Les Quantum Dots colloidaux (QDs) sont des nanocristaux colloidaux de semiconducteurs aux propriétés optiques uniques : finesse spectrale d’émission, large gamme spectrale d’excitation, brillance élevée. Cependant, leurs applications sont encore limitées par le clignotement de leur émission de fluorescence à l’échelle de la particule unique.Ce travail se concentre sur l’amélioration des propriétés optiques des QDs de CdSe/CdS, ainsi que sur leurs applications biologiques. Le développement d’une synthèse de nanocristaux de CdSe/CdS à coque épaisse a permis d’obtenir facilement des QDs non-clignotants à partir de cœurs de CdSe de cristallinité différente. Cependant, c’est QDs oscillent entre un état brillant et un état gris. La synthèse de QDs de CdSe/CdS à coque épaisse avec un gradient de composition entre le cœur et la coque produit des nanocristaux dont l’émission de fluorescence est parfaitement stable au cours du temps, et donc les rendements quantiques du mono- et du biexciton sont à 100% à l’air, à température ambiante. Les recombinaisons multiexcitoniques sont également efficaces permettant à un QD unique d’émettre de la lumière blanche à forte excitation. La croissance d’une coque d’or autour d’un QD (QDs-dorés) favorise le couplage entre l’exciton du semiconducteur et les plasmons du métal. Cet effet Purcell a pour conséquence d’accélérer les phénomènes radiatifs, diminuant le temps de vie et supprimant le clignotement du QD. De plus, la couche d’or agit comme une barrière contre la photooxydation et les QDs-dorés présentent une résistance plus élevée aux fortes puissantes d’excitation. Le contrôle de la forme des nanocristaux a permis la synthèse de nanoplaquettes, structures bidimensionnelles dont l’épaisseur est contrôlée à la monocouche atomique près. Une nouvelle synthèse de nanoplaquettes cœur/coque conduit à des propriétés intéressantes tant par la pureté de l’émission des nanocristaux que par leur résistance en température. Enfin, les QDs de CdSe/CdS, de par leur brillance et faible photoblanchiment, sont d’excellentes sondes fluorescentes pour l’imagerie biologique. Leur fluorescence et leur structure inorganique ont permis de réaliser de l’imagerie bimodale optique/électronique pour déterminer le nombre et la localisation précise de récepteurs synaptiques dans C. elegans. La monofonctionnalisation des QDs, nécessaire pour sonder certaines voies d’endocytose dans les cellules, a été réalisée grâce à l’encapsulation des QDs dans une nanocage d’ADN dont la formation est parfaitement contrôlée, à la base près. Ce complexe cage d’ADN – QDs a permis de suivre la dynamique d’endocytose des toxines Shiga dans la voie d’endocytose rétrograde jusqu’à l’appareil de Golgi. / Colloidal Quantum Dots (QDs) are colloidal semiconductor nanocrystals with unique optical properties: narrow emission spectrum, large spectral range of excitation, high brightness. However, their applications are still limited by the blinking of their fluorescence emission at the single particle scale. This work focuses on the improvement of optical properties of CdSe/CdS QDs, as well as on the biological applications. The development of a synthesis of thick-shell CdSe/CdS nanocristals allowed easy obtaining of non-blinking QDs from CdSe cores of different crystallinity. However, these QDs flicker between an on and a grey state. The synthesis of thick-shell CdSe/CdS QDs with a composition gradient between the core and the shell produces nanocrystals whose fluorescence emission is perfectly stable with time. The quantum yields of the mono- and biexciton are 100% in air, at room temperature. Multiexcitonic recombinations are also efficient making a single QD emit white light under strong excitation. The growth of a gold nanoshell around a QD (golden-QDs) allows the coupling of the exciton of the semiconductor and the metal plasmons. This Purcell effect speeds up all the radiative processes, decreasing the lifetime and eliminating the blinking. Besides, the gold shell acts as a barrier against photooxidation and the golden-QDs show increased resistance to high excitation powers. The control of the shape of nanocrystals allowed the synthesis of nanoplatelets, bidimensionnal structures whose thickness is controlled to the atomic monolayer. A new synthesis of core/shell nanoplatelets leads to interesting properties due to the purity of the emission of the nanocrystals and to their resistance with temperature. Finally, Cdse/CdS QDs, because of the low photobleaching and high brightness, are excellent fluorescent probes for biological imaging. Their fluorescence and their inorganic structure were taken advantage of to perform bimodal optical/electron imaging to precisely localize and count synaptic receptors in C. elegans. Monofunctionalization of QDs, required to probe some endocytosis pathways in cells, was performed thanks to encapsulation of QDs in a DNA nanocage whose formation is perfectly controlled. This DNA cage – QD complex was used to study the dynamics of endocytosis of Shiga toxin in the retrograde endocytosis pathway, up to the Golgi apparatus.

De nombreuses substances chimiques sont susceptibles de mener à des phénomènes d'incompatibilité, lors de leur mise en contact avec d'autres produits ou matériaux. Pour maîtriser ces risques, une identification rapide et précise de ces incompatibilités est nécessaire. Elle est réalisée, jusqu’à présent, par des outils expérimentaux qui malgré leur incontestable importance, ne fournissent que des informations limitées. Pour les compléter et améliorer la compréhension des processus d'incompatibilité, ce travail de thèse, vise à étudier la réactivité du nitrate d'ammonium, produit très utilisé dans l'industrie, connu pour sa longue liste d'incompatibilités et impliqué dans des nombreux accidents majeurs (Toulouse 2001), à l'aide de la modélisation moléculaire. Une étude théorique approfondie, basée sur des calculs DFT, destinée à identifier les chemins réactionnels, les produits formés ainsi que la chaleur dégagée par les réactions a été menée.Après avoir caractérisé le mécanisme radicalaire de décomposition du nitrate d’ammonium pur en phase gaz, une étude détaillée de la réactivité du mélange du nitrate d’ammonium et du dichloroisocyanurate de sodium (DCCNa), a été réalisée. Un chemin réactionnel a été caractérisé, il s'agit de la réaction directe entre le nitrate d'ammonium et le DCCNa, en présence d'une molécule d'eau. Ensuite, ces méthodes théoriques ont été appliquées à d'autres systèmes d'incompatibilités chimiques avec le nitrate d'ammonium (NaNO2, substances chlorées) en focalisant sur les étapes limitantes des mécanismes afin de tester leur pertinence et potentiel en tant qu'outil de prédiction a priori du phénomène d'incompatibilité. Ce travail, pionnier dans l'étude microscopique des incompatibilités chimiques du nitrate d'ammonium, a permis de clarifier les mécanismes réactionnels lors de la décomposition du produit pur et en contact avec des contaminants. / Numerous chemical reactants tend to lead to undesired phenomena of incompatibility. In order to prevent the happening of those phenomena, a rapid and accurate identification of the incompatibilities is needed. Until now, experimental studies, which provide insightful, but limited information, were the only possible approach used for the study of incompatibilities. In this work a molecular modeling approach was used in order to complete and improve experimental results of incompatibility processes for the reactivity of ammonium nitrate. Ammonium nitrate is a widely used compound in the chemical industry, known for its long list of incompatibilities and often involved in major accidents (Toulouse, 2001).This theoretical work, based on Density Functional Theory (DFT) calculations, is intended to provide insights into the possible reaction pathways, enthalpies and products formed by incompatibility reaction between ammonium nitrate and other compounds. In this thesis the mechanism of the decomposition of pure ammonium nitrate in the gas phase was firstly characterized and then the reactivity of the mixture of ammonium nitrate – sodium dichloroisocyanurate (DCCNa) was considered. The results obtained suggest the existence of a reaction path, involving a direct reaction between the ammonium nitrate and DCCNa in the presence of a molecule of water.Furthermore, the theoretical approach was employed focusing on the study of the limiting steps of other chemical incompatibilities for ammonium nitrate systems (NaNO2, chlorinated substances). Those results were employed to understand the potentiality of the theoretical approach as a priori predicting tool for the incompatibility processes.In summary this work, pioneer in the microscopic study of chemical incompatibilities of ammonium nitrate, has clarified the reaction mechanisms involved in the decomposition of pure compounds, as well as in contact with other contaminants.

Les cytochromes P450s (CYPs) sont des hémoprotéines intervenant dans la fonction de détoxication cellulaire. Le site actif des CYPs est enfoui dans la protéine, mais accessible aux ligands par des canaux. A l'aide d'une méthode récente basée sur la triangulation de Delaunay de la protéine, et implémentée dans le logiciel CCCPP, nous avons modélisé géométriquement ces canaux pour plusieurs isoformes humaines, dont le 3A4, présent au niveau du foie humain et responsable de la métabolisation d'un nombre important de médicaments, afin de constituer un filtre stérique destiné au criblage virtuel rapide de chimiothèques. Cette approche nous a permis d'obtenir des informations sur les mécanismes d'ouverture et de fermeture des canaux, permettant d'expliquer comment des ligands volumineux peuvent accéder au site actif. Ces résultats confirment et étendent ceux de la littérature, et peuvent contribuer à l'élaboration de médicaments nouveaux ou ayant moins d'effets secondaires. / The cytochromes P450s (CYPs) are hemoproteins involved in the cellular detoxification function. The CYPs active site is buried inside the protein, but it can be accessed by the ligands through channels. With a recent method based upon the Delaunay triangulation of the protein, and implemented in the CCCPP software, we modelized geometrically these channels for several human isoforms, including the 3A4, located in the human liver and responsible of the metabolization of an important number of drugs, in order to build a sterical filter devoted to high throughput virtual screening of chemical libraries. This approach let us to get information on mechanisms of opening and closing of the channels, allowing to explain how large ligands can access to the active site. These results are in agreement and extend those found in the literature, and can contribute to the design of new drugs or of drugs having less side effects.

Les protéines de choc thermique Hsp70 [70 kDa Heat Shock Protein] sont considérées comme des chaperons moléculaires très importants qui assistent au repliement des protéines naissantes ainsi qu’au repliement des protéines dénaturées en condition de stress dans le milieu intracellulaire. Les protéines Hsp70 sont présentes chez tous les organismes, tels que l’humain, la bactérie ou encore la levure et ont pour propriété d’avoir une séquence d’acides aminés hautement conservée entre les différentes espèces. [...] Ainsi la connaissance à l’échelle atomique des structures de la protéine hHsp70 dans ses conformations ouverte et fermée est un prérequis essentiel pour comprendre les interactions entre les deux domaines NBD et SBD de la protéine et pour élucider les mécanismes de communication inter-domaine. Cependant, il n’existe pas de structure expérimentale complète de la protéine hHsp70. Dans cette thèse, nous présentons les structures « tout-atome » des conformations ouverte et fermée de la protéine hHsp70, qui ont été modélisées par homologie à partir de la structure par diffraction des rayons X [DRX] de la protéine Hsp110 de la levure Sacharomyces cerevisae [dans la conformation ouverte] et à partir de la structure résolue par Résonance Magnétique Nucléaire [RMN] de la protéine Hsp70 de la bactérie E. coli [dans la conformation fermée]. Ces deux modèles structuraux de la protéine humaine Hsp70, dans les états ouvert et fermé, ont ensuite été relaxés par dynamique moléculaire non biaisée à la température de 300K en utilisant un solvant explicite sur une échelle de temps respectivement de 2.7 et 0.5 μs. L’hétérogénéité conformationelle de la protéine hHsp70 observée dans les simulations de dynamique moléculaire a été comparée à celle extraite d’expériences de resonance par transfert d’énergie entre fluorophores [FRET pour Förster resonance energy transfer] et de diffraction aux petits angles [SAXS pour Small Angle X-ray Scattering] effectuées sur des protéines homologues à hHsp70. [...] Une fois les structures 3D « tout-atome » résolues, la transition entre la conformation ouverte et la conformation fermée [et vice-versa] des protéines Hsp70 a été étudiée en utilisant deux techniques de simulations numériques : une analyse des modes normaux [Normal Mode Analysis où NMA] de la protéine Hsp70 dans chacune de ces deux conformations et une nouvelle méthode développée au cours de cette thèse, basée sur le concept de paysage d’énergie libre [Free-Energy Landscape où FEL]. [...] Cette étude a également permis d’identifier les sous-domaines et résidus clés qui apparaissent comme jouant un rôle important dans la dynamique conformationelle de la protéine Hsp70 dans l’approximation harmonique. Pour comprendre comment la fixation du nucléotide dans le domaine NBD peut engendrer un changement important de conformation de la protéine Hsp70, nous avons réalisé des simulations de dynamique moléculaire tout-atome non biaisée [sur une échelle de temps de 2 μs] de la protéine Hsp70 de la bactérie E. coli [appelée E. coli DnaK], dans trois conditions de nucléotides différentes [liée à l’ATP, liée à l’ADP et sans nucléotide]. [...] Finalement, en combinant l’analyse des modes normaux et du paysage d’énergie libre de la protéine Hsp70, nous avons pu établir une liste de résidus et de structures locales impliqués dans la dynamique conformationelle et dans les mécanismes de communication de la protéine hHsp70. La plupart de ces résidus ont été identifiés expérimentalement comme jouant un rôle crucial dans la communication entre les domaines NBD et le domaine SBD de protéines Hsp70 homologues. Notre étude nous a également permis d’identifier de nouveaux résidus clés. Ces nouveaux résidus pourraient être testés expérimentalement par mutagénèse et leurs positions pourraient être de nouvelles cibles pour la fixation d’inhibiteurs de fonctions biologiques de Hsp70, notamment dans le cas de tumeurs cancéreuses. / The 70 kDa heat shock proteins [Hsp70s] are key molecular chaperones which assist in the correct folding of nascent proteins and refolding of proteins under stress conditions in the intracellular environment. Hsp70s are present in all organisms and are highly conserved between the different species. [...] The conformational dynamics between the two conformations is governed by the ATP binding, ATP hydrolysis and by nucleotide exchange through an allosteric mechanism which is not fully understood.Knowledge of the conformations of hHsp70 at the atomic level is central to understand the interactions between its NBD and SBD. However, no complete structure of hHsp70 is known. In the present thesis, we report two conformations of hHsp70, constructed by homology modeling from the yeast Saccharomyces cerevisiae co-chaperone protein Hsp110 [openconformation] and from the bacteria Escherichia coli Hsp70 [closed conformation]. The open and closed conformations of hHsp70 built by homology were relaxed by using unbiased all-atom molecular dynamics [MD] simulations at 300 K in explicit solvent on a timescale of 2.7 and 0.5 μs, respectively. The conformational heterogeneity of hHsp70 observed in MD simulations was comparedwith those extracted from single-molecule Forster resonance energy transfer [FRET]experiments and to small-angle X-ray scattering [SAXS] data of Hsp70 homologs. [...] In the present thesis, the transitions between the open and closed conformation of Hsp70s were studied by using two different computational methods: the Normal Mode Analysis [NMA] and a new method developed in the present thesis based on the Free-Energy Landscape [FEL] concept.[...] These collective modes provide a mechanistic representation of the communication between the NBD and the SBD and allow us to identify subdomains and residues that appear to have a critical role in the conformational dynamics of Hsp70s in the harmonicapproximation. Second, in order to understand how the nucleotide binding in the NBD of Hsp70 induces a conformational change of the whole protein, we performed unbiased all-atom MD simulations [2 μs] of E. coli Hsp70 [named E. Coli DnaK], in three different nucleotide-binding states [ATPbound,ADP-bound and nucleotide free]. [...] Finally, by combining the NMA and the FEL analysis, we established a list of the local structures and of the residues relevant for the conformational dynamics and for the interdomain communication in hHsp70. Most of these residues could be related to previous experimental evidences of their role in the interdomain communication between the NBD and SBD domains of Hsp70 homologs but other were never identified before. All the relevant residues found in MD could be tested experimentally by mutational analysis and could be crucial locations to dock small peptides and for the design of inhibitors for the cancer therapy

L’utilisation de siRNA est une nouvelle approche thérapeutique très prometteuse. Néanmoins leur transfection à visée thérapeutique est un réel défi. Les obstacles à franchir pour élaborer des agents de transfection sûrs et fiables sont nombreux. Afin de les contourner nous nous sommes attachés à la construction d’un système dynamique qui, à l’image des virus, est constitué de briques moléculaires, s’emboitant et interagissant avec des acides nucléiques selon des interactions supramoléculaires. Ainsi, nous avons élaboré des polymères supramoléculaires polycationiques à base de monomères de cyclodextrines pontées, fonctionnalisées par un groupement adamantyle. Ce type de conjugué pallie un problème manifeste dans la littérature concernant les assemblages de β-CD souvent insolubles ou bien auto-inclus. L’ajout éventuel d’une autre fonction cationique pour améliorer l’interaction avec les siRNA a aussi été réalisé. Ainsi, la capacité à s’auto-assembler de quatre composés a été étudiée par RMN-1H, RMN-ROESY, ITC, RMN-DOSY, et SANS. Par ailleurs, ces composés ont montré une certaine capacité à complexer et à protéger les siRNA. L’un de ces composés a de plus montré une bonne aptitude à transfecter des siRNA in vitro, sans induire de toxicité. Les assemblages CD-siRNA ont finalement été observés par cryo-TEM et ont montré la formation de fibres, organisées de manière hiérarchique et hautement coopérative. Nous avons ainsi créé des assemblages supramoléculaires uniques à base d’acides nucléiques, rappelant la structure, la taille et la fonction d’un virus. / SiRNA based therapeutics are very promising. A key challenge for their development is the design of sophisticated, safe and effective delivery methods. To address all the biological obstacles for the conception of such therapeutics, we focused on the construction of a virus-like dynamic system, built with molecular bricks, able to self assemble and to interact with nucleic acid through supramolecular interactions. Bridged cyclodextrin based supramolecular polymers were developed to form host-guest interactions. To do so, cyclodextrins were conjugated with cationic and hydrophobic moiety in a spatially controlled way. These conjugates solved problems well known in the literature about the self-inclusion and the solubility in water of such molecules. The ability to self-assemble of 4 compounds were studied by RMN-1H, RMN-ROESY, ITC, RMN-DOSY and SANS. All these compounds showed a good capability to complex and protect siRNA. Moreover, one of these compounds is able to transfect siRNA in vitro without any toxicity, and therefore, to induce gene silencing. Assembly of CD and siRNA were finally observed by cryo-microscopy, which showed long fibres organised in a hierarchical and cooperative manner. This unique system is therefore strongly reminiscent of the structure, size and function of a virus.

Ce travail de thèse explorait certains aspects de la chimie de coordination de complexes moléculaires à bases de métaux 3d (Fe, Cu, Mn et Ni) supportés par des ligands azotés de type aroyle-hydrazone. Le travail de cette thèse était plus particulièrement centré sur le développement des nouveaux ligands et la photo chimie des complexes ferriques, afin d’élucider en particulier les mécanismes de la photo réduction qui valorise un brevet du laboratoire sur la production et le stockage d’énergie solaire via la photo réduction d’ions ferriques. Les complexes mis en jeu dans le processus ont été totalement caractérisés en solution et à l’état solide. Ce phénomène prend place en solution comme en solution gelée. La cinétique du processus photochimique a été suivie par UV-Visible comme par RPE. Cette photo réduction passe par un intermédiaire radicalaire et le solvant joue le rôle du donneur des électrons. Ce processus a été totalement étudié : l’effet du solvant, l’effet de la modification dans la sphère de coordination du complexe, l’effet de la modification de la périphérie des ligands et finalement l’effet des longueurs d’ondes. D’autres domaines sont également explorés, comme le magnétisme moléculaire ou encore la catalyse homogène (oligomérisation de l’éthylène) avec des complexes à base de Ni2+. / This PhD thesis explored some aspects of the coordination chemistry of molecular complexes based on 3d transition metal ions (Fe, Cu, Mn and Ni) coordinated by multidentate aroyl-hydrazone ligands. The work of this thesis was particularly focused on the development of new ligands, their coordination chemistry and the photochemistry of ferric complexes. The central objective of this work was to elucidate the mechanism of the photo reduction process, in order to valorize an already accepted laboratory patent on the production and storage of solar energy. The complexes involved in the process have been fully characterized in solution and in the solid state. This phenomenon takes place in solution as in frozen solution. The kinetics of the photochemical process was followed by UV-Visible as by RPE. This photo reduction passes through a radical intermediate and the solvent plays the role of the electron donor. This process has been fully studied: the effect of the solvent, the effect of the modification in the coordination sphere of the complex, the effect of the modification of the periphery of the ligands and finally the effect of the light and different wavelengths. Other fields are also explored, such as molecular magnetism for different mono and dinuclear iron and manganese complexes or even homogeneous catalysis (oligomerization of ethylene) with complexes based on Ni(II).

This master’s thesis deal with design modification of the RAPID 200 (Skyleader 200) airplane for towing at compliance with maximum take-off weight 450 kilogramme. A necessary construction modification, a weight analysis these adjustments and a balance verification are included. The thesis contains of power plants installation consisting from the M 132 engine and the V 541.2 propeller, a towing gear and a landing gear, a load calculation of power plants and towing gear and basic flight performance calculation too. Last but not least valuation of operation ekonomy, operation characteristics assesment and a using of the airplane for specialized duty are included.

The processes by which anisotropic colloidal and nanoscale particles may come together to form ordered monodisperse structures are not well understood. The canonical example of such a system is provided by the assembly of virus capsids, in which tens to thousands of particles of one or a few types assemble efficiently into ordered, highly symmetrical shells. Other examples include a wide variety of protein oligomers, and there is interest in producing analogous systems of synthetic particles. In this thesis I study the self-assembly of simple model particles, consisting of spheres decorated with attractive patches. I consider in detail the assembly of clusters of particles corresponding to the Platonic solids. For the majority of these structures assembly is found to be efficient over a wide range of parameter space. The optimal conditions represent a compromise between thermodynamic stability and kinetic accessibility. We consider two versions of the model, with and without constraints on the torsion angle of bound particles. In both cases the structures with triangular faces are found to assemble most easily. In the absence of torsional constraints dodecahedra will not assemble under any set of parameters as a result of the preferential formation of disordered aggregates. With torsional constraints included all of the Platonic solids assemble successfully and the behaviour of the model is considerably changed. In particular disordered aggregates become far less favourable. I explore possible methods of assembling larger structures, either via “hierarchical” assembly where small clusters are first assembled and then used as building blocks in another stage of assembly, or by a templating method in which an inner cluster acts as a template for a larger outer cluster. These approaches are studied using the “Virtual Move Monte Carlo” cluster move algorithm, the behaviour of which we examine in some detail.

Ce projet de thèse s'inscrit dans une dynamique de développement des polyrotaxanes de cyclodextrines pour des applications biomédicales. L'objectif est d'obtenir, par une approche modulaire et convergente, des polyrotaxanes fonctionnalisés pour l'imagerie par microscopie optique dans le proche infrarouge et l'IRM. Une bibliothèque de cyclodextrines fonctionnalisées a été générée par CuAAC entre des fluorophores (BODIPY, Cyanine) ou un agent de contraste (monoamide-DOTA-Gd) et des ?-cyclodextrines mono- ou bis-azotures. Leurs propriétés d'auto-assemblage ont été étudiées sur un axe court et ont permis le développement de [3]rotaxanes fonctionnalisés pour l'IRM dont les expérimentations in vivo ont démontré l'apport bénéfique de la structure supramoléculaire pour les propriétés d'agent de contraste. L'extension de l'architecture aux polyrotaxanes multimodaux a été réalisée par l'utilisation d'un axe polyammonium. Une nouvelle classe d'axes anioniques a été développée avec l'étude cinétique et thermodynamique de l'enfilage sélectif d'une ou deux cyclodextrines sur des monomères diphosphates et montre l'intérêt des pseudo-bouchons phosphates pour le contrôle de la barrière d'activation par le pH. L'extension à une structure pseudopolyrotaxane est obtenue par la synthèse d'un poly(hexylène phosphate) et permet de valider l'utilisation du polymère pour la synthèse de composés fonctionnalisés. En perspective de ces développements, des voies de post-fonctionnalisation des polyrotaxanes, une nouvelle voie de synthèse par polymérisation de pseudo-rotaxanes et l'obtention d'une cyclodextrine pour le relargage contrôlé par stimuli acido-basiques sont abordées. / This PhD project is focused on the development of cyclodextrin-based polyrotaxanes for biomedical applications. The objective is to use a modular building-block approach to synthesize functionalized polyrotaxanes for NIR fluorescence and magnetic resonance imaging. A library of functionalized cyclodextrins was obtained by a versatile ‘click’ reaction between fluorescent probes (BODIPY, Cyanine) or contrast agent (GdDOTA-monoamide) and mono- or bis-azido α-cyclodextrins. Their self-assembly properties were first studied on short axles and allowed the development of functionalized [3]rotaxanes for MRI. In vitro and in vivo studies demonstrated the advantages of the supramolecular approach for the design of contrast agent with an enhancement of the relaxivities and better retention times in kidneys. The strategy was extended to obtain multimodal polyrotaxane architectures based on a poly(alkyl)ammonium thread. A new family of anionic threads based on alkylphosphate moieties was also developed. Thorough kinetic and thermodynamic studies revealed the ability of phosphates to act as pH-responsive stoppers enabling a selective threading of one or two cyclodextrins on small alkanediphosphate threads. Pseudopolyrotaxanes of α-CD were then obtained with poly(hexylene phosphate) and pave the way for the synthesis of functionalized ones. Finally, significant investigations in the post-functionalization of polyrotaxanes, polymerization of pseudo-rotaxanes as new synthetic pathway and pH-switchable rotaxane for controlled release were realized.

La reconnaissance moléculaire est un problème très intéressant et surtout un défi actuel pour la chimie biophysique. Avoir des prévisions fiables sur la reconnaissance spécifique entre les molécules est hautement prioritaire, car il fournira un aperçu des problèmes fondamentaux et suscitera des applications technologiques pertinentes. La thèse présentée ici est centrée sur une analyse quantitatif de la reconnaissance moléculaire en solution pour la liaison l'hôte-invité, la liaison protéine-ligand et la catalyse. Le cadre de la mécanique statistique utilisé pour décrire l'état de la technique de liaison récepteur-ligand est un point d'inflexion pour le développement de nouvelles méthodes améliorées. En fait, un modèle très performant et précis a été obtenu pour l'analyse de la liaison hôte-invité. Enfin, les modèles présentés ont été utilisés comme outils prédictifs fiables pour la découverte de nouvelles entités chimiques destinées à améliorer la catalyse en solution. / Molecular recognition is a very interesting problem, and foremost, a current challenge for biophysical chemistry. Having reliable predictions on the specific recognition between molecules is highly priority as it will provide an insight of fundamental problems and will raise relevant technological applications. The dissertation presented here is centered on a quantitative analysis of molecular recognition in solution for host-guest, protein-ligand binding and catalysis. The statistical mechanics framework used to describe the state-of-the-art for receptor-ligand binding is an inflection point for the developing of new improved and methods. In fact, a highly performanced and accurate model was obtained for the analysis of host-guest binding. Finally, the presented models were used as a reliable predictive tools for discovering new chemical entities for enhance catalysis in solution.