A novel cryptand was synthesized which contained a 3,5-disubstituted-4- oxahexacyclo[5.4.1.02,6.03,10.05,9.08,11] dodecane "cage" moiety. In alkali metal picrate extraction experiments the cryptand exhibited high avidity towards Rb+ and Cs+, when compared with the corresponding model compound. A computational study of a series of cage-functionalized cryptands and their alkali metal-complexes was performed. The X-ray crystal structure of a K+-complexed bis-cage-annulated 20-crown-6 was obtained. The associated picrate anion was found to be intimately involved in stabilization of the host-guest complex. The interaction energy between the host-guest complex and picrate anion has been calculated, and the energy thereby obtained has been corrected for basis set superposition error.

Les cryptophanes constituent une famille de molécules chirales qui comportent une cavité dans laquelle elles peuvent accueillir des espèces invitées de taille et de nature variables (halogénométhanes, xénon, cations). Nous nous sommes intéressés aux propriétés d’encapsulation présentées par trois espèces solubles dans l’eau : le cryptophane-A hexa-hydroxyle, le cryptophane-A penta-hydroxyle et le cryptophane-A hexa-acide carboxylique. La chiralité de ces systèmes a été utilisée pour en étudier les propriétés de complexation au moyen de techniques chiroptiques : la polarimétrie, le dichroïsme circulaire électronique (ECD) et le dichroïsme circulaire vibrationnel (VCD), cette dernière technique étant associée à des calculs de chimie théorique. Les effets de différents paramètres, tels que le pH de la solution et la nature des contre-ions, sur la complexation de molécules invitées ont été analysés. Les modifications conformationnelles induites sur les cryptophanes lors de l'encapsulation ont également été déterminées. De plus, des propriétés d'énantiodiscrimination de ces cryptophanes hydrosolubles énantiopurs vis-à-vis de petites molécules invitées chirales ont été mises en évidence. Enfin, ces cryptophanes ont montré une affinité exceptionnelle pour le cation césium Cs+ en solution aqueuse. Ces deux derniers résultats permettent d’envisager des applications intéressantes de ces systèmes en chromatographie chirale d’une part, et en chimie de l’environnement pour la détection de césium radioactif d’autre part. / Cryptophanes derivatives are a family of chiral molecules containing a cavity which enables them to encapsulate guest species with variable size and nature (halogenomethanes, xenon, cations). We have been interested in the encapsulation properties of three different water soluble cryptophanes: hexa-hydroxyl cryptophane-A, penta-hydroxyl cryptophane-A and hexa-carboxylic acid cryptophane-A. The chirality of these systems have been exploited to study their complexation properties using chiroptical techniques: polarimetry, electronic circular dichroism (ECD) and vibrational circular dichroism (VCD), the latter being associated with theoretical calculations. The effects of different parameters such as the pH of the solution and the nature of the counter-ions on the complexation of guest molecules have been analyzed. The conformational changes induced on the cryptophanes upon encapsulation have been also determined. In addition, enantiodiscrimination properties of these enantiopure water soluble cryptophanes toward small chiral guest molecules have been evidenced. Finally, these cryptophanes have shown an exceptional affinity for the cesium cation Cs+ in aqueous solution. These last two results allow to consider interesting applications of these systems in chiral chromatography and environmental chemistry, in particular for the detection of radioactive cesium, respectively.

Ce travail de thèse concerne le développement de nouvelles architectures hôte et invité à base de polysaccharide et leur application dans la conception de nanoparticules molles à structure hiérarchique et d’hydrogels supramoléculaires pour l’encapsulation et la libération de médicaments. Dans la première partie du manuscrit, nous décrivons une voie de synthèse de polymères hôtes et invités comprenant des chaînons espaceurs poly(éthylène glycol) hydrophile (PEG) entre le squelette de dextrane et soit le groupement b-cyclodextrine (bCD)(polymère hôte) ou le groupement adamantane (Ada) (polymère invité). La présence des bras espaceurs PEG a conduit à une amélioration substantielle de la disponibilité des groupes Ada du polymère invité par rapport à la situation avec un bras espaceur court et hydrophobe. Nous avons ensuite étudié la formation de nanoassemblages entre les différents types de polymères hôtes et invités. Une fois de plus, les espaceurs PEG ont eu un impact significatif sur la taille et la structure interne des nanoassemblages. La deuxième partie de ce travail décrit la synthèse d’une nouvelle série de dextranes greffés par des chaînons PEG et Ada, préparés par réactions de cycloaddition d'azoture-alcyne catalysées le cuivre (I) (CuAAC). Les degrés substitution (DS) en chaînons PEG greffés (5000 g/mole) sont de l’ordre de 20 mol.% tandis que les DS par les groupements Ada sont variés de 0 à 10 mol.%. L’affinité de ces polymères pour la bCD native, ainsi que leur capacité à former des couches superficielles avec des polymères de b-cyclodextrine (pbCD et pbCDN+), s'avèrent dépendre fortement du DS en groupements Ada, ce qui résulte de la coopérativité des interactions impliquées. Dans la dernière partie, nous avons décrit une stratégie de modification non covalente de microgels sensibles à la température à base de poly (N- isopropylacrylamide) (pNIPAm), pour les recouvrir d’une couronne de pbCDN+. Cette stratégie s'appuie sur l’auto-assemblage électrostatique entre pbCDN+ et les chaînes de poly(acide acrylique) chargés négativement (pAAc) et greffées à la surface des microgels. Dans le cas d’une charge globalement neutre des microgels pNIPAm/bCDN, la stabilisation colloïdale a pu être réalisée à l’aide de dextranes greffés (PEG, Ada) en utilisant une procédure d’assemblage hiérarchique. Enfin, à l'aide de dextrane modifié par des groupements Ada (DT-Ada), les microgels pNIPAm/bCDN ont pu être associés pour produire des hydrogels 3D hiérarchiques (10wt %). Leur température de transition sol-gel est décalée vers le bas pour atteindre la gamme des températures physiologiques (37-41°C) par rapport à celle observée dans un hydrogel hôte-invité uniforme bCDN/DT-Ada (51°C) / This PhD work is based on the development of new architectures of polysaccharide-based host and guest polymers and their application in the design of hierarchically structured soft nanoparticles and supramolecular hydrogels with interesting drug delivery profiles. In the first section of the manuscript we describe a synthetic pathway to host and guest polymers with hydrophilic poly(ethylene glycol) PEG spacer between the dextran backbone and either b-cyclodextrin (bCD) host or adamantane (Ada) guest grafted groups. The presence of the PEG spacer led to a substantial improvement of the availability of Ada groups of the guest polymer as compared to its counterpart, where Ada are linked to the backbone with a short hydrophobic spacer. This was followed by the study of nanoassemblies formation between the different types of host and guest polymers. Once again, PEG spacer had a significant impact on the size and internal structure of the resulting nanoassemblies. The second part of this work describes synthesis of a series of new (PEG, Ada)-grafted dextrans prepared by copper(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC). The degrees of substitution (DS) by PEG grafts (5000 g/mole) are close to 20 mol% while the DS by Ada-groups are varied from 0 to 10 mol.%. The affinity of these polymers to monomeric bCD, as well as their ability to form superficial layers with b-cyclodextrin polymers (pbCD, pbCDN+), are strongly dependent on the DS by Ada, giving an indication of cooperativity effects between them. In the last part we described a strategy to a non-covalent modification of thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) (pNIPAm)-based microgels with a pbCDN+ host polymer shell. It uses on electrostatic self-assembly between pbCDN+ and negatively charged poly(acrylic acid) (pAAc) chains grafted to the surface of microgels. The resulting pNIPAm/bCDN microgels with neutral overall charge could be colloidally stabilized with (PEG, Ada)-grafted dextrans via a hierarchical self-assembly procedure. Finally, using Ada-modified dextrans (DT-Ada), pNIPAm/bCDN microgels could be physically cross-linked to yield hierarchical 3D hydrogels (at 10 wt%). Their gel-sol transition temperature is shifted down to the physiological temperature range (37-41°C) as compared to uniform pbCDN/DT-Ada host-guest hydrogels (51°C