Graft polymers with a dendritic architecture (arborescent polymers) were synthesized by ???click???, anionic, and cationic grafting. Arborescent polystyrene and polybutadiene systems were synthesized by ???click??? coupling using alkyne and azide functional groups, one of which was introduced randomly on the polymer substrate, while the other functionality was located at one end of the polymer serving as side chains. The two possible combinations of randomly and end-functionalized components were investigated for both polymer systems, but the best method for polystyrene involved side chains with an azide end group and randomly acetylenated substrates; for polybutadiene, acetylene-terminated side chains and randomly azidated substrates were preferred. The end-functionalized polymers were derived from a bifunctional initiator to introduce a protected hydroxyl group, which was converted into either an azide or an acetylene functionality. Coupling of the end-functionalized side chains with the substrate polymer serving as backbone yielded a comb-branched (or G0 arborescent) polymer. Further cycles of substrate functionalization and grafting led to the subsequent (G1 and G2) generations of arborescent polymers. Linear and branched (G0 and G1) hydroxylated polystyrene derivatives, some of which served as intermediates in the synthesis of the randomly functionalized ???click??? grafting substrates, were also explored as macroinitiators for the cationic polymerization of ethyl vinyl ether. The substrates functionalized with either secondary or tertiary alcohol groups yielded the desired arborescent polystyrene-graft-poly(ethyl vinyl ether) copolymers, without formation of linear contaminant. Arborescent polybutadiene of generations G1 and G2, with different side chain molecular weights, were also synthesized by anionic coupling of living polybutadienyllithium side chains with substrates functionalized with chlorosilane groups for comparison with the ???click??? methodology.

La recherche de nouvelles molécules à activité antiparasitaire pour lutter contre les parasites responsables de maladies telles que le paludisme ou la trypanosomiase humaine africaine est un enjeu primordial car il n’existe pas de vaccin pour ces maladies qui peuvent être mortelles et qui touchent près de 1/6 de la population mondiale. Dans ce contexte, il a été observé au laboratoire que l’amélioration de l’activité des molécules sur une cible isolée ne se retrouvait pas toujours sur les parasites. Une faible entrée de la molécule dans la cellule pourrait être une des causes de ce manque de corrélation, comme cela est souvent le cas dans la recherche de molécules actives.Pour valider ou non cette cause, ces travaux de thèse ont eu pour but de concevoir, synthétiser et évaluer de nouvelles sondes fluorescentes qui permettraient de visualiser la pénétration de molécules actives dans des cellules, en nous intéressant en particulier aux parasites responsables de la maladie du sommeil et du paludisme.Notre concept se base sur le principe de la chimie « click », sans catalyseur, impliquant une fonction alcyne et un groupement azoture. Ceci est possible lorsque la fonctionalcyne est insérée dans un cycle tendu comme celui d’un cyclooctyne qui lui confère une plus grande réactivité (Strain-Promoted Alkyne-Azide Cycloaddition).Nous avons synthétisé des dérivés de la dibenzocyclooctynone, une molécule fluorescente décrite pour réagir sans catalyseur avec des azotures, de manière à obtenir des sondes à détection « on-on’ ». Ainsi, sept nouvelles sondes fluorescentes ont été obtenues, dont trois réagissent avec des azotures avec une cinétique adéquate. Les propriétés photophysiques de ces molécules ont été caractérisées et nous avons vérifié qu’elles traversent bien la membrane des protozoaires parasites que nous étudions. La fluorescence n’est observée qu’à l’intérieur du parasite.La détection d’un azoture in cellulo a été vérifiée par HPLC- MS/MS avec une des sondes.Parmi les sept cyclooctynones obtenues, une sonde forme un adduit triazole fluorescent avec une cinétique acceptable, ce qui constitue le premier exemple de sonde « on-on’ » de cette série et une véritable avancée dans la chimie bio-orthogonale. / The discovery of new molecules with antiparasitic activity is crucial today to fight against infectious diseases such as malaria and HAT since no vaccine is available to cure these diseases. In our search for new antiparasitic compounds, we observed that activity improvement on an isolated target was not seen on parasite. We suspected an ineffective entry of the molecule into the cell to be one of the reasons for these uncorrelated results.To explore this possibility, this PhD work aimed to design, synthetize and evaluate new fluorescent probes that would allow the visualization of drug entry into parasites responsible for HAT and malaria.Our concept is based on “click” chemistry that can be achieved without catalyst, between an azide and a strained alkyne like cyclooctyne (Strain-Promoted Alkyne-Azide Cycloaddition).We synthetized derivatives of dibenzocyclooctynone, a fluorescent molecule described to undergo SPAAC reaction with azides, in order to obtain “on-on’” detection probes. Seven new fluorescent probes were therefore synthetized, among which three of them displayed adequate SPAAC kinetics. Photophysical properties of these molecules were characterized and their penetration into protozoan cells was demonstrated. Fluorescence was only observed in the parasitic cytosol.In cellulo azide detection was achieved and verified by LC- MS/MS with one of our probes.One out of the seven probes formed a fluorescent triazole adduct, which constitutes the first example of an « on-on’ » probe for this series and a real progress in bioorthogonal chemistry.

L'accès à de nouvelles techniques de synthèse simples permettant l'obtention d'architectures macromoléculaires complexes et bien définies demeure un enjeu permanent. Les réactions de couplage dites " click " permettent de relever en parti ce défi et dans cette catégorie, les γ-thiolactones sont apparues comme un nouvel outil important. Dans ce contexte, nous avons développé un nouveau procédé de synthèse de mono- et bis(γ-thiolactones) fonctionnelles basé sur la chimie radicalaire des xanthates, permettant l'accès à une bibliothèque de thiolactones porteuses de groupements fonctionnels divers. La réactivité de ces molécules a été testée au travers de la réaction amine-thiol-ène avec la fonctionnalisation d'extrémités de chaînes polymères et la polymérisation par étapes. Un exemple d'utilisation de ces polymères est présenté avec la stabilisation de nanoparticule de gadolinium en milieu aqueux. Enfin, une série de thiolactones portant des groupements susceptibles de jouer le rôle d'amorceurs et d'agents de contrôle en polymérisation radicalaire par désactivation réversible ont permis l'obtention de polymères fonctionnalisés thiolactone en bout de chaîne. Ces polymères ont par la suite été utilisés dans des réactions de modifications post-polymérisation permettant l'incorporation de groupements possédant des propriétés de fluorescences par exemple. / The development of simple synthetic protocols allowing the construction of complex and well-defined macromolecular architectures remains an ongoing challenge. The so-called "click" coupling reactions make it partially possible. Among these reactions, the use of γ-thiolactones has emerged as a new important tool. In this context, we have developed a new procedure for the synthesis of functional mono- and bis(γ-thiolactones) based on the radical chemistry of xanthates, allowing access to a library of thiolactones bearing various groups. The reactivity of these molecules was tested with the amine-thiol-ene conjugation for the functionalization of polymer chain-ends and step-growth polymerization. An application of these functionalized polymers was presented with the stabilization of gadolinium nanoparticles in water. Finally, a series of thiolactone-functional initiators or control agents for reversible-deactivation radical polymerization techniques allowed us to obtain thiolactone-terminated polymers. These polymers were then used for post-polymerization modification reactions with the incorporation of a new fluorescent group for example.

Pagrindinis šio darbo tikslas buvo susintetinti vandenyje tirpius norimos struktūros bei skirtingo pakeitimo laipsnio skiepytuosius chitozano-polietilenglikolio (MPEG) kopolimerus bei katijonizuotus chitozano darinius ir ištirti jų savybes. „Klik“ chemijos reakcijų pagalba susintetinti nauji įvairaus pakeitimo laipsnio chitozano-MPEG skiepytieji kopolimerai, turintys triazolilliekaną. Pasiūlyti nauji chitozano-C(6)-MPEG bei N-2,3-epoksipropil-N,N,N-trimetilamonio chloridu C(6)-katijonizuoto chitozano sintezės būdai, chitozano aminogrupių apsaugai naudojant chitozano kompleksus su dodecilsulfatu. Dalinai N-katijonizuoto chitozano darinius papildomai katijonizuojant šarminėje terpėje, gauti N,O-katijonizuoti chitozano dariniai, turintys labai didelį katijonizavimo laipsnį. Pasiūlytas katijonizuoto chitozano fermentinės hidrolizės metodas, kurį naudojant chitozano darinio molekulinę masę lengvai galima sumažinti dešimtimis kartų. Chitozaną modifikuojant vyno, citrinų, adipo rūgštimis, susintetinti dalinai tinklinti chitozano dariniai. Prie chitozano ir karboksirūgštimis modifikuotų chitozano nanodalelių prijungus (4-cianpentano rūgšties)-4-ditiobenzenkarboksilatą, susintetintas makroiniciatorius gyvybingajai radikalinei polimerizacijai RAFT metodu. / The main aim of this work was to synthesize water-soluble chitosan-methoxy poly(ethylene glycol) (MPEG) graft copolymers and quaternized derivative of chitosans of various structure and desirable graft density and to study their properties. Novel chitosan-MPEG derivatives containing triazolyl moiety with different degree of substitution of chitosan were prepared for the first time by “click chemistry”. Several new schemes of the synthesis of chitosan-C(6)-TMPEG and C(6)-quaternized chitosan derivatives were suggested based on protection of amino functionality by using chitosan-dodecyl sulfate complexes. Additional cationization of cationic chitosan through its hydroxyl groups in alkaline medium enabled to prepare N,O-quaternized chitosans derivatives with very high degree of quaternization. It was suggested method of enzymatic hydrolysis of quaternized chitosans which allow a tenfold decrease the molecular weight of chitosans derivatives. Modification of chitosan by tartaric, citric or adipic acid yielded partially crosslinked chitosan derivatives. Modification of chitosan and further modification of chitosan nanoparticles by dithiobenzendicarboxylate resulted in RAFT macroinitiators which are precursors of functionalized nanoparticles.

The main aim of this work was to synthesize water-soluble chitosan – methoxy poly(ethylene glycol) (MPEG) graft copolymers and cationized chitosan derivatives of various structure and desirable graft density, and to study their properties. Novel chitosan-MPEG derivatives with different degree of substitution of chitosan were prepared for the first time by “click” chemistry. Several new schemes of the synthesis of chitosan-MPEG and additionally cationized chitosan derivatives were suggested based on protection of amino functionality by using chitosan-dodecyl sulphate complexes. Additional cationization of chitosan through its hydroxyl groups in alkaline medium enabled to prepare chitosan derivatives with very high charge density. A method of enzymatic hydrolysis of the cationized chitosans was proposed which allowed a tenfold decrease of the molecular weight of chitosan derivatives. Modification of chitosan by tartaric, citric or adipic acid yielded chitosan nanoparticles. Further modification of chitosan nanoparticles by dithiobenzendicarboxylate resulted in RAFT macroinitiators used as precursors of functionalized nanoparticles. / Pagrindinis šio darbo tikslas buvo susintetinti vandenyje tirpius norimos struktūros bei pakeitimo laipsnio skiepytuosius chitozano – polietilenglikolio (MPEG) kopolimerus bei katijonizuotus chitozano darinius ir ištirti jų savybes. Įvairaus pakeitimo laipsnio chitozano-MPEG skiepytieji kopolimerai susintetinti vykdant „klik“ chemijos reakcijas. Pasiūlyti nauji chitozano-MPEG bei papildomai katijonizuoto chitozano sintezės būdai, chitozano aminogrupių apsaugai naudojant chitozano kompleksus su dodecilsulfatu. Dalinai katijonizuoto chitozano darinius papildomai katijonizuojant šarminėje terpėje, gauti chitozano dariniai, turintys labai didelį krūvio tankį. Pasiūlytas katijonizuoto chitozano fermentinės hidrolizės metodas, kurį naudojant chitozano darinio molekulinę masę lengvai galima sumažinti dešimtimis kartų. Chitozaną modifikuojant vyno, citrinų arba adipo rūgštimis, susintetintos nanodalelės. Prie chitozano nanodalelių prijungus (4-cianpentano rūgšties)-4-ditiobenzenkarboksilatą, susintetintas makroiniciatorius gyvybingajai radikalinei polimerizacijai RAFT metodu.

Lors de la production industrielle du biocarburant éthyl tert-butyl éther (ETBE), cet éther forme un azéotrope contenant 20 % d'éthanol. Comparé à la distillation ternaire utilisée pour la purification de l'ETBE, le procédé membranaire de pervaporation pourrait offrir une alternative intéressante et d'importantes économies d'énergie. Des membranes cellulosiques ont principalement été décrites pour cette application. En particulier, la sélectivité de l'acétate de cellulose (CA) était extrêmement élevée mais son flux trop faible. Dans cette thèse, différentes stratégies de greffage ont été explorées pour améliorer ses propriétés membranaires. La première a mis en œuvre la chimie "click" pour le greffage d'oligomères polylactide, conduisant à des membranes bio-sourcés originales pour cette application. Le greffage de liquides ioniques (LIs) a ensuite été étudié, initialement par chimie "click" (échec dû à des réactions secondaires) puis par une autre stratégie en 2 étapes impliquant une simple substitution nucléophile. Une seconde série de matériaux cellulosiques a été obtenue avec des LIs contenant un même anion bromure et différents cations (imidazolium, pyridinium ou ammonium) de polarité croissante. Une troisième série de nouveaux matériaux membranaires a ensuite été développée en échangeant l'anion bromure par différents anions Tf2N-, BF4-, and AcO-. Les propriétés membranaires de tous les matériaux greffés ont finalement été évaluées sur la base du modèle de sorption-diffusion, révélant que la sorption et la pervaporation étaient conjointement améliorées par les différentes stratégies de greffage développées. / During the industrial production of ethyl tert-butyl ether (ETBE) biofuel, this ether forms an azeotropic mixture containing 20 wt% of ethanol. Compared to the ternary distillation currently used for ETBE purification, the pervaporation membrane process could offer an interesting alternative and important energy savings. Cellulosic membranes have been mainly reported for this application. In particular, the selectivity of cellulose acetate (CA) was outstanding but its flux was too low. In this work, different grafting strategies were developed for improving the CA membrane properties for ETBE purification. The first strategy used "click" chemistry to graft CA with polylactide oligomers leading to original bio-based membranes for the targeted application. The grafting of ionic liquids onto CA was then investigated first by "click" chemistry (unsuccessful due to side reactions) and then by another two-step strategy implying simple nucleophilic substitution. A second series of cellulosic materials was obtained by grafting different ionic liquids containing the same bromide anion and different cations (imidazolium, pyridinium or ammonium) with increasing polar feature. A third series of new membrane materials was finally developed by exchanging the bromide anion with different anions Tf2N-, BF4-, and AcO-. The membrane properties of all grafted CA membranes were finally assessed on the basis of the sorption-diffusion model, which revealed that both sorption and pervaporation properties were improved by the different grafting strategies

Investigation of RNA and DNA function often requires sequence-specific incorporation of various reporter and affinity probes. This can be achieved using AdoMet-dependent methyltransferases (MTases) as they can be active with synthetic AdoMet analogues equipped with transferable chains larger than the methyl group. These chains usually carry reactive groups that can be further chemically appended with required reporters. For this, azide-alkyne 1,3-cycloaddition (AAC), also called “click”, reaction is particularly attractive. This work shows that the HhaI cytosine-5 DNA MTase (variant Q82A/Y254S/N204A) catalyzes efficient sequence-specific transfer of hex-2-ynyl side chains containing terminal alkyne or azide groups from synthetic cofactor analogues to DNA. Both the enzymatic transfer and subsequent “click” coupling of a fluorophore can be performed even in cell lysates. For RNA labeling, the activity of an archaeal RNA 2‘-O-MTase C/D ribonucleoprotein complex (RNP) with synthetic cofactors was investigated. It was shown that synthetically reprogrammed guide RNA sequences can be used to direct the C/D RNP-dependent transfer of a prop-2-ynyl group to predetermined nucleotides in substrate RNAs. Followed by AAC this can be used for programmable sequence-specific labeling of a variety of RNA substrates in vitro. These new possibilities for specific labeling of nucleic acids can be adopted in biochemistry, biomedical, nanotechnology, etc. research. / Tiriant DNR ir RNR, neretai svarbu prijungti įvairius reporterinius ar giminingumo žymenis griežtai apibrėžtose (sekos) vietose – t.y. specifiškai. Tam galima pasitelkti fermentus metiltransferazes (MTazes). Natūraliai jos naudoja kofaktorių AdoMet, tačiau gali būti aktyvios ir su sintetiniais jo analogais, turinčiais ilgesnes nei metil- pernešamas grandines. Jei šios grandinės turi galines funkcines grupes, prie jų vėliau cheminių reakcijų pagalba galima prijungti norimus žymenis. Tam itin patogi azidų-alkinų cikloprijungimo (AAC), dar vadinama „click“, reakcija. Šiame darbe parodyta, kad DNR citozino-5 MTazė HhaI (variantas Q82A/Y254S/N204A) efektyviai katalizuoja sekai specifinę heks-2-inil- grandinių, turinčių galines alkinil- arba azido- grupes, pernašą nuo sintetinių kofaktorių ant DNR. Naudojant šią MTazės-kofaktorių sistemą bei AAC, visą specifinio DNR žymėjimo procesą galima atlikti netgi ląstelių lizate. RNR žymėjimui ištirtas archėjų RNR 2‘-O-MTazės C/D ribonukleoproteininio komplekso aktyvumas su sintetiniais kofaktoriais. Parodyta galimybė sintetiškai keičiant kreipiančiąją RNR, prop-2-inilgrupės pernašą nukreipti į norimas įvairių substratinių RNR sekos vietas ir po to AAC reakcijos pagalba prijungti fluoroforą. Taigi, sukurtas naujas molekulinis įrankis, leidžiantis be suvaržymų pasirinkti norimą pažymėti RNR seką. Šios naujos specifinio nukleorūgščių žymėjimo galimybės gali būti pritaikytos biochemijos, biomedicinos, nanotechnologijų ir kitose tyrimų srityse... [toliau žr. visą tekstą]

Tiriant DNR ir RNR, neretai svarbu prijungti įvairius reporterinius ar giminingumo žymenis griežtai apibrėžtose (sekos) vietose – t.y. specifiškai. Tam galima pasitelkti fermentus metiltransferazes (MTazes). Natūraliai jos naudoja kofaktorių AdoMet, tačiau gali būti aktyvios ir su sintetiniais jo analogais, turinčiais ilgesnes nei metil- pernešamas grandines. Jei šios grandinės turi galines funkcines grupes, prie jų vėliau cheminių reakcijų pagalba galima prijungti norimus žymenis. Tam itin patogi azidų-alkinų cikloprijungimo (AAC), dar vadinama „click“, reakcija. Šiame darbe parodyta, kad DNR citozino-5 MTazė HhaI (variantas Q82A/Y254S/N204A) efektyviai katalizuoja sekai specifinę heks-2-inil- grandinių, turinčių galines alkinil- arba azido- grupes, pernašą nuo sintetinių kofaktorių ant DNR. Naudojant šią MTazės-kofaktorių sistemą bei AAC, visą specifinio DNR žymėjimo procesą galima atlikti netgi ląstelių lizate. RNR žymėjimui ištirtas archėjų RNR 2‘-O-MTazės C/D ribonukleoproteininio komplekso aktyvumas su sintetiniais kofaktoriais. Parodyta galimybė sintetiškai keičiant kreipiančiąją RNR, prop-2-inilgrupės pernašą nukreipti į norimas įvairių substratinių RNR sekos vietas ir po to AAC reakcijos pagalba prijungti fluoroforą. Taigi, sukurtas naujas molekulinis įrankis, leidžiantis be suvaržymų pasirinkti norimą pažymėti RNR seką. Šios naujos specifinio nukleorūgščių žymėjimo galimybės gali būti pritaikytos biochemijos, biomedicinos, nanotechnologijų ir kitose tyrimų srityse... [toliau žr. visą tekstą] / Investigation of RNA and DNA function often requires sequence-specific incorporation of various reporter and affinity probes. This can be achieved using AdoMet-dependent methyltransferases (MTases) as they can be active with synthetic AdoMet analogues equipped with transferable chains larger than the methyl group. These chains usually carry reactive groups that can be further chemically appended with required reporters. For this, azide-alkyne 1,3-cycloaddition (AAC), also called “click”, reaction is particularly attractive. This work shows that the HhaI cytosine-5 DNA MTase (variant Q82A/Y254S/N204A) catalyzes efficient sequence-specific transfer of hex-2-ynyl side chains containing terminal alkyne or azide groups from synthetic cofactor analogues to DNA. Both the enzymatic transfer and subsequent “click” coupling of a fluorophore can be performed even in cell lysates. For RNA labeling, the activity of an archaeal RNA 2‘-O-MTase C/D ribonucleoprotein complex (RNP) with synthetic cofactors was investigated. It was shown that synthetically reprogrammed guide RNA sequences can be used to direct the C/D RNP-dependent transfer of a prop-2-ynyl group to predetermined nucleotides in substrate RNAs. Followed by AAC this can be used for programmable sequence-specific labeling of a variety of RNA substrates in vitro. These new possibilities for specific labeling of nucleic acids can be adopted in biochemistry, biomedical, nanotechnology, etc. research.

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de copolymères greffés à squelette 1,4-polybutadiène (PBu) et polyoxanorbornène par combinaison de ROMP et chimie click et/ou polymérisation RAFT selon la méthode grafting through. Une gamme de macromonomères symétriques et non symétriques originaux poly(oxyde d'éthylène) (POE), poly(acrylate d'éthyle), poly(acrylamide de N-isopropyle) (PNIPAM) et POE-b-PNIPAM ont été synthétisés à partir de précurseurs oxanorbornène et cyclobutène fonctionnalisés présentant un ou deux groupements clickables et/ou un agent RAFT par chimie click et polymérisation RAFT. Une série de PBu-g-POE et polyoxanorbornène-g-POE bien définis ont été obtenus par ROMP en solution en utilisant des amorceurs de Grubbs et de Schrock. Les tests de ROMP en milieu aqueux dispersé ont montré que la mini-émulsion était efficace pour la polymérisation des macromonomères POE à extrémité cyclobutényle et oxanorbornényle.

Le sujet de cette thèse concerne l'élaboration depolymères hydrophiles biocompatibles et fonctionnelspour la stabilisation et la bio-fonctionnalisation denanoparticules d'oxyde de fer en vue d'une utilisation entant qu'agents de contraste en imagerie par résonancemagnétique et/ou en tant que vecteurs de principesactifs ou de thérapie génique. Pour ce travail de thèse,l'objectif a été de fonctionnaliser des poly(oxyded'éthylène)s (POE) commerciaux, connus pour leurspropriétés d'hydrophilie, de biocompatibilité et defurtivité par un groupement acide phosphonique, pourchélater les nanoparticules d'oxyde de fer, et par ungroupement furane, susceptible de réagir avec desbiomolécules à fonctionnalité maléimide, facilementaccessibles, selon une réaction de Diels-Alderthermoréversible.Des POEs à extrémité acide phosphonique et àfonctionnalité furane ont été synthétisés selon deuxstratégies originales combinant des réactionsd'Atherton-Todd ou de Kabachnik-Fields et lacycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen, réaction dechimie " click " très efficace, orthogonale, spécifique etréalisée dans des conditions douces.Les POEs obtenus ont ensuite été greffés à la surfacede nanoparticules d'oxyde de fer selon la stratégie'grafting onto'. L'efficacité des POEs à stabiliser lesnanoparticules d'oxyde de fer a été mise en évidence.De plus, les tests de cytotoxicité ont montré que cessystèmes sont biocompatibles. De plus, lesnanoparticules d'oxyde de fer, une fois greffées, ontconservé leurs propriétés de relaxivité autorisant leurutilisation en imagerie médicale. Enfin, l'aptitude de cesnanoparticules fonctionnalisées par des groupementsfurane à immobiliser des molécules à fonctionnalitémaléimide a été mise en évidence ainsi que lapossibilité ultérieure à libérer ces molécules sous effetd'un stimulus thermique. Ce comportement réversibleouvre des perspectives tout à fait intéressantes dans ledomaine de la vectorisation de principes actifs.