La modélisation de la reconnaissance et de la catalyse enzymatiques a été abordée dans ce travail. Dans une première partie, un logiciel de docking (AlgoGen-DivCon), déterminant la structure optimale d'un système protéine-ligand, a été développé en combinant une méthode semi-empirique couplée à un algorithme à croissance linéaire (Divide & Conquer) pour la description du système et un algorithme génétique (AlgoGen) pour la recherche conformationnelle. Des tests sur différents systèmes, dont des complexes enzyme-substrat, ont été effectués pour valider l'approche. La seconde partie concerne l'étude du mécanisme (phase réductase) des méthionine sulfoxyde réductases de classe A (MsrA), catalysant la réduction de résidus méthionine oxydés (MetSO). A l'aide de simulations de dynamique moléculaire pour différents états de protonation du site actif de l'enzyme, nous montrons que l'ancrage du substrat est particulièrement favorable pour un état de protonation Glu94H et Cys51-. L'étude au niveau quantique du mécanisme de réduction, à partir du complexe michaélien, indique la formation d'une espèce "sulfurane" par protonation de la fonction sulfoxyde et création d'une liaison S-S avec Cys51. Le transfert d'un second proton provenant de Tyr134 (ou Tyr82) vers le groupement OH du sulfurane induit la formation d'une molécule d'eau et la dissociation de la liaison S-O. L'ion sulfuranyle résultant est enfin hydrolysé pour former un intermédiaire acide sulfénique et le substrat réduit. D'après le profil d'énergie, ce chemin pourrait être simplement décrit par un mécanisme concerté et asynchrone impliquant deux transferts de proton. / The modeling of enzymatic recognition and catalysis has been examined in this work. In the first part, a docking software (AlgoGen-DivCon) to determine the optimal structure of a protein-ligand system, has been developed. The molecular system has been described using a semiempirical method combined with a linear scaling algorithm (Divide & Conquer), while the conformational search has been performed by a genetic algorithm (AlgoGen). Tests on different systems, including enzyme-substrate complexes, have been conducted to validate the approach. The second part concerns the study of the mechanism (reductase phase) of class A methionine sulfoxide reductases (MsrA), which catalyzes the reduction of oxidized methionine residues (MetSO). By means of molecular dynamics for different protonation states of the enzyme active site, we have shown that the substrate docking is particulary favourable for a Glu94H and Cys51- protonation state. The quantum chemistry study of the reduction mechanism, starting from the Michaelis complex, indicates that the process is initiated by the formation of a "sulfurane" species, after protonation of the sulfoxide and simultaneous formation of a S-S bond with Cys51. A second proton transfer from Tyr134 (or Tyr82) to the sulfurane OH group induces the formation of a water molecule and the dissociation of the S-O bond. The resulting sulfuranyl ion is finally hydrolyzed to form a sulfenic acid intermediate and the reduced substrate. According to the energy profile, this path could be simply described as a concerted and asynchronous mechanism involving two proton transfers.

Cette thèse, située à l’interface de trois domaines qui sont la chimie des matériaux, la chimie organique et la biologie, traite de l’utilisation de matériaux hybrides organiques/inorganiques pour des applications dans le domaine de la catalyse et des biotechnologies. Dans un premier temps, l’influence de l’hétérogénéisation de complexes de type rhodium/2,2’- bipyridine a été étudiée en ce qui concerne l’hydrogénation compétitive alcène/cétone. Dans un second temps, l’objectif est d’utiliser le phénomène de résonance plasmonique de surface afin d’augmenter les propriétés catalytiques d’un complexe organométallique. De nouveaux nanocomposites ont été réalisés à partir de nanoparticules d’argent et ont été irradiés par une source de lumière monochromatique (488 nm) lors des tests catalytiques. Pour finir, ce mémoire traite du développement de support de type phosphonate de zirconium pour la réalisation de puce à protéine. / This thesis, lying between material chemistry, organic chemistry and biology, deals with the use of organic / inorganic hybrid materials for applications in the fields of catalysis and biotechnology. First, the influence of heterogenization of rhodium/2,2'- bipyridine complexes with respect to competitive alkene/ketone hydrogenation has been studied. In a second step, the objective is to use the surface plasmon resonance phenomenon in order to increase the catalytic properties of an organometallic complex. New nanocomposites were made from silver nanoparticles and were irradiated by a monochromatic light source (488 nm) during the catalytic tests. Finally, this thesis relates the development of zirconium phosphonate support for the production of a protein microarray.

Reproduction de : Thèse doctorat : Chimie moléculaire : Metz : 2002. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques.

Th. doct. ing.--Sc. Phys.--Paris--École nationale supérieure de pétrole et des moteurs, 1985. / Bibliogr. p. 256-262.

Th.--Sci. phys.--Nancy--I.N.P.L., 1982.

Les réactions de catalyse asymétrique en phase homogène ont connu un développement fulgurant au cours des dernières décennies et de nombreux complexes ou ligands ont été décrits dans la littérature. La séparation et le recyclage efficace du catalyseur (ou des ligands) onéreux apparaît ainsi comme l'un des challenges qui conjugue à la fois les attentes de la synthèse organique industrielle et de la chimie verte. Parmi les différentes solutions envisagées, l'immobilisation du catalyseur sur un support solide (poudre) à l'aide d'une " chaîne moléculaire " apparaît comme une réponse séduisante : le catalyseur (couple métal-ligand) est récupéré par une simple filtration et peut être réutilisé. Notre projet est axé sur des catalyseurs chiraux développés par notre équipe et appliqués dans des réactions de Suzuki-Miyaura et d'hydrogénation asymétrique. L'utilisation d'hydroxyapatite (HAP) comme support inorganique de catalyseurs organométalliques est un domaine pratiquement inexploré qui s'inscrit pourtant dans une logique de développement durable en répondant à des préoccupations environnementales et économiques : matériaux biocompatibles, synthèse en milieux aqueux (absence de solvant organique). Nous nous sommes intéressés notamment au greffage de la surface d'HAP avec des alkoxysilanes fonctionnalisés (R-Si(OR')3). La nature des interactions a été étudiée par différentes techniques (spectroscopies FTIR, RAMAN, RMN, DRX, MEB, MET, etc.). Ces supports ont donné des résultats modérés dans la réaction de Suzuki-Miyaura. L'utilisation de silice mésoporeuse comme support a aussi été étudiée. Nous avons synthétisé une variante fonctionnalisée d'un ligand de type P, S ferrocénique ayant démontré de bonne activités et énantiosélectivités en catalyse homogène. Nous l'avons greffé sur différents supports (HAP, silices,...) et réalisé les premiers essais en catalyse d'hydrogénation asymétrique et comparé l'influence du support sur l'activité. / The asymmetric catalysis in homogeneous phase experienced a rapid development over the past decades and many complexes or ligands have been described in the literature. The separation and effective recycling of the catalyst (or ligands) appears expensive and as one of the challenges that combines both expectations of industrial organic synthesis and green chemistry. Among the various solutions proposed, immobilization of the catalyst on a solid support (powder) using a "molecular chain" appears as a seductive answer: the catalyst (metal-ligand pair) is recovered by simple filtration and can be reused. Our project is centered on chiral catalysts developed by our team and applied under Suzuki-Miyaura reactions and asymmetric hydrogenation. The use of hydroxyapatite (HAP) as organometallic catalysts inorganic support is a virtually unexplored field which nevertheless anchored in a process of sustainable development by responding to environmental and economic concerns: biocompatible synthetic materials in aqueous media (no organic solvent). We focused in particular grafting the HAP surface with functionalized alkoxysilanes (R-Si(OR')3). The nature of the interaction has been studied by various techniques (FTIR spectroscopy, Raman, NMR, XRD, SEM, TEM, etc.). These supports have shown moderate results in the Suzuki-Miyaura reaction. The use of mesoporous silica as a support has also been studied. We synthesized a variant of a functionalized ligand P,S ferrocenic have demonstrated good activities and enantioselectivities in homogeneous catalysis. Grafted on different media (HAP, silica, ...), we have made the first tests in catalysis of asymmetric hydrogenation and compared the influence of the media on activity.

Les considérations environnementales actuelles encouragent la production d’intermédiaires chimiques bio-sourcés à travers des processus durables et plus respectueux de l'environnement nécessitent la conception de nouveaux systèmes catalytiques « sur mesure » recyclables. L’association de la catalyse biologique et de la catalyse chimique, appelée « catalyse hybride », fait partie de ces nouveaux concepts pouvant répondre aux défis émergents posés par la valorisation de la biomasse. C’est dans ce contexte d’émergence de la catalyse hybride que nous avons développé un procédé hybride innovant d’obtention de 5-hydroxyméthylfurfural (5-HMF), molécule plateforme clé pour l’obtention de monomères biosourcés, à partir du glucose. Les problèmes de compatibilités liées au couplage « one-pot » de l’enzyme d’isomérisation du glucose et du catalyseur chimique de déshydratation ont été résolus par la mise en œuvre d’une membrane liquide transportant le fructose. Les conditions réactionnelles optimales de chacune des 3 étapes du procédé (isomérisation du glucose, transport du fructose, déshydratation du fructose) ont été étudiées individuellement. Un premier procédé en « cascade » a alors été mis en place dans ces conditions, permettant de valider la faisabilité du procédé de production du 5-HMF. Un second procédé de catalyse hybride a ensuite été mis en place dans un réacteur innovant spécialement conçu. Ce procédé a permis de lever le verrou lié à la compatibilité des conditions des deux catalyseurs et de dépasser la limitation de rendement liée à l’équilibre thermodynamique de la réaction d’isomérisation. / Current environmental considerations encourage the production of bio-sourced chemical intermediates through sustainable and environmentally friendly processes that require the design of new, custom-made, recyclable catalytic systems. The combination of biological catalysis and chemical catalysis, called "hybrid catalysis", is part of these new concepts that can meet the emerging challenges posed by the biomass valorization. In this context of hybrid catalysis emergence, we have developed an innovative hybrid process for obtaining 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), a key platform molecule for biosourced monomers obtaining from glucose. Compatibility issues related to the "one-pot" coupling of the glucose isomerization enzyme and the chemical dehydration catalyst have been solved by the implementation of a liquid membrane carrying the fructose. Optimal reaction conditions of each of the 3 process steps (glucose isomerization, fructose transport, fructose dehydration) were studied individually. A first "cascade" process was then set up under these conditions, making it possible to validate the feasibility of the 5-HMF production process. A second hybrid catalysis process was then implemented in a specially designed innovative reactor. This process made it possible to remove the lock related to the compatibility of the operating conditions and to exceed the yield limitation related to the thermodynamic equilibrium of the isomerization reaction.

Cette étude vise à étudier le procédé innovant de catalyse post-plasma pour l’abattement de faibles teneurs de trichloroéthylène (TCE), présent dans des effluents gazeux, à la pression atmosphérique et à la température la plus basse possible de fonctionnement du catalyseur. L’objectif est de trouver une alternative aux méthodes traditionnelles de remédiation de COVs non adaptées dans ces conditions. Le réacteur Plasma Non Thermique (PNT) utilisé dans ce travail est à multipointes-vers-plaque à décharge luminescente à courant continu. Bien qu’attractif pour la décomposition du TCE du fait de sa facilité d’utilisation et de son faible coût de fonctionnement, il conduit cependant à une oxydation incomplète du COV. Le catalyseur doit palier aux insuffisances du PNT. L’ajout d’un catalyseur à base d’oxyde de manganèse en aval du réacteur PNT à 150°C voire à température ambiante améliore significativement l’efficacité du procédé. Les meilleurs formulations catalytiques minimisent les phénomènes inhibiteurs de l’eau et décomposent fortement l’ozone. / This study concerns the innovative post-plasma catalysis process for abatement of low levels of trichloroethylene (TCE) in gaseous exhausts at atmospheric pressure and at the lowest operating temperature of the catalyst. The aim is to find an alternative to the conventional VOCs remediation methods which are not adapted in these conditions. The Non Thermal Plasma (NTP) reactor used in this work is a direct current luminescent glow discharge multipins to plate reactor. Although attractive for TCE decomposition due to its ease of use and its low operating cost, it leads however to incomplete VOC oxidation. The catalyst must overcome the weaknesses of NTP. Adding a manganese oxide type catalyst downstream the NTP reactor at 150°C even at room temperature significantly increases the effectiveness of the process. It has been shown that the best catalytic formulations lower the inhibiting factors of water and are efficient catalysts for ozone decomposition.

Les polymères biodégradables ont suscité un grand intérêt ces dernières années. Il s’agit notamment de polyesters de type polylactide (PLA) et poly([Epsilon]-caprolactone) (PCL). Notre objectif au cours de ce travail est d’appliquer la catalyse organique à la fonctionnalisation de ces polyesters par des dérivéss saccharidiques par polymérisation par ouverture de cycle. Dans le chapitre I, les méthodes actuelless de fonctionnalisation de PLA et de PCL par des dérivés de saccharides sont présentées, ainsi que des exemples de catalyseurs pour la polymérisation stérérocontrôlée de lactide. Dans le chapitre II, la base organique 4-dimethylaminopyridine (DMAP) a été utilisée comme catalyseur pour la polymérisation par ouverture de cycle du lactide initiée par des sucres et des cyclodextrines, conduisant à des PLA 100% fonctionnalisés. Dans certains cas, l’amorçage par les groupements hydroxyles n’est pas quantitatif, conduisant à des polyesters fonctionnalisés par des dérivés hydrophiles sucrés en une étape. Dans le chapitre III, l’acide 1,1’-Binaphthyl-2,2’-diyl hydrogenphosphate (BNPH) a été utilisé comme catalyseur pour la polymérisation par ouverture de cycle de l’[Epsilon]-caprolactone et de la [Delta]-valérolactone. La polymérisation est contrôlée en présence de l’alcool benzylique comme amorceur. L’amorçage n’est pas quantitatif en utilisant le glucose comme amorceur, conduisant ainsi à des polyesters fonctionnalisés par des dérivés hydrophiles en une étape. Dans le chapitre IV, de nouveaux systèmes catalytiques organiques ont été appliquées à la polymérisation par ouverture de cycle du rac-lactide. / Biomaterials and environmentally friendly nontoxic plastics received a lot of attention during the past decades. Many of these materials are made from aliphatic polyesters, in particular polylatide (PLA) and poly([Epsilon]-caprolactone) (PCL), due to their good biodegradability and biocompatibility. Our work focus on the functionalization of these polyesters with saccharide derivatives by ring-opening polymerization using organocatalysis. The current methods of functionalization of PLA and PCL with saccharide derivatives by ROP and examples of catalysts for stereocontrolled polymerization of lactide are discussed in Chapter I. In Chapter II, the organic base 4-dimethylaminopyridine (DMAP) was proved to be an efficient catalyst for the access to sugar and cyclodextrin-functionalized polylactides. In certain cases, the initiation efficiency is partial, leading to hydrophilic end-capped polyesters in a one-step procedure. In Chapter III, 1,1’-Binaphthyl-2,2’-diyl hydrogenphosphate (BNPH) has been assessed as a catalyst for the ring-opening polymerization of [Epsilon]-caprolactone and [Delta]-valerolactone. In the presence of benzyl alcohol, the polymerization is quantitative and controlled. When using unprotected sugar bearing 4 free hydroxyl groups, the initiation efficiency is partial, leading to hydrophilic end-capped polyesters in a one-step procedure. In Chapter IV, new organocatalytic systems have been assessed for the ring-opening polymerization of rac-lactide.

Th. doct.--Physique expérimentale--Göteborg (Suède)--Chalmers university of technology, Göteborg university, 2004. / Bibliogr. p. 81-90. Annexes.