La chimie des radicaux azotés permet d'obtenir d'une manière simple et rapide de nombreux types d'alcaloïdes. Au cours de ce travail, une nouvelle voie d'accès aux 2-imidazolines, précurseurs de diamines vicinales et d'imidazoles, utilisant des radicaux amidinyles et des composés stannylés a été étudiée, puis étendue à des transferts de groupes autres que l'atome d'hydrogène. Dans un deuxième temps, une nouvelle méthode de création de radicaux amidyles par voie photochimique basée sur l'utilisation de xanthates d'hydroxamyle a également été développée. Enfin, une synthèse de l'aspidospermidine, dont le squelette est présent dans de nombreux agents antimitotiques, a été tentée. La rétrosynthèse envisagée reposait sur une cyclisation radicalaire en cascade d'un radical amidyle sur un système provenant d'une réduction de Birch alkylante.

Les qualités analytiques de la spectrométrie de masse à résonance cyclotronique ionique et à transformée de Fourier, combinée à une source d'électronébulisation (ESI-FT-ICR) ont été mises à profit pour l'étude d'interactions non-covalentes dans des assemblages protéiques. Dans une première partie, l'utilisation de cette technique pour la détection de complexes protéiques intacts a été développée sur le système constitué de la créatine kinase (CK) et de ses ligands ADP et ATP, conduisant à l'observation de ces complexes en phase gazeuse. Les parts spécifiques et non spécifiques de ces interactions ont été séparées par un modèle statistique, conduisant à la détermination des constantes de dissociation (K1,ADP=11.8 ± 1,5 μM, K2,ADP=48 ± 6 μM, K1,ATP=27 ± 7 μM, K2,ATP=114 ± 27 μM ) qui sont en accord avec la littérature. Dans une seconde partie, des techniques pour l'étude de l'accessibilité de surface de complexes de protéines par modification chimique en solution, aussi bien réversibles (échanges H/D) qu'irréversibles (modification spécifique d'histidine et de lysine par le DEPC) ont été mises au point et appliquées. Les sites de modification ont été localisés soit par une approche « bottom-up » (digestion enzymatique suivie d'une mesure de masse des peptides résultants) soit par une approche « top-down » (fragmentation en phase gazeuse de la protéine intacte par dissociation par capture d'électrons [ECD]). Dans le cadre de l'instrumentation actuelle, cette dernière approche a conduit à des résultats pour des protéines allant jusqu'à 17 kDa et pourrait être étendue jusqu'à des protéines de 25 kDa. Ces différentes stratégies analytiques ont été appliquées à des oligomères de la protéine du prion (PrP) obtenus par dénaturation thermique partielle in vitro de l'espèce monomérique. L'accroissement de l'incorporation de deutérium dans certaines régions de la forme oligomèrique (par rapport au monomère) reflète un dépliement partiel de la protéine, en particulier au niveau d'une hélice .

Au cours de cette thèse, nous avons découvert que des phénols pauvres en électrons comme les nitrophénols ou le salicylate de méthyle peuvent intervenir comme partenaire acide dans des couplages de type Ugi. Ces phénols sont en effet suffisamment acides pour activer les imines intermédiaires et déplacer l'ensemble des équilibres par un réarrangement de type Smiles. Il est ainsi possible d'obtenir des N-arylaminoamides par un couplage multicomposant entre une amine primaire, un isonitrile, un composé carbonylé et un phénol. Par la suite, nous nous sommes intéressés à la possibilité d'étendre cette réaction à d'autres phénols appauvris tels que des phénols hétérocycliques comme, par exemple, les hydroxy pyridines ou pyrimidines permettant la formation de composés intéressants d'un p! oint de vue biologique. Ces réactions permettent d'envisager des synthèses rapides et efficaces de composés hétérocycliques. Ainsi nous avons mis au point une synthèse « one-pot » de benzopyrazinones par hydrogénolyse cyclisante avec d'excellents rendements. Couplée à une métathèse cyclisante, cette réaction permet d'envisager une synthèse efficace de composés hétérocycliques de type pyrimidine-azépines, avec mise en évidence lors de la cyclisation d'un tandem RCM–isomérisation de la double liaison.

Le présent travail intitulé « Etude des instants initiaux des réactions solide – solide » a été réalisé dans le cadre d'une thèse en co-tutelle franco-italienne sous le double sceau de Alma Ticinensis Universitas de Pavie et de l'Université Joseph Fourier de Grenoble. Il s'est déroulé pour l'essentiel au ‘Département de Chimie-physique Mario Rolla' de l'université de Pavie, sous la direction du Prof. Paolo GHIGNA. La partie française c'est déroulé sous la direction du Prof. Michel DUCLOT au Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-Chimie des Materiaux et des Interfaces - LEPMI (UMR 5631, CNRS, Grenoble-INP, UJF). De plus, les travaux expérimentaux du suivi de la cinétique des réactions oxyde - oxyde ont été réalisés au ‘European Synchrotron Radiation Facility', (E.S.R.F, Grenoble, France), sous la direction du Dr. Francesco D'ACAPITO. Le mémoire est subdivisée en 7 chapîtres. L' introduction fait un point général sur les connaissances des réactions entre solides tant du point de vue thermodynamique que du point de vue transport de la matière. Le première chapitre fait le point des connaissances de la cinétique des réactions solide – solide et montre l'intérêt de la connaissance des phénomènes aux instants initiaux. Ce point constitue la partie originale qui sera développé dans ce travail. Dans le chapître 2 sont présentés la stratégie d'analyse (rayonnement synchrotron, ajustement des données) ainsi que le système expérimental (film mince du matériaux étudie sur substrat monocristallin). Le chapître 3 est consacrée a l'étude de la croissance épitaxiale des films minces d'oxyde de type MO, (M = Mn, Zn, Ni), à l'aide d'un système de déposition par magnetron sputtering Radio Frequence (RF-magnetron sputter). L' échantillon obtenu est ensuite recuit pour l'homogéneité de l'orientation épitaxiale. Les techniques X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) et Fluorescence X-Ray Absorption Spectroscopy (fluo-XAS) sont présentées dans le chapître 4 ainsi que le faisceau synchrotron GILDA BM08 de l'ESRF, où ont été réalisées les expériences ce qui a permis l'identification d'au moins un nouveau composé cristallin. Sur le faisceau ID24 (ESRF) ont été réalisées les mesures de X-ray Absorption Near Edge Spectroscopy (micro-XANES) (chapître 5). Le faisceau ID03 (ESRF) a servi pour les mesures de diffraction superficielle (chapître 6). Un pas en avant dans l'analyse de la surface est présenté dans le chapître 7 où les mesures par Atomic Force Microscopy (AFM) et par Electron Diffraction (ED) montrent des changements impressionnants de la structure et de la morphologie superficielle des films d'oxyde (chapître 8). Ce travail a permis un approche performante pour la compréhnsion des mécanismes des réactions interfaciales au niveau de l'atome. Ces résultats peuvent être une contribution important pour l'élaboration de nouveaux oxydes à l'état nanometric. Cette perspective laisse penser à l'ouverture d'une nouvelle voie pour l'étude de mécanismes de réaction à l'état solide de façon analogue au réactions de femtochimie en phase gazeuse.

Le fil conducteur des recherches que j'ai effectuées depuis 1995 est la compréhension de la réactivité de surface des oxy-hydroxydes métalliques et de son implication dans les processus de sorption et d'adhésion. J'ai débuté ces recherches par une thèse sur l'étude des interactions des ions iodure avec plusieurs composés du cuivre (oxydes, carbonates et sulfures) par des méthodes spectroscopiques (XPS, Raman) et électrochimiques pour caractériser les composés formés. L'application de ces recherches au stockage souterrain des déchets radioactifs (l'iode étant un vecteur potentiel de contamination) a justifié leur financement par l'ANDRA. Ces premiers travaux m'ont dévoilé l'étendue des études nécessaires à l'avancée des connaissances dans le domaine des interfaces oxydes/solution. Mon embauche au CNRS m'a permis de mettre en œuvre un programme de recherche basé sur une approche multiéchelle (des colloïdes aux substrats massifs) et multitechnique (caractérisation en masse et en surface). Dans une première étape, j'ai utilisé des solides de référence pour améliorer les méthodes de caractérisation acido-basiques et les modèles de complexation de surface. La plate-forme expérimentale du CECM, laboratoire spécialisé dans les matériaux, a permis de réaliser une caractérisation approfondie des solides, au-delà des analyses réalisées habituellement par des chercheurs n'ayant pas un accès direct à ces moyens analytiques (MET, XRD, ATG, XPS,...). J'ai ainsi mis en évidence l'instabilité de la surface de l'alumine gamma en solution, alors que ce composé était utilisé depuis plusieurs dizaines d'années comme un solide de référence. Aidé d'un stagiaire, j'ai synthétisé un hydroxyde d'aluminium (bayerite) avec différentes morphologies pour prendre en compte la cristallographie sur la réactivité de surface, en accord avec les modèles les plus récents. La sorption des anions reste une problématique importante pour le stockage souterrain des déchets radioactifs puisqu'ils seraient les principaux vecteurs de contamination dans la géosphère. Avec une doctorante, nous avons travaillé sur le système sélénite/hématite pour aboutir à la publication de la première étude approfondie sur la sorption de cette espèce anionique du sélénium sur ce minéral. A cette occasion, la nécessité de disposer d'informations spectroscopiques en présence de solution m'a conduit à développer un système permettant de réaliser des spectres infrarouges en mode ATR (réflexion totale atténuée). J'ai ainsi analysé plusieurs systèmes (sulfate, carbonate, uranyle/hématite, uranyle/rutile,...) pour lesquels j'ai obtenu la spéciation des espèces sorbées, notamment en distinguant les complexes de sphère interne et externe. Ces expériences m'ont permis de publier la première étude française avec ce moyen d'investigation de la sorption. Ces études ont été suivies par un séjour de près d'un an à EDF R&D, résultat de la volonté de cette entreprise de développer ses activités de recherche sur la réactivité des produits de corrosion colloïdaux dans les circuits de refroidissement des réacteurs à eau pressurisée (REP), et de mon souhait de renforcer ma connaissance du milieu industriel et de la recherche finalisée. De retour dans un laboratoire CNRS, j'ai appliqué mes compétences sur la sorption aux phénomènes d'adhésion, de la mise en place d'essais en laboratoire jusqu'à l'analyse des retours d'expérience des centrales nucléaires. De manière étonnante, les interactions entre particules colloïdales et matériaux de structure ont fait l'objet de peu d'études, à l'inverse des systèmes modèles (latex/verre, mica,...) dont les conditions expérimentales sont très éloignées des applications. En parallèle à mes activités dédiées à la sorption, j'ai alors porté mes efforts sur cette thématique. Un premier volet a été consacré à la caractérisation acido-basique des matériaux, colloïdaux ou massifs, avec acquisition d'instruments commerciaux ou développement de méthodes originales de mesure de l'adhésion. Cette approche a permis de dégager les processus majeurs à la base de la déposition des particules (interactions électrostatiques et hydrodynamique). La caractérisation de la réactivité des produits de corrosion colloïdaux envers les ion dissous (sulfate, nickel,...) ainsi que la détermination du point de charge nulle ont été réalisées en conditions simplifiés (température ambiante) jusqu'aux conditions industrielles (320°C, présence d'hydrogène).

Les catalyseurs bis(imino)pyridine au fer sont hautement actifs en oligo- ou polymérisation des oléfines. L'IFP souhaite étudier ces catalyseurs pour transformer l'éthylène en oléfines linéaires de tailles maîtrisées. Cependant, l'étape d'activation du précurseur (usuellement avec le cocatalyseur MAO) génère une espèce activée dont la nature reste à ce jour inconnue. Nos calculs DFT montrent que l'espèce activée la plus réactive est dans un état d'oxydation +III et de spin quadruplet. Le fait que nos calculs, en combinaison avec un modèle microcinétique, décrivent précisément les résultats expérimentaux d'oligomérisation du butène-1, c'est-à-dire la formation majoritaire d'octènes linéaires, fournit un support additionnel à la pertinence de l'espèce activée retenue. Par ailleurs, l'utilisation de ce modèle moléculaire a permis d'établir une puissante corrélation entre le coefficient Schulz-Flory, qui informe du degré d'oligo- ou de polymérisation expérimental d'un catalyseur, et la différence des enthalpies libres d'activation d'une réaction d'insertion et de terminaison particulières. Cette relation nous a permis d'étudier et de mieux comprendre le comportement des catalyseurs bis(arylimino)pyridine au fer vis-à- vis des changements de substituants. En outre, son fort potentiel universel est montré grâce à l'extension de son domaine d'application vers d'autres catalyseurs (autres ligands, autres métaux). Enfin, les liaisons agostiques dans les complexes bis(arylimino)pyridine ont été étudiées par des calculs QTAIM parce qu'elles sont souvent un prélude aux réactions de terminaison dans les cycles catalytiques.

L'étude et la compréhension de la chimie des actinides constitue un axe de recherche privilégié dans le cadre de la technologie nucléaire aussi bien en amont pour le développement de matériaux à bases d'actinides qu'en aval pour l'étude du retraitement des déchets nucléaire produits dans les centrales. Une des problématiques principales dans ces études réside dans la capacité que possèdent les actinides à subir des réactions redox et à former des assemblages de tailles et de topologies variées. Dans ce contexte, l'uranium, peu radioactif, est un bon modèle des actinides plus lourds et beaucoup plus difficiles à manipuler. Ainsi, l'objectif de ce travail réside dans la synthèse d'assemblages polymétalliques à base d'uranium en mettant à profit quelques aspects de sa réactivité redox et de sa chimie de coordination. Ainsi, la synthèse et l'étude des propriétés spectroscopiques et magnétiques de nouveaux complexes d'uranium ont été étudiées. La réactivité d'hydrolyse de complexes d'uranium trivalent en absences de ligands stériquement encombrants a permis l'accès à des assemblages oxo/hydroxo d'uranium de différentes tailles en modulant le complexe de départ et les conditions de synthèse. L'élargissement de cette stratégie de synthèse à l'oxydation contrôlée avec l'azoture a ainsi permis la synthèse d'un complexe nitrure/azoture d'uranium présentant une topologie originale. L'étude de la chimie de coordination du polymère d'uranyle pentavalent {[UO2py5][KI2py3]}n avec différents ligands a également été abordée a permis l'accès à plusieurs complexes cation-cation d'uranyle pentavalent dont la stabilité est suffisante pour que l'étude de leur dismutation ait pu être suivie par RMN du proton. La modulation des ligands a également permis l'accès à des complexes monomères stables en solution vis-à-vis de la dismutation dans les solvants organiques. Les propriétés magnétiques des complexes monomères et polymétalliques obtenus ont été étudiées et un couplage anti ferromagnétique a été mis en évidence pour le complexe dimère cation-cation d'uranyle pentavalent [UO2(dbm)2(K18C6)]2.

Les interactions des glucides sont impliquées dans plusieurs processus biologiques normaux ou bien pathologiques (la communication cellulaire, l'adhésion et l'entrée de pathogènes dans la cellule ou encore de carcinomes métastatiques). Souvent, ces interactions ont une forte spécificité mais une affinité faible. In vivo, cette faible affinité est résolue par la présentation de copies multiples des ligands glucidiques à des multiméres de récepteurs protéiques (lectines). Globalement, l'interaction observée est alors largement supérieure à la somme des interactions individuelles. Ce phénomène est connu comme « l'effet cluster glycosidique ». Ces interactions ont encouragées le développement des recherches interdisciplinaires dans les domaines de la glycochimie et de la glycobiologie. Les nanoparticules d'or, fonctionnalisées avec des glucides (glyco-nanoparticules, GNPs) constituent un nouvel outil pour étudier ce phénomène. Leur synthèse est assez simple, et ils montrent plusieurs propriétés physicochimiques comme la modification de la densité de présentation, le control de la taille de la particule, et ils ont aussi des propriétés électroniques, magnétiques et optiques, liées aux effets quantums. Nous présentons la synthèse et la caractérisation des GNPs fonctionnalisées avec du mannose et du galactose dans le but d'étudier les interactions avec des protéines multivalentes (les lectines Con A, BclA et PA-IL), en utilisant des techniques biophysiques comme la résonance plasmonique de surface, et le microcalorimétrie isotherme de titration. Ces techniques ont montrées que l'affinité des lectines varie avec la densité de présentation des ligands chez les GNPs. Les GNPs sont un outil novateur pour développer des nouvelles méthodes de diagnostiques ou thérapeutiques dans les domaines de la glycobiologie, des biotechnologies et de la science des matériaux.

Dans ce mémoire, nous étudions deux voies d'accès possibles à des analogues cyclobutaniques du GABA. Les deux voies que nous explorons font appel à des photocycloadditions de l'éthylène sur des dihydropyridinones ou bien sur des pyrrolones. Dans le premier chapitre constituant l'introduction, nous évoquerons la place des aminoacides dans la chimie peptidomimétique. Après une brève description des structures primaire, secondaire et tertiaire des enchaînements d'aminoacides, nous étudierons plus particulièrement les oligomères dans lesquels la structure primaire comporte une contrainte apportée par un cycle dans la chaîne principale. Dans le deuxième chapitre, nous présenterons notre stratégie de synthèse des dihydropyridinones à partir des azabicyclo[3.1.0]hexanols. Puis, pour obtenir un plus large éventail de dihydropyridinones, nous étudierons la faisabilité de notre méthode pour la synthèse de dihydropyridinones N-α'-substituées. Dans le troisième chapitre, nous développerons les réactivités particulières des dihydropyridinones d'une part, en milieu oxydant et d'autre part en photochimie et nous en conclurons que la dihydropyridinone issue de la phénylglycine ne constitue par un bon précurseur pour les réactions de photocycoloadditions [2+2]. Dans le quatrième chapitre, nous avons synthétisé des pyrrolones γ-substituées comme substrats alternatifs dans les réactions de photocycloaddition [2+2] avec l'éthylène. Les acides aminés naturels (L-Alanine, L-Valine, L-Leucine, L-Sérine, L-Phénylglycine, L-Phénylalanine) ont été utilisés pour préparer ces différentes pyrrolones. Dans le cinquième chapitre, nous avons donc effectué les photocycloadditions [2+2] de l'éthylène sur ces pyrrolones. Nous avons obtenu les bicyclo[4.2.0]heptanes correspondant dans la plupart des cas. Ces composés pourraient constituer des précurseurs de dérivés cyclobutaniques du GABA.

Ce travail de thèse a pour but de proposer des potentiels d'interaction et des méthodologies pour prédire, au travers de simulations Monte Carlo, les équilibres et propriétés de phases de systèmes oxygénés rencontrés dans les procédés de conversion de la biomasse. Le potentiel AUA4 a ainsi été étendu aux alcools, éthers, cétones, aldéhydes et esters carboxyliques. Une attention particulière a été portée à la transférabilité de ce champ de forces, afin de pouvoir simuler de manière prédictive un grand nombre de molécules oxygénées. Différentes propriétés d'équilibre de corps purs sont correctement prédites (masses volumiques, pressions de saturation, enthalpies de vaporisation, propriétés critiques, tensions de surface, structure de la phase liquide). De nombreux mélanges ont également été simulés dans le pseudo-ensemble point de bulle, qui a été étendu aux molécules polaires dans le cadre de ce travail. Les résultats de simulation de mélanges complexes comme des bioessences ont été validés par l'acquisition de nouvelles mesures expérimentales. Enfin, une nouvelle méthodologie pour le calcul des interactions électrostatiques intramoléculaires a été mise au point dans ce travail pour la simulation de molécules oxygénées multifonctionnelles (polyols, éthers de glycol, composés aromatiques oxygénés). L'utilisation de cette méthode, qui permet d'éviter l'emploi de paramètres empiriques additionnels, conduit à des résultats très encourageants, ce qui laisse entrevoir de nombreuses perspectives pour la prédiction de propriétés de mélanges industriels complexes.