L’un des principaux verrous scientifique rencontré au cours du développement de catalyseurs d’oxydation bio-inspirés concerne l’étape de réduction du métal pour permettre l’activation du dioxygène. Pour essayer de lever ce verrou, nous avons développé un système macromoléculaire composé d’un polymère hydrosoluble dans lequel deux types de cofacteurs sont incorporés ; (1) des cofacteurs redox capables de collecter des électrons issus d’un réducteur en solution, et (2) des cofacteurs catalytiques capables d’activer le dioxygène. De façon à permettre l’incorporation de ces cofacteurs au sein du polymère, ce dernier a été modifié avec différents groupement chimiques qui ont étés quantifiés par RMN du proton dans l’eau. Par ailleurs, la synthèse de différents complexes métalliques, connus pour être de bons catalyseurs d’oxydation, tels que des métalloporphyrines ou des complexes mononucléaire et binucléaire de fer et de cuivre, a été réalisée. Ces catalyseurs ont d’abord été étudiés avec H2O2 dans l’eau en présence ou en absence de polymère. En parallèle, l’incorporation de la FMN par interactions électrostatiques au sein du polymère a permis de générer un système capable de collecter les électrons de NADH en solution. Cette réduction s’est avérée 4 000 fois plus rapide que la réduction sans polymère modifié. Cette réductase artificielle (FMN+ PEI modifié) a ensuite été démontrée capable de réduire très efficacement les porphyrines de manganèse (III) ainsi que d’autres complexes métalliques. Au cours de l’étude, la capacité de ce système à séparer les électrons provenant de NADH a également été mis en avant. Finalement, cette réductase artificielle a été associée à différents catalyseurs métalliques afin d’étudier leur activité sur la réaction d’oxydation du thioanisole, ou d’autres substrats, par activation réductrice du dioxygène / A major scientific lock encountered during the development of bio-inspired oxidation catalysts is the metal reduction step to allow activation of dioxygen. In this optic, we have developped a macromolecular system composed of a water-soluble polymer in which two kinds of cofactors are incorporated; (1) redox cofactors capable of collecting electrons from a reducing agent in solution, and (2) catalytic cofactors capable of activating oxygen. In order to allow the incorporation of these co-factors within the polymer, the latter one has been modified by various chemical groups which have been quantified by proton NMR in water. Furthermore, the synthesis of various metal complexes, known as good oxidation catalysts, such as metalloporphyrins or mononuclear and dinuclear complexes of iron and copper was performed.These catalysts were first studied with H2O2 in water in the presence or the absence of polymer. In parallel, the incorporation of FMN by electrostatic interactions within the polymer has generated a system capable of collecting the electrons of NADH in solution. This reduction was found 4 000 times faster than the reduction without modified polymer. This artificial reductase (FMN + PEI modified) was then demonstrated to very efficiently reduce manganese porphyrins as well as other metal complexes. During this study, the ability of the system to split electron pairs collected from NADH has also been demonstrated. Finally, this artificial reductase has been associated with various metal catalysts in order to study their catalytic activity for various oxidation reaction using dioxygen.

Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse s’articulent autour de la synthèse de nouvelles architectures moléculaires tridimensionnelles et de l’évaluation de ces architectures en tant que canaux ioniques synthétiques capables de promouvoir le transport transmembranaire d’ions. La première partie concerne la mise au point d’une voie d’accès à ces édifices ayant comme plateforme centrale une brique naphtothiophène, aromatique ou partiellement hydrogénée, ainsi que l’étude prospective de la conversion de ces architectures en plateforme hélicoïdale. Les propriétés de ces édifices sont étudiées à l’état solide et par voie de calculs théoriques, permettant de mettre en avant des informations quant à la topologie globale adoptée ainsi que la compréhension de certaines réactivités observées. Une seconde partie est dédiée à la fonctionnalisation de ces édifices en molécules présentant des propriétés amphiphiles puis à l’étude de la capacité de ces dernières à s’insérer dans une bicouche lipidiques modèle afin de promouvoir le transport d’ions à travers la membrane via la formation de canaux ioniques dits synthétiques. En outre, des études alliant des analyses de spectrométrie de masse et des calculs théoriques sont présentés afin de comprendre les interactions intervenant dans le processus de transport d’ions à travers la membrane lipidique. / The work presented in this manuscript is dealing with the synthesis of new three-dimensional molecular architectures and their evaluation as synthetic ion channels capable of promoting ion transmembrane transport. The first part aims at developing a straightforward approach to the synthesis of novel architectures based on a naphthothiophene platform, aromatic or partially hydrogenated, as well as the development of a strategy the convert 9-arylnaphthothiophene architectures into helical platforms. The properties of these molecules were studied in the solid state and were completed by theoretical calculations to highlight global topologies adopted. Theoretical calculations allowed us to understanding some reactivities observed. A second part is dedicated firstly to the functionalisation of these molecular architectures into amphiphilic molecules and secondly to study their abilities to insert themselves into a model bilayer lipid membrane by forming channels. Besides, in order to gain a better understanding of the interactions in play in the process, mass spectrometry analysis combined to theoretical calculations were set up.