De nombreuses études des RCPGs révèlent que leur activation n’implique pas que deux états conformationnels, l’un activé et l’autre inactivé, mais une diversité plus importante de ces états, impliquant également des états intermédiaires. Nous avons utilisé la simulation par dynamique moléculaire et l’analyse des interactions intramoléculaires non-covalentes pour étudier la plasticité structurale du récepteur CCR5 sous sa forme monomérique et dimérique. En couplant notre analyse avec diverses données expérimentales, nous avons pu proposer trois architectures dimériques du récepteur et associer des mouvements et des interactions clefs aux états conformationnels de CCR5 libre, lié à un agoniste, lié à un agoniste inverse et constitutivement activé ou inactivé par mutation d’acides aminés. Nous avons également développé une méthode d’identification des motifs d’interactions intramoléculaires transmembranaires, permettant de discriminer les états d’activations des RCPGs. / Many studies reveal that GPCR activation does not simply involve two conformational states, one activated and the other inactivated, but a variety of these states coupled to intermediate states. By using molecular dynamics simulations and analyzing non-covalent intramolecular interactions, we studied the structural plasticity of monomeric and dimeric CCR5. By coupling our analysis with various experimental data, we identified three dimeric organizations states of the receptor and associated key motions and intramolecular interactions to free CCR5, bound to an agonist, bound to an inverse agonist and constitutively activated or inactivated by mutated residues. We have also developed a method to identify intramolecular transmembrane interactions patterns, which allow the discrimination of GPCRs activation states.

En termes de chimie supramoléculaire et de tectonique moléculaire, les métacyclophanes [1111] sont des composés attractifs pour la préparation et l’étude de réseaux moléculaires, car la particularité de ces composés est la stabilité exceptionnelle de la conformation l'encombrement stérique entre les groupes ortométhyliques des cycles aryles. Un tel type rigide d'échafaudage moléculaire aussi bien avec la présence de sites de liaison de terminaux est considéré comme un bloc de construction moléculaire très approprié pour la formation de différents types de réseaux moléculaires en utilisant principalement la coordination et la H-bonding. Dans le cadre de ce travail, nous avons étudié le rôle de la nature de la coordination des sites greffés sur le squelette métacyclophane macrocyclique afin d'améliorer leur capacité à former des réseaux de coordination dans la phase cristalline et les systèmes supramoléculaires en solution, une série de nouvelles [1111] métacyclophanes ont été synthétisés et caractérisés en solution et à l'état solide. Leur propension à lier différents cations métalliques dans la phase cristalline ainsi que des complexes en solution ont été étudiés. / In terms of supramolecular chemistry and molecular tectonics,[1111]metacyclophanes are attractive compounds for the preparation and study of molecular networks since the particular feature of these compounds is determined by exceptional stability of the 1,3-Alternate conformation of their molecular platform due to the steric hindrance between the orto-methyl groups of aryl rings. Such rigid type of molecular scaffold both with presence of terminal binding sites is considered as a very suitable molecular building block for formation of different type molecular networks using primarily coordination and H-bonding. Through this work we investigated the role of the nature of the coordinating sites grafted on the metacyclophane macrocyclic backbone in order to enhance their ability to form coordination networks in the crystalline phase and the supramolecular systems in solution, a series of new [1111]metacyclophanes have been synthesized and characterized in solution and in the solid state. Their propensity to bind different metal cations in the crystalline phase as well as complexes in solution have been studied.

L'intégration de molécules électroactives dans des composants électroniques suscite un intérêt croissant en raison de la miniaturisation constante des dispositifs de microélectronique. Dans ce contexte les propriétés redox des polyoxométallates (POMs) en font des candidats potentiellement attractifs. Ce mémoire présente les différents travaux effectués lors de cette thèse dans le but d'immobiliser des POMs de manière covalente sur des surfaces conductrices. Des composés hybrides organique/inorganique à base de tungstène et de molybdène ont été synthétisés et immobilisés sur des surfaces de carbone, d'or et de silicium, puis la vitesse de transfert électronique entre la surface et le POM a été mesurée par électrochimie. Des études complémentaires ont montré que la densité de greffage a peu d'influence sur la constante de transfert électronique, à l'inverse de paramètres comme la nature du lien covalent ou la présence d'acide en solution. Enfin, la dispersion contrôlée de POMs sur des surfaces d'or a été effectuée. / Introduction of redox active molecules in electronic devices is currently attracting a lot of attention due to the unceasing downscaling of microelectronics components. In this context, the redox properties of polyoxometalates (POMs) make them interesting candidates. This thesis presents the results of this PhD work aiming at covalently grafting POMs on conductive surfaces. Organic/inorganic hybrids based on tungsten and molybdenum cores have been synthesised and grafted onto carbon, gold and silicon surfaces. The electron transfer rate between the electrode surface and the POM has been measured by electrochemistry. Whereas parameters such as the covalent link or the presence of acid have an important effect on the transfer rate, the grafting density does not impact it noticeably. In a last study, POMs were spread on gold surfaces in a controlled manner.

Le projet de cette thèse était l'évaluation du processus de réactivation et l'étude du site actif de l'AChE inhibée par un agent neurotoxique par des méthode computationnelles. L'objectif était de guider le design rationnel de nouveau réactivateurs. Une étude initiale avec un modèle QM tronqué a indiqué la nécessité de modéliser l'environnement enzymatique pour compenser la charge du Glu334. Elle a aussi confirmé le rôle du trou oxyanionique dans la stabilisation des états de transition de la réactivation. Des simulations QM/MM de la réactivation par le réactivateur classique 2-PAM, ainsi que par deux réactivateurs au coeur aromatique non chargé ont été effectuées. Il a été démontré que le Glu202, un résidu à proximité de la triade catalytique de l'AChE, doit être protoné pour que la réactivation ait lieu. Ces simulations ont aussi montré que le réactivateur peut être déprotoné dans le site actif de l'AChE par His447. Les réactivateurs au coeur aromatique non chargé sont plus nucléophiles que la 2-PAM et l'un d'entre eux est plus aisément déprotoné dans le site actif. Nos résultats indiquent que la capacité d'un réactivateur à être facilement déprotoné est plus importante que sa nucléophilie. Enfin, un mécanisme de migration de protons a été identifié par des calculs QM/MM et EVB. Il implique deux glutamates derrière le site actif, Glu450 et Glu452. La possibilité que ces deux protons soient temporairement protonés et donc impliqués dans une migration de protons a été confirmé par des calculs CpHMD. La migration de proton passe par la N-protonation d'une liaison amide, ce qui constitue un nouveau mécanisme. / The project of this PhD was to investigate the reactivation process and the active site of nerve agent inhibited AChE by computational methodologies to gain insight about the rational design of new reactivators. An initial truncated QM model study provided some insight in the necessary compensation of Glu334 by the enzyme. It also confirmed the role of the oxyanionic hole in the stabilization of the transition state of the reactivation. QM/MM simulations of the reactivation with classical reactivator 2-PAM, as well as two non-pyridinium reactivators, were performed. It was shown that Glu202, a residue near the catalytic triad of AChE, needs to be protonated for the reactivation to occur. Those simulations also showed that the reactivator can be deprotonated in the active site of AChE by His447. Non-pyridinium reactivator were found to have a greater nucleophilicity than 2-PAM and, for one of them, to be easily deprotonated in the active site. Our results indicate that the capacity of a reactivator to be deprotonated in the active site of the enzyme is more important than its nucleophilicity. Finally, a proton relay mechanism was identified through QM/MM and EVB simulations. It involves two glutamate residues, Glu450 and Glu452, positioned behind the active site. The potential for these two residues to be transiently protonated and thus involved in a proton relay was confirmed by CpHMD simulations. This proton relay mechanism relies on the N-protonation of an amide which is a novel mechanism.

Typescript (Photocopy) / Includes bibliographies / x, 157, A.xxxi : ill ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Summary: Studies the complexation of various monovalent metal ions by the diaza-crown ether C21 and the cryptands, C211 and C22C5 to form cryptates in various solvents, and investigates the kinetics for the interaction of the pendant arm ligand 1,4,8,11-tetrakis (2-hydroxyethyl)-1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane (THEC) with the divalent metal ions Cd2+, Hg2+ and Pb2 / Thesis (Ph.D.)--Dept. of Physical and Inorganic Chemistry, University of Adelaide, 1993

Dans cette thèse, nous avons optimisé avec succès tous les paramètres pour calculer l'état fondamental du systéme neutre [N,O, Cu]. L'étude de réactions impliquant NO et des métaux de transition est particulièrement intéressante pour le développement de catalyses efficaces pour la réduction de NO, en vue de sonder la possibilité d'une catalyse homogène impliquant les fragments Cu et NO; une prévision précise de la nature de l'interaction entre ces deux fragments est nécessaire en phase gaz. Il a été montré que les calculs MCSCF incluant 12 racines sont nécessaires pour avoir une convergence propre mais donnent des états inversés, l'asymptote. Pour décrire proprement l'état fondamental, nous utilisons les calculs MRCI sur 6 états par espèce de symétrie simultanément. Aussi nous montrons par calculs MRCI, que l'espace actif peut contenir tous les électrons 3d de Cu pour décrire précisément le système. Ici nous utilisons un CAS (22, 13) qui est proche de l'espace de valence complète du système. Nous avons développé une SEP analytique globale qui peut être utilisée pour modéliser les données ab initio obtenues. L'état lié est un état 1 A’ avec une énergie de rCu = 2.382 pm, rNO = 1.134 pm et tCu = 133.495. Nous avons également effectué des calculs précis sur l'état électronique fondamental et sur les états électroniques excités des diatomiques CuO et CuN et obtenu l'énergie de dissociation qui a ensuite été utilisée comme paramètre d'ajustement dans la représentation analytique. Les fondamentaux vibrationnels calculés se comparent bien avec les données expérimentales disponibles. Le potentiel analytique a été utilisé avec succès avec les meilleurs paramètres ajustés pour effectuer des calculs de dynamique quantique sur le complexe, dont les résultats indiquent une diffusion réactive avec un transfert de l'énergie translatoire vers l'énergie vibrationnelle dans le domaine de temps de la femtoseconde. Des résultats plus avancés non-inclus dans ce résumé impliquent des calculs CCSD(T), incluant des corrections relativistes, et une fusion originale entre les données MRCI et CCSD(T) et modélisées avec la SEP analytique, dont les résultats donnent un puit de potentiel plus profond et réduisent la distance de liaison rCu (distance Cu-NO). Nous avons aussi effectué des études de dynamique quantique avec un facteur d'impact variant (J > 0) et une diffusion des énergies de collision, toutes deux dans une approche soit isotrope, soit directionnelle du paquet d'onde initial. / This thesis aims at validating a theoretical protocol to develop global potential energy surfaces for use in the spectroscopy and dynamics of transition metal nitrosyl complexes. To get an insight into the homogeneous catalysis of NO with Cu and the chemical reaction dynamics, an accurate prediction of the nature of the interaction, as well as of the global potential energy surfaces (PES) is necessary in the gas phase. Experimental data are difficult to obtain, hence the importance of carrying out calculations of the lowest electronic states as accurate as possible to address the structure , spectroscopy and dynamics of this system. All ab initio calulations we report here were performed at the multi-reference configuration interaction (MRCI) and at the coupled cluster level of theory. We aslo investigate the importance of relativistic effects in the systems. For CuNO system, it is shown that a complete active space involving 18 valence electrons, 11 molecular orbitals and the prior determination of 12 roots in the MCSCF calculation is needed for overall qualitatively correct results from the MRCI calculations. The present calculations yield a bound singlet A' ground state for CuNO and comparared with previous results. We have obtained new, complete potential energy functions of the ground electronic states of CuO and CuN systems. Comparison of the term values for the lowest electronic states of CuO and CuN with those previously reported in the literature shows a quite good agreement. We derived a novel analytical representation of the adiabatic potential energy surface in the ground electronic state of the CuNO system as a sum of two-body and three-body terms. This compact and flexible representation enables us to make a physically correct interpolation of the ab initio data points at the MRCI level of theory. We use a modified Levenberg-Marquardt algorithm for fitting the potential, which has 19 adjustable parameters and which now enables us to do scattering dynamics of the CuNO system. We perform full dimensional quantum dynamical studies with this new potential. Convergence of the time dependent wavepacket calculation has been achieved. We find that the scattering in CuNO is highly inelastic. Intermediate, excited meta stable reaction products CuNO∗ live for about 0.5 to 1 ps and maybe more.

La composition chimique de la résine sandaraque et de son composant principal l’acide communique a été étudiée par chromatographie en phase gazeuse – spectrométrie de masse (GC-MS), MALDI-TOF (désorption-ionisation laser assistée par matrice - temps de vol), ESI (ionisation par électronébuliseur) - Orbitrap, FTIR/ATR (spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier/réflectance totale atténuée), spectroscopie de RMN (résonance magnétique nucléaire) à l'état solide et liquide. Six composés avec des squelettes labdane et pimarane ont été identifiés dans la résine commerciale. Les spectres de masse obtenus ont été interprétés et le comportement en spectrométrie de masse de ces diterpénoïdes dans les conditions de l’impact électronique a été décrit. L'analyse quantitative par la méthode de l'étalon interne a révélé que les diterpénoïdes identifiés ne représentaient que 10 à 30% de l'échantillon analysé. La complexité de la fraction réticulée de la résine commerciale sandaraque est bien reflétée par les spectres de masse MALDI-TOF et ESI-Orbitrap. En conséquence, les spectres de masse de MALDI-TOF comprenaient trois clusters de pics dans la gamme m/z de 300-900, et ceux d’ESI-Orbitrap contenaient cinq clusters de pics dans la gamme m/z de 300-1100. Les pics dans les clusters correspondent aux dérivés oxygénés des diterpénoïdes. Les résultats obtenus à partir des expériences RMN par IRCP (Inversion Recovery Cross-Polarization) ont révélé le caractère rigide des échantillons de la résine sandaraque analysés et justifiaient l'hypothèse que le reste de l'échantillon, qui ne pouvait être quantifié par la méthode de l'étalon interne, aurait un caractère polymère. / The chemical composition of sandarac resin and its principal component communic acid was investigated by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), MALDI-TOF (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization - Time of Flight), ESI (Electrospray ionization)-Orbitrap, FTIR/ATR (Fourier transform infrared spectroscopy/Attenuated total reflectance), liquid- and solid state NMR (Nuclear magnetic resonance) spectroscopy. Six compounds with labdane and pimarane skeletons were identified in the commercial resin. The obtained mass spectra were interpreted and the mass spectrometric behaviour of these diterpenoids under EI conditions was described. Quantitative analysis by the method of internal standard revealed that identified diterpenoids represent only 10–30% of the analysed sample. The complexity of the reticulated fraction of the commercial sandarac resin was well reflected by the MALDI-TOF and ESI-Orbitrap mass spectra. As a result, MALDI-TOF mass spectra comprised three clusters of peaks in the m/z range of 300–900, and for the ESI-Orbitrap mass spectra contained five clusters of peaks in the m/z range of 300–1100. The peaks in the clusters corresponded to the oxygenated derivatives of the diterpenoids. The results obtained from the IRCP (Inversion Recovery Cross-Polarization) experiments revealed the rigid character of the sandarac resin samples analyzed and justified the hypothesis that the rest of the sample, which could not be quantified by the method of internal standard, would have a polymeric nature.

Ce travail de thèse décrit la synthèse de nouveaux ligands chiraux pour des applications en catalyse asymétrique. Nous avons ainsi synthétisé différents allènes chiraux possédant des groupements phosphines et nous les avons testés sur des métaux de transition comme l'or(I). Les allènes possédant des oxydes de phosphine ont été préparés à partir de précurseurs de l'acétate propargylique correspondant avec des rendements modérés à élevés. Nous avons pu montrer que les allènes possédant un motif pyridine se coordinent efficacement avec de l'or(I), donnant deux nouveaux types de complexes d'or vinylique. Un complexe cationique vinylique avec un fragment triphénylphosphine d’or(I) permet de préparer des dérivés fonctionnalisés tels qu’un sel d'indolizinium et un iodure de vinyle. L’autre complexe contenant le groupement de chlore d’or a été utilisé comme catalyseur dans des réactions de cyclisation catalysées par de l'or. De plus, les différents allènes synthétisés ont été étudiés dans le cadre de réarrangements catalysés par l'or. Les allènes avec les groupements 3,5-methoxyphenyl et vinylallène peuvent conduire respectivement à des produits indényle et cyclopentadiényle, portant tous deux un centre stéréogène. En outre, un transfert complet de chiralité axiale en chiralité centrée a été observé sur le produit d’indényle -oxyde de phosphine à partir de l’allène optiquement pur. L’étape suivante, nous avons préparé quelques nouveaux précatalyseurs alléniques bisphosphine bimétalliques à base d’or. Ces nouveaux complexes peuvent être utilisés dans des réactions intermoléculaires et des réactions de cyclisation catalysées à l’or. Plusieurs produits carbocycliques et hétéocycliques ont été obtenus avec des rendements modérées à excellents. Ces complexes d’or chiraux peuvent être séparés par HPLC chirale préparative. Certains des excès énantiomériques obtenus dans les réactions des cycloisomérisations sont prometteurs. / This thesis has focused on the synthesis of new ligands bearing chirality for asymmetric catalysis. We first aimed to synthesize chiral allenes with phosphine moieties and use them as ligands of transition metals such as gold(I) species. Allenes bearing a phosphine oxide group were prepared from the corresponding propargylic acetate precursors in moderate to high yields. When substituted by a pyridine substituent, these substrates efficiently combined with gold(I) species to afford two types of new vinyl gold complexes. One cationic vinyl complex featuring a triphenylphosphine gold(I) moiety can be further functionalized to give an indolizinium salt and a vinyliodide derivative. The other one bearing a chlorogold(I) group can be used as a catalyst in gold-catalyzed cyclization. Moreover, other allenes have been investigated in gold(I)-catalyzed rearrangements. To our delight, the allenes featuring a 3,5-methoxyphenyl substituent and a vinylallene can produce respectively indenyl and cyclopentadienyl phosphine oxide products bearing stereogenic centers. In addition, a complete axial-to-center chirality transfer was observed on the indenylphosphine oxide product starting from the optically pure allene. In a next attempt, we have prepared some new digold-allenyl bisphosphine precatalysts. These new complexes can be used in gold-catalyzed intermolecular reactions and cyclization reactions. Several carbo- and heterocyclic products were produced in moderate to excellent yields. These chiral gold complexes could be separated by preparative chiral HPLC. Some promising enantiomeric excesses were observed in cycloisomerization reactions.

La formation de structures nanométriques définies dans l'eau demeure un défi pour les chimistes supramoléculaires. L'interaction entre cyclodextrines beta et adamantane a ici été utilisée pour former des polymères supramoléculaires en solution. L'utilisation d'une structure pontée nous a permis d'éviter la formation de l'espèce auto-incluse et d'augmenter la solubilité de nos dérivés. Les polymères supramoléculaires ont été caractérisés par différentes techniques (ROE, ITC, DOSY, SANS), et forment des espèces linéaires en solution allant jusqu'à 26 unités polymérisées. Celles-ci ont été utilisées pour compacter de l'ADN à des concentrations basses en mettant à profit l'association entre monomères. Un deuxième mécanisme, reposant sur des interactions non spécifiques entre cyclodextrines, a aussi été observé. Enfin, les structures synthétisées ont été utilisées dans la transfection d'ADN plasmidique, mais ne sont pas efficaces. Ce comportement pourrait provenir de leur faible densité de charge. / The synthesis of defined nanometric structures in water remains a challenge for supramolecular chemists. The interaction between adamantane and beta cyclodextrin was thus used to build new supramolecular polymers in solution. The use of a bridged structure enabled us to suppress the self-inclusion phenomenon and to enchance the solubility of our compounds. Supramolecular polymers were characterised using several techniques (ROE, ITC, DOSY, SANS), forming linear species up to 26 polymerised units. These structures were used to condense DNA at low concentrations, taking advantage on their host-guest behavior. Another condensation mechanism was discovered, involving non-specific interactions between cyclodextrins. The same structures were used to transfect plasmidic DNA, but were inefficient. This could be due to their low charge density.

Les systèmes théranostiques associant des propriétés thérapeutiques et des propriétés d'imagerie sont développés pour permettre le suivi de traitement in vivo. La stratégie que nous proposons dans cette thèse est de formuler des liposomes magnétiques thermosensibles chargés en principe actif pour traiter des tumeurs murines superficielles du côlon CT26. Ces nanovecteurs peuvent être accumulés dans les tumeurs par ciblage magnétique et le relargage du principe actif peut être déclenché par HIFU (Ultrasons Focalisés de Haute Intensité). Ces liposomes sont développés par co-encapsulation de nanoparticules de maghémite (?-Fe2O3) et de Combrétastatine A4 Phosphate (CA4P) dans des liposomes thermosensibles. La forte encapsulation des nanoparticules magnétiques dans les Liposomes Ultra-Magnétiques (LUM) permet à la fois le ciblage magnétique et leur suivi in vivo par IRM. Le chauffage par HIFU in vitro à la température de transition des membranes des LUM a permis une amélioration du relargage de la CA4P. La biodistribution des LUM in vivo a été évaluée par IRM dynamique de contraste de susceptibilité avec une résolution temporelle adaptée à la cinétique de capture des nanovecteurs, notamment par le foie. L'efficacité du ciblage magnétique a été démontrée grâce à une nouvelle méthode de traitement de l'histogramme des intensités IRM. Enfin, l'ajustement in vivo des séquences d'HIFU permet le relargage du principe actif. L'efficacité du traitement est ensuite suivie par IRM multiparamétrique anatomique, pondérée T2* de diffusion et de perfusion pour évaluer l'impact sur la fonctionnalité vasculaire et l'évolution tumorale, ainsi que par histologie. / Theranostic systems with imaging and therapeutic properties are developed to monitor treatments in vivo. The strategy we propose here is to design thermosensitive drug-loaded magnetic liposomes to treat superficial colon tumors CT26 on mice. These nanocarriers can be accumulated in the tumor by using a magnetic field gradient and the drug release can be triggered by a local heating induced by HIFU (High Intensity Focused Ultrasounds). They have been developed by co-encapsulation of magnetic nanoparticles and the antitumoral drug CA4P (Combretastatin A-4 Phosphate) in thermosensitive liposomes. The high loading of maghemite (γ-Fe2O3) magnetic nanoparticles enables both magnetic targeting and in vivo monitoring by MRI of this Ultra-Magnetic Liposomes (UML). In vitro HIFU heating at the UML membrane transition temperature improved the drug release. In vivo UML biodistribution was evaluated with dynamic susceptibility contrast imaging adjusted in time acquisition in MRI and the magnetic targeting efficiency was shown with a new MRI imaging processing. Adjustments of in vivo HIFU sequences to locally heat the tumor at the UML transition temperature allowed the triggering of drug release. Treatment efficiency was monitored by multiparametric diffusion, T2* weighted, anatomical and perfusion MRI and histology.