<P align="justify">Le but du travail de doctorat est la mise au point et l’étude fondamentale de voies de synthèse de diamines sous forme de leurs énantiomères optiquement purs. Ces derniers doivent être testés comme complexes dichloroplatiniques afin de quantifier leur pouvoir antitumoral. Les qualités souhaitées de ces synthèses sont leur application à des molécules de structure variées, les meilleures énantiosélectivité et diastéréosélectivité et les méthodes les plus simples possibles.</P> <P align="justify">Les énantiomères des 1,2-diamino-1-(4-fluorophényl)propanes ainsi que les 1,2-diamino-1-(4-fluorophényl)-3-méthylbutanes ont été obtenus avec des rendements approximatifs globaux de 10 %. Les premières diamines ont été synthétisées par la méthode de Tytgat permettant l’obtention des deux séries d’énantiomères (érythro et thréo) au départ d’un énantiomère aminoalcool intermédiaire érythro. Les diamines érythro sont obtenues par une synthèse de Gabriel stéréospécifique tandis que la série thréo l’est par formation et ouverture par NH3 d’une aziridine, de manière stéréo- et régiosélective. Les butanediamines ont été synthétisées à partir des acides aminés optiquement purs (D- et L-alanine). Les thréos sont obtenues par une réaction de Grignard sur la nitrone dérivée de l’acide aminé N-boc. Les isomères érythro ont été fournis par la formation et l’ouverture régiosélective d’un N,Ndibenzylaziridinium, formé à partir de N,N-dibenzyl-2-amino-1-(4-fluorophényl)-3-méthylbutan-1-ol.</P> <P align="justify">La synthèse des 1,2-diamino-1-(4-fluorophényl)butanes a été entreprise de la même manière mais les aminoalcool intermédiaires n’ont pu être isolés, suite à une réaction secondaire lors de la débenzylation des N,N-dibenzyl-2-amino-1-(4-fluorophényl)butan-1-ol, et ayant conduit à la 2,5-diéthyl-3,6-di(4-luorophényl)pyrazine-[1,2].</P> <P align="justify">L’obtention des 1,2-diamino-1-(2-méthoxyphényl)propanes n’a pu être menée à bien suite aux effets négatifs de l’encombrement stérique et de l’effet mésomère du OMe sur le C-. Ni la voie de Tytgat, ni la synthèse via les diols produits par dihydroxylation asymétrique de Sharpless n’ont abouti.</P> <P align="justify">La pureté énantiomérique a été vérifiée par dérivation chimique au (1R)-(-)-myrténal et enregistrement du spectre RMN 1H des imines obtenues. La réaction est réalisée in situ dans le tube RMN, avec le CDCl3 comme solvant. Cette technique a également permis la confirmation de la configuration absolue par comparaison avec les valeurs déjà obtenues avec les composés non-substitués. La méthode a été vérifiée quant à son étendue et ses limites sur toute une série de composés comprenant des acides-aminés, des amines primaires aliphatiques et des b-aminoalcools. On a pu ainsi prouver que les a-et b-phénylalkylamines sont les seules molécules sur lesquelles la technique est efficace.</P> <P align="justify"> Les tests pharmacologiques préliminaires ont été effectués au moyen des complexes dichloroplatiniques de nos produits, sur les cellules cancéreuses mammaires MCF-7. L’introduction du fluor a augmenté l’activité des produits de façon importante, par rapport aux complexes non substitués. L’activité est fortement diastéréosélectives et modérément énantiosélective. Les isomères thréo sont toujours plus actifs que les érythro.</P> <P align="justify">L’examen des résultats a permis de faire l’hypothèse qu’il existe, si pas un transport énantiosélectif, du moins un mécanisme de résistance qui favorise un énantiomère par rapport à l’autre. L’isomère thréo-1S2S est le seul à être cytotoxique à une dose de 1µM.</P>

Chirality is the property of objects, including molecules, which are not superimposable on their materialized mirror image. Chiral molecules are omnipresent in living organisms and the constituents of biological macromolecules (proteins and nucleic acids) are chiral. Amino-acids (constituting proteins), ribose and 2-deoxy-ribose (the only chiral constituent of RNA and DNA nucleotides respectively) are furthermore generally present in living organisms only under one of their enantiomeric forms. This is referred to as the homochirality of the living world. The origin of this homochirality is still unexplained, even if many partial scenarios have been proposed in the literature. All scenarios involve the creation of a small enantiomeric excess for certain molecules, amplification of this excess and chirality transfer to other chiral molecules. The origin of homochirality on Earth is closely related to the origin of life, and is currently supposed to have preceded life. As no-one will ever be able to directly observe the phenomena which lead to homochirality, and life, on our planet, the only scientific approach to try and help explain how this occurred is to build scenarios, and test them taking into account all available information on the physical and chemical conditions on the primitive Earth (Earth before life appeared). In our work, we investigated three scenarios related to the origin of homochirality on Earth. One of these scenarios also relates to a very precise step of the origin of life: the selection of beta-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides. Enantiomeric excesses (up to 15 %) of alpha-methylated alpha-amino-acids have been detected in meteorites which fell on Earth during the 20th century. No enantiomeric excess is detected for the corresponding alpha-hydroxy-acids in the same meteoritic samples and small (2% at most) or no enantiomeric excesses have been measured for non-methylated alpha-amino-acids. In the first part of our work, we investigated if photolysis by circularly polarized light (CPL) in space could be at the origin of the presence (or absence) of an enantiomeric excess for these compounds. Experiments to reproduce UV-CPL photolysis are difficult to undertake: they require high-energy circularly polarized photons, hence the use of a synchrotron. In our work, we used quantum mechanical calculations to obtain the electronic circular dichroïsm (ECD) spectra of two -methylated -amino-acids, their corresponding alpha-hydroxy-acids and one non-methylated alpha-amino-acid. Differences are observed between these spectra, and we propose a scenario to explain the experimental measurements reported here above: the enantioselective photolysis, in the gas phase at low temperatures (20K at most), of the alpha-amino-acids by UV-CPL with lambda>210 nm. Under these conditions no photolysis of the alpha-hydroxy-acids would occur. This scenario concerns the first step in the origin of homochirality on Earth: the creation of a small enantiomeric excess for some chiral molecules. The second scenario that we investigated relates to the enantiomeric amplification step of the origin of homochirality on Earth, for which the role of the alpha-amino-acid serine has been suggested in the literature. Serine clusters have been observed in the gas phase by mass spectrometry. Among these clusters the octamer has been shown to be a magic number cluster and to have a preference for homochirality. An enantiomeric amplification via cycles of formation and dissociation of the octamer has been suggested. No complete scenario has however been proposed in the literature to explain how this could have occurred on the primitive Earth, but any scenario would most probably include an aqueous phase. We aimed at determining if the homochiral preference of serine octamers also exists in solution and therefore we first investigated if serine octamers exist in solution. For this study, we used nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopies, which are well-adapted to the study of molecular assemblies in solution. We were able to demonstrate that most probably serine clusters are not present in solution, and if they are it could only be in extremely low concentration. The scenario suggested in the literature is discussed in the light of our results and of literature data on serine clusters. As last hypothesis, we investigated a possible scenario for the selection of beta-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides. The currently known prebiotic synthesis pathways to ribose also lead to the formation of many other carbohydrates, and ribose is only a minor product of these syntheses. Our hypothesis is that beta-d-ribofuranose could have been selected through favorable interactions with -amino-acids already present on the primitive Earth under one enantiomeric form. Indeed, it is plausible that a peptidic world emerged before the presence of RNA and that homochiral -amino-acids were present on Earth when RNA was synthesized. Under this hypothesis, we investigated the role that alpha-l-amino-acids could have played in the selection of alpha-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides. This work is related to the last step of the origin of homochirality: chirality transfer. Our scenario was investigated via nuclear magnetic resonance studies of the interaction between alpha-amino-acids and carbohydrates. We were able to show that, in the systems that we studied, when an interaction occurs it is very weak (affinity constant less than 1M−1) and non enantioselective. Our results most probably discard the role that alpha-amino-acids alone could have played in the selection of beta-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides, but does not discard the role that peptides could have played in this selection.

La présence avérée de produits pharmaceutiques et de soin personnels (PPSP) dans le milieu aquatique est principalement due à leur élimination incomplète dans les stations d’épuration (STEP). Ces molécules sont susceptibles de générer des effets néfastes sur les organismes vivants du milieu naturel. Une évaluation préalable des risques qui peuvent être engendrés par les PPSP est nécessaire pour qu’ils puissent être gérés correctement et sûrement par les principaux acteurs du cycle de l’eau tels que les pouvoirs publics et les grandes entreprises de l’environnement, dont fait partie Veolia. La démarche d’évaluation des risques nécessite d’avoir accès à des données sur les processus de biodégradation des PPSP dans l’environnement. Actuellement, les données disponibles sont qualitatives ou semi-quantitatives en raison de l’absence d’outils de mesure quantitatifs adéquats. L’objectif de ce travail de thèse a ainsi consisté à développer des outils pour quantifier spécifiquement les processus de biodégradation des PPSP in situ à des concentrations environnementales. Deux outils complémentaires ont été sélectionnés pour être évalués : le fractionnement énantiomérique, dans le but de quantifier la biodégradation des PPSP chiraux, et le fractionnement isotopique, limité à celui du chlore, dans le but de mesurer la biodégradation des PPSP chlorés. Pour évaluer ces outils, des analyses d’occurrence sur le terrain et des études cinétiques et mécanistiques en laboratoire ont été réalisées sur cinq molécules modèles : deux produits pharmaceutiques chiraux (un bêtabloquant, le métoprolol et un antidépresseur, la venlafaxine) et trois PPSP chlorés (deux biocides, le triclocarban et le triclosan, et un anti-inflammatoire non stéroïdien, le diclofénac). Nos travaux ont démontré que l’utilisation du fractionnement isotopique du chlore seul est peu adaptée à l’étude quantitative de la biodégradation des PPSP chlorés. Une approche isotopique multiéléments serait plus propice pour quantifier les processus de biodégradation. Par ailleurs, les expériences réalisées ont permis d’approfondir l’état des connaissances sur les voies et mécanismes de biodégradation des PPSP étudiés. La déchloration du triclosan dans les sédiments en aval des STEP a été mise en évidence pour la première fois. Concernant le triclocarban, cette réaction était déjà connue mais les mécanismes réactionnels de déchloration sous-jacents ont été élucidés en milieux aérobie et anaérobie. Les résultats obtenus sur l’outil énantiomérique sont très encourageants. Ils démontrent, à l’aide du métoprolol, l’existence d’une relation linéaire entre biodégradation et variations énantiomériques à la fois en conditions contrôlées et dans les STEP. Le fractionnement énantiomérique constitue donc un bon outil quantitatif de la biodégradation du métoprolol. Des études supplémentaires sont néanmoins nécessaires pour étendre ces résultats à d’autres molécules. D’autre part, l’analyse des concentrations et de la stéréochimie des produits de transformation du métoprolol a confirmé que ce composé se biodégrade stéréosélectivement en métoprolol acide et un mécanisme réactionnel a été proposé pour expliquer ces observations. Les cinétiques associées aux réactions de dégradation des PPSP étudiés doivent être mesurées in situ pour évaluer la capacité du milieu naturel à éliminer ces composés, d’où l’importance de rendre opérationnels les indicateurs quantitatifs étudiés au cours de la thèse. Croisées avec des données d’écotoxicité, les informations quantitatives sur la biodégradation peuvent aider les pouvoirs publics à cibler les PPSP qui nécessitent d’être régulés en priorité. Elles peuvent également aider les opérateurs privés à orienter leurs stratégies de réduction d’émission à la source et l’optimisation des procédés de traitement des eaux afin que ces derniers éliminent en priorité les micropolluants les plus à risque. / The widespread occurrence of pharmaceutical and personal care products (PPCP) in surface waters, due to their incomplete removal in wastewater treatment plants (WWTP), is of concern since these compounds may be harmful to living organisms. Environmental risks associated with the presence of PPCP in aquatic environment have to be evaluated in order to help the main actors involved in the water cycle such as public authorities and environmental companies, including Veolia, to manage them properly. Quantitative and qualitative assessment of in situ biodegradation of PPCP is a major need in the context of risk assessment. Quantitative information remains scarcely available due the lack of appropriate methods. The objective of this work was then to develop tools able to quantify specifically in situ biodegradation of PPCP at trace levels. Two different tools have been selected to be evaluated, namely enantiomeric fractionation dedicated to chiral compounds and isotopic fractionation limited to chlorine-isotope analysis dedicated to chlorinated PPCP. To evaluate these tools, environmental occurrence studies and in vitro mechanistic and kinetic studies were together performed using five probe compounds : two chiral PPCP (a beta-blocker, the metoprolol and an antidepressant, the venlafaxine) and three chlorinated PPCP (two biocides, the triclocarban and the triclosan, and a nonsteroidal anti-inflammatory drug, the diclofenac). These experiments demonstrated that chlorine isotope fractionation can hardly provide quantitative information on in situ biodegradation of chlorinated PPCP. Multi-dimensional isotopic fractionation might be better adapted to quantify biodegradation. Furthermore, through the experiments, new insights on biodegradation pathways and mechanisms of the studied compounds have also been gained. Dechlorination of triclosan within sediment has been evidenced for the first time. Concerning triclocarban, dechlorination of this compound in environment had already been reported in previous studies but aerobic and anaerobic dechlorination mechanisms have been elucidated in the present study. Results obtained on enantiomeric fractionation demonstrated that this tool is very promising. Experiments using metoprolol as probe compound showed existence of a linear relationship between enantiomeric enrichment and the extent of biodegradation both under controlled conditions and within WWTP. Enantiomeric enrichment might then constitute a good indicator of in situ biodegradation of metoprolol. Supplementary studies are needed to extrapolate these results to other micropollutants. In addition, stereoselective degradation of metoprolol in acid metoprolol within WWTP and under controlled conditions has been observed similarly to other studies and one degradation mechanism has been proposed to explain the reaction stereochemistry. In situ kinetics associated with degradation pathways of the studied PPSPs have to be measured to assess the ability of the environment to eliminate these compounds, hence the importance of making operational the quantitative indicators studied in this thesis. Crossed with ecotoxicity data, quantitative information on biodegradation can help public authorities to target PPCPs that need to be regulated first. They can also help private operators to direct their source reduction strategies and their water treatment process optimization so that they eliminate in priority the most risked micropollutants.

Chirality is the property of objects, including molecules, which are not superimposable on their materialized mirror image. Chiral molecules are omnipresent in living organisms and the constituents of biological macromolecules (proteins and nucleic acids) are chiral. Amino-acids (constituting proteins), ribose and 2-deoxy-ribose (the only chiral constituent of RNA and DNA nucleotides respectively) are furthermore generally present in living organisms only under one of their enantiomeric forms. This is referred to as the homochirality of the living world. The origin of this homochirality is still unexplained, even if many partial scenarios have been proposed in the literature. All scenarios involve the creation of a small enantiomeric excess for certain molecules, amplification of this excess and chirality transfer to other chiral molecules. The origin of homochirality on Earth is closely related to the origin of life, and is currently supposed to have preceded life. As no-one will ever be able to directly observe the phenomena which lead to homochirality, and life, on our planet, the only scientific approach to try and help explain how this occurred is to build scenarios, and test them taking into account all available information on the physical and chemical conditions on the primitive Earth (Earth before life appeared). In our work, we investigated three scenarios related to the origin of homochirality on Earth. One of these scenarios also relates to a very precise step of the origin of life: the selection of beta-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides.<p><p>Enantiomeric excesses (up to 15 %) of alpha-methylated alpha-amino-acids have been detected in meteorites which fell on Earth during the 20th century. No enantiomeric excess is detected for the corresponding alpha-hydroxy-acids in the same meteoritic samples and small (2% at most) or no enantiomeric excesses have been measured for non-methylated alpha-amino-acids. In the first part of our work, we investigated if photolysis by circularly polarized light (CPL) in space could be at the origin of the presence (or absence) of an enantiomeric excess for these compounds. Experiments to reproduce UV-CPL photolysis are difficult to undertake: they require high-energy circularly polarized photons, hence the use of a synchrotron. In our work, we used quantum mechanical calculations to obtain the electronic circular dichroïsm (ECD) spectra of two -methylated -amino-acids, their corresponding alpha-hydroxy-acids and one non-methylated alpha-amino-acid. Differences are observed between these spectra, and we propose a scenario to explain the experimental measurements reported here above: the enantioselective photolysis, in the gas phase at low temperatures (20K at most), of the alpha-amino-acids by UV-CPL with lambda>210 nm. Under these conditions no photolysis of the alpha-hydroxy-acids would occur. This scenario concerns the first step in the origin of homochirality on Earth: the creation of a small enantiomeric excess for some chiral molecules.<p><p>The second scenario that we investigated relates to the enantiomeric amplification step of the origin of homochirality on Earth, for which the role of the alpha-amino-acid serine has been suggested in the literature. Serine clusters have been observed in the gas phase by mass spectrometry. Among these clusters the octamer has been shown to be a magic number cluster and to have a preference for homochirality. An enantiomeric amplification via cycles of formation and dissociation of the octamer has been suggested. No complete scenario has however been proposed in the literature to explain how this could have occurred on the primitive Earth, but any scenario would most probably include an aqueous phase. We aimed at determining if the homochiral preference of serine octamers also exists in solution and therefore we first investigated if serine octamers exist in solution. For this study, we used nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopies, which are well-adapted to the study of molecular assemblies in solution. We were able to demonstrate that most probably serine clusters are not present in solution, and if they are it could only be in extremely low concentration. The scenario suggested in the literature is discussed in the light of our results and of literature data on serine clusters.<p><p>As last hypothesis, we investigated a possible scenario for the selection of beta-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides. The currently known prebiotic synthesis pathways to ribose also lead to the formation of many other carbohydrates, and ribose is only a minor product of these syntheses. Our hypothesis is that beta-d-ribofuranose could have been selected through favorable interactions with alpha-amino-acids already present on the primitive Earth under one enantiomeric form. Indeed, it is plausible that a peptidic world emerged before the presence of RNA and that homochiral alpha-amino-acids were present on Earth when RNA was synthesized. Under this hypothesis, we investigated the role that alpha-l-amino-acids could have played in the selection of alpha-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides. This work is related to the last step of the origin of homochirality: chirality transfer. Our scenario was investigated via nuclear magnetic resonance studies of the interaction between alpha-amino-acids and carbohydrates. We were able to show that, in the systems that we studied, when an interaction occurs it is very weak (affinity constant less than 1M−1) and non enantioselective. Our results most probably discard the role that alpha-amino-acids alone could have played in the selection of beta-d-ribofuranose as component of RNA nucleotides, but does not discard the role that peptides could have played in this selection. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<P align="justify">Le but du travail de doctorat est la mise au point et l’étude fondamentale de voies de synthèse de diamines sous forme de leurs énantiomères optiquement purs. Ces derniers doivent être testés comme complexes dichloroplatiniques afin de quantifier leur pouvoir antitumoral. Les qualités souhaitées de ces synthèses sont leur application à des molécules de structure variées, les meilleures énantiosélectivité et diastéréosélectivité et les méthodes les plus simples possibles.</P><p><P align="justify">Les énantiomères des 1,2-diamino-1-(4-fluorophényl)propanes ainsi que les 1,2-diamino-1-(4-fluorophényl)-3-méthylbutanes ont été obtenus avec des rendements approximatifs globaux de 10 %. Les premières diamines ont été synthétisées par la méthode de Tytgat permettant l’obtention des deux séries d’énantiomères (érythro et thréo) au départ d’un énantiomère aminoalcool intermédiaire érythro. Les diamines érythro sont obtenues par une synthèse de Gabriel stéréospécifique tandis que la série thréo l’est par formation et ouverture par NH3 d’une aziridine, de manière stéréo- et régiosélective. Les butanediamines ont été synthétisées à partir des acides aminés optiquement purs (D- et L-alanine). Les thréos sont obtenues par une réaction de Grignard sur la nitrone dérivée de l’acide aminé N-boc. Les isomères érythro ont été fournis par la formation et l’ouverture régiosélective d’un N,Ndibenzylaziridinium, formé à partir de N,N-dibenzyl-2-amino-1-(4-fluorophényl)-3-méthylbutan-1-ol.</P><p><P align="justify">La synthèse des 1,2-diamino-1-(4-fluorophényl)butanes a été entreprise de la même manière mais les aminoalcool intermédiaires n’ont pu être isolés, suite à une réaction secondaire lors de la débenzylation des N,N-dibenzyl-2-amino-1-(4-fluorophényl)butan-1-ol, et ayant conduit à la 2,5-diéthyl-3,6-di(4-luorophényl)pyrazine-[1,2].</P><p><P align="justify">L’obtention des 1,2-diamino-1-(2-méthoxyphényl)propanes n’a pu être menée à bien suite aux effets négatifs de l’encombrement stérique et de l’effet mésomère du OMe sur le C-. Ni la voie de Tytgat, ni la synthèse via les diols produits par dihydroxylation asymétrique de Sharpless n’ont abouti.</P><p><P align="justify">La pureté énantiomérique a été vérifiée par dérivation chimique au (1R)-(-)-myrténal et enregistrement du spectre RMN 1H des imines obtenues. La réaction est réalisée in situ dans le tube RMN, avec le CDCl3 comme solvant. Cette technique a également permis la confirmation de la configuration absolue par comparaison avec les valeurs déjà obtenues avec les composés non-substitués. La méthode a été vérifiée quant à son étendue et ses limites sur toute une série de composés comprenant des acides-aminés, des amines primaires aliphatiques et des b-aminoalcools. On a pu ainsi prouver que les a-et b-phénylalkylamines sont les seules molécules sur lesquelles la technique est efficace.</P><p><P align="justify"> Les tests pharmacologiques préliminaires ont été effectués au moyen des complexes dichloroplatiniques de nos produits, sur les cellules cancéreuses mammaires MCF-7. L’introduction du fluor a augmenté l’activité des produits de façon importante, par rapport aux complexes non substitués. L’activité est fortement diastéréosélectives et modérément énantiosélective. Les isomères thréo sont toujours plus actifs que les érythro.</P><p><P align="justify">L’examen des résultats a permis de faire l’hypothèse qu’il existe, si pas un transport énantiosélectif, du moins un mécanisme de résistance qui favorise un énantiomère par rapport à l’autre. L’isomère thréo-1S2S est le seul à être cytotoxique à une dose de 1µM.</P> / Doctorat en sciences pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished