic molecules. Hence, many calix[6]arene based receptors have been studied for their ability to complex neutral molecules, anions, ion pairs or metal ions. However, most of these receptors suffer from major limitations that limit their applicability: they are not water soluble and hardly post-functionalizable. In the frame of this thesis, we were therefore interested in the synthesis of functionalized calix[6]arene based receptors and in the study of their host-guest properties toward charged species or neutral molecules. Studies of these host-guest systems have been carried out mainly by Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR). First, mono- and trisfunctionalized ditopic receptors based on a calix[6]cryptamide skeleton were synthesized. These receptors possess two binding sites in close proximity: a trenamide subunit and the calix[6]arene cavity. They have proved to be capable of complexing neutral polar molecules as well as charged species with high selectivity in aprotic solvents but also in a protic environment. The trenamide cap being relatively constrained and well pre-organized, it provides a strong chelate effect and allows a selectivity of size for the fluoride anion. Remarkably, the proximity of the two recognition sites allow these receptors to recognize ammonium ions in the form of contact ion pairs but only with a fluoride anion as the partner. The results have shown that the introduction of functionalizations at the trenamide cap or at the narrow rim of the calix[6]arene do not inhibit the complexation properties of these receptors. First attempts in order to introduce water-solubilizing groups have been undertaken and promising results have been obtained. Indeed, the introduction of PEG groups on a trisfunctionalized calix[6]cryptamide has led to a receptor able to complex neutral molecules in an aqueous environment (CD3OD/D2O). In a second step, mono- and trisfunctionalized receptors derived from calix[6]tren have been synthesized. Preliminary studies have highlighted that, similarly to the parent calix[6]tren, these receptors are able to complex small organic molecules when they are polarized either in their per-protonated form or in the form of a metal complex (Zn2+ or Cun+). All this work validates the synthetic strategy that consists of introducing functional arms on ditopic calix[6]arene based receptors and opens new perspectives for the elaboration and study of molecular receptors in an aqueous environment., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/published

The aim of this PhD thesis consists in the elaboration of self-organized materials for fundamental comprehension. More precisely the purpose is to study interfacial reactivity of materials at nanometric scale: electroactive self-assembled monolayers (SAMs). Since the pioneering work by Nuzzo and Allara in 1983, increasing attention has been dedicated to the design and elaboration of SAMs for various applications (chemical sensor, biosensor, catalysis...). SAMs allow the obtaining of simple (single layer), well organized and reproducible surfaces. Advantages brought by SAMs modified surfaces make them platforms of choice for the study of interfacial reactions. Classically, to enhance the interfacial reactivity, the functional group is diluted via the elaboration of mixed SAMs. Here, this work studies the influence of the structure of the mixed SAMs on the electrochemical transduction of cations binding SAMs. The originality of this study rests on a non-covalent approach between a redox probe and a binding unit. Firstly, this study deals with the influence of the distance on the efficiency of the electrochemical transduction with molecules containing redox probe and crown ether. Secondly, mixed SAMs were elaborated from redox probe and binding units. These mixed SAMs were studied by cyclic voltammetry before and after cations injections. The principle of electrochemical transduction without covalent link was highlighted with TEMPO and ferrocene derivatives. This result showed that the efficiency of the phenomena was function of the composition of the SAM and the nature of the guest. The non-covalent approach was interpreted and modeled thanks to the generalized lateral interaction model. The control of the organization of grafted molecules is a key point because the reactivity is depends on of the proximity of both units on the surface. The non-covalent approach facilitates the design of target molecules. This work provides access to additional information about interfacial reactivity of mixed SAMs., Le contexte dans lequel se positionne cette thèse est l'élaboration de matériaux auto-organisés pour des visées fondamentales. Il s'insère dans les thèmes relatifs à l'étude de la structure et de la réactivité interfaciale de matériaux de dimensionnalité nanométrique : les monocouches auto-assemblées (SAMs) électroactives. De nombreux travaux ont été dédiés aux SAMs depuis 1983 en raison du grand nombre de domaines applicatifs (capteurs chimiques ou biologiques, catalyse ...). Les SAMs présentent l'avantage de former des surfaces simples, organisées et reproductibles. Très souvent, la dilution des motifs d'intérêt de la couche organique greffée, notamment par l'utilisation de SAMs mixtes, est une bonne alternative pour exalter les propriétés visées. L'influence de la structure des SAMs mixtes sur leur réactivité est étudiée ici dans le cas de la transduction électrochimique vue sous l'angle de la reconnaissance d'ions. L'originalité de cette thèse repose sur une approche non covalente entre le site complexant et le site électroactif. Dans un premier temps, le travail s'est axé sur l'influence de la distance entre la sonde redox et l'entité complexante sur l'efficacité de la transduction électrochimique. Dans un second temps, des SAMs mixtes ont été réalisées à partir d'entités redox, d'une part et d'entités éther couronne capables de capter des cations, d'autre part puis étudiées par voltammétrie cyclique avant et après ajout de cations. Le principe de transduction électrochimique sans lien covalent a été mis en évidence avec les sondes redox ferrocène et TEMPO. Il a été montré que l'efficacité du phénomène est fonction du rapport unité redox/unité complexante et de la nature de l'invité. L'approche non-covalente a été interprétée et modélisée via le modèle généralisé des interactions latérales. La maîtrise de l'environnement des entités immobilisées revêt ici un intérêt primordial puisque l'efficacité du dispositif repose sur la proximité des deux types de sites. L'approche non-covalente présente l'avantage d'être modulable à souhait et permet l'utilisation des molécules présentant des structures plus simples. Cette approche apporte un élément de compréhension supplémentaire sur la réactivité interfaciale de monocouches mixtes.

Molecular recognition is one of the major challenges of supramolecular chemistry. Here, we present the design, synthesis and study of helical capsules properties self-organised by aromatic oligoamide folding. These receptors consist of oligomeric chains that fold into a helical conformation and comprise of a sequence of units which code for different diameters. Oligomeric folding defines a cavity which can recognize guests. The great modularity of the sequences has allowed a controlled evolution of foldamer structure resulting in the selective and predict recognition of biological substrates. The phenomenon of encapsulation was demonstrated in solution by NMR and CD spectroscopy and in the solid state by X-ray diffraction., La reconnaissance moléculaire constitue l’une des questions fondamentales les plus discutées dans le domaine de la chimie supramoléculaire. Cette thèse présente la conception, la synthèse et l’étude des propriétés de capsules hélicoïdales auto-organisées par repliement d’oligoamides aromatiques. Ces récepteurs sont constitués d’une chaîne oligomérique se repliant en hélice et comprenant une séquence d’unités codant pour des diamètres différents. Le repliement de l’oligomère donne naissance à une cavité pouvant accueillir des molécules invitées. La grande modularité des séquences, permettant une évolution contrôlée des structures des foldamères, donne lieu à la reconnaissance sélective et anticipée de substrats d’intérêts biologiques. Le phénomène d’encapsulation a été mis en évidence en solution par spectroscopie RMN et CD, et dans le solide par diffraction des rayons X.

This thesis concerns the development of new electrochemical methodologies for the characterizationof enantioselective biomolecular recognition between an aptamer and its chiral target.By using a model system, the L-Tyrosinamide and its aptamer of 49 nucleotids, a first analyticaldevice for the detection of the complexation in homogeneous phase was optimized. This approach isbased on the difference of diffusion coefficient that exists between the free state of the target andthe complexed state with the aptamer. Initially based on the intrinsic electroactivity of the target, viathe phenolic function, this approach was extended to non electroactive molecules thanks to acompetitive exchange strategy by marking the target with a redox function (ferrocene). Thismethodology was successfully used for the precise measure of enantiomeric excess until 0,1 %.Coupled with a qualitative approach based on the prediction of the tertiary structures of theaptamer, this technic also allowed to determine the minimal required sequence of 23 nucleotids toinsure the recognition.A second device combining the advantage of working in microvolume (use of small quantities ofreactives) and the advantages of electrochemical measures in forced convection (short mixing time,stationary current) was also developped. This method of stationnary electrochemistry inmicrovolume then allowed the characterization of the kinetics (association constant kon anddissociation constant koff) and the thermodynamics (Kd) of the reaction., Cette thèse porte sur la mise au point de nouvelles méthodologies électrochimiques pour lacaractérisation d’une reconnaissance (bio)moléculaire énantiosélective entre un aptamère et sacible.En utilisant comme système modèle la L-Tyrosinamide et son aptamère de 49 nucléotides, unpremier dispositif analytique pour la détection de la complexation en phase homogène a été mis aupoint. Cette approche repose sur la différence de coefficient de diffusion qui existe entre la formelibre de la cible et la forme complexée à l’aptamère. Initialement basée sur l’électroactivitéintrinsèque de la cible via la fonction phénol, cette approche a été étendue aux molécules nonélectroactive grâce à une stratégie d’échange compétitif en marquant la cible par une fonction redox(ferrocène). Cette méthodologie a été utilisée avec succès pour la mesure précise d’excèsénantiomériques jusqu’à 0,1 %. Couplée à une approche qualitative basée sur la prédiction desstructures tertiaires de l’aptamère, cette technique a également permis de déterminer la séquenceminimale requise de 23 nucléotides pour assurer la reconnaissance.Un second dispositif combinant l’avantage de pouvoir travailler en microvolume (utilisation de faiblesquantités de réactifs) aux avantages de mesures électrochimiques en convection forcée (temps demélange rapide, courants stationnaires) a également été mis au point. Cette méthoded’électrochimie stationnaire en microvolume a alors permis de caractériser la cinétique (constanted’association kon et de dissociation koff) et la thermodynamique (Kd) de la réaction.

Inherent chiralty, which arises from a concave structure associated with asymetric substitution, is the most common form of chiralty and is fundamental in enzymatic recognition : although aminoacids have an asymetric center, the folding of proteins creates the inherently chiral active site of enzymes and is responsible for the extraordinary selectivity of enzymatic reactions. Calix[6]arenes have been used as a tool to study complex enzymatic processes. They have also been used to build artificial molecular receptors for cations, anions or neutral molecules through very specific interactions. The goal of this thesis is the synthesis of inherently chiral calix[6]arenes by introducing different functionalities devoid of asymetric centers, and the study of the recognition of chiral molecules. First, we developped a biomimetic and supramolecular strategy to monofunctionalize a zinc calix[6]arene complex bearin three imidazole arms or a tris(2-aminoethyl)amine cap, with high selectivity. By using the recognition abilities of theses substrates, several molecules were liked only one of the three equivalent sites of the big rim of the calixarene. The limits of the biomimetic « monoclick » reaction were also quantified. The monofunctionalized complexes are new objects whose abilities as molecular receptors greatly differ from the previous « funnel complexes » described by our team. The control of the access of the cavity of Zn(II), Cu(II) and Cu(I) complexes to exogenous ligands was thoroughly studied with different competitive ligands. Also, we proved that the access to the cavity could be controled with an electrochemical switch. We also developed strategies to synthesize inherently chiral calix[6]arenes from monofunctionalized complexes and we synthesized the first inherently chiral funnel complex. Its chirality was evidenced by the inclusion of chiral and achiral guests. We also provided the proof of concept that these particular phenomena could be simply studied with 19F NMR spectroscopy.; La chiralité inhérente, provenant d’une structure concave associée à une substitution dissymétrique, est la forme de chiralité la plus répandue et est une des bases fondamentales de la reconnaissance enzymatique : outre le fait que les briques constitutives des protéines présentent un carbone asymétrique, leur repliement définit la chiralité inhérente de la poche du site actif, et est responsable de l’étonnante sélectivité des réactions enzymatiques. De façon générale, les calixarènes ont été notamment utilisés afin de modéliser les processus enzymatiques complexes. Ils sont ainsi à la base de la construction de nombreux récepteurs moléculaires artificiels, capables de reconnaître des cations, des anions ou des molécules neutres par des interactions spécifiques. L’objectif de cette thèse est la synthèse de calix[6]arènes présentant une chiralité inhérente, en leur introduisant différentes fonctionnalités différentes en l’absence de carbone asymétrique, ainsi que l’étude de leurs propriétés de reconnaissance de molécules chirales. Cet objectif est indissociable du challenge classique de la chimie organique qu’est la monofonctionnalisation de molécules possédant plusieurs fonctions réactives équivalentes. Dans un premier temps, nous avons utilisé une stratégie biomimétique et supramoléculaire pour monofonctionnaliser très sélectivement un complexe zincique de calix[6]arène portant trois bras imidazole ou un chapeau Tris(2-aminoÉthyl)AmiNe. En tirant profit de la nature réceptrice de ces complexes, différents substrats ont pu être greffés à la structure sur un seul des trois sites équivalents du grand col. Les limites de cette réaction « monoclick » biomimétique ont été quantifiées. Les complexes monofonctionnalisés sont de nouveaux objets aux propriétés réceptrices considérablement différentes des « complexes entonnoirs » décrits par notre équipe. Le contrôle de l’accès de la cavité des complexes de Zn(II), Cu(I) et Cu(II) pour des ligands exogènes a été étudiés en présence de différents ligands compétiteurs. Par ailleurs, nous avons montré que dans le cas des complexes de cuivre, l’accès à la cavité pouvait être contrôlé par un switch électrochimique. Nous avons également développé deux stratégies de synthèse de calix[6]arènes chiraux de façon inhérente à partir de précurseurs monofonctionnalisés, et nous avons synthétisé le premier »complexe entonnoir » présentant cette propriété. Sa chiralité a été mise en évidence par l’inclusion de ligands achiraux et achiraux. Nous avons également prouvé que ces phénomènes complexes pouvaient être étudiés simplement grâce à la technique RMN 19F.

The main objective of this work was to design, produce and characterize a new familyof artificial proteins and to introduce new tailored specific binding sites within this structuralframework. Our general goal was to develop method allowing to rapidly generate newprotein binding specifically to any predefined target macromolecule. Binders based onartificial proteins can be viewed as antibody-like molecules but due to their different structurehave more favorable physical properties (expression, solubility, folding efficiency, stability)than antibodies and derivatives.The design and experimental assembly of a first generation artificial protein library isdescribed in part I. Proteins of this library are made by a repetition of a motif idealized from afamily of natural protein repeats (HEAT repeat). These artificial proteins, named αRep, havethe same general fold but the number of the repeated motif vary from protein to protein.Furthermore, a set of positions of each motif is highly variable within the library. Proteinisolated from this first generation library are well expressed, soluble, extremely stable andwere shown to have the designed secondary and tertiary structure.The methods used to improve the diversity and the experimental quality of the protein libraryare described in the second part of this thesis and have allowed us to create a secondgeneration αRep library. This library is based on the same general scheme but its diversitywas optimized by an improved design and experimental procedures known as filtration/shuffling.This highly diverse second generation library (1.7*109 independent clones) was usedto select variants with tailored binding specificities using phage display method. The resultsclearly show that news αReps binding tightly and specifically a range of arbitrarily definedprotein targets can be efficiently selected. The tertiary structure of complexes between αRepand their cognate target molecule were solved and allow to analyze the nature and detailedorganization of this newly engineered molecular recognition capacities.; Les travaux décrits dans ce mémoire ont pour objectif d’une part le développementd’une nouvelle famille de protéines artificielles et d’autre part la création de nouveaux sitesde fixation spécifiques dans ces protéines. L’objectif général était de développer une approchegénérale permettant d’obtenir rapidement des protéines reconnaissant toute macromoléculecible choisie. On peut voir ces protéines artificielles spécifiques comme des sortes d’anticorpsartificiels pour leur spécificité et leur affinité mais dont les propriétés physiques : stabilité,solubilité, efficacité d’expression, insensibilité à l’agrégation sont nettement plus favorablesque celles des anticorps et de leur dérivés.Le premier chapitre, présente la conception et la construction d’une bibliothèque deprotéines artificielles dite de première génération où les protéines sont formées par larépétition d’un motif idéalisé à partir d’une famille de motifs naturels appelés HEAT repeats.Toutes les protéines de la bibliothèque, dénommées αRep, sont conçues pour avoir la mêmearchitecture générale mais diffèrent les unes des autres par le nombre de motifs et par laséquence dans certaines positions rendues variables au sein de chaque motif. Cette banquenous a permis de valider l’architecture αRep choisie : Les protéines s’expriment sous formesoluble, sont très stables et adoptent la structure secondaire et tertiaire attendue quel que soitla séquence des positions hypervariables. Le second chapitre présente alors les approchessuivies pour l’amélioration de la qualité et de la diversité de la bibliothèque et a conduit à laconstruction d’une bibliothèque d’αRep de deuxième génération. Cette dernière bibliothèque(2 .1) repose sur le même schéma général mais contient une diversité ayant été optimiséelors de la conception puis améliorée expérimentalement par une procédure dite deFiltration/shuffling. Cette bibliothèque très diverse (1.7*109 clones indépendants) a été alorsexploitée pour y rechercher, par des méthodes d’exposition sur phages, de nouvelles αRepreconnaissant des protéines cibles préalablement choisies. L’ensemble des résultats montretrès clairement que des αRep reconnaissant spécifiquement, avec une affinité élevée, desprotéines cibles choisies arbitrairement peuvent être effectivement obtenues. Les structurestridimensionnelles de plusieurs complexes formés entre les αRep et leur cible a été résoluepermet de comprendre la nature et l’organisation précise de ces capacités de reconnaissancemoléculaire nouvellement créées.

The main objective of this work was to design, produce and characterize a new familyof artificial proteins and to introduce new tailored specific binding sites within this structuralframework. Our general goal was to develop method allowing to rapidly generate newprotein binding specifically to any predefined target macromolecule. Binders based onartificial proteins can be viewed as antibody-like molecules but due to their different structurehave more favorable physical properties (expression, solubility, folding efficiency, stability)than antibodies and derivatives.The design and experimental assembly of a first generation artificial protein library isdescribed in part I. Proteins of this library are made by a repetition of a motif idealized from afamily of natural protein repeats (HEAT repeat). These artificial proteins, named αRep, havethe same general fold but the number of the repeated motif vary from protein to protein.Furthermore, a set of positions of each motif is highly variable within the library. Proteinisolated from this first generation library are well expressed, soluble, extremely stable andwere shown to have the designed secondary and tertiary structure.The methods used to improve the diversity and the experimental quality of the protein libraryare described in the second part of this thesis and have allowed us to create a secondgeneration αRep library. This library is based on the same general scheme but its diversitywas optimized by an improved design and experimental procedures known as filtration/shuffling.This highly diverse second generation library (1.7*109 independent clones) was usedto select variants with tailored binding specificities using phage display method. The resultsclearly show that news αReps binding tightly and specifically a range of arbitrarily definedprotein targets can be efficiently selected. The tertiary structure of complexes between αRepand their cognate target molecule were solved and allow to analyze the nature and detailedorganization of this newly engineered molecular recognition capacities., Les travaux décrits dans ce mémoire ont pour objectif d’une part le développementd’une nouvelle famille de protéines artificielles et d’autre part la création de nouveaux sitesde fixation spécifiques dans ces protéines. L’objectif général était de développer une approchegénérale permettant d’obtenir rapidement des protéines reconnaissant toute macromoléculecible choisie. On peut voir ces protéines artificielles spécifiques comme des sortes d’anticorpsartificiels pour leur spécificité et leur affinité mais dont les propriétés physiques : stabilité,solubilité, efficacité d’expression, insensibilité à l’agrégation sont nettement plus favorablesque celles des anticorps et de leur dérivés.Le premier chapitre, présente la conception et la construction d’une bibliothèque deprotéines artificielles dite de première génération où les protéines sont formées par larépétition d’un motif idéalisé à partir d’une famille de motifs naturels appelés HEAT repeats.Toutes les protéines de la bibliothèque, dénommées αRep, sont conçues pour avoir la mêmearchitecture générale mais diffèrent les unes des autres par le nombre de motifs et par laséquence dans certaines positions rendues variables au sein de chaque motif. Cette banquenous a permis de valider l’architecture αRep choisie : Les protéines s’expriment sous formesoluble, sont très stables et adoptent la structure secondaire et tertiaire attendue quel que soitla séquence des positions hypervariables. Le second chapitre présente alors les approchessuivies pour l’amélioration de la qualité et de la diversité de la bibliothèque et a conduit à laconstruction d’une bibliothèque d’αRep de deuxième génération. Cette dernière bibliothèque(2 .1) repose sur le même schéma général mais contient une diversité ayant été optimiséelors de la conception puis améliorée expérimentalement par une procédure dite deFiltration/shuffling. Cette bibliothèque très diverse (1.7*109 clones indépendants) a été alorsexploitée pour y rechercher, par des méthodes d’exposition sur phages, de nouvelles αRepreconnaissant des protéines cibles préalablement choisies. L’ensemble des résultats montretrès clairement que des αRep reconnaissant spécifiquement, avec une affinité élevée, desprotéines cibles choisies arbitrairement peuvent être effectivement obtenues. Les structurestridimensionnelles de plusieurs complexes formés entre les αRep et leur cible a été résoluepermet de comprendre la nature et l’organisation précise de ces capacités de reconnaissancemoléculaire nouvellement créées.

FKBP12 is an ubiquitous, mostly cytosolic, protein found at the crossroads of several signaling pathways. Its natural abundance in the nervous tissues can be related to its implication in neurodegenerative diseases like Alzheimer's and Parkinson's as well as in peripheral neuropathies and diabetes or in injuries of the spinal cords. Several studies have demonstrated that exogenous molecules (ligands) that can bind to FKBP12 allow the regeneration of many damaged neuron connections. However, there is no clear relationship between the structure of a ligand and its ability to bind to FKBP12. Our study aims at rationalizing the relationship between the structure of a ligand and its affinity to FKBP12. Two model complexes, formed between FKBP12 and each of the two high-affinity ligands 8 and 308, were studied. These two ligands are structurally different. We used molecular dynamics simulations to characterize the intermediate state that is transiently formed during the binding process between the protein and its ligand. In this state, the analysis of the nascent interactions allowed (i) to unravel the role played by the various ligand moieties in the recognition process with FKBP12 and (ii) to rationalize the affinities of related ligands., FKBP12 est une protéine ubiquitaire, principalement cytosolique, qui est au carrefour de plusieurs voies signalétiques. Son abondance naturelle dans les tissus nerveux peut être reliée à son implication dans les maladies neurodégénératives telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson ainsi que dans les neuropathies périphériques et diabétiques ou dans des blessures des cordons spinaux. De nombreuses études ont montré que des molécules exogènes (ligands) venant se fixer sur cette protéine permettent la régénération d'un grand nombre de connexions neuronales endommagées. Une difficulté provient cependant du fait que, pour un ligand donné, il n'existe aucune relation claire entre sa structure et sa capacité de liaison à FKBP12. Notre étude vise ainsi à rationaliser la relation entre la structure d'un ligand et son affinité pour cette protéine. Deux complexes modèles, formés entre FKBP12 et chacun des deux ligands 8 et 308, ont été utilisés. Ces deux ligands de haute affinité ont des structures différentes. Notre travail s'est appuyé sur des simulations de dynamique moléculaire pour caractériser l'état intermédiaire qui est formé transitoirement lors du processus de complexation entre la protéine et son ligand. Dans cet état particulier, l'identification des interactions naissantes entre les partenaires a permis (i) de comprendre l'implication des différentes parties du ligand dans le mécanisme de reconnaissance avec FKBP12 et (ii) de rationaliser les affinités de certains ligands apparentés.

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

The modeling of enzymatic recognition and catalysis has been examined in this work. In the first part, a docking software (AlgoGen-DivCon) to determine the optimal structure of a protein-ligand system, has been developed. The molecular system has been described using a semiempirical method combined with a linear scaling algorithm (Divide & Conquer), while the conformational search has been performed by a genetic algorithm (AlgoGen). Tests on different systems, including enzyme-substrate complexes, have been conducted to validate the approach. The second part concerns the study of the mechanism (reductase phase) of class A methionine sulfoxide reductases (MsrA), which catalyzes the reduction of oxidized methionine residues (MetSO). By means of molecular dynamics for different protonation states of the enzyme active site, we have shown that the substrate docking is particulary favourable for a Glu94H and Cys51- protonation state. The quantum chemistry study of the reduction mechanism, starting from the Michaelis complex, indicates that the process is initiated by the formation of a "sulfurane" species, after protonation of the sulfoxide and simultaneous formation of a S-S bond with Cys51. A second proton transfer from Tyr134 (or Tyr82) to the sulfurane OH group induces the formation of a water molecule and the dissociation of the S-O bond. The resulting sulfuranyl ion is finally hydrolyzed to form a sulfenic acid intermediate and the reduced substrate. According to the energy profile, this path could be simply described as a concerted and asynchronous mechanism involving two proton transfers., La modélisation de la reconnaissance et de la catalyse enzymatiques a été abordée dans ce travail. Dans une première partie, un logiciel de docking (AlgoGen-DivCon), déterminant la structure optimale d'un système protéine-ligand, a été développé en combinant une méthode semi-empirique couplée à un algorithme à croissance linéaire (Divide & Conquer) pour la description du système et un algorithme génétique (AlgoGen) pour la recherche conformationnelle. Des tests sur différents systèmes, dont des complexes enzyme-substrat, ont été effectués pour valider l'approche. La seconde partie concerne l'étude du mécanisme (phase réductase) des méthionine sulfoxyde réductases de classe A (MsrA), catalysant la réduction de résidus méthionine oxydés (MetSO). A l'aide de simulations de dynamique moléculaire pour différents états de protonation du site actif de l'enzyme, nous montrons que l'ancrage du substrat est particulièrement favorable pour un état de protonation Glu94H et Cys51-. L'étude au niveau quantique du mécanisme de réduction, à partir du complexe michaélien, indique la formation d'une espèce "sulfurane" par protonation de la fonction sulfoxyde et création d'une liaison S-S avec Cys51. Le transfert d'un second proton provenant de Tyr134 (ou Tyr82) vers le groupement OH du sulfurane induit la formation d'une molécule d'eau et la dissociation de la liaison S-O. L'ion sulfuranyle résultant est enfin hydrolysé pour former un intermédiaire acide sulfénique et le substrat réduit. D'après le profil d'énergie, ce chemin pourrait être simplement décrit par un mécanisme concerté et asynchrone impliquant deux transferts de proton.

The modeling of enzymatic recognition and catalysis has been examined in this work. In the first part, a docking software (AlgoGen-DivCon) to determine the optimal structure of a protein-ligand system, has been developed. The molecular system has been described using a semiempirical method combined with a linear scaling algorithm (Divide & Conquer), while the conformational search has been performed by a genetic algorithm (AlgoGen). Tests on different systems, including enzyme-substrate complexes, have been conducted to validate the approach. The second part concerns the study of the mechanism (reductase phase) of class A methionine sulfoxide reductases (MsrA), which catalyzes the reduction of oxidized methionine residues (MetSO). By means of molecular dynamics for different protonation states of the enzyme active site, we have shown that the substrate docking is particulary favourable for a Glu94H and Cys51- protonation state. The quantum chemistry study of the reduction mechanism, starting from the Michaelis complex, indicates that the process is initiated by the formation of a "sulfurane" species, after protonation of the sulfoxide and simultaneous formation of a S-S bond with Cys51. A second proton transfer from Tyr134 (or Tyr82) to the sulfurane OH group induces the formation of a water molecule and the dissociation of the S-O bond. The resulting sulfuranyl ion is finally hydrolyzed to form a sulfenic acid intermediate and the reduced substrate. According to the energy profile, this path could be simply described as a concerted and asynchronous mechanism involving two proton transfers.; La modélisation de la reconnaissance et de la catalyse enzymatiques a été abordée dans ce travail. Dans une première partie, un logiciel de docking (AlgoGen-DivCon), déterminant la structure optimale d'un système protéine-ligand, a été développé en combinant une méthode semi-empirique couplée à un algorithme à croissance linéaire (Divide & Conquer) pour la description du système et un algorithme génétique (AlgoGen) pour la recherche conformationnelle. Des tests sur différents systèmes, dont des complexes enzyme-substrat, ont été effectués pour valider l'approche. La seconde partie concerne l'étude du mécanisme (phase réductase) des méthionine sulfoxyde réductases de classe A (MsrA), catalysant la réduction de résidus méthionine oxydés (MetSO). A l'aide de simulations de dynamique moléculaire pour différents états de protonation du site actif de l'enzyme, nous montrons que l'ancrage du substrat est particulièrement favorable pour un état de protonation Glu94H et Cys51-. L'étude au niveau quantique du mécanisme de réduction, à partir du complexe michaélien, indique la formation d'une espèce "sulfurane" par protonation de la fonction sulfoxyde et création d'une liaison S-S avec Cys51. Le transfert d'un second proton provenant de Tyr134 (ou Tyr82) vers le groupement OH du sulfurane induit la formation d'une molécule d'eau et la dissociation de la liaison S-O. L'ion sulfuranyle résultant est enfin hydrolysé pour former un intermédiaire acide sulfénique et le substrat réduit. D'après le profil d'énergie, ce chemin pourrait être simplement décrit par un mécanisme concerté et asynchrone impliquant deux transferts de proton.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de la recherche relative au développement de biosenseurs à ADN électrochimiques. Des aspects fondamentaux, ainsi que des aspects d’application de la détection d’hybridation d’ADN sont envisagés.Dans un premier temps, le comportement interfacial et le processus d’hybridation d’oligonucléotides d’ADN linéaires et ADN hairpin (structure en épingle à cheveux) nonmarqués sont étudiés en formant des monocouches auto-assemblées mixtes de monobrins d’ADN (ssADN) thiolés et d’un hydroxyalcanethiol (4-mercaptobutan-1-ol) par coadsorption spontanée sur des électrodes d’or polycristallin. L’immobilisation de monocouches mixtes ssADN/MCB est caractérisée par voie électrochimique et par spectroscopie des photoélectrons X. Des mesures de chronocoulométrie, en présence de [Ru(NH3)6]3+ (RuHex), permettent de déterminer la quantité d’ADN dans la monocouche mixte formée. Les résultats montrent que l’excès superficiel d’ADN linéaire est plus important que l’excès superficiel d’ADN hairpin sous des conditions de formation identiques.La réaction de reconnaissance moléculaire d’hybridation est détectée par des mesures d’impédance en présence de [Fe(CN)6]3-/4-. L’hybridation se traduit dans le cas de l’ADN linéaire par une augmentation de la résistance au transfert d’électron Rct tandis que dans le cas de l’ADN hairpin, Rct diminue. Ces différences sont dues au plus faible recouvrement et au changement de conformation des molécules d’ADN hairpin lors de l’hybridation. Des mesures de réflectivité de neutrons nous ont permis de mettre en évidence l’augmentation de l’épaisseur du film d’ADN hairpin et de confirmer le changement conformationel ces sondes lors de la reconnaissance moléculaire.Dans la seconde partie, nous présentons une nouvelle méthode électrochimique de détection d’hybridation, basée sur les interactions électrostatiques entre le complexe cationique RuHex et les groupements phosphates de l’ADN. Afin d’améliorer la détection des molécules de PNA (peptide nucleic acid) ont été immobilisées comme sondes de reconnaissance moléculaire. Après hybridation des sondes PNA avec le brin complémentaire, RuHex s’adsorbe sur l’ADN hybridé et un signal de réduction de ces complexes redox, enregistré par voltampérométrie alternative, constitue une signature claire de l’hybridation d’ADN à l’interface modifiée. Les interactions RuHex/PNA-ADN ont été étudiées. La constante d’adsorption de RuHex sur l’électrode modifiée PNA/MCB après hybridation est évaluée à 2,9 (±0,3) 105 M-1 en milieu Tris-HCl 0,01M, selon une isotherme de Langmuir.Les performances analytiques de la méthode de détection (sensibilité, sélectivité et reproductibilité) ont été évaluées et optimisées pour la détection des séquences d’ADN du gène de l’ARNr 23S d’Helicobacter pylori. La méthode de détection électrochimique présentée est assez sélective pour permettre de discriminer les mutations ponctuelles A2143G et A2144C de la séquence de type sauvage. La diminution significative des signaux d’admittance enregistrés en présence des séquences mutées est attribuée à la capacité accrue de discrimination de mutations ponctuelles des molécules PNA.La réponse de détection est linéaire en fonction du logarithme de la concentration de la cible d’ADN sur plus de quatre ordres de grandeur (10-6 M à 10-10 M). La limite de détection de l’oligonucléotide d’ADN complémentaire de 80 pM est très bonne. La méthode a été appliquée avec succès à la détection de fragments PCR complémentaires de 100 et 400 paires de bases, amplifiés à partir de souches SS1 d’H.pylori., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/nonPublished

This work is devoted to the elaboration of self-assembled hybrid materials based on poly(3-hexylthiophene) and CdSe nanocrystals for photovoltaic applications.For that, complementary molecular recognition units were introduced as side chain groups on the polymer and at the nanocrystals' surface. Diaminopyrimidine groups were introduced by post-functionalization of a precursor copolymer, namely poly(3-hexylthiophène-co-3-bromohexylthio-phène) whereas thymine groups were introduced at the nanocrystals' surface by a ligand exchange reaction with 1-(6-mercaptohexyl)thymine.However, due to their different solubility, the mixing of the two components by solution processes is difficult. A “one-pot” procedure was developed, but this method led to insoluble aggregates without control of the hybrid composition.To overcome the solubility problem, the layer-by-layer method was used to prepare the films. This method allows a precise control of the deposition process. Experimental parameters were tested in order to evaluate their impact on the resulting film. The films morphology was investigated by microscopy and X-Ray diffraction techniques. These analyses reveal an interpenetrated structure of nanocrystals within the polymer matrix rather than a multilayered structure. Electrochemical and spectroelectrochemical studies were performed on the hybrid material deposited by the LBL process. Finally the materials were tested in a solar cell configuration and the I=f(V) curves reveals a clear photovoltaic behaviour., Cette thèse a eu pour objectif l'élaboration de matériaux hybrides auto-assemblés à base de poly(3-hexylthiophène) et de nanocristaux de CdSe en vue d'applications en cellules photovoltaïques. Pour cela, des groupements de reconnaissance moléculaire complémentaires ont été introduits latéralement à la chaîne principale du polymère et à la surface de nanocristaux. Ainsi des groupements diaminopyrimidine ont été introduits par post-fonctionnalisation d'un copolymère de poly(3-hexylthiophène-co-3-bromohexylthiophène) et des groupements thymine ont été introduits à la surface des nanocristaux par réaction d'échange de ligand avec le 1-(6-mercapto-hexyl)thymine.Les solubilités respectives du polymère et des nanocristaux rendent leur mise en œuvre par mélange de solutions difficile. Un protocole « one pot » a été développé, mais cette voie reste peu satisfaisante du point de vue du contrôle de la composition de l'hybride et de la mise en œuvre pour des dispositifs photovoltaïques.Finalement, la technique du dépôt couche par couche permet de s'affranchir des problèmes de solubilités tout en contrôlant précisément le processus de dépôt. Quelques paramètres expérimentaux du dépôt couche par couche ont été explorés pour identifier leurs influences sur les dépôts. Les films obtenus ont ensuite été caractérisés par des techniques de microscopie et diffraction des rayons X, révélant une structure interpénétrée plutôt que multicouche. Le comportement électrochimique de ces films a également été étudié par cyclovoltammétrie et spectroélectrochimie UV-vis-PIR. Des cellules solaires ont été réalisées avec ces hybrides et elles ont été testées sous éclairement. Les caractéristiques I=f(V) obtenues révèlent qu'un effet photovoltaïque a bien lieu dans ces matériaux.

This work describes the synthesis of p-donating ligands which structure is based on the (pyrrolo)tetrathiafulvalene skeleton (PTTF), as well as their use as elementary units in the construction of self-assembled architectures (polygons) or of redox-responsive ligands. Various synthetic strategies are presented, allowing the access to seven redox ligands which associate the PTTF moiety to one, two or four coordinating pyridyl units, the relative positions of which are variable. The geometrical characteristics of these systems are evaluated thanks to X-ray diffraction studies led on intermediates. The preparation of several complexes or supramolecular assemblies incorporating these redox units is carried out thanks to a metal-mediated self-assembly strategy. This one involves the reaction between redox-active PTTF-based ligands and various palladium, platinum, or rhenium complexes. In particular square-planar metallic centers Pd2+ and Pt2+, with two cis positions blocked by a chelating bidentate ligand ar used. They allow synthesis of complexes with two perpendicular PTTF redox-units (corners) when a monotopic ligand is used, whereas ditopic ligands lead to self-assembled molecular squares. The resulting cavity is occupied by four p-donating units, each of which being reversibly oxidized in two successive steps in a radical-cation and a dication. The self-assembled structures are characterized by complementary techniques (NMR, DOSY, UV-visible and IR spectroscopies, mass spectrometry (ESI, ESI-FTICR), cyclic voltammetry). The high potential of these systems (electroactive ligands based on PTTF, corner complexes or molecular squares) is illustrated with some examples. The synthesis of new molecular receptors involving the redox-active TTF unit and a pyridyl binding site connected through an imine junction, is finally described. The efficiency of the imine bond in the electron conjugation within this D-p-A systems, appears similar to other conjugated linkers, which is demonstrated by a modulation of the intramolecular chargetransfer as a function of the binding state of the pyridyl unit (free or complex). This efficiency is manifested by a double response to the binding process of Pb(II) : besides the usual electrochemical signature observed with TTF-based redox-responsive ligands (shift of redox potentials), appears a colorimetric signature observable with naked eyes., Ce travail décrit la synthèse de ligands donneurs-p à base (pyrrolo)tétrathiafulvalène (PTTF) et leur utilisation comme motif unitaire dans la construction d'architectures auto-assemblées de type polygones moléculaires, ou encore comme récepteurs moléculaires électroactifs. Différentes stratégies de synthèse sont présentées, permettant l'accès à sept motifs PTTF rigides et porteurs de, une, deux ou quatre unités coordinantes pyridyles, dont les positions relatives sont variables. Les caractéristiques géométriques de ces systèmes ont pu être évaluées par diffraction de rayons-X sur les intermédiaires. La préparation de plusieurs complexes ou édifices supramoléculaires incorporant ces unités redox est réalisée grâce à une stratégie d'auto-assemblage assistée par des métaux. Celle-ci s'appuie sur la réaction entre les ligands électroactifs à base PTTF et divers complexes métalliques de palladium, platine ou rhénium. En particulier les complexes plans-carrés de Pd(II) et de Pt(II) dont deux positions cis sont bloquées permettent de générer des édifices à deux unités redox PTTF orthogonales lorsqu'un ligand à un seul site coordinant est utilisé, ou des carrés moléculaires par auto-assemblage d'unités PTTF ditopiques. La cavité générée dans ces macrocycles est tapissée de quatre motifs donneurs-p, chacun réversiblement oxydable en deux étapes monoélectronique en cation-radical puis en dication. Ces structures auto-assemblées sont caractérisées à l'aide de différentes techniques complémentaires (RMN multinoyaux et DOSY, spectroscopies UV-visible et IR, spectrométrie de masse (ESI, ESIFTICR), voltammétrie cyclique). Le potentiel applicatif de ces systèmes, ligands électroactifs à base PTTF, complexes dimériques en coin, ou encore carrés moléculaires est illustré à l'aide de quelques exemples étudiés de manière préliminaire. La synthèse de nouveaux récepteurs moléculaires issus de l'association du motif redox TTF et d'un site coordinant pyridyle, connectés par une jonction imine, est également décrite. La performance du relai imine dans le système conjugué D-p-A s'avère comparable à celles des liens éthyléniques ou acétyléniques correspondants, comme le démontre la modulation du transfert de charge intramoléculaire au sein de ces systèmes, en fonction de l'état libre ou complexé du groupement pyridyle. Cette efficacité se traduit par une double signature du processus de complexation du Pb(II), comme le démontrent les dosages RMN-1H et UVvisible : à la reconnaissance électrochimique habituellement rencontrée pour les récepteurs à base de TTF (variation des potentiels rédox), vient s'ajouter une signature colorimétrique visible à l'oeil nu (changement de couleur en solution).

A physicist studying surface interactions can reasonably wonder whether there is something original to discover, in the XXIst century, after the works by Young, Laplace, van der Waals, Hamaker, Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek, Lifshitz, Cahn, de Gennes, Helfrich... Taking advantage of our original wetting and colloid physics experiments, we try to demonstrate that all the conceptual background necessary to understand the entropic or van der Waals interactions between inert surfaces has been available for more than twenty years. Subsequently reporting on our experimental study of the streptavidin-biotin couple, we show that, as far as the specific interactions between biological molecules linked to surfaces are concerned, there is still a lot to understand. Moreover, we illustrate the limitations of the physicist approach within the framework of the experimental study of the interactions between molecules directly involved in cellular adhesion: cadherins.Finally, we show two studies of surface interactions for colloids under flow and we introduce two research projects concerning the links between colloidal surface interactions and rheophysics.; Lorsque l'on étudie la physique des interactions entre surfaces, on peut à juste titre se demander s'il est possible d'apporter encore quelque chose d'original, au XXIe siècle, bien après, entre autres, les travaux de Young, Laplace, van der Waals, Hamaker, Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek, Lifshitz, Cahn, de Gennes, Helfrich... En s'appuyant sur nos expériences originales de mouillage et de physique des colloïdes, nous nous efforçons de montrer que tous les concepts utiles pour comprendre les interactions entropiques ou de van der Waals entre surfaces inertes sont en place depuis plus de vingt ans. Nous montrons ensuite, à travers l'étude expérimentale du couple streptavidine-biotine, qu'en ce qui concerne les interactions spécifiques entre molécules biologiques reliées à des surfaces, il reste encore beaucoup à comprendre. Nous illustrons par ailleurs les limites de l'approche du physicien à travers l'étude expérimentale des interactions entre cadhérines, molécules biologiques directement impliquées dans l'adhésion cellulaire.Enfin, nous présentons des études d'interactions entre surfaces d'objets en mouvement ainsi que deux projets de recherches concernant les liens entre les interactions entre surfaces colloïdales et la rhéophysique des colloïdes.

A physicist studying surface interactions can reasonably wonder whether there is something original to discover, in the XXIst century, after the works by Young, Laplace, van der Waals, Hamaker, Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek, Lifshitz, Cahn, de Gennes, Helfrich... Taking advantage of our original wetting and colloid physics experiments, we try to demonstrate that all the conceptual background necessary to understand the entropic or van der Waals interactions between inert surfaces has been available for more than twenty years. Subsequently reporting on our experimental study of the streptavidin-biotin couple, we show that, as far as the specific interactions between biological molecules linked to surfaces are concerned, there is still a lot to understand. Moreover, we illustrate the limitations of the physicist approach within the framework of the experimental study of the interactions between molecules directly involved in cellular adhesion: cadherins.Finally, we show two studies of surface interactions for colloids under flow and we introduce two research projects concerning the links between colloidal surface interactions and rheophysics., Lorsque l'on étudie la physique des interactions entre surfaces, on peut à juste titre se demander s'il est possible d'apporter encore quelque chose d'original, au XXIe siècle, bien après, entre autres, les travaux de Young, Laplace, van der Waals, Hamaker, Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek, Lifshitz, Cahn, de Gennes, Helfrich... En s'appuyant sur nos expériences originales de mouillage et de physique des colloïdes, nous nous efforçons de montrer que tous les concepts utiles pour comprendre les interactions entropiques ou de van der Waals entre surfaces inertes sont en place depuis plus de vingt ans. Nous montrons ensuite, à travers l'étude expérimentale du couple streptavidine-biotine, qu'en ce qui concerne les interactions spécifiques entre molécules biologiques reliées à des surfaces, il reste encore beaucoup à comprendre. Nous illustrons par ailleurs les limites de l'approche du physicien à travers l'étude expérimentale des interactions entre cadhérines, molécules biologiques directement impliquées dans l'adhésion cellulaire.Enfin, nous présentons des études d'interactions entre surfaces d'objets en mouvement ainsi que deux projets de recherches concernant les liens entre les interactions entre surfaces colloïdales et la rhéophysique des colloïdes.

A new general methodology based on magnetic colloids to study the recognition kinetics of tethered biomolecules is introduced here. By tuning the architecture of the tethers that link molecules to surfaces, we explain the large diversity of observed association times. We thus studied the association kinetics between a streptavidin and a biotin grafted on two opposite surfaces. We also considered the case of cellular adhesion molecules, the cadherins, for which we measured an association kinetic constant smaller than that of the strepatividin-biotin interaction.; Ce manuscrit présente une étude des cinétiques de réactions ligand-récepteur sur des surfaces en regard, fondée sur l'utilisation de particules magnétiques colloïdales. Notre démarche repose sur la mesure de cinétiques de formation de doublets indépendants de particules, déclenchée par l'application d'un champ magnétique. Ces mesures sont directement reliées aux constantes cinétiques du couple ligand-récepteur à la surface des particules magnétiques. En considérant le couple streptavidine-biotine, nous avons validé notre approche et mis en évidence une source de variabilité des constantes d'association en surface : le degré de confinement des réactifs sur les surfaces. Pour les configurations les plus rapides, nous avons appréhendé la constante d'association comme limitée par des processus de diffusion, associés à la dynamique des particules colloïdales. Pour les configurations les plus lentes, où les réactifs sont les plus confinés en surface, le ralentissement observé est attribué à une diminution de l'efficacité des rencontres entre réactifs. Nous avons également étudié la cinétique d'association entre cadhérines, molécules directement impliquées dans l'adhésion cellulaire. Nous avons mis en évidence l'influence des conditions de contact sur l'état d'adhésion entre cadhérines. Pour les deux états d'adhésion « profonds » observés, nous avons mesuré une constante cinétique d'association plus lente que celle de l'interaction streptavidine-biotine.

The investigation on the mechanisms of molecular recognition of small molecules and cations by amphiphilic derivatives of cyclodextrins, crown ethers and thermotropic liquid crystals was realized with the aim of elaborating supramolecular functional systems and new nanomaterials. The effects related to the molecular recognition were studied in Langmuir and Langmuir-Blodgett films. These systems allow the investigation of the intra- and intermolecular interactions involved in the recognition process via monitoring of the surface pressure, surface potential and film morphology. Various techniques, in particular Brewster angle microscopy, atomic force microscopy, fringes of equal chromatic order technique, fluorimetry, electrochemistry, differential scanning calorimetry and gas chromatography were used in order to characterize the molecular systems conceived., Ce travail vise à appréhender les mécanismes de reconnaissance de petites molécules ou de cations par des dérivés de cyclodextrines, d'éthers couronnes et de cristaux liquides thermotropes amphiphiles, en vue de l'élaboration de systèmes supramoléculaires fonctionnels et de nanomatériaux nouveaux. Les effets liés à la reconnaissance moléculaire ont été étudiés dans les films de Langmuir et de Langmuir-Blodgett. En effet, ces systèmes permettent l'investigation des interactions intra- et intermoléculaires intervenant dans la reconnaissance via le suivi des variations de la pression de surface et du potentiel de surface, ainsi que de la morphologie des films. Diverses techniques, notamment la microscopie à angle de Brewster, la microscopie à force atomique, la technique de franges d'ordre chromatique égale, la fluorimétrie, l'électrochimie, la calorimétrie à balayage différentiel et la chromatographie gazeuse ont été utilisées afin de caractériser les systèmes moléculaires conçus.

The aim of this work was a tentative of programming oriented helicates around tetrahedral coordinating metals. In this sense we conceived then and synthesised new bis-heterocyclic sequences and calix[4]arene podands along there metal CuI, Ag[exponent I], Zn[exponent II] complexes. The heterotopic sequences incorporate two metal coordinating bis-diimine sites in there whole structure. According to the molecular recognition principle, metal-ligand interactions allow the formation of double-stranded homotopic and heterotopic helicates. Concerning heterotopic helicates, two conformations H-H and H-T may be selected. In the present study all the heterotopic ligands afforded only one conformation exclusively. In the case of Ni[exponent II] (hexavalent) a new unexpected supramolecular framework was also caracterized. The origin of such a high selectivity of the strands orientation in heterotopic helicates could be assessed on the basis of the supramolecular information processing of the data contained in the electronic configuration of the bis-heterocycles., Le travail de thèse présenté illustre une tentative de programmation d'hélicates orientés. A cette fin, de nouveaux ligands bis-hétérocycliques et podants calix[4]arènes homotopiques et hétérotopiques ont été conçus puis synthétisés ainsi que leurs complexes de Cu[exposant I], Ag[exposant I] et Zn[exposant II]. Ces systèmes déterminent deux sites de structure diimine coordinants pour ces cations métalliques. Suivant le principe de reconnaissance moléculaire, les interactions métal-ligand ont permis l'obtention d'hélicates double-brins dinucléaires homotopiques et hétérotopiques. Dans le cas des hélicates hétérotopiques, deux orientations des brins peuvent être envisagées: parallèle et antiparallèle. Dans les cas étudiés une seule conformation est obtenue sélectivement quel que soit le cation impliqué. Dans le cas du Ni[exposant II] (cation hexavalent) une nouvelle architecture supramoléculaire a été caractérisée. L'origine de la haute sélectivité de l'orientation des brins dans les hélicates étudiés est vraisemblablement le résultat du traitement supramoléculaire de l'information contenue dans la configuration électronique des unités bis-hétérocycliques.