En raison de leur résistance aux agents chimiothérapeutiques, les transporteurs ABC de phénotype MDR ont attiré l'attention de la communauté scientifique. Notre projet vise à trouver des conditions dans lesquelles les transporteurs ABC restent fonctionnels en solution pour aboutir à la cristallisation de ces protéines dans une conformation active. Dans ce but, nous avons conçu et développé une nouvelle classe de détergents, à base de calix[4]arène, qui stabilisent ces protéines. Afin de résoudre la structure 3D à résolution atomique du transporteur ABC bactérien "BmrA", responsable de la résistance aux antibiotiques, nous avons utilisé une approche classique utilisant des détergents commerciaux en parallèle à nos détergents innovants. En présence de la Foscholine 12, nous avons obtenu des cristaux diffractant jusqu’à 5 Å de résolution. Cependant, les données de diffraction n’étaient pas suffisantes pour déterminer la structure tridimensionnelle complète de la protéine, seuls les domaines transmembranaires ont été résolus. D'autre part, nous avons atteint l'objectif de l'extraction, la purification et la stabilisation de ce transporteur à l'aide des détergents à base de calix [4] arène. Nous avons également montré que ces détergents promeuvent et améliorent la cinétique de cristallisation de BmrA, une étape que nous sommes en train d’optimiser, pour obtenir des cristaux de meilleure résolution, pour résoudre la structure 3D de BmrA qui sera utilisé pour concevoir des inhibiteurs adaptés / Due to their preponderance in the resistance to chemotherapies, the MDR ABC transporters have drawn the attention of the scientific community. Our project aimed at finding conditions in which ABC transporters are active in solution to lead the crystallization of these proteins in an active conformation. In this purpose, we conceived and developed a new class of detergents, based on calix[4]arene ring, that stabilize these proteins. In order to solve the 3D-structure to atomic resolution of bacterial ABC transporter “BmrA” responsible for antibiotic resistance, we used a classical approach with commercial detergents in addition to the innovative ones. We have crystallized the protein in presence of Foscholine 12 with a diffraction resolution up to 5 Å. The data was incomplete; solving partially the structure of the transmembrane domains. On the other hand, we have reached the objective of extraction, purification and stabilization of this transporter by using calix[4]arene-based detergents. We have also shown that these detergents promote and enhance the kinetics of crystallization of BmrA, a step that we are improving, to get crystals of better resolution, for resolving the BmrA 3D-structure which will be used to design adapted inhibitors

Le travail suivant est consacré d'une part à l'emploi du calix[4]arène comme une plate-forme organisatrice de principes actifs pour la conception de nouvelles prodrogues. Ce concept a été développé avec des substances antibactériennes ou antivirales, choisies comme modèles. Les conjugués calixarène - anti-infectieux ainsi synthétisés sont amphiphiles et insolubles dans l'eau. Leur comportement interfacial a été étudié via l'interface eau-air, mime d'une interface hydrophile-hydrophobe physiologique, à l'aide de la technique des films monomoléculaires de Langmuir. Nos résultats indiquent que ces prodrogues étalées à l'interface eau-air peuvent libérer leurs principes actifs dans la sous-phase. La méthodologie développée pour ces études de réactivité interfaciale pourrait à l'avenir être appliquée à d'autres prodrogues à base de calix[4]arène. Un second projet a concerné le trifluoroacétate de tétra-p-(guanidinoéthyl)-calix[4]arène (CX1). Ce composé présente des propriétés antibactériennes à large spectre, couplées à une faible toxicité cellulaire. Nos travaux ont visé à mieux comprendre son mode d'action, lié à une perturbation des parois bactériennes, par une approche physico-chimique. La technique de Langmuir a donc été employée afin d'étudier les interactions entre le CX1 et des films monomoléculaires de phospholipides étalés à l'interface eau-air, utilisés comme modèles de membrane bactérienne. Nos résultats nous ont permis de proposer un mode d'organisation des membranes bactériennes sous l'influence du CX1. Nous avons ainsi apporté des précisions sur son mécanisme d'action qui pourraient être utiles dans le développement de nouveaux calixarènes antibactériens / This work begins with utilization of the calix[4]arene macrocycle as organizing platform of anti-infectious molecules shaped as prodrug. The concept has been explored using antibacterial (nalidixic acid) and antiviral (aciclovir, ganciclovir) molecules, chosen as models. The calixarene - anti-infectious conjugates synthesized have amphiphilic structure and are insoluble in aqueous media. Their interfacial behavior was studied via the air-water interface, considered as mimic of biological hydrophilic-hydrophobic interfaces, using Langmuir monolayers technique. Our results indicate that calixarene-based prodrugs spread at the air-water interface are able to release anti-infectious molecules into the subphase. The original methodology employed for interfacial reactivity studies could be applied to further calixarene-based prodrugs. A second project concerns the trifluoroacetate salt of tetra-p-(guanidinoethyl)-calix[4]arene (CX1). CX1 is antibacterial, active against various Gram-positive and Gram-negative bacteria, with low eukaryotic cell toxicity. The aim of our work was to get more insight in the mechanism of action of CX1, involving bacterial wall disruption, by a physico-chemical approach. The Langmuir monolayers technique was employed in order to study interactions between CX1 and phospholipid monolayers spread at the air-water interface, used as models of bacterial membranes. Our results led us to propose a particular reorganization mode of bacterial membranes upon interactions with CX1. This proposal gives more understanding in the mechanism of biological activity of CX1, and could be helpful in developing new antibacterial calixarene derivatives

La chimie supramoléculaire est un domaine qui porte sur l’étude des interactions<p>faibles entre molécules. Ces interactions sont très répandues dans les systèmes naturels et de<p>nombreux récepteurs moléculaires synthétiques ont été développés, soit pour un apport<p>théorique à la compréhension de ces processus de reconnaissance, soit pour d’éventuelles<p>applications en biologie ou en chimie analytique par exemple.<p>Les calix[6]arènes sont des composés intéressants pour la reconnaissance moléculaire.<p>Ils possèdent une cavité idéale pour l’inclusion de petites molécules et peuvent être modifiés<p>par l’ajout de divers motifs de reconnaissance. Le premier calix[6]crypturée préalablement<p>étudié au sein du Laboratoire de Chimie Organique est un récepteur dont la cavité aromatique<p>est juxtaposée à un motif de reconnaissance pour anions. Ce dernier est composé d’un<p>chapeau à base de tren (tris(2-aminoéthyl)amine) portant trois groupes urée. Ce récepteur<p>possède notamment une forte sélectivité pour le chlorure et une forte affinité pour les paires<p>d’ions organiques de type chlorure d’ammonium, dans un solvant apolaire (CDCl3).<p>Cependant, ces propriétés de reconnaissance sont beaucoup plus limitées dans un solvant<p>protique (CD3OD), ce qui restreint les éventuelles applications. L’objectif de ces travaux a été<p>de synthétiser de nouveaux dérivés avec une modification autour du site tris-urée pour<p>renforcer les propriétés de reconnaissance, notamment en milieu protique.<p>La première stratégie a consisté à agrandir le chapeau cryptant reliant les trois groupes<p>urée. Trois modes différents de complexation d’ammonium intra-cavitaire ont été mis en<p>évidence dans un solvant apolaire, dont deux sont remarquables. Avec un anion peu<p>coordinant (le picrate), le récepteur protoné inclut l’ammonium selon un processus<p>allostérique pour donner un complexe dicationique. Avec la protonation du récepteur et un<p>anion dichargé (SO4<p>2-), l’inclusion de l’ammonium constitue un complexe cascade, stable en<p>milieu protique.<p>La deuxième stratégie a consisté à supprimer les groupes méthyle du petit col<p>calixarénique via une réaction de déméthylation sélective pour obtenir le calix[6]crypturée<p>1,3,5-trishydroxyle. Dans un solvant apolaire, ce récepteur a montré une plus forte sélectivité<p>pour la complexation de paires d’ions par rapport à la complexation d’anions, permettant par<p>exemple de complexer le chlorhydrate de O,O-diméthyldopamine.<p>La troisième stratégie a été de synthétiser le calix[6]cryptothiourée, un récepteur dont<p>le chapeau comporte trois groupes thiourée. Cette modification structurale a fortement<p>renforcé la complexation d’anions mais n’a pas favorisé la complexation de paires d’ions dans<p>un solvant protique.<p>Enfin, la complexation de zwittérions a été testée sur l’ensemble de ces récepteurs et le<p>calix[6]cryptothiourée s’est avéré être un remarquable complexant de la B-alanine bétaïne.<p>Dans un mélange protique (CD3OD/CDCl3 1:1) la constante d’association est élevée (K ≈ 104<p>M-1) et supérieure d’au moins trois ordres de grandeur par rapport aux autres zwittérions<p>testés. C’est à notre connaissance un des rares récepteurs de bétaïnes et le premier à être<p>sélectif pour la B-alanine bétaïne. Enfin, le biomimétisme du mode de reconnaissance a été<p>montré par comparaison avec une protéine transporteur de bétaïne (Corynebacterium<p>glutamicum). / Doctorat en sciences, Spécialisation chimie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les récepteurs moléculaires synthétiques sont au cœur de la chimie supramoléculaire. Ils procurent un apport théorique important en reconnaissance moléculaire et peuvent trouver des applications en nanoscience, science séparative, biologie, médecine, catalyse, chimie analytique, science des matériaux ou industrie alimentaire. Dans le cadre de la reconnaissance moléculaire, les calix[6]arènes sont des candidats de choix car ils possèdent des arguments structuraux uniques et une cavité hydrophobe de taille propice à l’inclusion de petites molécules organiques. De plus, de nombreuses méthodes ont été mises au point pour les modifier chimiquement. Ainsi, dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la complexation d’anions, de paires/triades d’ions de contact (anion et ammonium(s) associé(s)) ou de cations métalliques et de molécules neutres. Ces complexations sont classiquement mises en évidence par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN). Toutefois, cette méthode souffre d’un manque de sensibilité, et nous nous sommes donc proposé de développer une nouvelle génération de calix[6]arènes portant des fluorophores, ce qui permettait la détection d’analytes présents en faible concentration dans le milieu par des méthodes spectrophotométriques. A notre connaissance, seuls de rares exemples de calix[6]arènes porteurs de fluorophores ont été décrits pour la détection de paires/triades d’ions de contact ou de cations métalliques et de molécules neutres. Notre démarche est donc tout à fait originale dans le sens où la cavité du récepteur est exploitée, au contraire de la plupart des exemples décrits dans la littérature qui n’utilisent que des sites de complexation extra-cavité.<p><p>Deux types de récepteurs ont été étudiés :les calix[6]trisurées qui sont capables de complexer des anions et des paires d’ions et les calix[6]trisimidazoles qui peuvent coordiner un ion métallique et une molécule neutre. En ce qui concerne le fluorophore, nous nous sommes particulièrement intéressés au pyrène, connu pour son aptitude à former des excimères, facilement détectables par fluorimétrie. Ainsi, le calix[6]trispyrénylurée, portant un site de reconnaissance pour anions au niveau de son petit col, a été synthétisé avec succès. La haute flexibilité de la structure associée à la taille importante des groupes pyrène du récepteur ont conduit à des problèmes de stœchiométrie pour la complexation de la plupart des anions dans le CDCl3 et dans un mélange CDCl3/CD3CN. Toutefois, l’anion sulfate est le seul à être reconnu en stœchiométrie 1:1 par ce récepteur avec une constante d’association élevée, déterminée avec précision par fluorimétrie. Ce récepteur est même sélectif pour le sulfate dans le DMSO. Un problème de sélectivité du mode de reconnaissance, lié à la flexibilité du récepteur et à l’encombrement des groupes pyrène, a été observé avec des paires d’ions de type RNH3+X- (X-=anion). Toutefois, de manière remarquable, la complexation de triades d’ions de type ammoniumTBASO4 (ammonium = PrNH3+, HexNH3+, DodNH3+, TMA+, pyrrolidinium) a pu être observée au sein du récepteur avec une sélectivité assurée par la cavité du calixarène, ceci par spectroscopie de RMN ainsi que par des méthodes spectrophotométriques. Un mécanisme d’adaptation induite de la structure du récepteur a en outre été observé au cours de la complexation de ces ammoniums de tailles différentes. Trois récepteurs calix[6]trisimidazoles portant des fluorophores de type pyrène, dansyle ou dérivé du benzothiazole au niveau du grand col ont également été obtenus. La complexation de cations métalliques tels que Zn2+, Cd2+, Co2+, Mg2+, Cu+ ou Cu2+ a pu être détectée par fluorimétrie, méthode qui a également permis de déterminer les constantes d’association de ces complexes, ce qui n’était pas possible par spectroscopie RMN. Le complexe zincique du récepteur trisimidazole trispyrényle a pour sa part permis d’inclure des amines primaires linéaires (PrNH2, DodNH2) ainsi qu’un dérivé de la dopamine, composé d’importance biologique, au sein de la cavité avec une haute sélectivité assurée par un effet cavitaire du calixarène. En outre, la complexation de ces espèces a pu être mise en évidence par fluorimétrie avec une grande sensibilité via une modification du rapport IM/IE du fluorophore en présence de l’amine d’intérêt endo-complexée. La fonctionnalisation sélective d’un invité ditopique complexé dans la cavité du récepteur a également pu être réalisée. Enfin, l’utilisation de multiples méthodes d’analyse (RMN, UV-Vis, fluorimétrie, ITC) pour mettre en évidence les phénomènes de complexation a permis de montrer leur complémentarité et de mettre en lumière certaines de leurs limites.<p><p>Tous ces travaux prometteurs permettent de valider le concept de détection d’espèces neutres ou chargées par des calix[6]arènes porteurs de fluorophores via des méthodes spectrophotométriques avec une haute sélectivité assurée par la cavité du calix[6]arène.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le travail présenté concerne la synthèse de calixarènes fonctionnalisés par des groupes sulfonates et carboxylates et l'étude détaillée des structures cristallines de leurs complexes moléculaires ou métalliques avec des métaux 3d et 4f. L'une des préoccupations majeures de ce travail concerne la compréhension des assemblages supramoléculaires dans ces systèmes. Le premier chapitre présente des éléments bibliographiques sur les calixarènes, leur histoire, les différentes conformations et les méthodes principales de fonctionnalisation puis la chimie supramoléculaire associée comprenant les complexes moléculaires et métalliques. Le deuxième chapitre est dédié à une série de complexes moléculaires de type hôte-invité formés entre le para-sulfonatocalix[4]arène (SC4) et différentes bipyridine En continuité avec ce travail nous présentons en suite la structure et les propriétés magnétiques d'un complexe métallique constitué d'un SC4 pontant deux entités dinucléaires de phenanthroline [FeIII2(μ-O)(H2O)5(phen)2] par la coordination des groupes sulfonates. Le troisième chapitre est consacré à la chimie de coordination des calixarènes sulfonatés avec les lanthanides. Nous avons mis en évidence trois types de structures cristallines qui sont toutes des polymères de coordination où les ions lanthanides jouent le rôle d'assembleur des calixarènes par la coordination des groupes sulfonates selon trois types de structure (A, B et C). Nous avons obtenu ces trois structures (A, B et C) pour l'ensemble de lanthanide (La, Pr, Nd , Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb). Le quatrième chapitre concerne la chimie de coordination des métaux de transition 3d (Co, Mn, Zn, Cu) avec des calixarènes fonctionnalisés par des groupes carboxylates sur leur partie basse. Avec le calixarène dicarboxylate nous avons obtenu une série de complexes isomorphes dans lesquels deux calixarènes sont coordinés à deux centres métalliques pour former des chaînes infinies. Le cinquième chapitre présente les résultats d'un travail exploratoire visant à synthétiser des azacalix[4]arènes, dans le but de complexer des métaux de transition. L'étude RPE des précurseurs a mis en évidence des espèces radicalaires / This work presents the synthesis of calixarenes functionalized with sulfonate and carboxylate groups and the detailed study of the crystal structures of their molecular or metal complexes with 3d and 4f metals ions. One of the major concerns of this work is the understanding of supramolecular assemblies in these systems. The first chapter gives bibliographic elements on the history, the different conformations and the main methods of functionalization of calixarenes and on their supramolecular chemistry comprising molecular and metal complexes. The second chapter is dedicated to a series of molecular complexes of the host-guest type formed between the para-sulfonatocalix[4]arene (SC4) and various bipyridine. In continuation with this work we then present the synthesis, structure and magnetic properties of a metal complex comprising a SC4 bridging by the sulfonate groups two iron(II) dinuclear entities with coordinated phenathroline [FeIII2 (μ-O)(H2O) 5(phen) 2]. The third chapter is devoted to the coordination chemistry of sulfonated calixarenes with lanthanides. We have found three types of crystal structures which are polymers wherein the lanthanide ion function as an assembler of calixarenes by the coordination of the sulfonate groups along three type of structure (A, B and C). We obtained these three structures (A, B and C) for all lanthanide (La, Pr, Nd, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb). The fourth chapter concerns the coordination chemistry of 3d transition metals (Co, Mn, Zn) with calixarenes functionalized with carboxylate groups on lower rim. With calixarene dicarboxylate we got a series of isomorphic complexes in which two calixarenes are coordinated to two metal centers to form infinite chains. The fifth chapter presents the results of an exploratory work to synthesize azacalix[4]arene with the aim to complex transition metals ions. The EPR study of the precursors has evidenced free radical species

Les nanotubes de carbone (NTC) n'ont eu de cesse, depuis leur (re)-découverte par Sumio Iijima en 1991, de passionner la communauté scientifique. Leurs propriétés électroniques, optiques et mécaniques exceptionnelles en font l'un des matériaux les plus prometteurs des nanotechnologies. Néanmoins, l'utilisation des NTC en microélectronique se heurte à de nombreux problèmes. En particulier, les propriétés électroniques de ces nanotubes sont dépendantes de plusieurs paramètres : le diamètre du NTC, son organisation et le nombre de feuillets qui le composent. Ainsi, l’obtention de nanotubes exclusivement semiconducteurs (recherchées pour réaliser un dispositif microélectronique tel qu’un transistor) ne peut être garantie par les techniques de synthèse actuelles. Ces techniques (CVD, ablation laser, etc…) ne conduisent en général qu’à un mélange de nanotubes semiconducteurs et métalliques, difficiles à trier. Dans le cas spécifique des nanotubes de carbone « Zig-Zag », leur comportement électronique n’est défini que par le diamètre. Une synthèse de nanotubes exclusivement « Zig-Zag » et de diamètres contrôlés apporterait donc une solution définitive à ce problème. La chimie des calixarènes peut apporter des solutions pour résoudre cette problématique. On utiliserait alors la chimie covalente pour former le NTC de façon séquentielle. Le but de mon travail est d'obtenir une structure de type « zig-zag » avec un diamètre strictement contrôlé par la taille du calixarène de départ. Nous avons envisagé plusieurs méthodes de synthèses en fonction du motif de répétition que nous souhaitions introduire pour la croissance séquentielle du nanotube de carbone. Dans un premier temps, une stratégie basée sur le motif cyclacène a été utilisée. Les résultats de ces travaux seront présentés dans le chapitre 2. Nous présenterons la synthèse et la fonctionnalisation des calixarènes de départ ainsi que du synthon que nous avons choisi pour effectuer la croissance séquentielle. Le couplage entre ces deux composés sera effectué via une réaction de type Wittig Horner. Ce motif de répétition sera également utilisé lors du chapitre 3 pour présenter une nouvelle stratégie de croissance basée sur l’utilisation de la réaction de Heck afin d’effectuer la croissance séquentielle. Enfin, dans une dernière partie, nous présenterons les résultats obtenus par utilisation d’une autre stratégie, basée sur la répétition d’un motif métacyclopolyphénylène. Cette stratégie est basée sur une succession de réactions de couplage de Suzuki, catalysés par des complexes de palladium. / Since their rediscovery by Iijima in 1991, carbon nanotubes (CNT) has been a main subject of interest. Their extraordinary properties may open large fields of applications in different domains such as electronics, medicine, or optics. But their use in microelectronics is limited by the lack of control of the electronics properties of each carbon nanotubes. These properties are depending on different parameters such as diameter, chirality, or the number of layers of graphène. Obtaining exclusively semi conducting CNT using current synthetic methods of synthesis is not guaranteed. These technics (CVD, Laser ablation…) leads, in general, to a very complex mixture of semi conducting and metallic CNT, quite difficult to sort out. In the specific case of “zig-zag” CNT, their electronic properties only depend of the diameter of the tube. An exclusive synthesis of a “zig-zag”, diameter controlled CNT should thus solve this problem. We propose here the use of organic, molecular chemistry, and more specifically, calixarene chemistry to achieve this goal. Two different synthetic strategies were explored, as a function of the repeating unit considered for the growth of “zig-zag” carbon nanotubes. During the first part of this work, we have used a strategy based on a cyclacene-type pattern as a repeating unit. These results will be presented in the second chapter. We will describe the results dealing with calixarene functionalization and the synthesis of a new bifunctionnal molecule to be used as a building block for the sequential growth. The coupling between these two species is performed by a Wittig reaction or a Wittig/Horner reaction. The same cyclacene-type repeating unit is also envisioned during the first part of the third chapter for a second strategy for zig-zag SWCNTs synthesis, based on Heck coupling reactions. Finally, during the last part of the third chapter, we will present the results obtained by the use of a new repetition pattern , the metacyclophenylene unit. This strategy relies on the use of successive Suzuki couplings.

Le travail de cette thèse a permis tout d’abord d’aboutir à un protocole simplifié pour la synthèse des p-tert-butylcalix[7] et [9]arènes, composés jusqu’à lors difficilement préparables. Ces macrocycles ont été obtenus en grosse quantité, de l’ordre de la dizaine de gramme. Il faut également noter que cette synthèse sur grande échelle permet d’obtenir les p-tert-butylcalix[10] et [12]arènes avec des rendements modestes mais une simplicité remarquable. A partir de ces calixarènes, deux voies principales de per-fonctionnalisation ont été mises en oeuvre : La réaction de Williamson, consistant à former des éthers, et l’estérification via l’utilisation d’anhydrides. Au total, ce sont 10 nouveaux calixarènes fonctionnalisés qui ont été obtenus. Le comportement dynamique et conformationnel des calix[9]arènes originaux a été évalué en solution et à l’état solide. Dans le cas où cela a été possible, la détermination des constantes de vitesse et d’énergie libre des mouvements conformationnels a montré que ces calix[9]arènes fonctionnalisés étaient très mobiles. En outre, trois nouvelles structures RX ont été obtenues et ont confirmé que ces macrocycles adoptaient une conformation désordonnée. En l’état, ces nouveaux calixarènes ne sont pas des candidats de choix pour devenir des hôtes moléculaires efficaces. Toutefois, ce travail a permis d’améliorer nos connaissances sur des structures dérivées de p-tert-butylcalix[n]arènes (n = 7, 9, 10 et 12) peu étudiés jusqu’à présent / The work of this thesis allowed to propose a simplified procedure for the synthesis of p-tertbutylcalix[ 7] and [9]arenes, which were hardly synthesizable until now. Those macrocycles were obtained in a large amount, about a dozen of grams. It’s important to emphasize that this large scale synthesis allow to obtain the p-tert-butylcalix[10] and [12]arenes with moderate yields but in a straight and simple procedure. From these calixarenes, two main ways of per-functionalization were attempted: Williamson reaction, consisting in forming ethers and esterification by using anhydrides. Totally, 10 new functionalized calixarenes were obtained. Their dynamic and conformational behaviors in solution as well as in the solid state were explored. The determination of the rate constants and of the free energy barrier of the conformational motion has shown that those compounds were mobile. Moreover, three original X-Ray structures were obtained and have revealed that those macrocycles adopted a disordered conformation. At this point, those new calixarenes are not well designed to act as efficient molecular host. However, this work allowed to improve our knowledges on structures made from the p-tert-butylcalix[n]arene (n = 7, 9, 10 and 12), a skeleton rarely described and studied up to now