L’industrie maraichère génère une quantité importante de sous-produits pouvant être valorisés pour leurs contenus en biomolécules. Les composés phytochimiques issus des fruits et des légumes présentent des effets bénéfiques sur la santé humaine et animale, comme le rapporte la littérature. Cependant, une des problématiques majeures actuelle est que l’extraction des molécules naturelles utilisent des solvants pétrochimiques, issus de sources fossiles non renouvelables et présentant une certaine toxicité pour l’environnement, les consommateurs et aussi les opérateurs. L’épinard est un légume feuillu riche en composés bioactifs tels que les polyphénols, la lutéine et la chlorophylle. Ces deux derniers présentent des effets antioxydants, anti-inflammatoire, anti-génotoxique majoritairement au niveau des yeux pour la lutéine et du côlon pour la chlorophylle. Le présent projet a donc pour objectif principal de développer un procédé d'extraction et de séparation de deux biomolécules d’intérêts, la lutéine et la chlorophylle, à partir de sous-produits d’épinard. L’efficacité d’extraction des différents procédés a été comparée à l'extraction totale traditionnelle des molécules avec des solvants organiques peu polaires. Trois procédés écologiques ont été optimisés : une extraction à l’eau et à l’éthanol, un procédé utilisant une saponification pour permettre la séparation de la lutéine et de la chlorophylle et une extraction au CO₂ supercritique. Une modélisation permettant la prédiction de la solubilité des molécules dans le solvant supercritique a également été réalisée afin de limiter et de valider les essais expérimentaux. Aussi, le procédé montrant les meilleurs résultats a fait l’objet d’une analyse technico-économique afin d’étudier sa faisabilité à l’échelle industrielle. Les résultats montrent que l’extraction à l’eau et à l’éthanol est efficace à 70% et à 96% pour extraire respectivement la lutéine et la chlorophylle en utilisant les paramètres retenus par le modèle statistique avec un rendement en matière de 1,4%. Toutefois, ce procédé nécessite de nombreuses étapes, de grands volumes de solvant et ne sépare pas la lutéine et la chlorophylle. Le procédé utilisant la saponification permet une séparation efficace de ces deux molécules, mais engendre d’importantes dégradations de la lutéine (récupération de 27% de lutéine avec un rendement en matière de 0,63%). Il utilise aussi de grandes quantités de solvant, de nombreuses étapes et est en plus dangereux pour le personnel (utilisation de NaOH). L’extraction par fluide supercritique permet quant à elle, avec les paramètres retenus par le modèle statistique, un rendement de 70% en lutéine et de 50% en chlorophylle avec un rendement en matière de presque 3%, sans inconvénient majeur. La modélisation de la solubilité, utilisant la théorie de Charles Hansen adaptée aux conditions supercritique, rejoint les résultats obtenus expérimentalement et de fait s’avère efficace pour la prédiction de la solubilité des biomolécules dans le solvant supercritique. L’extraction par fluide supercritique est donc une méthode de choix pour l’extraction de la lutéine et de la chlorophylle et répond à tous les principes de la chimie verte. Dans notre cas, l’addition d’un co-solvant est nécessaire pour augmenter la solubilité de nos molécules dans le solvant supercritique. L'ajout de co-solvants est connu pour augmenter les coûts de production et d’investissement du procédé supercritique. Ainsi, la simulation du procédé à l’échelle industrielle et son analyse économique ont permis de conclure quant à sa faisabilité et sa rentabilité à l’échelle industrielle. Les résultats ont montré un coût d’investissement total de 5 555 000 USD, avec un prix fixe d’investissement de 4 721 240 USD. Le coût de production annuel a été estimé à 1 800 000 USD, correspondant à un coût spécifique de 1700 USD par kg d’extrait produit. Les résultats ont donc montré que tous les procédés développés répondaient aux objectifs de départs en respectant les principes de la chimie verte appliquée à l’extraction de composés phytochimiques. Toutefois, les meilleurs résultats ont été obtenus avec l’extraction par fluide supercritique. Néanmoins, cette technologie s’avère très couteuse à mettre en place dans une industrie. De fait, le procédé vert le plus applicable à l’échelle industrielle et permettant une séparation de la lutéine et de la chlorophylle est le procédé utilisant une étape de saponification. / Industrial vegetable by-products contain high levels of valuable phytochemicals that can be used as a rich source of biomolecules. Phytochemical compounds from fruits and vegetables exhibit several benefits on human and animal health, as reported in the literature. However, the extraction of these natural molecules is still carried out using petrochemical harmful solvents, from non-renewables fossil sources exhibiting environmental, and health toxicity. Spinach is a leafy vegetable highly concentrated in bioactive compounds such as polyphenols, lutein and chlorophyll. The latter two exhibit antioxidant, anti-inflammatory, anti-genotoxic effects. The main objective of this project was to develop an extraction process technology for the recovery of two highly valuables biomolecules, lutein and chlorophyll, using spinach by-products and respecting the main principles of green chemistry. This work focused on the development and optimization of 3 ecological extraction and separation processes of these phytochemicals, using conventional green extraction methods with green solvents (water and ethanol, NaOH) and innovative technologies, supercritical CO₂. The extraction efficiency has been compared to the total extraction of lutein and chlorophyll obtained with petrochemical solvents. Solubility prediction of the studied molecules in the supercritical solvent was also carried out in order to decrease the experimental tests number and validate the results. Finally, a technical-economic analysis was performed in order to evaluate the feasibility of an industrial scal-up of the most promising developed process. A green extraction method, using ethanol and water as extraction solvents was developed in order to extract these plant compounds from spinach by-products. The optimal extraction parameters predicted were 93% ethanol concentration, for 4.3 h at 43°C and a solvent to raw material ratio of 1/66. These parameters gave a recovery of 96% of chlorophyll and 70% of lutein, along with an extraction yield of 1.4%. However, this process was not efficient for the separation of the two compounds and furthermore, used high amount of extraction solvents. A saponification in an aqueous medium was carried out to hydroxylate the ester bond of the aliphatic chain of chlorophyll. Through this process, using the Derringer’s desirability function, the optimal conditions for separation were 16 h of saponification, at 60°C and with 3.9% of sodium hydroxide. The process can be streamlined in a commercial extraction process for these compounds. However, the saponification step resulted in a significant degradation of lutein (only 27% of lutein was recovered, with an extraction yield of 0.63%). Using supercritical fluid extraction along with ethanol as modifier, the optimal extraction parameters allowed the recovery of 70% of the lutein and 50% of the chlorophyll, with a yield of almost 3% without major drawback. The supercritical fluid extraction is therefore a valuable method for extracting lutein and chlorophyll while complying to all green chemistry tenet. The addition of modifier for the extraction of these phytochemicals was needed, known to increase the capital and production cost of SC-CO2 process. Thus, process design and economic analysis of the process was studied to conclude about the viability and the feasibility of the eventual SC-CO2 proposed process for the replacement of conventional one for the recovery of spinach extracts rich in lutein and chlorophyll. The results exhibited a total cost of investment (TCI) of 5,555,000 USD, along with a fixed cost of investment (FCI) of 4,721,240 USD. The yearly production cost was estimated at 1,800,000 USD. The optimization of the optimum extraction conditions requires a critical analysis. The objective of this project was also to develop a predictive approach based on the Hansen solubility theory to ascertain and optimize the solubility of solutes, in supercritical carbon dioxide (SC-CO2). The predictive approach was then considered an efficient tool regarding the solubility of solutes in SC-CO2 and can be used to estimate the condition for solutes-SC-CO2 optimum miscibility in a wide range of pressure. Finally, we showed that processes developed in this project respected all the green chemistry principles applied to the extraction of phytochemicals and thus meet the objective of the project. The best results are obtained with supercritical fluid extraction. However, this technology necessitates high investment which can limit the profitability of the technique. We thus recommend to adopt a process using a saponification step for the separation of lutein and chlorophyll.

Les matériaux utilisés pour les applications biomédicales doivent être biocompatibles, et idéalement biodégradables. Les acides biliaires proviennent de sources naturelles et sont présents dans le corps humain. De plus, les polyetsers composés en partie de ces molécules possèdent des liens hydrolysables, une mémoire de forme thermique, et leur flexibilité peut être variée. Jusqu’à présent, la synthèse de ces matériaux exigeait l’utilisation de catalyseurs contenant des métaux de transition lourds pour l’étape de macrocyclisation. Puisque la polymérisation par ouverture de cycle nécessite des précurseurs cycliques, l’étape de lactonisation fut réalisée par voie enzymatique, au lieu d’utiliser des catalyseurs à plus grande toxicité. De plus, une seule étape enzymatique a pu remplacer deux étapes de synthèse organique, avec un rendement de 58 % et l’obtention d’un matériel transparent. Ces macrocycles nouvellement obtenus ont par la suite été polymérisés par ouverture de cycle, de façon similaire à la technique élaborée par notre groupe en 2013, tout en optimisant la durée de réaction. En 15 heures, une masse molaire relativement grande de 40 000 g/mol fut obtenue, tout en maintenant la dispersité sous 1.4 et la température de transition vitreuse à 12 °C. Pour valider le principe de cyclisation et de polymérisation enzymatique, les conditions optimales pour combiner l’acide thapsique et le 1,10-decanediol furent préalablement déterminées. Entre autres, la durée de réaction et la quantité d’enzyme nécessaire furent analysées. Les polymères semi-crystallins obtenus possèdent aussi de grandes masses molaires et de basses dispersités. Or, il est possible d’utiliser un enzyme à la fois pour la fermeture et pour l’ouverture de cycle de molécules rigides à cœur stéroïdal, telles que les acides biliaires. Cette synthèse permet la production de matériaux plus biocompatibles, tout en favorisant plusieurs principes de chimie verte. / Materials used in biomedical applications need to be biocompatible and ideally biodegradable. Bile acids are natural occurring compounds found in humans, and their polyesters possess hydrolyzable bonds, thermal shape memory and tunable flexibility. Until now, the synthetic pathway to obtain such materials required transition metal catalysts for the macrocyclization step, which is necessary to perform ring-opening polymerization (ROP). To circumvent the need for such catalysts, enzymatic ring closing was performed using lipases. Conveniently, two synthetic steps were replaced with a single step, using a renewable and reusable catalyst, with 58 % yield and a colorless product. The bile acid-containing macrocycles were then enzymatically polymerized as described in our previous work, while optimizing the reaction time. In 15 hours, relatively high Mw of 40 000 g/mol were obtained, while maintaining the dispersity ≤ 1.4 and a glass transition temperature of about 12 °C. As a proof-of-concept, conditions for the enzymatic ring closure of thapsic acid with 1,10-decanediol were determined beforehand. While optimizing for enzyme amount and reaction time, enzymatic ROP conditions to obtain di- and tetralactones from these monomers were established. The resulting semi-crystalline polymers also possess relatively high molecular weight and low dispersity. Hence, the use of lipases for both ring-closing and ring-opening reactions now shows potential for large, rigid moieties in addition to more mobile structures, using the same enzyme. This is a step towards the production of more biocompatible polymers, with a synthetic pathway that follows many green chemistry principles.

Les essais préliminaires pour préparer des alcoolates de fer à partir du bichlorure ou bibromure de fer (II), en les combinant avec des ligands de type diimino pyridine, ont engendré la formation de complexes homoleptiques et hétéroleptiques, dépendant des substituants sur les branches imines du ligand. Ces complexes homoleptiques octaédriques et paramagnétiques ont été étudiés par rapport à leurs propriétés spectroscopiques et cristallographiques. De plus, la synthèse des complexes de fer hétéroleptique a engendré de bons précurseurs penta-coordonnés pour les réactions de substitution de ligands avec des alcoolates de métaux alcalins, de manière à produire les dialcoolates de fer (II) désirés. Des techniques d’analyse telles que la spectroscopie UV-vis, l’analyse élémentaire, la spectrométrie de masse à haute résolution et la cristallographie aux rayons X ont été utilisées pour caractériser ces complexes de fer. L’activité catalytique de ces complexes de fer (II) a aussi été étudiée par rapport à la polymérisation du lactide; les dialcoolates convoités ont été générés in-situ en raison de la difficulté à produire et à isoler les dérivés alcoolates des complexes diimino pyridine de fer. Une étude approfondie a aussi été faite sur les réactions de polymérisation, surtout par rapport aux valeurs de conversion à l’échelle du temps, ainsi qu’à la tacticité des chaines de polymères obtenues. Ces analyses ont été effectuées par l’entremise de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, de la chromatographie d’exclusion stérique, et de la spectrométrie de masse MALDI (désorption-ionisation laser assistée par matrice). / Initial attempts to prepare iron alkoxide complexes, from iron (II) dichloride or dibromide, in combination with various bis(imino) pyridine ligands, led to the formation of homoleptic and heteroleptic complexes depending on the N-substituents on the imino moieties. A study was made of the resulting paramagnetic octahedral homoleptic complexes, with respect to their spectroscopic properties, as well as their crystallographic parameters. Alternatively, the synthesis of penta-coordinate heteroleptic iron (II) complexes provided good precursors for the ligand substitution reactions with alkaline alkoxides, to produce the desired iron bis(alkoxide) derivatives. Methods such as UV-vis spectroscopy, elemental analysis, high resolution mass spectrometry and X-ray crystallography were used for the characterization of these iron complexes. The catalytic activity of these iron (II) complexes was investigated with respect to lactide polymerization; the desired bis(alkoxide) species were generated in-situ due to the difficulties in isolating pure alkoxide derivatives of the bis(imino) pyridine iron (II) complexes. An informative study was made of both time-scale conversion values, as well as tacticity properties of the resulting polylactic acid chains, through proton nuclear magnetic resonance spectroscopy, gel permeation chromatography, as well as MALDI (matrix-assisted laser desorption/ionization) mass spectrometry measurements.

L'activation de molécules inertes telles que les alcanes constitue l'un des défis les plus difficiles en catalyse, du fait de la grande stabilité de la liaison C-H. Pour répondre aux principes de la chimie verte, les méthodes de fonctionnalisation doivent respecter un certain nombre d'exigences, telles que l'utilisation de solvants et de réactifs non toxiques, la réduction des apports énergétiques, en association avec une activité élevée. Afin de satisfaire ces conditions, nous nous sommes dirigés vers l'utilisation d'un système enzymatique. En effet, les liaisons C-H non activées peuvent être fonctionnalisées en conditions douces par des monooxygénases, telles que les cytochromes P450, mais leur activité est relativement faible. Dans le but de disposer de cytochromes P450 plus actifs sur les alcanes, nous décrivons la fusion entre un membre de la famille des CYP153 et un partenaire donneur d'électrons. Cette protéine de fusion a été caractérisée, et ses propriétés catalytiques étudiées. Nous avons montré que la fusion augmente de manière considérable l'activité alcane hydroxylase. Nous avons, dans un second temps, continué d'exploiter le fort potentiel de ce biocatalyseur en tentant de réduire le volume de son site actif par mutagénèse dirigée, en vue de l'hydroxylation des alcanes gazeux, notamment le méthane. Enfin, différentes modifications des conditions réactionnelles nous ont permis d'atteindre une activité non égalée pour l'hydroxylation terminale de l'octane. / Activation of inert molecules such as alkanes is considered as one of the most difficult challenges in catalysis, due to the high stability of the C-H bond. To comply with the principles of green chemistry, functionalization methods must respect multiple requirements, such as the use of non-toxic solvents and reagents, in addition to reducing energy usage whilst maintaining maximal activity. To satisfy these conditions, we decided to focus on the use of an enzymatic system. Indeed, unactivated C-H bonds can be functionalized under mild conditions by monooxygenases, such as cytochrome P450s, but their activity is relatively limited. In order to have cytochrome P450s more active on alkanes, we describe the fusion between a member of the CYP153 family and an electron donor partner. This fusion protein has been characterized and its catalytic properties studied. We have shown that the fusion increases significantly the alkane hydroxylase activity. Our second step was to continue to exploit the potential of this biocatalyst by attempting to reduce the volume of its active site using site-directed mutagenesis for the hydroxylation of gaseous alkanes, including methane. Finally, various modifications of the reaction conditions allowed us to achieve the terminal hydroxylation of octane with a previously unequalled activity.

L’oxydation sélective des alcools en aldéhydes, acides ou cétones est une transformation très importante en chimie. L’emploi d’oxygène moléculaire comme oxydant permet de se placer dans une perspective de chimie verte, avec la production d’eau comme seul sous-produit principal. L’oxydation d’alcools primaires (1-octanol et géraniol) et d’alcools secondaires (2-octanol, 1-phénylethanol et alcools hétéroaromatiques dérivés de la pyridine) a été étudié en présence de catalyseurs au platine supportés sur charbon sous pression d’air, en solvant organique ou mélange à de l’eau. Les résultats ont montré une forte influence du solvant sur l’activité catalytique, avec un effet promoteur très important de l’eau sur la réaction. Cet effet a été discuté sur la base de différentes hypothèses. La promotion des catalyseurs au platine par le bismuth a permis d’observer des modifications de l’activité avec un effet positif en particulier dans l’oxydation des alcools hétéroaromatiques secondaires. La désactivation observée lors de l’oxydation de certains substrats a été analysée et des solutions ont été proposées pour la surmonter. / The selective alcohols oxidation to aldehydes, acids and ketones is an important transformation in chemistry. The use of molecular oxygen as oxidant is in adequation with a green chemistry perspective, since water is the only by-product. The oxidation of primary alcohols (1-octanol and geraniol) and secondary alcohols (2-octanol, 1-phenylethanol and pyridine substituted alcohols) has been studied in the presence of platinum supported carbon catalysts under air pressure in organic or mixed organic/aqueous media. The results have shown a strong influence of the solvent on the catalytic activity, with an important promoting effect of water on the reaction. This effect has been discussed based on several hypotheses. The promotion of platinum supported catalysts by bismuth has shown some modifications of the activity, with a positive effect in particular in the oxidation of secondary heteroaromatic alcohols. The deactivation observed during the oxidation reaction of some substrates has been analyzed and some solutions have been proposed to overcome the problem.

Cette thèse propose de valoriser l’isosorbide (IS) dans le domaine des matériaux polymères biosourcés en proposant des voies originales. Après la présentation de cette molécule, nous avons détaillé les différentes voies de synthèse et d'application des composés organiques et des polymères déjà développés par la communauté scientifique. Ces derniers sont obtenus au travers de multiples étapes de fonctionnalisation ou de synthèse longues au travers de procédés peu économes en énergie ou en atomes ou même toxiques. Nous avons alors expliqué notre première stratégie visant à développer des polyacétals à base d'isosorbide (PAIS) jusqu'alors inédit. Un schéma de polymérisation reposant sur la réaction de l’isosorbide avec un halogénure de méthylène dans un solvant non toxique (DMSO) a été retenu. L’influence de différents paramètres expérimentaux (mode d'agitation, durée de réaction et stœchiométrie) a été analysée avec soin. Les meilleurs résultats ont été observés avec l’agitation mécanique à très haute vitesse (milieu réactionnel plus homogène et rendement quantitatif). Les concentrations les plus élevées d'isosorbide ont permis de produire exclusivement des polyacétals linéaires (L-PAIS) alors qu'une faible concentration et l’agitation magnétique ont également induit la formation d'oligomères cycliques. D'autres macrocycles (C-PAIS) de haute masse molaire ont pu être produits. Ces différentes classes de PAIS ont été caractérisés par de nombreuses techniques (RMN, MALDI-TOF IRTF, CES). Leurs performances physicochimiques ont également été étudiées (ATG, DSC, rhéologie..). L'allongement des chaines de L-PAIS étant concurrencé par la cyclisation, nous avons exploré l'intérêt du lactide (lévogyre et racémique) comme extenseur de chaine tout d'abord en réaction avec l'IS puis avec le L-PAIS. La catalyse organométallique a été plus efficace que la voie enzymatique (lipase PS). Les analyses chimiques et physiques menées sur les quatre grades de polymères à base d'IS et de lactide ont souligné la plus value offerte par la présence de la molécule d’isosorbide Des relations "structure-propriétés" précises et fiables incluant l'étude de la durabilité ont été menées avec soin. Enfin la même approche a pu être étendue à la production de copolymères linéaires de type PLLA-b-PAIS-b-PLLA et de PRLA-b-PAIS-b-PRLA. / This research work aims to valorise isosorbide (IS) for biobased polymeric materials using original methods. After a short introduction of this molecule, we presented the different synthesis pathways and application fields of chemical and polymers already developed in scientific community. These compounds are classically obtained through many functionalization/synthesis steps with processes far away from green chemistry. Our first strategy based on the development of polyacetals derived from isosorbide (PAIS) was explained. A reaction scheme involving isosorbide with methylene halogenate in a non-toxic solvent (DMSO) was retained. The influence of different experimental parameters (stirring mode, reaction period and stoichiometry) was carefully analysed. Best results were achieved with high-speed mechanical stirring (more homogenous reactive solution, quantitative yield). The highest isosorbide concentrations led to the exclusive production of linear polyacetals (L-PAIS) whereas a low concentration under magnetic stirring conditions induced the formation of cyclic oligomers. Other macro-cycles (C-PAIS) with high molar weight were also produced. These different kinds of PAIS were characterised by various techniques (NMR, MALDI-TOF FTIR, SEC). Their physicochemical performances were also studied (TGA, DSC, rheology…) The length increase of polymer L-PAIS chains being challenged by cyclisation, we also explored lactide use (L- and racemic) as chain extender first by the reaction with IS then with L-PAIS. The La organometallic catalysis was more efficient than enzymatic pathway (PS lipase). Both chemical and physical analyses carried out with four polymeric grades derived from IS et lactide showed the added value of isosorbide molecule. Precise and reliable "structure-properties" relations including durability study were also led. Finally, similar approach could be applied for producing linear copolymers (PLLA-b-PAIS-b-PLLA and PRLA-b-PAIS-b-PRLA)

Ce travail est consacré à la synthèse, pharmacomodulation et évaluation de nouveaux dérivés de quinazoline à visées antiparasitaire et anticancéreuse sous irradiation micro-ondes. Dans un premier chapitre, nous indiquons les principales méthodes d’accès au noyau quinazoline, les propriétés pharmacologiques associées aux principes actifs comportant ce motif et nous présentons les données bibliographiques actualisées sur la réaction de SRN1. Lors du second chapitre, la synthèse et la réactivité avec les anions nitronates et sulfinates de la 2-chlorométhyl-3-méthylquinazolin-4(3H)-one sont successivement décrites. Une étude mécanistique permet de démontrer le mécanisme radicalaire en chaîne SRN1 concernant la réaction avec les anions nitronates et un mécanisme de type SN2 avec les anions sulfinates. Par la suite, nous nous sommes intéressés à la préparation de nouvelles quinazolines, sous irradiation micro-ondes, en étudiant les réactions de SNAr puis de couplage de Suzuki-Miyaura en série 4-chloroquinazoline. A partir de ces résultats, nous avons développé la réaction régiosélective de Suzuki-Miyaura, sur la 4,7-dichloro-2-(2-méthylprop-1-ényl)-6-nitroquinazoline, et préparé toute une série de 4,7-diarylquinazolines hautement fonctionnalisées. Enfin, l’évaluation biologique des produits issus des réactions de SNAr a révélé des activités antipaludiques, anti-Leishmania et inhibitrices d’EGFR1 prometteuses, détaillées dans le dernier chapitre. / This work focuses on the synthesis of new bioactive quinazoline derivatives under microwave irradiation. In the first chapter, we indicate the main methods for preparing the quinazoline ring, the pharmacological properties associated to the quinazoline-derivated drug compounds and we present the SRN1 reaction updated bibliography. In the second chapter, the synthesis and reactivity of 2-chloromethyl-3-methylquinazolin-4(3H)-one with nitronate and sulfinate anions are successively described. A mechanistic study permits to demonstrate the SRN1 radical chain mechanism for the reaction with nitronate anions and a SN2 one for sulfinate anions. Afterwards, we prepared new original quinazolines, under microwave irradiation, by studying SNAr and Suzuki-Miyaura coupling reactions in 4-chloroquinazoline series. From these results, we have developed a regioselective Suzuki-Miyaura reaction on the 4,7-dichloro-2-(2-methylprop-1-enyl)-6-nitroquinazoline and prepared a new series of highly functionalized 4,7-diarylquinazolines. Finally, the biological evaluation of the products prepared by SNAr, showed interesting antiplasmodial and anti-leishmania activities along with EGFR1 inhibition properties.

Dans le but de réduire l’utilisation des solvants organiques dans les réactions et dans la purification, nous avons envisagé de coupler la synthèse supportée sur PEGs dans l’eau aux microréacteurs en flux continu et à l’ultrafiltration comme technique de purification. Dans un premier temps nous avons synthétisé des 3,4-dihydropyrimidin-2-ones (DHPMs) en utilisant comme étape clef la réaction multicomposant de Biginelli avec un aldéhyde supporté sur PEG. Dans ce but, nous avons trouvé que la liaison du PEG au 4-carboxybenzaldehyde, décrite dans le CH2Cl2, a lieu dans le PEG fondu (70 °C) en absence de solvant. La synthèse des DMPMs a ensuite été réalisée dans l’eau et dans le PEG fondu, à partir de l’aldéhyde supporté, et les produits finaux ont été isolés après saponification. Cette synthèse a ensuite été optimisée en microréacteurs en flux continu dans l’eau et la purification des adduits supportés a été réalisée par ultrafiltration dans l’eau.La stratégie décrite ci-dessus a été appliquée à des synthèses multi-étapes, la réaction de Baylis-Hillmann étant l’étape clef pour la préparation de tétrahydro-1,3-oxazine, tétrazoles, 1,4-oxazepin-3-ones et tétrahydro-1,3-pyrimidin-4-ones, composés dotés d'une activité biologique potentielle. Les synthèses de tétrahydro-1,3-oxazines et d’un tétrazole ont d’abord été optimisées par lots avec les purifications réalisées par ultrafiltration dans l’eau, puis adaptées en microréacteurs en flux continu.Tous les adduits supportés sur PEG ont été caractérisés par RMN et MALDI-Tof, et des nouvelles méthodes d’analyse RMN ont été mises au point afin de réduire l’intensité des signaux dus au PEG et de faciliter l’étude des molécules supportées.En conclusion nous avons développé la synthèse supportée, en milieux éco-compatibles de DHPMs, tétrahydro-1,3-oxazines et d’un tétrazole, par lots et en microréacteurs en flux continu, en utilisant les réactions de Biginelli et Baylis-Hillmann comme étapes clefs. Toutes les purifications ont été réalisées par ultrafiltration dans l’eau, afin de réduire l’utilisation de solvants organiques. / Aiming to avoid the use of volatile organic solvents in both the reaction and the separation steps, we envisioned to couple the use of PEGs as support to continuous flow chemistry and ultrafiltration in water as separation technique. First, we synthesized 3,4-dihydropyrimidin-2-(1H)-ones (DHPMs) exploiting the Biginelli multicomponent reaction starting from PEG-supported aldehyde. For this purpose, we found that the linkage of 4-carboxybenzaldehyde to PEG4000, described in the literature to occur in CH2Cl2, takes place in melted PEGs (70 °C) in the absence of solvent. We developed a novel organic solvent free synthesis of DHPMs via the Biginelli reaction of PEG-supported aldehyde, and we isolate the final products via saponification. Then, the same Biginelli reaction was carried out in continuous flow micro-reactor using water as the solvent and the supported products were isolated by ultrafiltration.The above mentioned strategy was also applied to multistep syntheses, the Baylis-Hillman reaction being the key-step for the preparation of tetrahydro-1,3-oxazine, tetrazoles, 1,4-oxazepin-3-ones, and tetrahydro-1,3-pyrimidin-4-ones, compounds endowed with potential biological activity. The preparations of tetrahydro-1,3-oxazines and tetrazole were first optimized in batch with the purifications performed by ultrafiltration in water, then adapted to the continuous flow micro-reactor synthesis.All PEG-supported compounds were characterized by NMR and MALDI-TOF MS spectrometry. Moreover, in order to facilitate the analysis of PEG-supported product, we developed new NMR methods that help to reduce the intensity of PEG signals.In conclusion, we performed the PEG-supported organic solvent-free synthesis of DHPMs, tetrahydro-1,3-oxazines, and a tetrazole derivative, in batch as well as in continuous flow microreactor, using Biginelli and Baylis-Hillman reactions as key steps. All purifications were carried out by ultrafiltration in water, to avoid the use of organic solvents.

Depuis de nombreuses années, l’utilisation d’enzyme pour la synthèse de polymères naturels ou synthétiques a largement été développée en tant que procédé alternatif plus vert et plus respectueux de l’environnement. En effet, comparée aux méthodes conventionnelles de synthèse, les enzymes offrent une sélectivité élevée, une capacité à réagir dans des conditions de réaction douces, ainsi que la possibilité de recyclage du biocatalyseur. D’autre part, les polymères à empreintes moléculaires (MIPs) sont des matériaux synthétiques avec des propriétés de reconnaissance moléculaire spécifique envers une molécule cible. Récemment, les MIPs ont été utilisés dans les applications environnementales et biomédicales de part leur propriétés de reconnaissance moléculaire, leur spécificité et sélectivité. Cependant, leur application reste limitée en raison de leur faible biocompatibilité et de la présence de résidu de polymérisation potentiellement nocif. Ce travail de thèse a pour objectif de proposer une méthode alternative pour la synthèse de MIPs basée sur le concept de chimie verte. La peroxydase de raifort (HRP) est utilisée pour initier la co-polymérisation en milieux aqueux de monomères fonctionnels méthacrylates et d’agents réticulants en catalysant la génération des radicaux libres. Différents hydrogels ont été synthétisés et caractérisés, en particulier une cytotoxicité plus faible a été obtenue comparée à celle des polymères synthétisés traditionnellement. La synthèse a été optimisée afin de pouvoir contrôler la taille des particules et le rendement de polymérisation. Des MIPs sous forme de nanoparticules ont été préparés en milieu aqueux pour plusieurs molécules de faible poids moléculaire ainsi que pour des protéines par polymérisation radicalaire libre initiée par HRP. L’effet de la méthode d’initiation a été évalué en comparant les propriétés de ces MIPs à ceux préparées par les méthodes traditionnellement. L’immobilisation de l’HRP a été aussi effectuée pour synthétiser des hydrogels et des MIPs. L’enzyme immobilisée a pu être réutilisée pour synthétiser des MIPs avec les mêmes performances en termes de morphologie, rendement, spécificité et sélectivité. Ces nouveaux matériaux offrent de nombreuses perspectives pour des applications environnementales et biomédicales. / Enzyme-catalyzed synthesis of natural and synthetic polymers has been developed since several decades, as an eco-friendly process. Compared to the conventional methods, enzymes offer high selectivity, ability to operate under mild conditions and to recycle the catalyst. On the other hand, molecularly imprinted polymers (MIPs) are synthetic materials with specific recognition properties for target molecules. They have recently attracted increasing attention in environmental and newly in biomedical applications for their specificity and selectivity. However, concerns about MIP toxicity for human and environment safety are of great importance. Herein, carrying forward the concept of green chemistry, an enzyme-mediated synthesis approach is described to prepare molecularly imprinted nanoparticles (MIP-NPs) in aqueous media. Horseradish peroxidase (HRP) is used to initiate the polymerization of methacrylate-based monomers and cross-linkers by catalyzing the generation of free radicals. Different hydrogels are synthesized and characterized. “Greener” hydrogels are obtained with lower cytotoxicity than that of polymers synthesized by traditional way. The hydrogels synthesis is optimized in order to control the particles sizes and polymerization yields. Moreover, water-compatible MIP nanoparticles for the recognition of different small molecules and proteins are prepared in aqueous media by HRP-initiated free radical polymerization and compared to MIPs prepared by the thermal or photopolymerization methods. HRP immobilization is also performed for hydrogels synthesis as well as MIP preparation. The reusability of immobilized enzyme is investigated for the preparation of several MIP batches with the same morphology, yield as well as good specificity and selectivity. We believe that this new synthesis method for MIPs will provide new opportunities to enlarge the use of molecular imprinting technology in biomedical and environmental applications.

Dans ce travail, il est montré que les alkyl/vinyl/aryl lithiens et magnésiens réagissentavec les acides C-1(F/OMe) naphtoïques en l'absence de catalyseur métallique. Cette nouvelleréaction de substitution nucléophile aromatique permet potentiellement de préparer n'importequel biaryle tout en s'affranchissant des étapes de protection et de déprotection de la fonctionacide (CO2H). Les alkyllithiens linéaires et ramifiés réagissent avec la même efficacité que lesalkylmagnésiens même à basse température (-78 °C). Le déplacement d'un fluor ou d'unméthoxy s'effectue avec la même facilité. L'absence d'ortho-lithiation est confirmée par lepiégeage du milieu réactionnel en fin de réaction par l'iodométhane (après addition de n-BuLi,s-BuLi et t-BuLi). Le bromure de vinylmagnésium requiert un chauffage au reflux du THF.La méthode étudiée permet de préparer extrêmement facilement des 1- et 2-phénylnaphtalènes, 1,1'-binaphtalènes et 2,2'-binaphtalènes. Dans les exemples où lesaryllithiens donnent des rendements moyens-faibles en produits de couplage, les réactifs deGrignard sont beaucoup plus efficaces. Le o-tolyllithium, le bromure de o-tolylmagnésium, lebromure de (4-méthoxyphényl)magnésium, le bromure de (2,5-diméthylphényl)magnésium etle bromure de benzo[d][1,3]dioxol-5-ylmagnésium déplacent facilement le groupefluoro/méthoxy en ortho du groupe CO2M pour donner les produits de substitutioncorrespondants alors que la réaction du bromure de (2,6-diméthoxyphényl)magnésium estmoins efficace sans doute en raison de l'encombrement stérique causé par les deux groupesortho-méthoxy. L'acide 1-(2-méthoxyphényl)-2-naphtoïque est un produit particulièrementintéressant. La déprotection du groupe méthoxy suivie d'une cyclisation est réalisée par BBr3pour donner la 6H-naphtho[2,1-c]chromén-6-one qui est isolée avec un rendement de 97 %.Cette lactone est utile pour la préparation de composés atropoisomères optiquement actifsaprès ouverture énantiosélective du cycle lactone selon la technique mise au point parBringmann.