Actuellement, il y a une demande en gaz de synthèse ayant une très faible concentration en sulfure d’hydrogène (H[indice inférieur 2]S), pour diverses applications telles que les piles à combustible ou des procédés de synthèse chimique. Les procédés de désulfuration existants ne sont pas toujours adaptés ou ne permettent pas d’obtenir les seuils de concentrations désirés, de l’ordre du ppm ou même du ppb. L'adsorption est une méthode versatile et permettant de faire une purification profonde, ce qui en fait un choix approprié pour la désulfuration. Toutefois des adsorbants durables et permettant d'atteindre les concentrations nécessaires doivent être développés et optimisés. L'objectif principal de cette recherche était développer un adsorbant permettant d'obtenir une concentration en H[indice inférieur 2]S suffisamment faible pour un gaz alimentant des piles à combustible, avec des adsorbants pouvant être régénérés et ayant une capacité acceptable. Des nanofilaments ont donc été produits (par un procédé breveté de reformage sec à l’éthanol) et ensuite fonctionnalisés avec un métal adsorbant. Cet ajout de métal a été effectué par une méthodologie en deux étapes, soit un traitement à l’acide nitrique suivi d’une imprégnation humide avec des nitrates. Le métal utilisé a principalement été le fer, et un mélange fer-zinc a aussi été testé. Différentes conditions de traitement à l’acide (température ambiante et sous reflux) et quantités de métal ont été utilisées (20% et 40% massique). Les adsorbants préparés ont été testés pour la désulfuration d’un gaz composé d’He avec 500 ppm de H[indice inférieur 2]S, afin de déterminer la concentration minimale pouvant être atteinte à la sortie et la capacité d’adsorption, à 100 °C et 300 °C. Ils ont été caractérisés au niveau morphologique et de la composition par différentes techniques, notamment par microscopie électronique, spectroscopie de structure près du front d'absorption de rayons X et spectroscopie de photoélectrons. L’objectif des études de désulfuration et de la caractérisation était de bien définir l’adsorbant et d’étudier les phénomènes d’adsorption. La caractérisation a permis de déterminer que le fer est sous la forme oxydée et distribué en particules imbriquées dans les nanofilaments ainsi que sur leur surface. Les conditions du traitement à l’acide influencent la distribution de ces deux types de particules, mais il n’y a pas d’effet sur la capacité d’adsorption. Les résultats ont montré que l’adsorbant développé permet de diminuer sous 1.5 ppm la concentration de H[indice inférieur 2]S dans le gaz alimenté, que le procédé n’est pas contrôlé par la diffusion et que cette désulfuration se fait par deux phénomènes en parallèle : l’oxydation du H[indice inférieur 2]S suivie de l’adsorption sur soufre sur les nanofilaments de carbone et la sulfuration des oxydes de fer. Le carbone et le fer ont donc chacun des doubles rôles. Pour le carbone, il s’agit de la dispersion des particules de fer et de l’adsorption (phénomène chimique) du soufre tandis que pour le fer, il s’agit de la catalyse de l’oxydation du H[indice inférieur 2]S (pour l’adsorption par le carbone) et de la formation de sulfure de fer.

Nos travaux antérieurs ont développé la débenzylation DIBAL-H de α-, β- et γ-CDBn, qui génère une fonctionnalisation regiosélective sur le bord primaire. De plus, la déméthylation DIBAL-H de α- et β-CDMe donne accès à une modification régiosélective sur le bord secondaire sans changer la conformation de l'unité suger. La déméthylation DIBAL-H optimisée pourrait également influer sur la modification du bord primaire. En raison de la grande cavité du γ-CD sur la solubilisation et l'encapsulation C60, l'un des objectifs de mon travail est d'obtenir le γ-CDMe sélectivement modifié sur le bord secondaire. Sur la base de la déméthylation DIBAL-H de α-, β- et γ-CDMe, 7 conjugués α-CD-C60 sont soumis à l'évaluation biologique en tant qu'agents antiviraux potentiels et un conjugué β-CD-C60 est en cours d'étude en tant que potentiel anti-allergique agent. En outre, le conjugué 2A-γ-CDMe-C60 avec attachement de jante secondaire présente la plus grande solubilité dans l'eau parmi les conjugués CD-C60 et les complexes γ-CD / C60. Le conjugué 2A-γ-CDMe-C60 et le conjugué 6A-γ-CDMe-C60 avec fixation du jonc primaire ont montré un rendement quantique 1O2 plus élevé que les conjugués CD-C60 rapportés sous irradiation UV. À la lumière de la méthodologie de la débenzylation DIBAL-H, 6 complexes α- et β-CDMe-Ag hydrosolubles (Cu, Au) ont été synthétisés. On a obtenu des structures cristallines à rayons X d'α-CDMe-AgCl à la fois dans CDCl3 et dans de l'eau. Par ailleurs, nous avons obtenu le monomère α-CDMe-CuCCPh qui est stable dans l'eau. De plus, α- et β-CDMe-AuCl ont été comme catalyseurs en cyclosomérisation regiosélective, énantiéselective et lactonisation dans DCM et eau. / Our previous work have developed DIBAL-H debenzylation of α-, β- and γ-CDBn, which generates regioselective functionalization on the primary rim. Moreover, DIBAL-H demethylation of α- and β-CDMe gives an access to regioselective modification on the secondary rim without changing the conformation of suger unit. Meanwhile, the optimized DIBAL-H demethylation could affordes the modification on the primary rim as well. Because of the large cavity of γ-CD on C60 solubilization and encapsulation, one of the goals of my work is to obtain the selectively modified γ-CDMe on the secondary rim. Based on DIBAL-H demethylation of α-, β- and γ-CDMe, 7 α-CD-C60 conjugates are under the biological evaluation as potential antiviral agents and a β-CD-C60 conjugate is being studied as a potential anti-allergic agent. Furthermore, 2A-γ-CDMe-C60 conjugate with secondary rim attachement displays the highest water-solubility among CD-C60 conjugates and γ-CD/C60 complexes. Both 2A-γ-CDMe-C60 conjugate and 6A-γ-CDMe-C60 conjugate with primary rim attachment showed higher 1O2 quantume yield than the reported CD-C60 conjugates under UV irradiation. In light of the methodology of DIBAL-H debenzylation, 6 water-soluble α- and β-CDMe-Ag(Cu, Au) complexes have been synthesized. X-ray crystal structures of α-CDMe-AgCl in both CDCl3 and water have been obtained. Besides, we got monomer α-CDMe-CuCCPh which is stable in water. In addition, α- and β-CDMe-AuCl have been as catalysts in regioselective, enantioselective cycloisomerization and lactonization in DCM and neat water.

Au niveau académique et industriel, les nanocelluloses connaissent un engouement toujours grandissant. Ce projet de thèse explore la modification chimique des nanofibrilles de cellulose (CNF) pour des applications médicales. Des drogues et prodrogues de principes actifs (PA) ont été liées de manière covalente ou adsorbées sur des films ou des suspensions de CNF. Pour l’immobilisation covalente, une première stratégie d’estérification en milieu aqueux a été utilisée sur des films de CNF. Les propriétés antibactériennes contre des bactéries à gram positif et à gram négatif, ainsi que l’activité par contact prolongée de ces films, ont été démontrés. La seconde stratégie a porté sur la modification des suspensions de CNF au travers d’une procédure multi-étape (amidation puis chimie click), à nouveau en phase aqueuse. Des outils de caractérisation innovants comme la résonance magnétique nucléaire (RMN) dopée par polarisation dynamique nucléaire (PDN), ont permis de compléter les techniques classiques pour prouver le succès du greffage chimique. L’adsorption de PA sur les films et suspensions de CNF a été menée en parallèle de l’immobilisation covalente. Ensuite, les films de CNF avec des PA greffés ou adsorbés ont été utilisés pour développer des dispositifs médicaux pour application cutanée. Quant aux suspensions de CNF avec PA greffé ou adsorbé, elles ont été intégrées à des matrices de collagène pour créer de nouveaux prototypes de réparation pariétale. Leur activité antibactérienne et leurs propriétés de relargage contrôlé confirment l’intérêt de ces composites pour le design de dispositifs médicaux innovants.Mot-clés: nanocellulose, nanofibrilles de cellulose, fonctionnalisation, dispositif médical, activité antibactérienne, relargage contrôlé / In line with the ever-increasing academic and industrial interest for wood derived nanocellulose, the present work investigated the chemical surface modification of cellulose nanofibrils (CNFs) for biomedical application. Drugs and pro-drugs of active principle ingredients (APIs) were covalently immobilized or adsorbed onto CNFs films or suspensions. For covalent immobilization, the first strategy selected calls for water-based and single step esterification of CNF films. The resulting materials demonstrated antibacterial activity against both gram-positive and gram-negative bacterial strains, with a prolonged contact-active effect. In the second strategy, CNFs suspensions were modified through a multistep reaction, involving amidation and click chemistry, still water-based. Highly innovative characterization tools, such as dynamic nuclear polarization (DNP) enhanced nuclear magnetic resonance (NMR), complemented well-established techniques to confirm the success of grafting. In parallel to covalent immobilization, an adsorption strategy was also adopted, on both CNFs films and suspensions. Then, the CNF films with grafted or adsorbed APIs were used for preparing 100% CNF medical devices for topical applications. Another component of this work used CNF suspensions with grafted or adsorbed APIs were embedded in collagen matrices to prepare model medical device of soft tissue repair implants. Antibacterial activity against both aerobic and anaerobic bacteria, together with controlled release properties were assessed confirming that such composites present the expected active properties, and can be used for the design of innovative medical devices.Key words: nanocellulose, cellulose nanofibrils, functionalization, medical devices, antibacterial activity, drug release

L'activation et la fonctionnalisation du diazote atmosphérique sont l'un des enjeux les plus importants de la chimie moderne. Celles-ci mènent à la formation industrielle d'ammoniac par le procédé Haber-Bosch, indispensable à l'agriculture actuelle. La forte demande énergétique de cette transformation a donc motivé la recherche académique pour découvrir de nouveaux catalyseurs capables de travailler dans des conditions plus douces, en s'inspirant des enzymes nitrogénases. Le but principal de ce travail doctoral a donc été la synthèse et l'étude de complexes de fer à bas degré d'oxydation portant un ligand triphosphine pouvant catalyser la formation d'ammoniac ou de silylamines à partir du diazote. Ce travail expérimental a été appuyé par des calculs théoriques grâce à l'utilisation de la DFT afin de pouvoir rationaliser les résultats obtenus. La première partie de ce manuscrit présente la synthèse des précurseurs métalliques utilisés ainsi que les premiers essais de réduction en utilisant des réactifs de Grignard. Au cours de celle-ci la formation d'un complexe de Fe0 bis-diazote a été prouvée. Sa synthèse de manière efficace et sa réactivité furent étudiées dans une deuxième partie. Ce complexe est l'un des rares catalyseurs au fer de la formation d'ammoniac en phase homogène, ainsi que l'un des plus actifs pour la formation de la silylamine N(TMS)3. En plus de cela, ce Fe0 est capable de déshydrogéner une partie de son ligand alcane ainsi que d'activer une autre molécule d'intérêt, le phosphore blanc. Cette nouvelle transformation entraîne la formation du premier complexe de fer cyclo-P4 terminal jamais rapporté et est abordée dans une troisième partie. Enfin, différents complexes portant à la fois un ligand diazote et des hydrures ont été étudiés au vu de leur pertinence par rapport à la nitrogénase. Cette partie a également permis d'utiliser un nouveau système basé sur un ligand de type PCP, dont la formation de la forme carbénique est possible par une double activation C-H grâce à un intermédiaire de Fe0. / Molecular nitrogen activation and functionalization are one of the most challenging topic in modern chemistry. The industrial formation of ammonia by the Haber-Bosch process, essential for current agriculture, is the starting point of this field. Indeed, the strong energetic need of this transformation has motivated academic research to find catalyst that can work in milder conditions as observed with nitrogenase enzymes. The principal goal of this Ph.D. work was the synthesis and the study of low oxidation states iron complexes bearing triphosphine ligand for the catalytic formation of ammonia and silylamines. This experimental work was supported by theoretical calculation using DFT in order to rationalize and understand the different results. The first part of this manuscript presents the metallic precursors synthesis and the first reduction attempts using Grignard reagents. During this part, the formation of an interesting Fe0 bis-dinitrogen complex was observed. Its efficient synthesis and reactivity was studied in a second part. This complex is one of the few homogeneous iron catalysts able to perform the formation of ammonia and one of the most active for N(TMS)3 formation. Furthermore, this Fe0 center is able to dehydrogenate an alkane part of its ligand and activate another small molecule of interest, white phosphorus. This new reaction leads to the firs example of the formation of an end-deck iron cyclo-P4 complex and is the subject of the third part. Finally, several iron complexes bearing dinitrogen and hydride ligand were studied in relevance with the nitrogenase enzyme. This part was an opportunity for a change toward a PCP-type ligand. The carbenic form of this ligand was reachable by double C-H activation at an intermediate Fe0 center.

Les poly (3-hydroxyalcanoate)s (PHAs) constituent une solution alternative aux plastiques issus des ressources pétrolières en raison de leur biodégradabilité et leur biocompatibilité. Cependant, les coûts de production élevés et les difficultés de mise en œuvre des PHAs ont limité leur développement à plus grande échelle. Il convient donc de modifier les PHAs afin d’accroître leurs propriétés et de développer des stratégies permettant de réduire leurs coûts de production pour permettre leur utilisation en remplacement des plastiques conventionnels. Parmi les matières premières issues des ressources renouvelables, les huiles métropolitaines de colza ou de tournesol sont des candidats intéressants pour la synthèse et la modification chimique des PHAs de par leur coût compétitif, leur biodisponibilité et leurs fonctionnalités intrinsèques. Ainsi, notre travail a porté sur réduction des coûts de production des PHAs en utilisant des substrats tels que l’huile de colza ou le glycérol. La souche sélectionnée, Haloferax mediterranei, a démontré sa capacité à biosynthétiser du PHB92HV8. Par ailleurs, nous avons développé deux approches permettant d’améliorer les performances des PHAs : la plastification par des molécules terpéniques issues des plantes et la synthèse de réseaux semi-interpénétrés (semi-IPNs) par réaction de thiolène entre l’huile de tournesol et un thiol trifonctionnel au sein d’une matrice de PHAs linéaire. L’utilisation de terpènes pour la formulation des PHAs a permis de réduire la température de mise en œuvre du polymère de 7 °C et d’augmenter sa souplesse. La synthèse d’un réseau semi-interpénétré biosourcé a permis d’améliorer la stabilité thermique des PHAs et d’augmenter leur allongement à la rupture de 2400 %. Enfin, de nouveaux matériaux biosourcés ont également été produits à partir de terpènes et d’huiles végétales, en faisant appel à un procédé simple et vert. Les matériaux obtenus, aux propriétés intéressantes en termes de flexibilité et d’élasticité ont la capacité de piéger et de libérer des molécules hydrophobes telle que la molécule d’eugénol aux propriétés antibactériennes et antifongiques. Ainsi, une large gamme de bioplastiques a été synthétisée en valorisant les huiles végétales et les PHAs, dont les propriétés variées pourraient concurrencer les plastiques actuels issus des ressources fossiles / Poly (3-hydroxyalkanoate)s (PHAs) are an alternative to petroleum-based plastics because of their biodegradability and their biocompatibility. However, the high production costs, the limited mechanical performance and the narrow processing window of PHAs have limited their development on a larger scale. It is therefore necessary to modify the PHAs in order to increase their properties and develop strategies to reduce their production costs to allow their use as replacement for conventional plastics. Among the raw materials derived from renewable resources, metropolitan rapeseed or sunflower oils are interesting candidates for the synthesis and chemical modification of PHAs because of their competitive cost, their bioavailability and their built-in functionalities. Thus, we aimed to reduce the cost productions of PHAs by using rapeseed oil and glycerol as cheap substrates. The strain, Haloferax mediterranei, has demonstrated its ability to biosynthesize a PHB92HV8. In addition, we have developed two approaches to improve the performance of PHAs: plasticization of PHAs by terpene molecules from plants and synthesis of semi-interpenetrating networks (semi-IPNs). The use of terpenes for the formulation of PHAs reduced the processing temperature of the polymer and increased its flexibility. The synthesis of a biobased semi-IPN is obtained by crosslinking sunflower oil and a trifunctional thiol, using the thiolene reaction, within a matrix of linear PHAs. The network improved the thermal stability of PHAs and increased their elongation at break of 2400%. Finally, new biobased materials were also produced from terpenes and vegetable oil, using a simple and "green" process. The resulting materials exhibited flexibility and elasticity with the ability to absorb and to release antibacterial and antifungal hydrophobic molecules such as the eugenol. Therefore, a wide range of bioplastics have been synthesized using vegetable oils, PHAs or a combination of both, with wide range of properties to compete with plastics derived from fossil resources

Ces travaux de thèse traitent de l’activation/fonctionnalisation de liaisons C-H pour la formation de dérivés d’hétéroaryles. Nous nous sommes ainsi intéressés à la réactivité de dérivés du 4-formylpyrazole pour les couplages pallado-catalysés via l’activation de liaisons C-H. La fonction formyle en C4 permet de contrôler la régiosélectivité de l’arylation. Par la suite, nous avons étudié la réactivité de 2-bromofluorènes dans ces mêmes réactions de couplage. La troisième partie se focalise sur la synthèse d’aminothiophènes et de pyrrolyl-thiophènes. L’originalité de notre approche est l’utilisation de ces composés comme précurseur dans des réactions pallado-catalysés. Enfin, la dernière partie est consacré à la réactivité du 3-bromobenzothiophène dans des réactions pallado-catalysées sans clivage de la liaison C-Br en C3 du benzothiophène. / This thesis work dealing with the activation / functionalization of CH bonds for the formation of derivatives of heteroaryl. We sum so interested in the reactivity of derivatives of 4-formylpyrazole for pallado-catalyzed via CH bond activation couplings. The formyl C4 is used to control the regioselectivity of the arylation. Subsequently, we investigated the reactivity of 2-bromofluorènes in these coupling reactions. The third part focuses on the synthesis of aminothiophenes and pyrrolyl-thiophene. The originality of our approach is the use of these compounds as a precursor in pallado-catalyzed reactions. Finally, the last part is devoted to the reactivity of 3-bromobenzothiophene in pallado-catalysed reactions without cleavage of the C-Br bond C3 benzothiophene.

Au cours de ce travail de thèse, nous avons exploré diverses propriétés des nanotubes de carbone via leurs assemblages avec des molécules d'intérêt et nous les avons mises en valeur dans des applications très variées. Dans un premier temps nous avons utilisé les nanotubes comme support pour l'élaboration d'électrodes dans les piles à combustible et plus particulièrement pour l'oxydation de l'éthanol. Nous avons développé une méthode originale et efficace visant à déposer de manière homogène des nanoparticules métalliques à la surface des nanotubes et des performances extraordinaires ont été obtenues. Nous avons également fonctionnalisé les nanotubes dans le but construire un biosenseur capable de détecter une molécule biologique. Pour cela nous avons adopté comme stratégie de greffer sur les nanotubes des molécules portant des ligands du nickel permettant ainsi l'accroche spécifique de protéine recombinantes étiquetées avec un tag histidine. Les nanotubes possèdent de propriétés électroniques que nous avons mis à profit pour construire un hybride donneur-accepteur avec un intercalant de l'ADN. Au cours de cette étude nous avons mis en œuvre différentes stratégies visant à cliver l'ADN et à mettre en évidence un transfert électronique photoinduit entre les deux entités.<br />Aussi, nous avons fonctionnalisé les nanotubes dans le but d'améliorer leurs performances pour développer de nouveaux systèmes de protection efficace de la vision. Une des approches employées repose sur la fonctionnalisation des nanotubes avec des fullerènes. Enfin, nous avons associé les nanotubes avec des séquences d'oligonucléotides capables de cibler la surface de cellules cancéreuses.

Ce travail de thèse a porté sur la modification chimique d'huiles végétales en vue de leur photopolymérisation. Une fois les huiles de départ caractérisées, elles ont été modifiées chimiquement afin d'être plus réactive lors de la polymérisation ultérieure. Deux voies d'étude ont été suivies en fonction du mécanisme de polymérisation : cationique ou radicalaire. Dans le cas de la polymérisation cationique, nous avons greffé des groupements styrèniques et des groupements éthers vinyliques pendants sur de l'huile de ricin. Bien que les résultats des greffages aient été encourageants, la polymérisation n'a pas eu lieu car les fonctions réactives greffées étaient trop diluées dans la structure de l'huile. Dans le cas de la polymérisation radicalaire, nous avons greffé des groupements acrylates soit par estérification de l'huile de ricin soit par acrylation de l'huile de soja époxydée. Les greffages ont produit des huiles possédant de nombreuses fonctions acrylates et qui ont donc été très réactives lors de la photopolymérisation. Les huiles ainsi que les films réticulés obtenus ont été caractérisés afin de mettre en évidence leurs principales propriétés.

La fixation d'un nanotube de carbone à l'extrémité d'une pointe AFM constitue une des approches privilégiées pour améliorer l'exploitation des sondes locales de force. Nous présentons ici une étude comparative de nanotubes de carbone obtenus par dépôt chimique de vapeur soit en simple ou double feuillets (diamètre typique de l'ordre de 2 à 4 nm) soit en multiples feuillets (diamètre de l'ordre de 70 nm) ancrés sur la pointe. L'étude en mode dynamique de modulation de fréquence des propriétés mécaniques des nanotubes permet de mettre en évidence la compétition entre l'adhésion du nanotube sur la surface et l'énergie élastique stockée au cours de sa déformation. En tant que nanosonde, le nanotube de carbone présente plusieurs avantages et, par le biais d'une fonctionnalisation spécifique, peut même devenir une sonde bien adaptée pour l'étude des systèmes biologiques. Nous proposons ici une méthode de mesure de la reconnaissance spécifique entre un peptide et un matériau non biologique afin d'envisager par la suite la fonctionnalisation des pointes AFM. Cette méthode exploite des nanoparticules fonctionnalisées avec des séquences d'acides aminés, synthétisées à partir de résultats d'approche de biologie moléculaire. Ces séquences peptidiques seront ensuite fixées sur une pointe AFM sur laquelle est ancré un nanotube de carbone ou sur une pointe usinée avec un faisceau d'ions focalisés. La fonctionnalisation se réalise ensuite par trempage, à l'aide d'un AFM dynamique, de la pointe oscillante dans une solution diluée de nanoparticules. Les mesures des déplacements de fréquence et de la dissipation peuvent nous indiquer comment les nanoparticules interagissent avec la pointe.

Reproduction de : Thèse de doctorat : physique : Le Mans : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.