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The aqueous speciation and hydrolysis of actinides in both the presence and absence of organic ligands has been investigated in the pH range 1 - 13. The speciation and hydrolysis of Th4+, U4+ and UO22+ with H3thme, H3tea, H3bic, H3heidi, H3NTA, H2ADA and H3cit have been investigated using various analytical techniques (1H NMR, 13C NMR, IR, UV-Vis(-nIR) spectroscopy and potentiometric titrations). The PHREEQC interactive software suite was used to predict speciation with the formation constants for various complexes calculated in the Hyperquad software suite. Formation constants of Th4+, U4+ and UO22+ hydroxide species have been calculated showing the formation of polymeric complexes. Experiments showed no complexation of actinides by H3thme and H3tea in aqueous solutions. However, 1:3 (M:L) complexation of Th4+ and U4+ was observed with H3bic along with 1:2 (M:L) complexation of UO22+. A variety of 1:1 and 1:2 (M:L) complexes were observed with H3heidi, H3NTA, H2ADA and H3cit for the actinides. Formation constants for complexes of H3NTA with Th4+ and UO22+, H2ADA with Th4+ and H3cit with UO22+ were calculated in Hyperquad. Studies of Pu3+ with H3heidi showed little complexation but 5Me-HXTAH4 showed 1:3 (M:L) speciation. Complexation of PuO22+ by saldien(Et2N)2H2 and salterpyH2 was shown and a secondary band was observed at ~944 nm after multiple days. The functionalities of organic ligands have been shown to have a profound effect on the (partial) hydrolysis of the actinides.

Les phénylpropanoïdes (PPs) constituent l'une des familles les plus abondantes des métabolites secondaires dans le règne végétal. Ils protègent les plantes contre les stress biotiques et abiotiques. De nos jours, les études portent sur l'utilisation des PPs comme alternatifs aux agents antimicrobiens, antioxydants et anti-inflammatoires de synthèse pour leur incorporation dans la formulation des produits alimentaires et pharmaceutiques. Cependant, l'utilisation de PPs est généralement limitée en raison de leur faible solubilité, stabilité et volatilité. L'objectif de notre travail a été d'encapsuler sept PPs dans des molécules cages, les cyclodextrines (CDs), en vue de développer des systèmes naturels et éco-compatibles ayant des applications potentielles dans les domaines alimentaire et pharmaceutique. Trois axes ont été abordés. Le premier axe a porté sur la préparation et la caractérisation des complexes d'inclusion CD/PP en solution et à l'état solide. Les techniques d'"headspace" couplé à la chromatographie en phase gazeuse (HS-CG), spectroscopie UV-visible, ¹H RMN, (2D) ROESY RMN, FTIR, DSC et de la modélisation moléculaire ont été utilisées comme outils pour la caractérisation des complexes obtenus. Des études de phase de solubilité ont été également réalisées. Le deuxième axe a porté sur l'évaluation de l'effet des CDs sur la photostabilité et la vitesse de libéralisation des PPs. Le dernier axe a été orienté vers l'étude des activités anti-radicalaire, antibactérienne et antifongique des complexes d'inclusion CD/PP. Les résultats montrent que les CDs sont capables d'encapsuler les PPs étudiés, réduire leur volatilité, augmenter leur solubilité et photostabilité ainsi que de générer des systèmes de libération prolongée. De plus, l'encapsulation conserve les propriétés antioxydante, antibactérienne et antifongique des PPS. Les résultats de cette étude suggèrent que les complexes d'inclusion des PPs avec les CDs peuvent être considérés comme outils prometteurs pour l'optimisation des formulations alimentaires et pharmaceutiques. / Phenylpropanoids (PPs) are one of the largest families of plants secondary metabolites. They protect plants against biotic and abiotic stresses. Nowadays, extensive research has been dedicated to PPs aiming their use as natural alternatives to synthetic antimicrobial, antioxidant and anti-inflammatory agents in food and pharmaceutical formulations. However, PPs suffer from a low water solubility, high volatility, high light and thermal sensitivity that limit their further use. This current study aimed to encapsulate seven PPs in host cage molecules, cyclodextrins (CDs), in order to develop natural and biocompatible formulation that may find applications in food and pharmaceutical fields. It focused on three main research axes. The first part dealt with the preparation and the characterization of CD/PP inclusion complexes both in solution and in solid state. Characterizations were performed with Static-Headspace-Gas Chromatography (SH-GC), UV-Visible, ¹H NMR, (2D) ROESY NMR, FTIR, DSC and molecular modeling. These investigations were complemented with phase solubility studies. The second part was devoted to the evaluation of the effect of CDs on the PPs photostability and controlled release. The last part aimed to evaluate the CD/PP inclusion complexes as radical scavengers, antibacterial and antifungal agents. Results showed that CDs could successfully encapsulate PPs, reduce their volatility, enhance their solubility and photostability and generate controlled release system. In addition, encapsulation maintained the antioxydant, antibacterial and antifungal properties of PPs. Thus, the CD/PP inclusion complexes could be considered as a promising tool for formulation optimization.

This thesis presents the basic concepts of electronic structure theory and the chemical properties of mercury. The theoretical foundation of DFT and the consequences of relativity are also introduced. The electronic structure of Hg(II) ions, [Hg(L)n(H2O)m]q (L = HO-, Cl-, HS-, S2-) has been studied. We show, in this thesis, that the charge transfer (that is calculated from the hard-soft-acid-base principle (Pearson’s principle)), the total NBO charge and the interaction energies are strongly correlated. Our studies indicate the effect of the solvent on the global electrophilicity, the charge transfer and consequently the interaction strength between Hg(II) and ligand L. The formation constants, logK, of Hg2+−complexes are calculated. The procedure that we follow in this thesis to calculate the formation constants, logK’s, are in good agreement with the extrapolated experimental values. We introduce and explain why it is important adding water molecules explicitly during the calculations of the logK. The recommended logK value of HgS is 27.2. We examined two different types of organic compounds as sensors for heavy metal ions: lumazine (Lm) and 6-thienyllumazine (TLm). We found that the simple calculation of pKa values using DFT methods and implicit solvent models failed to reproduce the experimental values. However, calculated orbital energies and gas phase acidities both indicate that the compound TLm is inherently more acidic than the parent species Lm. We demonstrate that: (1) we need to take in our consideration the population of each tautomer and conformer during the calculations of the pKa values, and (2) thienyl group has indirect effect on the acidity of the proton on N1 in the uracil ring. Last but not least, the fluorescence spectrum of the sensors (L) and their [(L)nM(H2O)m]2+ complexes (L = Lumazine (Lm) and 6-thienyllumazine (TLm) and M = Cd2+and Hg2+) are calculated using time dependent DFT (TDDFT). The results show that TDDFT is in good agreement with experimental results. This chapter provides a new concept in the design of fluorescence turn-on/off sensors that has wider applicability for other systems. Finally, we provide a summary of the works compiled in this thesis and an outlook on potential future work. / October 2015

L'incorporation d'ingrédients bioactifs dans les produits alimentaires est en plein essor. Il a été démontré que ces ingrédients possèdents des propriétés biologiques importantes permettant l'amélioration de la santé et la prévention des maladies dites de civilisations. Toutefois, l'ajout de ces molécules bioactives est dans la plupart des cas impossible ou insuffisant, du fait que ces composés ne sont que peu solubles dans les systèmes aqueux et présentent i) une stabilité limitée contre les dégradations chimique ou physique, ii) une libération non contrôlée ou une faible biodisponibilité. Face à ces contraintes, les recherches actuelles visent à élaborer des systèmes d'encapsulation efficaces pour résoudre ces problèmes de formulation. Dans notre étude, deux représentants d'ingrédients alimentaires ont été choisi : le sesquiterpène nérolidol (Ner) et le flavonoïde quercétine (Quer) présentant diverses activités biologiques mais des propriétés physicochimiques problématiques. Ainsi, l'objectif de notre travail a été d'encapsuler ces composés actifs dans les cyclodextrines (CDs), les liposomes conventionnels (LCs) et le système mixte cyclodextrine-liposomes (DCLs) afin de développer des systèmes naturels et éco-compatibles ayant des applications potentielles dans les domaines alimentaires.Trois axes ont été abordés. Le premier axe a porté sur la préparation et la caractérisation des complexes d'inclusion CD/invité en solution et à l'état solide. Les techniques de spectroscopie UV-visible, Chromatographie Liquide à Haute Performance (CLHP), Carbone Organique Total (TOC), ¹H Résonance magnétique nucléaire (RMN), 2D ROESY RMN et de la modélisation moléculaire ont été utilisées comme outils pour la caractérisation des complexes obtenus. Des études de phase de solubilité ont également été réalisées. Le deuxième axe a porté sur la préparation des LCs et DCLs par la méthode d'injection éthanolique et leur caractérisation. Les préparations des LCs encapsulant la quercétine a été réalisée à partir de phospholides naturels de jaune d'oeuf (Lipoid E80) et de soja insaturés (Lipoid S100) ou saturés (Phospholipon 90H) afin d'étudier l'effet de la composition lipidique que les caractéristiques des liposomes. La formulation optimale a été par la suite appliquée pour préparer des LCs encapsulant le nérolidol et des DCLs encapsulant les deux molécules. Ce dernier est produit par l'incorporation des complexes d'inclusion HP-β-CD/Ner (à différents rapport moléculaire CD:Ner) et SBE-β-CD/Quer dans la cavité aqueuse des liposomes. Le dernier axe a été orienté vers l'évaluation de l'effet de l'encapsulation sur les propriétés physicochimiques du nérolidol et de la quercétine (libération in vitro, photostabilité, stabilité dans les milieux gastro-intestinales, stabilité de stockage) et leur activité antioxydante. Les résultats ont montré que les CSs ont été capables d'encapsuler les composés actifs étudiés, d'augmenter leur solubilité, leur photostabilité ainsi que leur activité antioxydante. En outre, les liposomes à base de Lipoid E80 ont été trouvés majoritairement de taille nanométrique et ont conféré aux molécules une efficacité d'encapsulation (EE) élevée ainsi qu'une meilleure stabilité par rapport aux deux autres types de liposomes. De plus, la taille des DCLs ains que leur EE ont été prouvées dépendante du rapport moléculaire CD:invité. Par rapport aux LCs, les DCLs ont assuré une libération prolongée du nérolidol, ont augmenté la photostabilité des composés et la stabilité de la quercétine dans les milieux biologiques. Les résultats de cette étude suggèrent que ces systèmes peuvent être considérés comme outils prometteurs pour l'optimisation des formulations alimentaires incorporant le nérolidol et/ou la quercétine. / Phytochemicals are widely distributed secondary metabolites, divided into three major classes : terpenoids, flavonoids and alkaloids. They are shown to possess important biological properties such as anti-cancer, anti-inflammatory and anti-microbial properties. Therefore, increasing the use of these bioactive molecules in food products may reduce the risk of widespread diseases referred to as "diseases of civilization". However, their low solubility, susceptibility to degradation and their rapid release reduce their bioavailability in the human body and thus their biological effect. To solve the aforementioned physicochemical drawbacks, encapsulation systems were developed to allow the incorporation of phytochemicals in food. In this study, two food ingredients : the sesquiterpene nerolidol and the flavonol quercetin were selected du to their potent biological activities but their problematic physicochemical properties.Therfore, the aim of this work was to encapsulate these molecules into cyclodextrins (CDs), conventional liposomes (CLs) and the double systeme drug-in-cyclodextrin-in-liposomes (DCLs), in order to develop nztural and biocompatible formulations that may find applications in food fields. This project was built around three main research axes. The first part dealt with the preparation and the characterization of CD/guest inclusion complexes both in solution and in solid state. Characterizations were performed with UV-visible spectroscopy, High Performance Liquid Chromatography (HPLC), Total Oragnic Carbon (TOC), ¹H NMR, 2D ROESY NMR, and molecular modeling. These investigations were complemented with phase solubility studies.The second axis addressed the preparation of CLs ans DCLs by ethanol injection method and characterization of the vesicles. CLs encapsulating quercetin were prepared from three different types of phospholipids (Lipoid E80, Lipoid S100, Phospholipon 90H) in order to study the effect of lipid composition on the characteristics of liposomes. The optimal formulation was then selected to prepare nerolidol loaded-CLs and DCLs encapsulating the two compounds. HP-β-CD/Ner (at different CD:Ner molar ratios) and SBE-β-CD/Quer inclusion complexes were used as the aqueous phase in the DCL system. The last part focused on the effect of encapsulation on the physicochemical properties of nerolidol and quercetin (in vitro release, photostability, stability in gastro-intestinal fluids, storage stability) and their antioxidant activities. Results demonstrated that CDs could successfully encapsulate bioactive compounds, enhance their solubility , photostability and antioxidant activity. Furthermore, Lipoid E80-liposomes were nanometric in size, exhibited a high entrapment efficiency and higher stability in comparison to the other formulations. Moreover, CD:guest molar ratio influenced the size of DCLs and their encapsulation efficiency. When compared to CLs, DCLs extended the release of neridol, enhanced the photostability of both compounds ans increased the stability of quercetin in biological fluids. These results could be considered as a promising tool to achieve an optimized and efficient formulation incorporating nerolidol and quercetin in food industry.