Les métalloenzymes représentent une classe d’enzymes possédant un cation métallique au niveau de leurs sites actifs. Ce sont des catalyseurs naturels particulièrement remarquables capables d’effectuer une large gamme de transformations chimiques de manière très efficace et avec un haut niveau de chimio-, régio- et stéréosélectivité et spécificité. Dans ce contexte, différents modèles synthétiques de métalloenzymes ont été développés, aussi bien pour élucider les mécanismes impliqués dans les sites enzymatiques que pour l’élaboration de nouveaux catalyseurs, dits « biomimétiques », inspirés des systèmes naturels. Dans cette optique, deux stratégies ont été exploitées :la stratégie classique reposant sur le développement de différents ligands tri- ou tetradentates simples qui sont capables de reproduire de manière efficace la première sphère de coordination du métal, et la stratégie supramoléculaire qui consiste en l’association de ligands coordinants à une cavité macrocyclique ce qui permet de reproduire, non seulement la première. L’une des plateformes macrocycliques les plus utilisées dans ce domaine est la famille des calix[6]arènes. En effet, à l’heure actuelle, trois générations de complexes biomimétiques, dits « entonnoirs », ont été développées au départ de ligands calix[6]aréniques possédant trois ou quatre unités coordinantes, généralement azotées, simples ou reliées entre elles de manière covalente. Dans le cadre de ce travail nous avons envisagé le développement d’une série de nouveaux ligands coordinants, calixaréniques, dans le but de remédier aux limitations rencontrées avec les générations précédentes. Dans ce contexte, trois nouvelles stratégies ont été exploités :(1) le développement d’un nouveau ligand de chiralité inhérente, le 1,2,4-tris-triazole-calix[6]arène, reposant sur la fonctionnalisation sélective de la plateforme calix[6]arénique utilisant des groupement triflate, (2) la conception d’un nouveau ligand calix[6]arène azacryptand, l’hexaméthoxy-calix[6]arène tren, via la fonctionnalisation sélective du grand col de la plateforme, et (3) le développement d’une nouvelle famille de ligands azacryptand, l’hexahomotrioxacalix[3]arène tren et l’hexahomotrioxacalix[3]arène tmpa, par fonctionnalisation de la plateforme hexahomotrioxacalix[3]arénique. La synthèse et la caractérisation de ces différentes cibles ont été réalisées avec succès, et l’étude des propriétés hôte-invité des complexes métalliques correspondants a permis de mettre en évidence, dans la majorité des cas, un haut niveau de biomimétisme ainsi que des propriétés de complexation uniques et originales. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’organique électronique, qui repose sur l’utilisation de molécules et macromolécules fi-conjuguées comme semi-conducteurs dans divers dispositifs électroniques, connaît un essor considérable depuis une vingtaine d’années. L’utilisation de molécules organiques octroie de nombreux avantages vis-à-vis du silicium actuellement largement utilisé comme semi-conducteur. Citons par exemple la facilité de mise en oeuvre et la flexibilité méca- nique. La synthèse de nouvelles structures moléculaires est un axe important pour la mise au point de semi-conducteurs organiques plus performants mais aussi pour fournir les systèmes physiques nécessaires à la compréhension des processus physico-chimiques inhérents au transport de charges. Le paramètre primordial pour déterminer la qualité des semi-conducteurs est la mobilité des charges (μ), soit l’efficacité avec laquelle les charges se déplacent au sein des matériaux pi-conjugués. Il n’est pas impossible, qu’un jour, les performances des semi-conducteurs organiques dépassent celles du silicium en raison de la grande diversité de structures moléculaires accessibles via la synthèse organique. Le contrôle de la dimensionnalité de la structure électronique dans les solides organiques moléculaires est crucial pour le développement des dispositifs électroniques organiques à hautes performances. La dimensionnalité correspond au nombre de dimensions de l’espace (1D, 2D, 3D) dans lesquelles les charges peuvent se déplacer, plus celle-ci sera faible, plus le transport de charges sera sensible aux défauts. Dans ce contexte, nous nous sommes basés sur l’étude menée par Schweicher et al. sur le 2,7-di-tert-butyl[1]benzothiéno[3,2- b]benzothiophène, présentant une dimensionnalité des propriétés du transport de charges proche de deux. Ce travail repose sur la synthèse et la caractérisation de semi-conducteurs moléculaires sur base du [1]benzothiéno[3,2-b]benzothiophène (BTBT) dans le but d’augmenter la dimensionnalité du transport de charges. Pour ce faire, différents groupements aromatiques mais également plusieurs substituants dont le tert-butyle ont été greffés au BTBT. Ce travail a permis de voir que la relation structure-propriétés est difficilement prédictible mais il s’avère que la présence des groupements tert-butyles permet d’augmenter la dimensionnalité dans la plupart des cas. Cependant, lorsque des groupements 2-méthylnonyles sont utilisés à la place des tert-butyles, la structure cristalline des semi-conducteurs présentent généralement du désordre structural, néfaste aux propriétés du transport de charges. Du polymorphisme a aussi été décelé pour quelques semi-conducteurs munis de chaînes octyles. En plus de différents substituants, des groupements aromatiques ont été greffés au BTBT tels que des phényles, des thiényles, des bithiényles et également une unité BTBT pour former le dimère. Contre toute attente, l’allongement du système pi n’a pas conduit à la diminution du potentiel d’ionisation. Néanmoins, l’ajout de longues chaînes alkyles induit le rapprochement spatial des systèmes conjugués au sein de la maille cristalline, octroyant aux semi-conducteurs un potentiel d’ionisation plus faible ainsi que des intégrales de transport plus élevées, propices au transport de charges. Ce travail a permis également de faire une étude préliminaire du transport de charges au sein de monocristaux sur trois semi-conducteurs dont deux nouvellement synthétisés. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<p align="justify">Le but de ce travail a été l'étude de la technique d'électropolymérisation en vue d'obtenir les meilleurs films possibles pour l'application de protection contre la corrosion de métaux non nobles, par formation à leur surface de films de polymères.</p> <p align="justify">Une étude bibliographique des divers cas déjà envisagés dans la littérature nous a permis de nous faire une opinion sur les composés susceptibles de présenter un intérêt et de choisir ceux que nous allions étudier. Cette étude bibliographique est assez volumineuse, de nombreux cas ayant été abordés par divers groupes de chercheurs partout dans le monde. Chacun des laboratoires s'est attaché à l'étude d'une propriété ou d'un paramètre particulier et il est assez difficile de synthétiser ces résultats. Nous avons relevé la liste des paramètres importants ayant une influence tant au point de vue des propriétés de conductivité des dépôts obtenus qu'en ce qui concerne leurs propriétés mécaniques, leur morphologie et leur adhérence au substrat. Ces paramètres comprennent la nature du substrat sur lequel on réalise l'électropolymérisation, le type de solvant, le type et la concentration en électrolyte support dans la solution, la concentration en monomère, les conditions de synthèse (mode potentiostatique, intensiostatique ou balayage en potentiel, durée de maintien du potentiel ou de la densité de courant, valeur de ce potentiel ou de cette densité de courant ou encore vitesse du balayage en potentiel, température), etc. Il faut d'ailleurs signaler qu'il existe bien entendu des influences croisées, entre autres entre la morphologie, la conductivité, la couleur et le taux de dopage.</p> <p align="justify">Le choix d'un composé doit se faire en tenant compte des propriétés intrinsèques et de l'usage que l'on veut faire du polymère obtenu. Le choix des paramètres de synthèse devra résulter d'un compromis puisque plusieurs propriétés des films sont influencées en sens divers par ces paramètres. Par exemple, une structure plus régulière, et donc a priori plus conductrice, semble être obtenue par augmentation de la taille du contre-ion dopant dans le cas du pyrrole, mais le changement de nature du contre-ion peut également faire varier le taux d'insertion de ceux-ci dans le polymère, facteur qui aura aussi un effet sur la conductivité et sur la morphologie du film formé. Le type de substituant et sa position sur le monomère sont aussi à prendre en considération.</p> <p align="justify">Le premier composé envisagé dans la partie expérimentale est la 2-vinylpyridine. Ce cas a été choisi parce qu'il s'agissait d'une électropolymérisation par réduction, méthode qui nous paraissait intéressante puisqu'elle présente l'avantage d'éviter tout risque d'oxydation du substrat lors de la formation du film. La réaction secondaire de dégagement d'hydrogène simultanée à la formation du film nous a cependant conduit à la conclusion que ce procédé n'offrait pas que des avantages.</p> <p align="justify">Les films de poly-2-vinylpyridine formés semblent être constitués de polymères à assez faible degré de polymérisation et relativement adhérents au substrat métallique, mais présentent l'inconvénient d'être poreux et irréguliers du fait du dégagement d'hydrogène gazeux au cours du processus de synthèse. Ils sont constitués principalement de carbone et d'azote, et ce dans un rapport proche de celui du monomère. D'après les comparaisons des spectres infrarouge et ultraviolet de ces films avec ceux de poly-2-vinylpyridines obtenues par voie chimique, il s'agirait bien de ce composé. Bien que notre but n'était pas de déduire le mécanisme conduisant à la formation du polymère, nous avons pu déterminer que la réduction conduisant à la formation de ces dépôts nécessitait un échange d'un électron par molécule de monomère présente dans la chaîne polymérique. La conductivité électronique des films est faible. Leur croissance aurait plutôt lieu par un mécanisme ionique dans lequel des molécules de monomère pourraient diffuser au travers de la couche polyédrique déjà formée et qui, une fois chargées, pourraient soit se combiner à d'autres monomères au niveau du substrat, soit diffuser dans le film et aller former du polymère à sa surface, au contact de la solution d'électropolymérisation.</p> <p align="justify">Parmi les composés qui peuvent être obtenus lors d'une électropolymérisation par oxydation, nous avons choisi le pyrrole qui nous a semblé particulièrement intéressant pour une application de protection vis-à-vis de la corrosion de l'acier doux. Ce dérivé hétéroaromatique possède en effet, par rapport à ses homologues thiophène et furanne, un potentiel d'oxydation relativement peu élevé, c'est-à-dire peu anodique. Il est de plus bien soluble dans des milieux aqueux et possède de bonnes propriétés d'adhérence pour autant qu'il soit formé en présence d'électrolyte conduisant à la passivation du fer. Son électropolymérisation n'est pas inhibée par la présence d'eau comme c'est le cas du thiophène. Les propriétés mécaniques du polypyrrole, meilleures que celles de la polyaniline qui est également obtenue par oxydation électrochimique, constituent également un élément en sa faveur. Parmi les solutions dignes d'intérêt pour la polymérisation électrochimique de ce monomère, le cas de la solution aqueuse d'acide oxalique s'est révélé particulièrement intéressant. Elle permet en effet la formation d'un film passivant d'oxalate de fer sur le substrat, suivie d'un dépôt polymérique très adhérent, noir et conducteur.</p>

Synthetic molecular receptors find applications in the selective extraction, transport and detection of neutral or charged species and the study of these systems is an important facet of supramolecular chemistry. In this thesis, we focused our attention on a specific family of molecular receptors called calix[6]arenes. These receptors possess a hydrophobic cavity formed by 6 aromatic rings that can accommodate small organic molecules. They can furthermore be easily functionalized and give rise to for example ditopic receptors or sensing systems. We worked with two families of calix[6]arenes but also looked at the complexation properties of some related compounds: a homooxacalix[3]arene and a resorcin[4]arene derivatives. The first part of this thesis is devoted to the study of the complexation properties of a fluorescent calix[6]tris-pyrenylurea. The binding of anions, ion pairs, ion triads and phospholipids was monitored by 1H Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and Emission Spectroscopy. Our results showed that the receptor exhibits a remarkable selectivity for the sulfate anion in DMSO for which a binding constant of the order of 103 M-1 was found. In chloroform the affinity for sulfate is of the order of 105 M-1 and the selective recognition of ammonium-TBASO4 triads was observed (TBA = tetra-n-butylammonium; ammonium = PrNH3+, HexNH3+ or DodNH3+). This work has been reported in the paper “Fluorescent Chemosensors for Anions and Contact Ion Pairs with a Cavity-Based Selectivity” Emilio Brunetti, Jean-François Picron, Karolina Flidrova, Gilles Bruylants, Kristin Bartik and Ivan Jabin J. Org. Chem. 2014, 79, 6179–6188. We also showed that calix[6]tris-pyrenylurea displays a remarkable selectivity in chloroform for phospholipids bearing a phosphatidylcholine head (PCs) over those bearing a phosphoethanolamine head (PEs). We were able to show that this fluorescent receptor is able to extract PCs from a water solution enabling their quantification. This work has been reported in the paper “A Selective Calix[6]arene-based Fluorescent Chemosensor for Phosphatidylcholine Type Lipids” Emilio Brunetti, Steven Moerkerke, Johan Wouters, Kristin Bartik and Ivan Jabin Org. Biomol. Chem. 2016. Accepted Manuscript. DOI: 10.1039/C6OB01880G.The second part of this thesis is devoted to the evaluation of the binding properties of different receptors incorporated into dodecylphosphocholine (DPC) micelles. This strategy was used to make the hydrophobic molecular receptors “water-compatible” without having to undertake synthetic modifications. Our results showed that a calix[6]azacryptand-based receptor can be incorporated into DPC micelles, either as a zinc complex or as a polyammonium at low pH. We observed that the zinc complex incorporated in the micelles is able to bind small and long linear primary amines in its cavity and we were able to highlight that complexation is driven by the hydrophobic effect. This work has been reported in the paper “Primary Amine Recognition in Water by a Calix[6]aza-cryptand Incorporated in Dodecylphosphocholine Micelles” Emilio Brunetti, Alex Inthasot, Flore Keymeulen, Olivia Reinaud, Ivan Jabin and Kristin Bartik Org. Biomol. Chem. 2015, 13, 2931-2938.We also validated the micellar incorporation strategy with a homooxacalix[3]tris-acid and with a resorcin[4]arene zinc complex bearing four methyl-imidazole moieties. Once incorporated into DPC micelles, we showed that the two receptors can bind small organic guests: the homooxacalix[3]arene derivative can bind tert-butylammonium or adamantylammonium, albeit with low affinity and the resorcin[4]arene-based zinc complex can bind acetate and acetylacetone.The final part of this thesis is devoted to the work undertaken in order to try and elucidate the guest exchange mechanism of calix[6]arene-zinc complexes where the zinc is tri-coordinated to the calixarene-based ligand and coordinates a guest molecule inside the calixarene cavity. The hypothesis that we put forward is that when the zinc is only tri-coordinated to the calixarene ligand, the guest exchange mechanism involves a zinc penta-coordinated intermediate where the zinc atom is simultaneous coordinated to an endo-complexed guest (inside the cavity) and an exo-complexed molecule (outside the cavity). 1D EXchange SpectroscopY experiments (EXSY) were undertaken with two calix[6]arene-zinc complexes where the zinc is tri-coordinated to the calixarene ligand and with a calix[6]arene-zinc complex where the zinc is tetra-coordinated to the calixarene ligand. The exchange of different guests (ethanol, dimethylformamide and acetonitrile) was monitored in deuterated dichloromethane. We observed that in all cases water accelerates guest exchange but that the guest residence times are highly dependent on the acidity of the metal center and on the nature of the guest buried inside the cavity. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au cours de la dernière décennie, quelques (rares) exemples de copolymères à blocs présentant des liens supramoléculaires entre les blocs constitutifs ont été décrits. En raison du caractère réversible de l'association des blocs macromoléculaires, de tels polymères sont d'un grand intérêt pour le développement de matériaux nanostructurés, ayant des propriétés auto-cicatrisantes ou à processabilité améliorée. L'objectif principal de cette thèse est d'élaborer de nouvelles architectures supramoléculaires, en combinant la polymérisation RAFT et l'association spécifique par liaisons H des groupements thymine et diaminopyridine. La stratégie employée a consisté dans un premier temps en la synthèse d'agents de transfert et d'un amorceur radicalaire fonctionnalisés par des unités complémentaires thymine et diaminopyridine. Ces précurseurs ont permis de générer, par polymérisation RAFT, des polymères α- ou α,ω-fonctionnalisés de manière quantitative par ces motifs à liaisons H. L'auto-assemblage des blocs polymères ainsi obtenus a été mis en évidence par RMN 1H, AFM et par des mesures rhéologiques. Cette démarche a été adaptée dans un second temps à l'élaboration de copolymères greffés supramoléculaires hydrophiles, basés sur le complexe d'inclusion β-cyclodextrine/adamantane.

Cette thèse décrit des électrolytes polymères à conduction mono-ionique (EC-SIPEs). Ces macromolécules sont constituées de n* unités répétition d’oxyde d’éthylène (OE) et d’un groupe fonctionnel ionique à une des extrémités de leur architecture macromoléculaire asymétrique. La bibliothèque des EC-SIPEs synthétisée est basée sur des poly(oxyde d’éthylène) mono méthyl éther (mPOEn-OH) ayant 8, 10, 20 et 55 unités EO. Les anions sont liés de manière covalente au squelette polymère via une des extrémités. Leur mobilité est donc limitée par celles de ces macromolécules fonctionnelles. Les EC-SIPES constituent des conducteurs mono-ioniques; la majorité des charges étant transférées par les cations Li+ comme démontré par chronoampérométrie.Les extrémités de chaînes sont sélectionnées pour développer des interactions ioniques facilitant la conduction de cation Li+ ainsi que des interactions non-covalentes de types dipôles-dipôles, Van der Waals, et d’empilements π-π. Des hydrocarbures aromatiques polycycliques de type naphtalène (naph) et pyrène (pyr) sont étudiés comme extrémités de chaines. Les groupes terminaux fonctionnels sont lithiés : sulfonates (-SO3Li, -PhSO3Li), N-naphtyl sulfonamide (-SO2N(Li)Naph) et N-arylamines (-N(Li)Naph, -N(Li)Pyr). Deux types d'extrémités ciblent des propriétés spécifiques : i) "double-sel" possédant deux fonctions ioniques et ii) zwittérionique conduisant le cation Li+ et l’anion TFSI-. Le doublement du nombre de Li+ par groupe terminal n’autorise pas l’amélioration attendue de la conductivité ionique (σ). Ceci implique que σ est limitée par la physicochimie des chaînes polymères et non par la concentration en Li+. L'EC-SIPE zwittérionique a un nombre de transport de lithium élevé (t+Li= 0,8) qui implique une mobilité réduite de l’anion TFIS- par rapport au cation Li+. La meilleure performance est obtenue avec le mPOEn-N(Li)Pyr (OEn= 10, 20, 55) : σ > 1,0*10-4 S/cm à T > 40 °C et 1*10-3 S/cm à 100 °C. Cet EC-SIPE à une résistivité constante en cyclage galvanostatique (j= 10 μA/cm^2 ; 10 périodes de 4h ; pile Li|Li ; 40 °C) et une stabilité électrochimique dans la plage de potentiel 0 V-3,7 V vs. Li/Li+ (pile Li|Stainless steel ; vitesse de balayage en potentiel 1,0 mV/s ; 40 °C).Le contexte de cette thèse vis à vis de l’état de l’art des électrolytes polymères pour les batteries Li-Ion est présenté dans le chapitre I. Deux sous-classes d’électrolytes sont discutées: i) les polymères dans lesquels un sel est solvaté (SiP) et ii) les polymères à conduction mono-ionique. La conception d'électrolytes polymères efficaces à conductivité ionique améliorée est ciblée. Une attention toute particulière est accordée aux concepts d'auto-organisation hiérarchique visant à la création de chemins percolant assurant le transport d’ions sur les distances microniques séparant les électrodes d’une batterie. Enfin, la stratégie de synthèse mise en œuvre dans cette thèse est décrite.Les principaux résultats de cette thèse sont présentés et discutés au chapitre II. Une bibliothèque d'EC-SIPEs est caractérisée vis-à-vis de leurs performances électrochimiques, thermiques et de leurs propriétés de transport ionique spécifique. Des caractéristiques résistives apparaissent à haute température et sont supposées résulter de l'agrégation des groupes ioniques terminaux. Les valeurs de conductivité des EC-SIPEs (55 Unités OE) s'améliorent d'un demi-ordre de grandeur lors du cyclage en température au-delà de la température de fusion des domaines cristallins de POE. La discussion se termine par la proposition d'un modèle de percolation des domaines ioniques dans les EC-SIPEs où les groupes ioniques sont localisés aux interfaces des domaines POE. La percolation des domaines ioniques devrait être améliorée dans des conditions appropriées de température et de force électromagnétique. Les méthodes de synthèse mises en œuvre dans cette thèse et les caractérisations des EC-SIPEs sont décrites au chapitre III. / This thesis presents "End-Capped Single-Ion Polymer Electrolytes" (EC-SIPEs) that are ionically conductive polymers having n repeating ethylene oxide (EO) units and an ionic functional group at one chain terminal. The library of EC-SIPEs presented are based on poly(ethylene oxide) mono methyl ether (mPEOn-OH) having EOn = 8, 10, 20 and 55. The anions of the electrolyte salt pair are covalently bound to the polymer as part of the end-group design. The mobility of the anion is thus limited by the low mobility of the polymer, relative to Li+. These are "Single-Ion" conductors because the majority of ionic charge transferred by Li+ cations, as demonstrated by chronoamperometry.The end-group designs target not only ionic interactions that facilitate "single-ion" conduction of Li+, but also other specific non-covalent interactions such as dipole-dipole, Van der Waals, and π-π stacking. End-groups having naphthalene (naph) and pyrene (pyr) polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) moieties are investigated. The functional end-groups are lithiated sulfonates (-SO3Li, -PhSO3Li), a N-naphyl sulfonamide (-SO2N(Li)Naph), and secondary N-aryl amines (-N(Li)Naph, -N(Li)Pyr). Two end-groups target specific properties: i) a "double salt" end-group has two ionic functions at one chain end, and ii) a zwitterionic EC-SIPE that conducts Li+ cations and TFSI- anions. The doubling of the number of Li+ per end-group does not correlate to an expected improvement in ionic conductivity (σ). This implies that σ is limited by the physicochemical properties of the EC-SIPE and not the Li+ concentration. The zwitterionic EC-SIPE has a high lithium transference number (t+Li= 0.8) that implies decreased mobility of the TFIS- counter-anion relative to Li+. The best overall performance is achieved by mPEOn-N(Li)Pyr (EOn= 10, 20, 55), that has σ > 1.0*10-4 S/cm at T > 40 °C, and reaches 1*10-3 S/cm at 100 °C. It exhibits constant resistivity under galvanostatic cycling (j= 10 μA.cm-2, 10*4h periods, Li|Li cell, 40 °C) and is electrochemically stable in the 0 V-3.7 V vs. Li/Li+ potential range (Li|stainless steel cell, 1.0 mV/s sweep rate, 40 °C).In Chapter I the context of the thesis is discussed through review of state-of-the-art polymer electrolytes for Li-ion batteries. These are divided into two sub-classes: i) Salt-in-Polymer (SiP) and ii) "Single-Ion" polymer electrolytes. The design of polymer electrolytes towards efficient and effective ionic conductivity is emphasized. Special attention is given to concepts for the organisation of bulk morphology for the creation of ion transport pathways that efficiently percolate through the micron length scale separating electrodes of a battery. Finally, the synthetic strategy implemented in this thesis is described.The principle results of the thesis are presented and discussed in Chapter II. A library of EC-SIPEs are characterised in terms of their electrochemical, thermal and specific ion-transport performances. Resistive features appear at high temperature and are expected to result from the aggregation of ionic end-groups. Surprisingly, the σ of EC-SIPEs having EOn= 55 improves by as much as half an order of magnitude with repeated cycling of temperature to above Tm of crystalline PEO (in the +40 °C to +100 °C range). The analysis of EC-SIPEs having different end-groups and PEO chains having EOn= 8, 10, 20, and 55 lead to the proposition of a tentative model for the percolation of ionic pathways through the EC-SIPE bulk. It is hypothesized that the ionic end-groups are localised at the grain boundaries of PEO domains. Percolation of these boundaries are proposed to be improved under appropriate, mild conditions of temperature and electromagnetic force. Finally, the synthesis methods implemented in this thesis and characterizations of EC-SIPEs are described in Chapter III.

Au cours de la dernière décennie, quelques (rares) exemples de copolymères à blocs présentant des liens supramoléculaires entre les blocs constitutifs ont été décrits. En raison du caractère réversible de l’association des blocs macromoléculaires, de tels polymères sont d’un grand intérêt pour le développement de matériaux nanostructurés, ayant des propriétés auto-cicatrisantes ou à processabilité améliorée. L’objectif principal de cette thèse est d’élaborer de nouvelles architectures supramoléculaires, en combinant la polymérisation RAFT et l’association spécifique par liaisons H des groupements thymine et diaminopyridine. La stratégie employée a consisté dans un premier temps en la synthèse d’agents de transfert et d’un amorceur radicalaire fonctionnalisés par des unités complémentaires thymine et diaminopyridine. Ces précurseurs ont permis de générer, par polymérisation RAFT, des polymères α- ou α,ω-fonctionnalisés de manière quantitative par ces motifs à liaisons H. L’auto-assemblage des blocs polymères ainsi obtenus a été mis en évidence par RMN 1H, AFM et par des mesures rhéologiques. Cette démarche a été adaptée dans un second temps à l’élaboration de copolymères greffés supramoléculaires hydrophiles, basés sur le complexe d’inclusion β-cyclodextrine/adamantane. / Over the past decade, some (rare) examples of block copolymers with supramolecular links between the building blocks have been described. Because the association between macromolecular blocks is a reversible process, such polymers are of great interest in the field of nanostructured materials, self-healing materials, or processing aid. The main goal of this work is to develop new supramolecular architectures, by a combination of RAFT polymerization and H-bonding. In a first step, several chain transfer agents and a radical initiator possessing complementary thymine or diaminopyridine H-bonding moeties were synthesized. These precursors were used to generate a panel of polymers α- or α,ω-functionalized with these H-bonding stickers in a quantitative manner. The self-assembly of the resulting polymer blocks was highlighted by 1H NMR, AFM and rheological measurements. This approach was subsequently adapted to the development of hydrophilic supramolecular comb-shaped polymers, based on the β-cyclodextrin/adamantane host/guest complexation.

With the emergence of novel and more effective drug therapies, increased importance is being placed upon the methods by which these drugs are being delivered to the body. In conventional drug delivery systems, there is very little control over the release of drug. The effective concentration at the target site can be achieved by intermittent administration of grossly excessive doses, which, often results in constantly, unpredictable variations in plasma concentrations, with the risk of reaching levels below or above the therapeutic range leading to marked side effects. A plethora of formulation strategies mainly based on polymeric/lipid nanoparticles, are described in literature. Even though these systems are therapeutically advantageous in comparison to conventional systems, they remain insensitive to the changing metabolic states of the body although the symptoms of most metabolic diseases follow a rhythmic pattern.A more appropriate and effective approach of managing some of these conditions lies in the chronotherapy. This approach allows for pulsed or self-regulated drug delivery which is adjusted to the staging of biological rhythms, since the onset of certain diseases exhibits strong circadian temporal dependence. In order to reach the objective of mimicking the biophysical and biochemical processes of pathological states, many innovations in material design for drug delivery systems (DDS) that are able to release the therapeutic payload-on-demand were done to release the therapeutic agent only when it is required, according to the physiological need. The development of multidisciplinary research teams has brought huge advantages in the design, fabrication and utilization of such smart systems, especially in the pharmaceutical field. Interestingly, numerous smart polymeric materials exhibit a response to a specific stimulus. A step further, the elaboration of purpose-built monomers can give rise to compounds with tunable sensitivities or multi-stimuli responsiveness. These smart polymers demonstrate an active responsiveness to environmental (or external) signals and change their physicochemical properties as designed (e.g. conformation, solubility, shape, charge or size). As far as the stimuli are concerned, they consist of physical (e.g. temperature, ultrasound, light, electricity, magnetic or mechanical stress), chemical (e.g. pH, ionic strength) and biological signals (e.g. enzymes, biomolecules). Due to the intrapersonal variabilities which may make internal stimuli hazardous, externally controlled systems rely on externally applied stimuli that are produced by stimuli-generating devices, which results in pulsed drug delivery. This type of delivery may be rapid and allows a transient release of a determined amount of drug within a short period of time immediately after a pre-determined off-release period. A novel strategy for the formation of multi-stimuli responsive materials endowed with pH, magnetic and light sensitivity was achieved. The approach relied on the incorporation of magnetic tetrahalogenoferrate(III) anions along a polymeric backbone based on poly(2-(N,N-dimethylamino) ethyl meth-acrylate) (PDMAEMA). Starting from the same PDMAEMA, quaternized pending amine groups with various halide derivatives gave rise to magnetic materials after anion metathesis. Measuring the magnetic susceptibility of these materials exhibited that the magnetic susceptibility increased as the substituted group size decreased (become smaller) which was apparently related to the steric hindrance around the ionic pendants. Additionally, a good correlation between the magnetic susceptibility and ferric content was found. Additional experimental and theoretical Raman analyses allowed the determination of the nature of the magnetic species constituting the materials. This strategy further offers the opportunity to tailor the magnetic response through partial ammonium salt formation. In order to merge the magnetic properties of ferric-based materials with another stimuli-responsive functionality, random copolymers containing DMAEMA (D) with diazobenzene (A) unit were prepared. So, three copolymers PDA were synthesized (with targeted D/A ratios 4/6 (PDA4), 6/4 (PDA6) and 8/2 (PDA8)). Meanwhile, different degrees of amine quaternization (10, 50 and 100 %) were applied, which led to the following polymeric salts PDAX/Y where X = 4, 6, 8 (referring to the percentage of the DMAEMA unit) and Y = 10, 50 and 100 (referring to the percentage of quaternized amine groups). Finally, the aforementioned materials were converted into magnetic polymers by anion exchange. As a result, magnetic responses correlated well with amount of iron oxide in these compounds and the amount of ionic pending groups along the backbone. Moreover, the remaining tertiary amines conferred pH sensitivity to the polymers whereas the diazobenzene units ensured light responsiveness through the well-established trans-to-cis isomerization.In order to functionalize these materials in the pharmaceutical field, an intelligent delivery system was prepared. Firstly, an attempt to formulate riboflavin-5’-phosphate sodium (RPS) loaded on PDA8 microspheres was made using double emulsion evaporation method. Meanwhile, prednisolone (PRD) microspheres were prepared using s/o/w emulsion technique. Subsequently, coating systems of cochineal red tablets were developed. These tablets were coated with polymer solution (using each of three types of copolymers: PDA8, PDA6, and PDA4) until the desired percentage of the coating was achieved (10, 15, and 20 % w/w). The cumulative release profiles of cochineal red tablets coated with PDA8, PDA6, and PDA4 showed a pH-sensitive release behavior. The release in the neutral media (pH ≈ 7.0) was very slow (less than 3 % after one hour). Then, after changing the pH to 1.2, an increase in the release of cochineal was observed. Furthermore, the cumulative release of cochineal red was at the highest value for the PDA8 and the lowest for PDA4 depending on the percentage of PDMAEMA moieties. Moreover, by increasing the percentage of the coating from (10, 15 to 20 % w/w), the cumulative release of cochineal decreased. Therefore, the copolymer PDAX can be used for controlling the release of drug by changing the pH value.Finally, the cochineal tablets coated with PDA6 (10 %) showed features of light sensitivity. The release of cochineal red from coated tablets was only due to the switching in the conformational trans/cis isomerization of azobenzene moieties upon irradiation, which was confirmed by comparing the release of coated tablets with uncoated tablets upon irradiation. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<p align="justify">Le but de ce travail a été l'étude de la technique d'électropolymérisation en vue d'obtenir les meilleurs films possibles pour l'application de protection contre la corrosion de métaux non nobles, par formation à leur surface de films de polymères.</p><p><p align="justify">Une étude bibliographique des divers cas déjà envisagés dans la littérature nous a permis de nous faire une opinion sur les composés susceptibles de présenter un intérêt et de choisir ceux que nous allions étudier. Cette étude bibliographique est assez volumineuse, de nombreux cas ayant été abordés par divers groupes de chercheurs partout dans le monde. Chacun des laboratoires s'est attaché à l'étude d'une propriété ou d'un paramètre particulier et il est assez difficile de synthétiser ces résultats. Nous avons relevé la liste des paramètres importants ayant une influence tant au point de vue des propriétés de conductivité des dépôts obtenus qu'en ce qui concerne leurs propriétés mécaniques, leur morphologie et leur adhérence au substrat. Ces paramètres comprennent la nature du substrat sur lequel on réalise l'électropolymérisation, le type de solvant, le type et la concentration en électrolyte support dans la solution, la concentration en monomère, les conditions de synthèse (mode potentiostatique, intensiostatique ou balayage en potentiel, durée de maintien du potentiel ou de la densité de courant, valeur de ce potentiel ou de cette densité de courant ou encore vitesse du balayage en potentiel, température), etc. Il faut d'ailleurs signaler qu'il existe bien entendu des influences croisées, entre autres entre la morphologie, la conductivité, la couleur et le taux de dopage.</p><p><p align="justify">Le choix d'un composé doit se faire en tenant compte des propriétés intrinsèques et de l'usage que l'on veut faire du polymère obtenu. Le choix des paramètres de synthèse devra résulter d'un compromis puisque plusieurs propriétés des films sont influencées en sens divers par ces paramètres. Par exemple, une structure plus régulière, et donc a priori plus conductrice, semble être obtenue par augmentation de la taille du contre-ion dopant dans le cas du pyrrole, mais le changement de nature du contre-ion peut également faire varier le taux d'insertion de ceux-ci dans le polymère, facteur qui aura aussi un effet sur la conductivité et sur la morphologie du film formé. Le type de substituant et sa position sur le monomère sont aussi à prendre en considération.</p><p><p align="justify">Le premier composé envisagé dans la partie expérimentale est la 2-vinylpyridine. Ce cas a été choisi parce qu'il s'agissait d'une électropolymérisation par réduction, méthode qui nous paraissait intéressante puisqu'elle présente l'avantage d'éviter tout risque d'oxydation du substrat lors de la formation du film. La réaction secondaire de dégagement d'hydrogène simultanée à la formation du film nous a cependant conduit à la conclusion que ce procédé n'offrait pas que des avantages.</p><p><p align="justify">Les films de poly-2-vinylpyridine formés semblent être constitués de polymères à assez faible degré de polymérisation et relativement adhérents au substrat métallique, mais présentent l'inconvénient d'être poreux et irréguliers du fait du dégagement d'hydrogène gazeux au cours du processus de synthèse. Ils sont constitués principalement de carbone et d'azote, et ce dans un rapport proche de celui du monomère. D'après les comparaisons des spectres infrarouge et ultraviolet de ces films avec ceux de poly-2-vinylpyridines obtenues par voie chimique, il s'agirait bien de ce composé. Bien que notre but n'était pas de déduire le mécanisme conduisant à la formation du polymère, nous avons pu déterminer que la réduction conduisant à la formation de ces dépôts nécessitait un échange d'un électron par molécule de monomère présente dans la chaîne polymérique. La conductivité électronique des films est faible. Leur croissance aurait plutôt lieu par un mécanisme ionique dans lequel des molécules de monomère pourraient diffuser au travers de la couche polyédrique déjà formée et qui, une fois chargées, pourraient soit se combiner à d'autres monomères au niveau du substrat, soit diffuser dans le film et aller former du polymère à sa surface, au contact de la solution d'électropolymérisation.</p><p><p align="justify">Parmi les composés qui peuvent être obtenus lors d'une électropolymérisation par oxydation, nous avons choisi le pyrrole qui nous a semblé particulièrement intéressant pour une application de protection vis-à-vis de la corrosion de l'acier doux. Ce dérivé hétéroaromatique possède en effet, par rapport à ses homologues thiophène et furanne, un potentiel d'oxydation relativement peu élevé, c'est-à-dire peu anodique. Il est de plus bien soluble dans des milieux aqueux et possède de bonnes propriétés d'adhérence pour autant qu'il soit formé en présence d'électrolyte conduisant à la passivation du fer. Son électropolymérisation n'est pas inhibée par la présence d'eau comme c'est le cas du thiophène. Les propriétés mécaniques du polypyrrole, meilleures que celles de la polyaniline qui est également obtenue par oxydation électrochimique, constituent également un élément en sa faveur.<p>Parmi les solutions dignes d'intérêt pour la polymérisation électrochimique de ce monomère, le cas de la solution aqueuse d'acide oxalique s'est révélé particulièrement intéressant. Elle permet en effet la formation d'un film passivant d'oxalate de fer sur le substrat, suivie d'un dépôt polymérique très adhérent, noir et conducteur.</p><p><p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

More than 30% of all enzymes present a metal ion in their active site. Interesting sub-families present a mononuclear active site where a single metal ion (Zn2+ or Cun+) is coordinated to a polyhistidine core. The elaboration of model compounds is important for understanding the fundamental mechanisms involved in their bio-catalytic cycles. In this context, we have developed calix[6]arene based ligands presenting an aza cap covalently linked to the calixarene moiety. These supramolecular assemblies present several advantages: they offer a coordination site for a metal ion through the nitrogen donor atoms of the cap, the small rim of the calixarene moiety defines the second coordination sphere, and the hydrophobic cavity presents an access channel for exogenous ligands. In these systems the coordinating nitrogen atoms are separated from the oxygen rich small rim by two carbon atoms, which allows the controlled coordination of one single guest inside the cavity. Wanting to modulate the properties of the calix[6]arene tren-based (tris(2-aminoethyl)amine) ligand, we successfully synthetized several new receptors and studied their reactivity.The synthesis of “two-story” receptors, the calix[6]amido-tren and calix[6]amido-tacn, allowed the modification of the first and second coordination sphere of a coordinated metal ion by introducing an additional spacer between the tripodal aza-cap and the calixarene macrocycle. The complexes of CuI, CuII and ZnII of these new ligands were synthesized and their reactivity was studied. The presence of three potentially coordinating carbonyl groups changed the host-guest reactivity of these metal complexes as they are in competition with exogenous ligands. A comparative study of the host-guest properties and of the reactivity of the metal complexes of both ligands, calix[6]amido-tren and calix[6]amido-tacn was realized. The cavity of these “two-story” ligands is larger than the one of the parent calix[6]tren and more flexible, allowing not only the coordination of an anion, but the simultaneous coordination of two Cl ligands. The oxidation of sterically hindered amines into hydroxylamines and oximes in the presence of O2 was electrochemically realized by the reduction of the cupric center forming a CuII-superoxo adduct as the reactive species. Amine oxidation has been shown for the parent complex, however, the scope of this reaction was limited due to the smaller cavity. The formation of a CuII-superoxo adduct of the calix[6]amido-tren complex was qualitatively evidenced at low temperature upon addition of O2 to the isolated cuprous complex. This type of adduct has attracted much attention in recent years since it is considered to be a reactive intermediate in the catalytic cycle of copper monooxygenases, such as PHM and DβM. A supramolecular assisted demethylation methodology was developed for different capped calix[6]azacryptands. This methodology was then successfully applied to the demethylation of calix[6]tren in order to obtain calix[6]trentrisPhOH. This receptor showed a very different behavior in comparison to the parent one. Indeed, the complexation of anions and biologically relevant ammonium ions was evidenced by the monoprotonated receptor. The metal complexes of CuII and ZnII were synthesized. The interaction between the metal center and the phenate groups in presence of base has been evidenced and has conducted to a multi-step molecular switch. The cupric complex showed the presence of a phenoxyl radical resembling the oxidized form of galactose oxidase, catalyzing the oxidation of alcohols into aldehydes. These results open the way to new perspectives in reactivity studies.An analog of calix[6]tren, bearing a functionalized reactive arm on the tren cap, was synthesized and the corresponding CuII complex was immobilized on a gold surface through a monolayer formation. In organic medium, the host-guest properties of the grafted calix[6]tren are unchanged, while in aqueous medium, a reversible redox system was observed allowing the selective detection of linear alkylamines at basic pH. To our knowledge, this is the first copper supramolecular system immobilized on surface which permits that kind of detection in an aqueous environment. / Plus de 30% des enzymes présentent un ion métallique dans leur site actif qui est la clé pour les réactions de catalyse. Une sous-famille d’enzymes comporte un site actif où un seul ion métallique (Zn2+ ou Cun+) est coordiné à un cœur polyhistidine. L’élaboration de composés modèles est important pour la compréhension des mécanismes fondamentaux impliqués dans le cycle biocatalytique de ces enzymes mononucléaires. Dans ce contexte, nous avons développé des ligands basés sur des calix[6]arènes présentant un chapeau polyazoté lié de manière covalente au macrocycle. Ces ligands offrent un site de coordination pour le métal et une cavité hydrophobe bien définie. Cet assemblage permet et contrôle la liaison d’un ligand exogène dans la cavité. Afin de moduler les propriétés des complexes métalliques calixaréniques basés sur une unité coordinante tren (tris(2-aminoéthyl)amine), nous avons synthétisé avec succès et étudié plusieurs nouveaux récepteurs calix[6]aréniques.La synthèse de récepteurs bisétagés, le calix[6]amido-tren et le calix[6]amido-tacn, a permis de modifier la seconde sphère de coordination par incorporation de groupements amide entre la cavité et le site de coordination. Cette stratégie s’est avérée efficace. En effet, la coordination d’anions au centre métallique a été mise en évidence et en particulier celle simultanée de deux Cl pour le Cu-calix[6]amido-tren. Cette coordination d’un ou plusieurs invités anioniques était impossible dans le cas du calix[6]tren parent qui présente une seconde sphère de coordination électroniquement dense et un chapeau trop petit pour y accueillir plusieurs invités. La présence de groupements carbonyle entre la chapeau tren et le calixarène modifie également le comportement des complexes :leur coordination au centre métallique entre en compétition avec celle d’invités exogènes. L’oxydation d’amines encombrées sous O2 en hydroxylamines et oximes a été réalisée par la réduction du complexe cuivrique du calix[6]amido-tren par électrochimie. Ce type d’amines n’est pas oxydable par l’adduit superoxo du complexe parent, dû à la taille de la cavité qui empêche la coordination d’invités encombrés. De plus, la formation d’un adduit superoxo a été mise en évidence qualitativement au départ du complexe cuivreux isolé de ce même composé. Ces résultats permettent d’envisager des études de réactivité mimant le site actif des enzymes PHM et DβM par exemple. Enfin, une comparaison des propriétés hôte-invité et de la réactivité des complexes du calix[6]amido-tren avec celles des complexes du calix[6]amido-tacn a été réalisée afin d’évaluer l’impact de la nature du chapeau polyazoté sur les propriétés hôte-invité et la réactivité de ces complexes.Une méthodologie de déméthylation assistée de manière supramoléculaire a été développée pour différents calix[6]azacryptands chapeautés. Celle-ci a ensuite été appliquée avec succès à la déméthylation du calix[6]tren pour obtenir le calix[6]trentrisPhOH. Ce récepteur a montré un comportement très différent de celui du récepteur parent. En effet, la complexation d’anions et d’ammoniums biologiquement pertinents a été possible par ce récepteur protonné. L’interaction entre le centre métallique et les phénates en présence de base a conduit à la réalisation d’un switch moléculaire multi-étapes entre différents états de protonation du récepteur et du complexe zincique. Son complexe cuivrique a montré la présence d’un radical phénoxyle après oxydation du phénate. Cette espèce CuII-radical phénoxyle mime la forme oxydée du site actif de la galactose oxydase, catalysant l’oxydation d’alcools en aldéhydes. Ces résultats ouvrent donc la voie à de nouvelles perspectives pour les études de réactivité de ce composé.Un analogue du calix[6]tren, porteur d’un bras avec une fonction réactive sur le chapeau, a été synthétisé et complexé au cuivre avant d’être immobilisé sur surface via la formation de monocouches. Les électrodes ainsi modifiées ont été étudiées en milieu organique et aqueux. En milieu organique, les propriétés hôte-invité du calix[6]tren sont conservées après immobilisation. En milieu aqueux, un système redox réversible a été observé. Celui-ci a permis la détection sélective d’alkylamines linéaires par le système à pH basique. A notre connaissance, il s’agit du premier système supramoléculaire à cuivre, immobilisé sur surface, qui permet cette détection en milieu aqueux. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished