Le premier volet de ce travail portera sur l’expérience acquise lors d’un stage d’étude à Tokyo, au Japon, dans le groupe de recherche du Pr. Makoto Fujita, une sommité d’envergure internationale dans le domaine de l’auto-assemblage. En continuité avec les plus récents travaux du Pr. Fujita, des systèmes poreux auto-assemblés présentant des cavités fonctionnalisées ont été développés dans le but d’encapsuler des acides gras afin d’en déterminer la structure cristalline. Ces éponges ont été caractérisées par des techniques courantes telles que la spectroscopie à résonance magnétique nucléaire 1H, 13C{1H} et Cosy, la spectrométrie de masse, l’analyse élémentaire, la microscopie optique infrarouge ainsi que la diffraction des rayons X. Une autre approche employée pour obtenir de meilleures propriétés spectroscopiques fut la synthèse de dendrimères métalliques de génération 0. Un nouveau ligand de type 1,3,5-triazine a été synthétisé par une réaction typique de cyclisation de nitrile en présence catalytique d’hydrure de sodium. Des espèces mono-, bis- et trinucléaire de Ru(II) furent synthétisés ainsi que deux espèces hétérométalliques de Ru(II)/Pt(II) et de Ru(II)/Os(II). Tous les complexes obtenus furent caractérisés par spectroscopie à résonance magnétique nucléaire (1H, 13C{1H} et Cosy) à l’état liquide, par spectroscopie de masse à haute résolution et par analyse élémentaire. La génération de dihydrogène à partir de l’espèce hétérométallique a été étudiée. Les propriétés optiques et électroniques ont été analysées par spectroscopie UV-Vis, par analyse de la luminescence, du temps de vie de luminescence, par des analyses de rendement quantique ainsi que par des analyses de voltampérométrie cyclique à balayage. Finalement, dans le but d’améliorer les propriétés spectroscopiques d’absorption de complexes métalliques, nous avons synthétisé une série de polymères homo- et hétérométalliques, intégrant des ligands de type bis(2,2’:6,2’’-terpyridine). Les complexes générés furent caractérisés par diverses techniques tel que la spectroscopie à résonance magnétique nucléaire (1H, 13C{1H} et Cosy) à l’état liquide, par spectroscopie de masse à haute résolution ainsi que par analyse élémentaire. Les propriétés optiques et électroniques ont été analysées par spectroscopie UV-Vis, par analyse de la luminescence, du temps de vie de luminescence, par des analyses de rendement quantique ainsi que par des analyses de voltampérométrie cyclique à balayage. / It is well known that the self-assembly of small molecules into macromolecular species gives rise to an amplification and amelioration of their general properties. A first section on self-assembly will emphasize the acquired experience during an internship in Tokyo, Japan, in Pr. Makoto Fujita’s research group, a worldwide Figure in the area of self-assembly. Concomitant with the latest results obtained in Pr. Fujita research group on the self-assembly of molecular sponges, studies on molecular sponges with functionalized cavities will be presented. Such sponges were used to encapsulate fatty acids in order to determine their crystal structure. The sponges were characterized in different ways, such as 1H and 13C NMR, mass spectrometry, elemental analysis, optical microscopy coupled with infrared detection as well as X-ray diffraction. Another path of investigation to gain good spectroscopic properties is to synthesize metallodendrimers. A new 1,3,5-triazine ligand was synthesized by a typical nitrile cyclization in the presence of sodium hydride. Mono-, bis- and trimetallic Ru(II) species as well as heterometallic Ru(II)/Pt(II) and Ru(II)/Os(II) complexes were synthesized. All the complexes were characterized by nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H, 13C{1H} and Cosy NMR) in the liquid state, high-resolution mass spectrometry, elemental analysis as well as X-ray diffraction in some cases. Attempts to generate H2 with the heterometallic species as catalysts have been investigated. The optical and electronic properties were also investigated by UV-Vis spectroscopy, luminescence analysis, excited state lifetimes, quantum yield efficiency and cyclic voltammetry.Finally, with the goal of having enhance light absorption, we synthesized a series of homo- and heterometallic coordination polymers with a ligand of the “back-to-back” terpyridine type. The complexes obtained were characterized by various techniques, such as nuclear magnetic resonance spectroscopy, high-resolution mass spectrometry as well as elementary analysis. The optical as well as the electronic properties were also investigated, using luminescence spectroscopy, excited state lifetime analysis, quantum yield determination and by cyclic voltammetry.

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Les matériaux carbonés présentent de nombreux avantages pour les domaines des nanotechnologies et de l'environnement.La mixité de chiralité des nanotubes de carbone limite leur application dans les appareils électroniques et le nano-confinement. Dans une première partie, ce travail de thèse s'est concentré sur la séparation en chiralité de nanotubes de carbone de type CoMoCAT, afin d'élaborer de nouveaux nano-conteneurs.Après sélection en chiralité, nous avons évalué les propriétés sous hautes pressions des fagots de nanotubes sélectionnés, et leur interaction avec l'eau. Les résultats ont montré que les fagots supportent des pressions jusqu'à 17 GPa, avant de subir un effondrement radial réversible, permettant de les utiliser en tant que nano-enclumes.L'élaboration d'une éponge de carbone (super)hydrophobe pour le traitement des eaux après pollution aux hydrocarbures a été décrite dans une seconde partie. La pyrolyse de mousses polymères a permis de conserver la très grande porosité de la mousse (> 99%), tout en lui conférant des propriétés proches de la superhydrophobie et de grandes capacités d'absorption de pétrole et solvants organiques (85-200 g/g). L'élasticité du matériau permet sa régénération par simple compression mécanique : récupération du polluant et réutilisation de l'absorbant. De plus, cette caractéristique reste valable même après une centaine de cycles de compression-décompression, en conservant 81% de sa capacité d'absorption dans le cas du pétrole brut / Carbon materials present many advantages for the nanotechnology and environment fields. The chirality mixity of carbon nanotubes limits their application in electronic devices and the nano-confinement. In the first part, this thesis has focused on the chirality separation of CoMoCAT carbon nanotubes, in order to elaborate new nano-containers.After the chirality selection, the properties of selected nanotubes bundles under high pressure were evaluated, as well as their interaction with water. The results show that the bundles support pressures until 17 GPa, before to undergo a reversible collapse, allowing their application as nano-anvils.The (super)hydrophobic carbon sponge elaboration for the clean-up of water polluted by oils was described in the second part. The polymeric foams pyrolysis allows to keep the very high foam porosity (> 99%), to give properties next to the superhydrophobicity and large absorption capacities in oils and organic solvents (85-200 g/g). The material elasticity allows its regeneration by simple mechanical compression : recovery of pollutant and re-use of the absorbant. Moreover, this feature remains valid after a hundred compression-decompression cycles, with 81% of the initial crude oil absorption capacity

Les membranes biologiques, qui compartimentent les différents éléments du vivant, jouent un rôle essentiel dans les processus biologiques comme la signalisation, le transport, la transmission du message nerveux, etc. Envisagées comme des fluides à deux dimensions, l’étude de leurs propriétés physiques peut nous aider à comprendre certains mécanismes biologiques. Ce travail de thèse s’est intéressé à la mobilité des molécules au sein des membranes, et notamment à deux paramètres essentiels, la viscosité membranaire, et la diffusion latérale. Après avoir optimisé la technique de recouvrement de fluorescence après photoblanchiment (FRAP) au microscope confocal, nous avons étudié la mobilité des molécules au sein de deux types de membranes modèles in vitro : la phase éponge d’un surfactant non-ionique (C12E5) et les vésicules géantes unilamellaires (GUVs) lipidiques. 1) La phase éponge (ou L3) : après avoir déterminé son diagramme de phase et montré que les protéines membranaires restent actives dans cette phase, nous avons mesuré la mobilité de protéines par recouvrement de fluorescence après photoblanchiment sur un motif à franges (FRAPP). Cela nous a permis d’obtenir les constantes d’association de protéines de la pompe d’efflux OprM-MexAB, impliquée dans la résistance aux antibiotiques de la bactérie Pseudomonas aeruginosa. Ces interactions dépendent très fortement du degré de confinement de chacune des protéines. 2) Les GUVs : après avoir développé une méthode simple de formation des GUVs, au sein desquelles les protéines membranaires restent actives, nous avons mesuré la diffusion des lipides par FRAP, et montré que dans certaines conditions, ils se déplacent en groupe, ce qui permet d’expliquer la diversité des résultats de la littérature. En mesurant la viscosité membranaire par imagerie microscopique du temps de vie de fluorescence (FLIM), nous avons également montré qu’elle ne se déduit pas nécessairement des modèles hydrodynamiques de diffusion. / Biological membranes, which divide the elements of life, are a key factor in biological processes such as signaling, transport, transmission of an nerve impulse, etc. Seen as two-dimensional fluids, the study of their physical properties could help us understand some unsolved biological mechanisms. This work focused on molecule mobility within membranes, and specifically on two essential parameters: membrane viscosity and lateral diffusion. After optimizing the Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) technique on confocal microscopes, we studied the mobility of molecules within two types of in vitro model membranes: the sponge phase made of a non-ionic surfactant (C12E5) and the giant unilamellar lipidic vesicles (GUVs). 1) Sponge phase (or L3) : after having established its phase diagram and shown that membrane proteins stay active in this phase, we measured protein mobility by Fluorescence Recovery After fringe Pattern Photobleaching (FRAPP). This allowed us to obtain the association constants of the proteins of the efflux pump OprM-MexAB involved in the resistance to antibiotics of the bacteria Pseudomonas aeruginosa. These interactions heavily depend on the degree of confinement of each protein. 2) GUVs : after having developed a simple method for the formation of GUVs, in which membrane proteins stay active, we measured the lipid diffusion by FRAP. We showed that, under certain conditions, they can move together, which explains the diversity of results in the literature. By measuring membrane viscosity by Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM), we also showed that viscosity should not be necessarily deduced from hydrodynamic diffusion models.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l’isolement de métabolites secondaires de trois invertébrés marins, ainsi que sur la synthèse de molécules hybrides, notamment à visée antifouling et inhibiteurs de kinases, inspirées des motifs naturels issus des familles dispacamides et 3-alkylpyridines. Les techniques spectroscopiques et les transformations chimiques ont été largement utilisées pour les déterminations structurales. Les nouveaux composés ont été évalués biologiquement.Le travail d’isolement sur le corail mou Sinularia vanderlandi a permis de mettre en évidence trois nouveaux composés de la famille de diterpènes norcembranoïdes, dont les configurations relatives ont été déterminées. Un lien chimique a également été établi entre les nouveaux composés isolés ainsi que ceux de la même famille décrits dans la litérature.Neuf nouvelles molécules ont été obtenues de l’éponge Pipestela candelabra, quatre phopholipides et cinq composés de la famille du jaspamide, les pipestelides A-C ainsi que les 5-hydropéroxy-jasplakinolides Ca et Cb. Des travaux d’hémisynthèse ont été réalisés à partir du jaspamide pour confirmer les structures des dérivés hydropéroxydés. Cette thèse contient également une étude partielle de l’éponge Stylissa carteri qui a mis a jour deux nouvelles benzosceptrines.Les travaux de synthèses ont eu pour but d’établir les voies d’accès à des dérivés l’obtention dispacamide / 3-alkylpyridine. Trois dérivés ont ainsi été synthétisés et les évaluations biologiques sont en cours, notamment pour les activités antifouling. Des aspects structuraux de ce type de dérivés ont été abordés par la synthèse d’autres dérivés. / The work described in this thesis deals with the isolation of new metabolites from marine invertebrates in one hand, and with the synthesis of antifouling and kinase inhibitors hybrid molecules inspired from dispacamide and 3-alkylpyridine scaffolds. Spectroscopic methods and chemical modifications were used for structural determination. The new compounds were biologically evaluated.Three new compounds of the norcembranoid diterpenes were isolated from the Soft Coral Sinularia vanderlandi. The relative configurations of these metabolites were determined and a chemical link was established between these diterpenes.The investigation of the marine Sponge Pipestela candelabra has conducted to the isolation of nine new metabolites, four phospholipids and five new jaspamide congeners including pipestelides A-C and 5-hydroperoxy-jasplakinolides Ca et Cb. Hemisynthesis were conducted from the jaspamide, together with spectroscopic analysis to confirm the structures of the peroxidated compounds.Two new derivatives of benzosceptrine were isolated from a partial study of the marine Sponge Stylissa carteri.The synthesis part of this work described the access to dispacamide / 3-alkylpyridine derivatives. Three hybrids were synthetized and biological evaluation are in progress, particularly for antifouling activities. Structural aspects were also studied by the synthesis of other derivatives

Le défi majeur de la thérapie génique à base de siARN est sa délivrance sûre et efficace. Récemment, notre groupe a mis au point des dendrimères amphiphiles comme vecteurs robustes et efficaces de délivrance non-virale de siARN, qui combinent les avantages de délivrance des vecteurs lipidiques et polymèriques. J’ai effectué au cours de ma thèse de doctorat une analyse de la relation structure/activité (SAR) d'une série de dendrimères comportant des queues hydrophobes de différentes longueurs. Nos résultats démontrent qu’un équilibre optimal entre la longueur de la chaîne alkyle hydrophobe et la partie hydrophile dendritique joue un rôle crucial sur leur capacité d’auto-assemblage, ainsi que sur leur activité de transport des siRNA. En outre, en combinant bola-amphiphiles et nos dendrimères amphiphiles, nous avons développé un nouveau dendrimère bola-amphiphile dont nous avons étudié les propriétés d’auto-assemblage et l'efficacité de transport du siARN correspondant. Ce dendrimère bola-amphiphile particulier a été en mesure de réagir à des espèces réactives de l'oxygène pour la délivrance spécifique, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la conception de vecteurs stimuli-déclencheurs pour siARN ciblés. Enfin, nous avons étudié l’«effet d'éponge à protons» des vecteurs dendritiques amphiphiles à l'aide de la technique du film Langmuir en monocouche. Nos résultats ont prouvé le gonflement des vecteurs dendritiques amphiphiles par protonation, offrant ainsi des données expérimentales permettant de soutenir sans ambiguïté l’hypothèse de l'«effet d'éponge à protons». / A key challenge in RNAi-based gene therapy is the safe and effective siRNA delivery. Recently, our group has established amphiphilic dendrimers as robust and effective nonviral delivery vectors for siRNA, which combine the beneficial delivery features of both lipid and dendritic polymer vectors while overcoming their shortcomings.With the desire to understand the underlying mechanism of amphiphilic dendrimers for efficient delivery, I performed a structure/activity relationship (SAR) analysis of a series of dendrimers featuring hydrophobic tails of different lengths during my PhD thesis. We systematically investigated these dendrimers for their self-assembling characters and their capacities for both binding and delivery of siRNA. Our results demonstrate that an optimal balance between the hydrophobic alkyl chain length and the hydrophilic dendritic portion plays a crucial role in the self-assembly and the delivery activity towards siRNA.Furthermore, we developed a novel bola-amphiphilic dendrimer by combining bola-amphiphiles and our amphiphilic dendrimers and studied their self-assembly properties and the corresponding siRNA delivery efficiency. This peculiar bola-amphiphilic vector was able to respond to reactive oxygen species for specific delivery, opening a new perspective for the design of stimuli-trigged vectors for targeted siRNA delivery.Finally, I studied the “proton sponge effect” of the amphiphilic dendrimer vectors using the Langmuir monolayer film technique. Our results gave direct evidence of swelling of the amphiphilic dendrimers upon protonation, offering unambiguous experimental data to support the “proton sponge effect”.

Le développement de méthodologies permettant de fonctionnaliser aisément les surfaces est un domaine en plein essor. Nous avons synthétisé et caractérisé de nouveaux complexes de cuivre(II)-carboxylates hautement fluorophiles qui ont été utilisés pour modifier des surfaces. Ces complexes possèdent à l'état solide une très grande affinité pour l'eau, l'hydratation induisant un changement radical des propriétés magnétiques du solide. Ces complexes fluorophiles s'adsorbent très fortement sur le Téflon ou sur le verre pour conduire à des surfaces hydrophiles et coordinantes. En utilisant la chimie de coordination, les surfaces ont ensuite été fonctionnalisées. Des monocouches et des couches minces de porphyrines ont été obtenues sur le verre et sur le téflon puis caractérisées, notamment grâce à leurs propriétés optiques. / The development of methodologies to easily functionalize surfaces is a fast growing field. We have synthesized and characterized new highly fluorophilic copper(II)-carboxylate complexes that have been employed to modify surfaces. In the solid state, these complexes exhibit a high affinity for water, the hydration process inducing dramatic modifications of their magnetic properties. These fluorophilic complexes are strongly adsorbed on teflon or glass to afford hydrophilic and coordinating surfaces. Using coordination chemistry, the surfaces can than be functionalized. Porphyrins monolayers and thin layers have been prepared on glass and teflon and characterized, in particular by their optical properties.

Les mousses métalliques sont des matériaux intéressants pour fabriquer des absorbeurs d'énergie et des panneaux de faible masse travaillant en flexion. Jusque là, l'aluminium a principalement été employé : sa masse volumique réduite et ses performances mécaniques assez élevées ont fait de lui le candidat idéal pour créer des structures rigides et légères pouvant absorber de grandes quantités d'énergie. Cette thèse étudie la possibilité d'employer de l'acier pour produire des mousses métalliques. L'objectif a été de tirer parti du faible coût et/ou des performances mécaniques très élevées de ce métal pour fabriquer des mousses rivalisant avec les mousses d'aluminium. Pour fabriquer des mousses d'acier, deux types de techniques ont été testés dans le cadre de cette thèse : le moussage d'un métal liquide et l'infiltration d'une préforme. Le premier consiste à former une mousse liquide qui est ensuite solidifiée. Pour cela, nous nous sommes attachés à introduire du gaz dans l'acier et à créer les conditions pour que la mousse formée soit stable. Le second consiste à couler le métal dans un réseau de porosités ayant la forme d'une mousse. Pour mettre en œuvre ce procédé, nous avons mis au point une nouvelle technique de fabrication de préformes. Nous avons également étudié les paramètres conditionnant ses possibilités en termes de taille de pièce. Finalement, les performances des mousses d'acier fabriquées par infiltration ont été évaluées, via des essais de compression uniaxiale, pour les comparer à celles des mousses d'aluminium. Une première modélisation numérique de la mousse d'acier a aussi été effectuée, pour en apprécier la pertinence à prévoir le comportement de ce matériau.