No description available.

Yes / Size Exclusion Chromatography is traditionally carried out in either aqueous or non-polar solvents. A system to present molar mass distributions of polymers using methanol as a mobile phase is presented. This is shown to be a suitable system for determining the molar mass distributions poly(N-isopropylacrylamide)s (PNIPAM); a polymer class that is often difficult to analyze by size exclusion chromatography. DOSY NMR was used to provide intrinsic viscosity data that was used in conjunction with a viscometric detector to provide absolute calibration. Then the utility of the system was shown by providing the absolute molar mass distributions of dispersed highly branched PNIPAM with biologically functional end groups. / Wellcome Trust

Cette thèse vise à réaliser une étude approfondie sur le développement de méthodologies pour l’analyse de systèmes complexes. Cela comprend l’étude des systèmes hors d’équilibre, des systèmes d’auto-assemblage, et les systèmes biologiques désordonnés. Les méthodes développées recouvrent principalement la RMN, tel que la mesure de diffusion (DOSY) mais également d’autres techniques telles que la spectrométrie de masse, le dichroïsme circulaire (CD), la microscopie électronique (EM) et diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS). La partie N-terminale du récepteur des androgènes (AR) est utilisée comme un système complexe. D’après la littérature, il est connu que cette région joue un rôle important pour l’activité du récepteur, et elle est également décrite comme étant intrinsèquement désordonnée. Les résultats que j’ai acquis durant la thèse m’ont permis d’identifier une courte région de ce domaine, impliquée dans la formation réversible de fibres amyloïdes, par modulation des conditions d’oxydo-réduction du milieu. Les résultats révèlent un aspect inconnu du mécanisme de AR. / My PhD project was focused on the development of methods for the analysis of complex systems and their biophysical characterization. This includes the study of large chemical libraries, self assembly systems, protein-ligand interaction studies and disordered biological systems. A wide range of biophysical methods were used for this purpose. Specially, Nuclear Magnetic Resonance(NMR) but also other techniques such as mass spectrometry, circular dichroism (CD), electron microscopy (EM) and small angle X-ray scattering (SAXS). The N-terminal Domain of the Androgen Receptor is studied as an example of a complex system. This region plays an important role in receptor activity, and is also described as being intrinsically disordered. The results obtained during my thesis shown a short conserved region involved in the amyloid fibers formation under oxidative conditions. These results open new possibilities to understand the mechanism of the AR activity.

La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil puissant qui permet l’étude directe de mélanges de manière non destructive. Les spectres RMN de petites molécules en solution peuvent être différenciés grâce à la stratégie DOSY (diffusion-ordered spectroscopy), une méthode de ‘chromatographie virtuelle’ qui s’appuie sur la mesure de coefficients de diffusion translationnelle. Les principaux obstacles à l’utilisation de la DOSY sont liés à la piètre sensibilité de la RMN de manière générale mais aussi à la nécessité d’introduire une dimension temporelle supplémentaire d’acquisition, ce qui va augmenter de manière significative la durée de l’expérience. Ce travail de thèse a pour objectif de mettre au point des outils inédits de RMN plus rapides et plus adaptés à la caractérisation de mélanges peu concentrés de petites molécules. Dans un premier temps, le concept de codage spatial de la diffusion dans l’expérience DOSY a été généralisé. Mis à profit dans les méthodes RMN dites ‘ultrarapides’, l’utilisation d’une dimension spatiale plutôt que temporelle pour encoder le phénomène de diffusion permet une accélération des expériences de RMN multidimensionnelles de plusieurs ordres de grandeur. L’acquisition séquentielle de spectres est remplacée par une acquisition parallèle de ces spectres dans différentes parties de l’échantillon. L’étude poussée des méthodes de DOSY rapides s’est appuyée sur des outils de simulation numérique dans le but d’améliorer la résolution des spectres et la précision des résultats. Les problèmes de sensibilité ont été abordés via le couplage des méthodes DOSY rapides avec des méthodes d’hyperpolarisation qui permettent d’augmenter l’intensité du signal. La combinaison des méthodes de diffusion conventionnelles avec les méthodes avancées de RMN ultrarapide et d’hyperpolarisation permettront des avancées significatives pour l’analyse de mélanges, en particulier les mélanges dynamiques. / NMR spectroscopy is a powerful tool that allows a direct study of mixtures in a non-invasive manner. The NMR spectra of molecular species in mixtures can be separated with diffusion-ordered spectroscopy (DOSY), a ‘virtual chromatography’ approach based on the measurement of translational diffusion coefficients. Major limitation of DOSY comes from the time-dependent diffusion dimension, which results in long experiment durations, and also from the low sensitivity of NMR. The present work aims to build an innovative tool for mixtures characterization that will be faster and more efficient for low concentrated samples. We first generalized the concept of nD spatially encoded (SPEN) DOSY experiments for the analysis of complex mixtures. As bring forward by the so-called “ultrafast NMR” (UF NMR), the use of a spatial dimension to encode diffusion can accelerate experiments by several orders of magnitude since it replaces the sequential acquisition of sub-experiments by a parallel acquisition in different slices of the sample. More advanced exploration of SPENDOSY were carried out using numerical simulations for purpose of resolution and accuracy improvement. To address sensitivity issues, we then demonstrated that SPENDOSY data can be collected for hyperpolarized substrates. This particular coupling between conventional diffusion-based method with advanced techniques such as ultrafast NMR and hyperpolarization should mark a significant progress for complex mixtures analysis especially for time-evolving processes.

Dans un contexte où la demande énergétique ne cesse de croître et où les réserves pétrolières sont limitées, il est nécessaire de développer des sources énergétiques alternatives ainsi que de ransformer celles existantes afin de satisfaire les besoins croissants notamment dans les secteurs du transport et de la pétrochimie. Un des objectifs de l’IFP est de concevoir et d’améliorer des procédés de raffinages existants afin d’optimiser l’utilisation des ressources conventionnelles tout en les diversifiant afin de produire notamment du carburant à partir des produits lourds du pétrole. L'enjeu des prochaines décennies est de convertir efficacement des bruts lourds en produits légers valorisables tels que l'essence, le kérosène et le gazole. Pour cela, il est indispensable de disposer d'une connaissance précise des produits présents dans la charge, principalement des asphaltènes, afin d'adapter le catalyseur utilisé et obtenir les meilleurs résultats de conversion possibles. L’objectif de la thèse visait à obtenir une meilleure caractérisation physico-chimique des asphaltènes en solution. Le manuscrit décrit une nouvelle application de la technique RMN DOSY (Diffusion Ordered Spectroscopy) à la caractérisation des produits lourds du pétrole. Des asphaltenes de cinq origines différentes ont été analysées sur une large gamme de concentration afin d’étudier leur agrégation en solution. Les résultats révèlent l’existence de deux familles d’agrégats en régime semidilué : une famille diffusant rapidement appelée nanoagrégats et un type d’agrégats diffusant plus lentement nommée macroagrégats dans ce manuscrit. L’influence du solvant a été étudiée sur une charge analysée dans le toluène, le tetra-hydrofurane et le chloroforme. Des informations physiques moyennes sur la taille et la masse moléculaire des nanoagrégats des asphaltènes ont été calculées à partir de leur diffusion en solution. Il a ainsi été possible de mettre en évidence des familles de produits caractérisées par une structure et une masse moléculaire en une seule expérience. Le manuscrit propose également une discussion sur le caractère continental ou/et archipel des asphaltènes. L’hypothèse de départ est basée sur la co-existence des deux types d’asphaltènes avec un caractère archipel (ou continental) plus ou moins marqué suivant l’origine des échantillons / New energy supplies need to be developed to face the growing worldwide energy demand. Heavy oils have attracted attention since their represent an important energy reserve. The problem to deal with during their upgrading is the presence of asphaltenes, representing the heaviest and the most resistant fraction of the crude oil. It is worth getting a better understanding into the physico-chemistry of asphaltenes to develop new catalysts and new conversion processes. The manuscript describes a new application of Diffusion Ordered Spectroscopy (1H-DOSY) NMR experiment. It is evaluated as a potential tool to investigate the physico-chemistry of asphaltenes from five different origins in just one experiment. Asphaltenes were studied over a wide range of concentrations in different solvents to get a deeper insight into their aggregation behaviour. For the first time, two different aggregates were observed in the semi-dilute regime and reported in this manuscript. Average size and molecular weight are estimated from diffusion measurements at infinite dilution. Based on different results, a discussion about continental and archipelago type is also provided. Asphaltenes are expected to be a distribution of the two types of asphaltenes with a more pronounced archipelago (or continental) type depending on the origin of the sample

L'objectif de ce travail était de tester des méthodes de SAS pour la séparation des spectres complexes RMN de mélanges dans les plus simples des composés purs. Dans une première partie, les méthodes à savoir JADE et NNSC ont été appliqué es dans le cadre de la DOSY , une application aux données CPMG était démontrée. Dans une deuxième partie, on s'est concentré sur le développement d'un algorithme efficace "beta-SNMF" . Ceci s'est montré plus performant que NNSC pour beta inférieure ou égale à 2. Etant donné que dans la littérature, le choix de beta a été adapté aux hypothèses statistiques sur le bruit additif, une étude statistique du bruit RMN de la DOSY a été faite pour obtenir une image plus complète de nos données RMN étudiées. / The objective of the work was to test BSS methods for the separation of the complex NMR spectra of mixtures into the simpler ones of the pure compounds. In a first part, known methods namely JADE and NNSC were applied in conjunction for DOSY , performing applications for CPMG were demonstrated. In a second part, we focused on developing an effective algorithm "beta- SNMF ". This was demonstrated to outperform NNSC for beta less or equal to 2. Since in the literature, the choice of beta has been adapted to the statistical assumptions on the additive noise, a statistical study of NMR DOSY noise was done to get a more complete picture about our studied NMR data.

Cette thèse porte sur l'étude de la diffusion des asphaltènes dans les catalyseurs d'hydrotraitement. La revue bibliographique met en évidence d'importantes lacunes dans les connaissances, d'une part sur l'impact sur les processus de diffusion des fortes températures rencontrées dans les procédés de raffinage et d'autre part, sur la dynamique des asphaltènes dans les réseaux poreux des catalyseurs. Ainsi, une double approche expérimentale a été développée, s'articulant dans un premier temps autour d'une étude de diffusion et d'adsorption dans des conditions proches de celles des procédés, puis dans un second temps une étude de la diffusion en milieu confiné par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) à travers des techniques de mesure de temps de relaxation ainsi que la RMN à gradient de champ pulsé (DOSY). Les résultats obtenus montrent que même à haute température, la diffusion des asphaltènes dans les catalyseurs est un processus très lent, plusieurs jours étant nécessaires pour que le coeur soit atteint. Les techniques de RMN utilisées montrent le caractère fortement confiné des asphaltènes dans le milieu poreux ainsi que de fortes interactions entre les asphaltènes et la surface alumine des catalyseurs, à l'origine d'une très faible dynamique bien que le processus d'adsorption soit dans une certaine mesure quand même réversible / This PhD thesis deals with the diffusion of asphaltenes in hydrotreatment catalysts. The literature review shows weaknesses in knowledge about both, how does the high temperature impact the diffusion phenomena and, what is the dynamic of asphaltenes in the porous media. Therefore, a double experimental approach has been developed, first the diffusion and the adsorption of asphaltenes near process conditions have been studied, and then the dynamic in porous media has been studied by Nuclear Magnetic Resonance (NMR) technics which involves relaxation times measurements and Diffusion Ordered SpectroscopY (DOSY). Results show that even at high temperature, the diffusion of asphaltenes in catalysts is relatively slow; several days are needed to reach the center. The NMR results highlight a slow dynamic of asphaltenes in the porous media, since they are in confined environment and they are in strong interactions with alumina, even if the adsorption is to a certain extent reversible

Dois dos principais aspectos da Química de Produtos Naturais são a identificação e a determinação estrutural dos compostos orgânicos presentes em materiais de origem vegetal ou animal. Para realizar esta tarefa são empregados diversos métodos de separação e espectroscópicos. Dentre os métodos espectroscópicos, destaca-se a espectroscopia de ressonância magnética nuclear pela riqueza dos dados fornecidos. Entretanto, o desenvolvimento da área exige métodos cada vez mais eficientes e sensíveis, para permitir o estudo de amostras em quantidades cada vez menores. Neste trabalho, empregamos três estratégias distintas para aumentar a eficiência da análise de amostras de produtos naturais por RMN. A primeira estratégia busca acelerar o processo de identificação dos componentes de frações de extratos vegetais através da separação virtual dos componentes da mistura, baseada nas diferenças de seus coeficientes de difusão. Esta estratégia permitiu identificar os quatro componentes majoritários da fração em acetato de etila do extrato etanólico das partes aéreas de Bidens sulphurea (Asteraceae) através de um estudo de RMN DOSY-2D. A segunda estratégia é dedicada ao problema da baixa sensibilidade da RMN 13C, o que torna difícil, e em alguns casos, proibitiva em termos do tempo necessário, a análise de amostras muito pequenas. Dada a dificuldade de se obter diretamente um espectro com uma relação sinal/ruído adequada, uma abordagem possível se baseia em estratégias de pós-processamento de um espectro de RMN em que predomina o ruído. A estratégia utilizada neste trabalho fornece um espectro reconstruído de secções que foram previamente processadas para a eliminação do ruído pela decomposição do valor singular (SVD). Os espectros assim processados nos auxiliaram na identificação e/ou elucidação estrutural de dois alcalóides obtidos de Duguetia furfuraceae (Annonaceae) e um poliacetileno e dois flavonóides de B. sulphurea (Asteraceae). A terceira estratégia utilizada neste trabalho se baseia na ampliação dos parâmetros rotineiramente obtidos numa análise por RMN, com a finalidade de fornecer novos subsídios para a determinação da estrutura de produtos naturais. Neste sentido, a determinação das constantes de acoplamento heteronuclear forneceu dados valiosos para a identificação de dois poliacetilenos obtidos de B. gardneri. / Two major aspects of Natural Products Chemistry are the identification and structure determination of organic compounds in materials of vegetable or animal. To accomplish this task are used various methods of separation and spectroscopic. Among spectroscopic methods, we highlight the spectroscopy of nuclear magnetic resonance by the wealth of data provided. However, the development of the area requires methods increasingly efficient and sensitive to allow the study of small or diluted samples. In this work, we employ three different strategies to increase the efficiency of analysis of samples of natural products by NMR. The first strategy seeks to accelerate the process of identifying the components of fractions of plant extracts through the virtual separation of the components of the mixture based on differences in their diffusion coefficients. With this strategy we have identified four major components of the in ethyl acetate fraction of ethanol extract of aerial parts of Bidens sulphurea (Asteraceae) by 2D DOSY NMR. The second strategy is devoted to the problem of low sensitivity of 13C NMR, which makes it difficult, and in some cases prohibitive in terms of time, the analysis of very small samples. Due to the difficulty of obtaining directly a spectrum with a signal-to-noise ratio adequate, a possible approach is based on strategies for post-processing of an NMR spectrum in which noise predominates. This strategy used here provides a spectrum of reconstructed sections were first processed to remove noise by singular value decomposition (SVD). Spectra processed of this way helped us in identifying and / or structural elucidation of two alkaloids derived from Duguetia furfuraceae (Annonaceae) and a polyacetylene and two flavonoids from Bidens gardneri (Asteraceae). The third strategy used in this work is based on expansion of the parameters routinely obtained in an analysis by NMR in order to provide new subsidies for the structure determination of natural products. In this sense, the determination of heteronuclear coupling constants provided valuable data for the identification of two polyacetylenes obtained from B. gardneri.

This thesis is focussed on the investigation of matrices for matrix-assisted diffusion-ordered spectroscopy (MAD). Diffusion-ordered spectroscopy (DOSY) is a family of experiments where the resonances in the chemical shift dimension are further dispersed in an extra dimension according to diffusion coefficient. A typical DOSY spectrum shows one single diffusion coefficient for all the resonances coming from one single species. However, If two or more resonances overlap, the diffusion resolution of the DOSY spectrum is compromised and a spurious diffusion coefficient results, intermediate between the species. In case of signal overlap, the use of more advanced processing methods aids to separate two analytes that differ by at least 30% in diffusion coefficient. In practice, many mixtures contain species of similar diffusion coefficients whose resonances overlap in the chemical shift dimension. The addition of co-solutes can modify the chemical environment (matrix), with which different analytes interact to different extents, and enhance the diffusion resolution of DOSY. However, the addition of co-solutes can risk the benefits of DOSY by increasing the probability of signal overlap. Signal overlap in MAD is avoided by using a 1H NMR-invisible surfactant such as sodium perfluorooctanoate (NaPFO), which has replaced each proton by a fluorine atom. PFO micelles are a tunable matrix which allows the separation of analytes via coulombic interactions by adjusting the pH. Differences in diffusion coefficient in NaPFO solution can be analysed using a modified Lindman's law to model the diffusion coefficient as a function of pH. The model rationalises the binding constants of analytes to PFO micelles with good accuracy, subject to the spectral data quality. Another alternative to resolve diffusion coefficients using the invisible MAD approach is by means of a commercially available alkyl surfactant like cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). CTAB in high ionic strength solution forms worm-like micelles whose resonances can be filtered out from the final DOSY spectrum. CTAB worm-like micelles have short transverse relaxation times compared to all of the analytes in the mixture. If a transverse relaxation filter is positioned at the beginning of a standard DOSY pulse sequence, as in PROJECT-Oneshot, the strong CTAB signals vanish and leave behind only the analyte resonances and hence avoid signal overlap. Finally, the use of bovine serum albumin (BSA) as a potential invisible matrix, using a similar approach to CTAB worm-like micelles is investigated, using a relaxation-weighted DOSY pulse sequence to suppress most of the BSA background signal (at a cost in analyte signal to noise ratio). An alternative to suppress most of the BSA background and preserve most of the analyte signal is by means of mild transverse relaxation filtration and spectral editing to obtain an edited DOSY spectrum that shows only the analyte signals. Nonetheless, it is a shame that useful MAD results can only be obtained under a narrow set of conditions: i) different mole ratios BSA: analyte to aid diffusion resolution, ii) mild T2 filtration to improve analyte signal to noise ratio and iii) spectral editing to remove residual BSA background.

L'objectif de ces travaux a été de démontrer l'intérêt d'appliquer la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) à des problématiques analytiques dans le domaine des produits de santé. Deux axes principaux ont été abordés. Le premier cible principalement les compléments alimentaires adultérés. Les études ont été menées par RMN à haut champ. Diverses expériences de RMN mono et bidimensionnelles ont permis de mettre en évidence la présence illicite, dans des compléments alimentaires déclarés comme naturels, de médicaments à visée érectile et/ou de leurs analogues structuraux. Ces substances actives peuvent induire, à l'insu du consommateur, des risques importants pour sa santé. De plus, des analyses menées par RMN 1H et 13C ont permis de révéler des cas d'adultération de compléments alimentaires pour sportifs par des substances considérées comme dopantes par la règlementation en vigueur. Le second axe a été mené en explorant les potentialités de la RMN à bas champ pour l'analyse de médicaments. Cette technique, moins onéreuse et plus adaptée à des analyses de routine que la RMN à haut champ, s'est avérée très efficace pour mettre en évidence des cas de médicaments falsifiés par de simples expériences RMN 1H monodimensionnelles. Des expériences bidimensionnelles de diffusion (DOSY : Diffusion Ordered SpectroscopY), qui permettent d'obtenir la séparation virtuelle des constituants d'un mélange complexe, ont été mises au point et appliquées, pour la première fois, à la dé-formulation d'un médicament. / The purpose of this research was to demonstrate the interest of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) to deal with analytical issues in the field of health products. The studies focused on two main axes. The first one targeted adulterated dietary supplements and the studies were conducted with high-field NMR. Various mono and bidimensional experiments revealed the illegal presence in dietary supplements claimed as natural, of erectile drugs and/or their structural analogues. These active substances can induce, without the consumer's knowledge, significant risks to his health. Moreover, analyses conducted with 1H and 13C NMR, highlighted cases of adulteration of dietary supplements for exercise and athletic performance with doping substances. The second axis explored the potential of low-field NMR for drug analysis. This technique, which is less expensive and more suitable for routine analyses than high-field NMR, has proved very effective in detecting cases of falsified medicines by simple one-dimensional 1H NMR experiments. Two-dimensional diffusion experiments (DOSY: Diffusion Ordered Spectroscopy), which provide virtual separation of the constituents of a complex mixture, were developed and applied for the first time to the de-formulation of a drug.