Le principal objectif de cette recherche est l’évaluation de nouveaux adsorbants nommés Metal-Organic Frameworks (MOFs) pour la séparation des isomères de l'hexane afin d'améliorer l'indice d'octane de l’essence. La séparation des isomères de l'hexane est actuellement réalisée par Total Isomerization Processes (TIP) basé sur l’utilisation de la zéolithe 5A qui permet d’isoler les paraffines «non normales». Afin d'améliorer et de tester d’autres adsorbants, des structures MOFs flexibles et rigides ont été synthétisées et évaluées pour cette séparation au travers de séries de courbes de perçage avec des mélanges d’isomères de l’hexane nHEX, 3MP, 22DMB et 23DMB. Cela a permis d'obtenir des isothermes d'adsorption à l'équilibre et une analyse de leurs performances a permis de trouver les structures plus performantes. L’UiO-66(Zr) fonctionnalisé par des groupes –Br, –NO2, et –NH2, les solides mésoporeux MIL-100(Cr) et son analogue fonctionnalisé MIL-100(Cr) greffé avec des alkylamines, le solide microporeux MIL-125(Ti) fonctionnalisé avec un groupe –NH2 et le tétracarboxylate de fer(III) microporeux MIL-127(Fe) sont les solides rigides étudiés. Les structures flexibles sont les dicarboxylates de fer(III) MIL-53(Fe) fonctionnalisés –(CF3)2, –2CH3, le ZIF-8 à base d’imidazolate et un polymorphe MIL-88B(Fe) fonctionnalisé –2CF3. La caractérisation de ces adsorbants cristallins a été réalisée par combinaison de diffraction des rayons X (XRPD), spectroscopie infrarouge (IR), analyse thermogravimétrique (TGA) et la porosimétrie d’adsorption d’azote. Les solides MIL-53(Fe)–(CF3)2 et ZIF-8 démontrent un effect de tamis moléculaires avec un comportement remarquable. / The main goals of this research are the synthesis of new specific adsorbents named Metal-Organic Frameworks (MOFs) for the separation of hexane isomers in order to improve the octane number of the gasoline. The separation of hexane isomers is actually performed using the conventional Total Isomerization Processes (TIP) with zeolite 5A which isolates only «non-normal paraffins». In order to improve and to test other alternatives, flexible and rigid frameworks were synthesized, performing a set of breakthrough curves with hexane isomers nHEX, 3MP, 22DMB and 23DMB with the purpose of obtaining adsorption equilibrium isotherms and further analysis of their performances in order to find new frameworks that offer better results. This concerned first the rigid frameworks UiO-66(Zr) functionalized with the functional groups –Br, –NO2, and –NH2; the mesoporous MIL-100(Cr) and its functionalized analogue MIL-100(Cr) grafted with alkylamines, the microporous Ti MOF MIL-125 functionalized with the functional group –NH2 and the iron tetracarboxylate MIL-127(Fe). The flexible frameworks were the Zn imidazolate ZIF-8, the iron(III) dicarboxylates MIL-53(Fe) functionalized with the functional groups –(CF3)2 and –2CH3 and the MIL-88 functionalized with the functional group –2CF3. The characterization of these crystalline adsorbents was achieved by X-Ray Powder Diffraction (XRPD), Infra-Red spectroscopy (IR), Thermogravimetric Analysis (TGA) and nitrogen surface area measurement. MIL-53(Fe)–(CF3)2 and ZIF-8 demonstrated molecular sieve effects with interesting and promossing behaviour for hexane isomers separation.

Cette thèse s’inscrit dans une thématique de recherche visant à synthétiser des moléculesamphiphiles présentant des propriétés bioactives, pouvant être mises à profit dans diversesapplications biomédicales ou encore dans le domaine de l’agrochimie. Les molécules amphiphilessont alors les propres actrices de leur formulation de par leurs propriétés d’auto-association et debioactivité (concept dit « d’économie moléculaire »). Dans ce contexte, la première partie de cetravail a été consacrée à la synthèse de molécules amphiphiles modèles dérivées de D-glucose etde N-acétyl-D-glucosamine. La voie de synthèse choisie pour les obtenir a été une aminationréductrice régiosélective à partir de chaînes alkylamine de différentes longueurs (6, 12 et 16atomes de carbone). Leur caractérisation a été réalisée par RMN et spectrométrie de masse. Ladeuxième partie de ce travail a été orientée vers l’étude du comportement auto-associatif desmolécules à base de D-glucose en solution aqueuse, seules, ou en mélange avec un phospholipidemodèle. Une organisation à différentes échelles de taille a été mise en évidence par les techniquesde diffusion de la lumière, microscopie électronique en transmission et grâce à la modélisation dedonnées expérimentales obtenues en diffusion des rayons X aux petits angles. / This work is part of a research program on the synthesis of amphiphilic molecules havingbioactive properties, which could be used in biomedical applications or in agrochemistry.Amphiphilic molecules could be the own actor of their formulation because of the dual propertyof bioactivity and self-assembly. In this context, the first part of this work concerns the synthesisof model amphiphilic molecules derived from D-glucose and N-acetyl-D-glucosamine. The chosenway to synthesize these molecules was a regioselective reductive amination from alkylaminechains of different lengths (6, 12 and 16 carbon atoms). Compounds were characterized by NMRand Mass Spectrometry. The second part of this work was oriented towards the study of the selfassemblyproperties of molecules derived from D-glucose in an aqueous solution, alone, or mixedwith a model phospholipid. An organization with different sizes was shown with severaltechniques: light diffusion, transmission electronic microscopy, and thanks to the establishment ofa model from experimental small-angle X-ray scattering data. When the amphiphilic moleculewith 12 atoms of carbon on this hydrocarbonated chain is studied alone in a solution, ellipsoidalmicelles seem to be present, mixed with bigger aggregates (~100 nm). However, when this sameamphiphilic molecule is used in a mix with a model phospholipid, a size diminution of theassembly was observed with the increase of amphiphilic molecules in the formulations.

A series of para-substituted phenylethylamine analogues bound to the enzyme aromatic amine dehydrogenase have been simulated using quantum mechanical electronic structure calculations and molecular mechanical molecular dynamics simulations. Trends have been verified connecting bond dissociation energy (and thus driving force) to observed rate constants and activation enthalpy. Trends have been identified in connecting statistics drawn from molecular dynamics simulations and the temperature dependence of the kinetic isotope effect, notably that as the temperature dependence of the kinetic isotope effect increases the flexibility of the promoting vibration decreases. This is explained as being more effected by thermal energy put into the system, and therefore more affected by temperature.

PhD (Chemistry) / Department of Chemistry

MSc (Chemistry) / Department of Chemistry / The computational study of biologically active molecules is particularly important for drug development because it provides crucial information about the properties of a molecule, which determine its biological activities. The current work considers the results of a computational study of myristinin A and a structurally-related molecule (2-(4-hydroxyphenyl)-4-[2,4,6-trihydroxy-3-(9tetradecenoyl)phenyl]-3,4-dihydro-2H-benzopyran-7-ol, here denoted as DBPO). The two compounds pertain to the class of acylphloroglucinols. They were firstly isolated from Horsfieldia amygdaline, and they exhibit a variety of biological activities, including potent anti-inflammatory activity, potent DNA-damaging activity and DNA-polymerase ß inhibition. Their molecular structures differ only by the acyl chain. Both molecules have a bulky substituent meta to the acyl group consisting of a ring system (2-(4-hydroxyphenyl)-3,4-dihydro-2H-chromen-7-ol). The DBPO molecule can exist as cis and trans isomers in relation to the double bond present in the R chain, and both isomers are here investigated individually. The OHs ortho to the acyl group can form an intramolecular hydrogen bond (referred to as the first IHB) with the sp2 O atom of the acyl group. The phenol OHs neighbouring the substituent ring system can form O–Hπ interaction with the aromatic rings of the substituent, if suitable oriented. This study focuses on the identification of the stable conformers of these molecules (considering all the possible geometries obtainable by rotations about relevant single bonds), and of the factors stabilising the conformers. Full-optimisation calculations were performed in vacuo and also in three conveniently selected solvents. The results show that the dominant stabilising factors are the first IHB and the O–Hπ interactions. Other factors which have significant influence on conformational preferences are the orientation of the ring systems of the substituent, the orientation of the OHs on substituent, the mutual orientation of the OHs of the phloroglucinol moiety and also the orientation of the acyl chain. The results in solution are consistent with the findings of other acylphloroglucinols, for instance, the narrowing of the energy gaps and the increase of the dipole moment with the increase of solvent polarity. / NRF

Malgré les efforts extrêmement importants réalisés pour la recherche de nouveaux agents anticancéreux, les traitements par chimiothérapie ne permettent toujours pas de traiter efficacement un grand nombre de tumeurs. En effet, les molécules utilisées cliniquement ne sont généralement pas sélectives des tissus cancéreux et la destruction des tissus sains qu'elles engendrent provoque de lourds effets secondaires. Le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques plus sélectives représente donc un intérêt majeur en chimie médicinale. Dans ce cadre, nous avons développé plusieurs vecteurs non toxiques conçus pour reconnaître des spécificités liées à la malignité puis libérer de manière contrôlée des agents cytotoxiques exclusivement au niveau de la tumeur. Dans le cadre de cette thèse, le concept de vecteur glucuronylé a été adapté à la MMAE et à la cyclopamine. Ces vecteurs pourront être sélectivement activé par la B-glucuronidase présente en concentration importante dans les zones nécrotiques de nombreuses tumeurs solides et ainsi libérer ces agents anticancéreux au niveau des tissus cancéreux. Des études préliminaires visant à évaluer l'efficacité de ces composés in-vitro et in-vivo ont montré la validité de cette approche. Dans un deuxième temps, un vecteur glucuronylé de la doxorubicine pouvant se lier à l'albumine plasmatique a été conçu. Une étude réalisée chez la souris a montré que ce composé possède une efficacité thérapeutique similaire à celle de la doxorubicine et ne provoque pas les effets secondaires constatés lors du traitement avec la drogue seule. La troisième partie est consacrée au développement du premier vecteur activable par la B-galactosidase ut / Despite several years of intensive research devoted to the discovery of novel anticancer agents, chemotherapy is still not entirely effective for the treatment of many solid tumors. Most of the drugs used clinically act by anti-proliferative mechanisms and lack any intrinsic selectivity, leading to severe adverse effects due to the destruction of normal tissues. Therefore, the development of more selective therapeutic approaches has become a major goal in medicinal chemistry. Within this framework, we have developed several nontoxic drug carriers designed for both the efficient recognition of malignant specificities and the controlled release of anti-neoplastic agents exclusively at the tumour site. First, we applied the concept of glucuronide prodrugs to MMAE and Cyclopamine in order to deliver these anticancer drugs at the tumor site. Indeed, glucuronide prodrugs can be selectively activated by B-glucuronidase present in high concentration in necrotic area of numerous solid tumors. Preliminary in vitro and in vivo evaluations of these prodrugs demonstrated the potential of this approach. Second, we studied the first B-glucuronidase-responsive albumin-binding prodrug designed for the selective delivery of doxorubicin at the tumor site. In vivo experiment conducted in mice show that this compound inhibits tumor growth in a similar manner to doxorubicin whilst avoiding side effects induced by the free drug. We also developed the first B-galactosidase-responsive drug delivery system suitable for the treatment of solid tumors in PMT. Such a targeting system can be selectively activated by lysosomal B-galactosidase located inside malignant cells expressing a specific tumor-a

Le but de cette thèse est une revisite du potentiel SIBFA. Ceci inclut un travail et une réflexion sur la méthodologie de cette approche avec une implémentation proposant une utilisation plus large. De plus, une nouvelle calibration de champ de forces raffiné est permise aujourd’hui. En effet, la décomposition d’énergie intermoléculaire SAPT donne accès à toutes les composantes avec rigueur. La reproduction des résultats ab-initio par un potentiel analytique laisse entrevoir des applications prometteuses. Au-delà du coup de calcul considérablement réduit par rapport aux méthodes de chimie quantique, son intégration dans un code de dynamique moléculaire ouvre les portes à de nombreuses études encore plus prometteuses hors de portée de la chimie quantique. Enfin l’optimisation de ce code, avec une parallélisation bien étudiée, en feront un outil majeur de la biochimie. Dans une première partie, nous introduirons les notions et principes essentiels à la dynamique moléculaire. Un premier chapitre exposera la mécanique classique utilisé dans les programmes les plus distribués et utilisés. Un second chapitre introduira les méthodes permettant un meilleur traitement des interactions non-covalentes essentielles dans les études de complexes ligand-récepteur. Une seconde partie abordera de manière plus concrète la stratégie d’implémentation de SIBFA dans Tinker. Celle-ci s’organisera autour de trois chapitres, traitant chaque composante énergétique intermoléculaire. L’objectif de cette thèse est de proposer un socle solide autour du traitement des interactions non covalentes dans le cadre des champs de forces polarisables de dernières générations et de présenter le modèle d’eau hybride AMOEBA/SIBFA. / The purpose of this thesis is to revisit the potential of SIBFA (Sum of Interactions Between Fragments Ab initio computed) [...]

Notre travail de recherche concerne l’étude théorique de la structure électronique des molécules diatomiques telles que les mono-halogénures d’Aluminium AlX(X=Br,I) et les mono-halogénures de Lutécium LuX(X=F,Cl). Les méthodes ab-initio sont utilisées pour réaliser notre étude. Il s’agit des méthodes Hartree-Fock SCF, CASSCF (Complete Active-Space Self-Consistent Field) et les méthodes d’interaction de configuration multi-référence MRCI avec et sans la correction de Davidson. Ces calculs sont effectués à l’aide du progiciel en chimie quantique MOLPRO, en bénéficiant de l’usage de l’interface graphique GABEDIT. Nos résultats ont regroupé les courbes d’énergie potentielle CEPs, les constantes spectroscopiques, y compris la fréquence harmonique ωe (cm-1), la distance internucléaire à l’équilibre Re (Å) et la valeur énergétique Te(cm-1) pour un ensemble des états électroniques singulets et triplets de représentation 2s+1Λ(+/-) (L’effet de spin-orbite est négligeable) pour ces quatre molécules. Par comparaison entre nos résultats obtenus et ceux apportés de la littérature, on a trouvé un bon accord avec un faible pourcentage d’erreur ne dépassent pas le 3% par rapport à la valeur expérimentale considérée comme valeur exacte / Our research concerns the theoretical study of the electronic structure of diatomic molecules such as Aluminum mono-halides AlX (X = Br,I) and Lutetium mono-halides LuX (X = F, Cl). The ab-initio methods are used for our study. These methods SCF, CASSCF (Complete Active-Space Self-Consistent Field) and interaction of configuration multi-reference MRCI with and without Davidson correction. These calculations are performed using the quantum chemistry software package MOLPRO, benefiting from the use of graphic interface GABEDIT. Our findings have consolidated the potential energy curves PECs, spectroscopic constants, including harmonic frequency ωe(cm-1), the internuclear distance at equilibrium Re(Å) and energy Te(cm-1) for a set of singlet and triplet electronic states in the representation 2s +1 Λ (+/-) (neglecting spin-orbit effects) for these four molecules. By comparison between our results and those contributed to the literature, we found a good agreement with a low percentage of error does not exceed 3% from the experimental value was considered as exact

Partant des composés ATiO3 (A=Ba, Pb, Sr) bien connus pour leurs propriétés de type ferroélectriques, il est possible de concevoir des super-réseaux de basse dimensionnalité (multi-couches, phases de type ,…) où ces propriétés peuvent être modulées en fonction de la composition, de l'épaisseur des couches mises en jeu, des contraintes aux interfaces. Nous proposons ici d'étudier par calculs de premiers principes les instabilités structurales et la dynamique de réseau pour des systèmes simples dans cette famille. En définissant clairement les zones interfaciales et de cœur des couches, et en étudiant la convergence de leurs propriétés en fonction de l'épaisseur, ce travail vise à établir des potentiels interatomiques modèles, analytiques et transférables, pour la prédiction des propriétés dynamiques et des instabilités structurales de super-réseaux étendus et/ou complexes. / The aim of the present thesis is to investigate, from first-principles, the ferroelectricproperties and related phase transition behaviors in perovskite type compounds. Wewill not focus only on the bulk perovskite systems, but also on related layered superlatticeswhere the interface may play an important role and induce new phenomena.