La première partie de ce travail traite de la macrocyclisation photochimique. Les macrocycles nécessitent de conditions de dilution élevées, avec de grandes quantités de solvant, généralement incompatibles avec les conditions photocatalytiques en raison de l'absorption de la lumière par le solvant. Pour remédier à ce problème, notre groupe a développé un réacteur hybride pour l'oxydation aérobique photocatalytique des thiols en disulfures dans des conditions de flux continu. Les travaux antérieurs comprenaient une etendue de réaction contenant plusieurs exemples utilisant des molécules de liaison “linker” octanediol, PEG et haloaromatiques, ainsi que des peptides macrocycliques contenant jusqu'à quatre acides aminés. L’étendue ne comprenait toutefois pas les linkers dérivés de molécules atropisomères, comme le BINOL, ni de peptides macrocycliques plus grands dérivés de chaînes d'acides aminés plus longues. Le chapitre 1 présentera les concepts de macrocycles et de photochimie, tandis que le chapitre 2 décrira la chimie de flux et les recherches du Dr Émilie Morin sur la macrocyclisation à l'aide du réacteur hybride. Le chapitre 3 traite de la tentative de synthèse, finalement réussie, d'un macrocycle destiné à élargir le champ des macrocycles pouvant être préparés à l'aide du réacteur hybride. La deuxième partie de ce travail traite des réactions thiol-yne des sulfures d'alcynyle. Les réactions thiol-yne ont de nombreuses applications, notamment dans la chimie des polymères et la macrocyclisation. Les réactions thiol-yne peuvent se dérouler par des voies radicalaires rendues possibles par la photocatalyse à la lumière visible. Cependant, les réactions thiol-yne sont généralement réalisées avec des thiols et des alcynes terminaux. Les alcynes internes représentent un plus grand défi en raison de l'absence de régiocontrôle, mais les sulfures d'alcynyle constituent une solution viable au problème en polarisant la triple liaison de l'alcyne et en offrant une réactivité et une régiosélectivité améliorées par rapport à leurs homologues "tout carbone". Le chapitre 4 présentera les réactions thiol-yne et les différents mécanismes qui y sont associés, ainsi que les sulfures d'alkyles et les méthodes de leur synthèse. Le chapitre 5 présentera les recherches effectuées sur les réactions thiol-yne photocatalytiques des sulfures d'alcynyle. / The first section of the present work deals with photochemical macrocyclization. Macrocyclic peptides are important molecules in the pharmaceutical domain for numerous reasons. Macrocyclizations require high dilution conditions, i.e., large amounts of solvent, typically incompatible with photocatalytic conditions due to the absorption of light by the solvent. To remedy the problem, our group developed a hybrid reactor for the photocatalytic aerobic oxidation of thiols into disulfides in flow conditions. Prior work included a scope containing several examples using octanediol, PEG, and haloaromatic linker molecules, and of macrocyclic peptides containing up to four amino acids. Lacking in the scope, however, were linkers derived from atropisomeric molecules like BINOL and larger macrocyclic peptides derived from longer amino acid chains. Chapter 1 will introduce the concepts of macrocycles and photochemistry, while Chapter 2 will describe flow chemistry and the research of Dr. Émilie Morin on macrocyclization using the hybrid reactor. Chapter 3 will discuss the attempted, and ultimately successful, synthesis of a macrocycle intended to further the scope of macrocycles that can be prepared using the hybrid reactor. The second section of the present work deals with thiol-yne reactions of alkynyl sulfides. Thiol-yne reactions have many applications including use in polymer chemistry and in macrocyclization. Thiol-yne reactions can proceed via radical-mediated pathways made possible with visible light photocatalysis. However, thiol-yne reactions are typically accomplished with thiols and terminal alkynes. Internal alkynes would offer a greater challenge due to the lack of regiocontrol, but alkynyl sulfides present a viable solution to the problem by polarizing the triple bond of the alkyne and offering improved reactivity and regioselectivity over “all-carbon” counterparts. Chapter 4 will introduce thiol-yne reactions and different mechanisms associated with them, as well as alkynyl sulfides and methods for their synthesis. Chapter 5 will present the research done on photocatalytic thiol-yne reactions of alkynyl sulfides.

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This thesis describes the design, synthesis and reactivity of bimetallic complexes of doubly-pillared Schiff-base calixpyrrole ligands. Chapter One introduces the oxygen reduction reaction in light of the global energy scenario at present and in the future. Compounds and materials known to catalyse this reaction are discussed, with particular focus on transition metal complexes of pyrrole-containing macrocycles and the ability of these compounds to act as catalysts in redox reactions. Chapter Two describes the design and synthesis of several of the macrocyclic ligands developed during this project. The wide range of metals and geometries supported by one of the ligands, H4L, are outlined and include complexes of alkali-metals (Li, K), a rare earth metal (Mg), transition metals (Pd, Fe) and an actinide (UO2 2+). Chapter Three presents the use of [Co2(L)] for the reduction of dioxygen to water. The redox behaviour of the complex and its ability to reversibly bind oxygen were evaluated. The catalytic activity of [Co2(L)] was investigated in solution by UV-Vis spectrophotometry and electrochemically by rotating ring-disk electrochemistry. In Chapter Four, the ability of [Zn2(L)] to bind anions is described. Isothermal microcalorimetry, NMR, UV-Visible spectrophotometry, and fluorophotometry were used to study the de-aggregation of the anion free complex and the subsequent anion binding event. The stability of the complexes was estimated by DFT calculations. Chapter Five outlines the synthesis of complexes of L for other transition metals relevant to small molecule activation. Chapter Six contains a conclusion and suggestions on further investigations to carry out. Chapter Seven presents the full experimental details and analytical data for this work.

Aquesta Tesi Doctoral està dividida en diferents capítols tots ells basats en aplicacions de macrocicles nitrogenats triolefínics de 15 membres i dels seus complexos amb metalls de transició. En primer lloc es descriu l'aplicació d'un complex macrocíclic ferrocenílic de Pd0 com a catalitzador en reaccions de Mizoroki-Heck i Suzuki emprant sals de diazoni com a agents arilants. Aquest catalitzador va proporcionar bons rendiments de productes i va poder ser recuperat i reutilitzat, essent el primer sistema catalític reciclable descrit en la reacció de Mizoroki-Heck amb sals de diazoni. La metodologia es va estendre de forma efectiva a alcohols al·lílics, però en no ser possible recuperar el catalitzador macrocíclic, es va emprar Pd(dba)2.Posteriorment es van preparar estructures macromoleculars mitjançant la introducció de diferents unitats macrocícliques sobre un espaiador. La complexació d'aquestes estructures va permetre preparar complexos tant homo (Pd0) com heterometàl·lics (Pd0, Pt0) amb bons rendiments. Els complexos homometàl·lics van resultar ser bons catalitzadors en reaccions de Suzuki i fàcilment recuperables per simple filtració.En una última part, es van preparar nous macrocicles triolefínics contenint d'un a tres grups amino lliures en l'estructura mitjançant la utilització del grup protector (2-trimetilsilil)etansulfonil (SES). Aquesta modificació estructural va permetre ampliar la capacitat coordinant dels macrocicles a altres metalls de transició, com el PdII, possibilitant noves aplicacions. Concretament es va aplicar el lligand contenint un sol grup amino lliure al reconeixement, transport i preconcentració de PdII i PtIV continguts en dissolucions aquoses. / The present work has been organized in different chapters all related with applications of 15-membered N-containing triolefinic macrocycles and their complexes with transition metals. Firstly, the application of a ferrocenylic macrocyclic complex as catalyst in Mizoroki-Heck and Suzuki reactions using diazonium salts was described. This catalyst afforded good yields of products and it could be recovered and reused. In addition, it was the first catalytic system described in the literature in Mizoroki-Heck reactions using diazonium salts. The methodology was extended effectively to allylic alcohols, but since the catalyst could not be recovered, Pd(dba)2 was used.Then, macromolecular structures containing different macrocyclic units were prepared using a suitable building-block. The complexation of these compounds permitted the preparation of homo (Pd0) and heterometallic (Pd0, Pt0) complexes in high yields. Homometallic complexes were effective and easily recoverable catalysts in Suzuki couplings.Finally, new macrocyclic ligands containing one to three NH groups were prepared by using SES protective group. This structural modification extended the coordination properties of these ligands to other metals, such us PdII, allowing new applications. In this sense, the ligand contaning one NH group was used as agent in recognition, transport and preconcentration of PdII and PtIV contained in aqueous solutions.

La síntesi i caracterització estructural d'un nou tipus de macrocicles nitrogenats de 15, 20 i 25 membres, els quals contenen triples i dobles enllaços i diferents unitats aríliques a la seva estructura, ha estat estudiada. S'han preparat els complexos de pal·ladi(0) dels corresponents macrocicles poliinsaturats de 15 membres, els quals són estables a l'aire i a la humitat i en alguns casos presenten quiralitat. La seva caracterització completa s'ha portat a terme mitjançant RMN i difracció de raigs-X. S'ha estudiat també la reacció de cicloisomerització d'aquests macrocicles emprant diferents catalitzadors basats en metalls de transició, observant-se que el catalitzador de Wilkinson, de rodi(I), és el que ha donat més bons resultats. Finalment, s'ha realitzat una introducció a l'estudi del mecanisme d'aquest tipus de reaccions mitjançant ESI-MS, així com també un estudi inicial de la reacció de cicloisomerització enantioselectiva. / The synthesis and structural analysis of a new type of 15-, 20- and 25-membered nitrogen-containing polyunsaturated macrocycles has been carried out. Palladium(0) complexes of 15-membered polyunsaturated azamacrocycles, which are air and moisture stable and in some cases present chirality, has been prepared and fully caracterized by means of NMR spectroscopy and X-ray diffraction. The cycloisomerization reaction of these macrocycles using different catalysts based in different transition metals has been studied. It was observed that Wilkinson's catalyst (rhodium(I) catalyst) gave the best results. A brief look at the mechanism of cyclotrimerization reaction by means of ESI-MS has been carried out. Finally, an introduction in the study of the enantioselective cycloisomerization reaction of these macrocycles has been done.

XXI olimpinės žiemos žaidynės, vykusios 2010 metais Kanados Vankuverio mieste buvo jau šeštos, kuriose startavo Lietuvos sportininkai. XIX olimpinėse žiemos žaidynėse Solt Leik Sityje 2002 metais pirmą kartą į slidinėjimo lenktynių programą buvo įtrauktos sprinto lenktynės, o XX olimpinėse žiemos žaidynėse Turine buvo vykdomos individualios ir komandinės sprinto lenktynės. Vankuverio žiemos olimpinėse žaidynėse Lietuvos slidininkai pirmą kartą startavo komandinio sprinto rungtyje. Šioms sprinto rungtims Lietuvos slidininkai rengėsi specialiai, vykdydami programoje „Vankuveris-2010“ numatytus uždavinius. Vankuverio žiemos olimpinėse žaidynėse tiriamųjų slidininkų sprinterių pasiekti rezultatai sprinto distancijose buvo įvertinti patenkinamai. Tyrimo tikslas ir uždaviniai - ištirti Lietuvos didelio meistriškumo slidininkų sprinterių rengimo ypatumus metiniu priešolimpiniu ciklu, nustatyti Lietuvos slidininkų sprinterių fizinio išsivystymo, fizinių ir funkcinių galių rodiklių kaitą metiniu rengimosi ciklu, apibendrinti Lietuvos slidininkų sprinterių varžybų sezono rezultatus. Slidininkų sprinterių rengimo technologija iš esmės skiriasi nuo slidininkų rengimosi ilgesniems nuotoliams. Visgi tai reikėtų pagrįsti moksliniais tyrimais. Buvo organizuotas dviejų Lietuvos slidininkų sprinterių veiklos tyrimas. Išanalizuotas fizinis krūvis, atliktas metiniu treniruočių ciklu. Atskirų mezociklų veiksmingumui įvertinti buvo atliekami laboratoriniai tyrimai. Buvo matuojami fizinio... [toliau žr. visą tekstą] / XXI Olympic Winter Games were held in 2010 in Vancouver, Canada. That was already the sixth Games for the Lithuanian athletes. First time individual sprint was included in the cross-country skiing program in XIX Olympic Winter Games in Salt Lake City in 2002, after four years in XX Olympic Winter Games in Turin the cross-country skiing program had two sprint events: individual and team sprint. Lithuanian cross-country skiers first time took part in the team sprint event in Vancouver Winter Olympics Games. Lithuanian skiers were prepared specifically for the performance of the program "Vancouver-2010" objectives. The results of the Lithuanian skiers in individual and team sprints events in Vancouver Winter Olympics were assessed as satisfactory. The aims and objectives of research - to explore the cross-country skiing training program features of Lithuanian athletes in the last training macrocycle before Olympics, to estimate changes of physical and functional characteristics of Lithuanian cross-country skier’s sprinters physical development on preparations for the macrocycle, and summarize the results of Lithuanian skiers. Training Technology of cross-country skiers sprinters is basically different than cross-country skiers of longer distant. However, it should be based on scientific research. Sports action research of two Lithuanian cross-country skiers’ sprinters was organized. physical activity of training macrocycle were analyzed. Laboratory tests were conducted to... [to full text]

Rotaxanes and porphyrins are two particularly active fields of research in chemistry. However,molecules that combine the interesting properties of these types of structures are not so common. In this thesis we describe new porphyrin-based multi-rotaxanes, whose syntheses constitute interesting challenges.Porphyrins linked to two or four coordinating macrocycles were synthesised. The "gathering-andthreading" effect of copper(I) was used to thread molecular rods through the rings; the subsequent introduction of stoppers led to the formation of rotaxanes. In the case of the porphyrinic bis-macrocycle a [4]rotaxane was obtained. Host/guest complexation studies with rigid nitrogen ligands showed that the rotaxane behaves as a distensible molecular receptor that can adopt an "inflated" or "deflated" conformation and adjust its shape to the size of the guest. In the case of the porphyrinic tetra-macrocycle the formation of a [3]rotaxane of novel architecture was observed.The synthesis of a new, more rigid bis-macrocycle is in progress. This compound will be used for the construction of a [4]rotaxane that could act as a molecular press able to change the conformation of a guest substrate by compression.

Les systèmes moléculaires sont constitués d'unités distinctes, qui se coordonnent pour permettre l'émergence d'une propriété, ou d'un comportement complexe. Les molécules entrelacées, et notamment les rotaxanes, sont des composés particulièrement adaptés à la réalisation de tels systèmes, en raison de la liaison mécanique qui les caractérise. Grâce au développement impressionnant des stratégies de synthèse permettant d'accéder de façon efficace à diverses architectures entrelacées, de nombreux systèmes fonctionnels ont été développés, et nous nous proposons d'enrichir ce panel à travers trois exemples.Nous avons élaboré le premier rotaxane enzymo-sensible capable de libérer sélectivement un agent anticancéreux, grâce aux actions successives de deux hydrolases. L'originalité de ce système réside dans l'ouverture contrôlée du macrocycle, qui conduit au désassemblage des constituants entrelacés. Notre rotaxane enzymo-sensible est stable dans le plasma et déclenche de façon autonome l'activité du paclitaxel au sein des cellules cancéreuses.Dans un deuxième temps, nous avons étudié la synthèse stéréosélective de rotaxanes présentant une chiralité mécanique et ses applications dans le cadre du contrôle du mouvement à l'échelle moléculaire.Enfin, le dernier projet concerne le développement d'un système moléculaire capable de mimer le fonctionnement d'une enzyme. Ce système doit être en mesure de fonctionner de façon catalytique au sein d'un mélange pour conduire à la formation sélective d'une molécule parmi une multitude de possibilités. / Molecular systems are composed of distinct units that coordinate to allow the emergence of a property, or a complex behavior. Within this framework, the design of functional interlocked molecules programmed to perform specific tasks in response to an external stimulus has received considerable attention. The main goal of this thesis is to enrich this field of research through the study of three novel such functional systems. First of all, we developed the first enzyme-sensitive [2]rotaxane designed to release a potent anticancer drug within tumor cells. The molecular device includes a protective ring that prevents the premature liberation of the drug in plasma. However, once located inside cancer cells the [2]rotaxane leads to the release of the drug through the controlled disassembly of the mechanically interlocked components, in response to a determined sequence of two distinct enzymatic activations.We also studied the stereoselective synthesis of chiral rotaxanes with the aim to control the direction of the motion at molecular level. These [2]rotaxanes include a thread with two identical triazole stations that can interact with an unsymmetrical fluorinated macrocycle in the presence of cupper (I). We demonstrated that the interaction of the macrocycle with one or the other of the stations lead to the synthesis of two mechanical diastereoisomers.Finally, we attempted to develop a molecular system able to mimic the operation of an enzyme in a complex mixture. This system was designed to allow the selective formation of one particular molecule among several other possibilities in a catalytic way.

Inorganic macrocycles have stimulated interest in recent years for their magnetic properties, their associated host-guest chemistry and their aesthetically appealing structures. These characteristics have led to suggestions that they could be exploited for the purposes of ion recognition, catalysis, as single molecule magnets, MRI agents, antibacterial agents and as part of larger architectures in a molecular machine. This thesis explores the properties of a group of chromium(III) macrocycles, with functionality tailored towards different pursuits. Firstly the magnetic properties of a newly synthesised family of ring dimers are investigated. The nature of magnetic exchange within each ring leads to a net electronic spin which, it has been proposed, could represent a quantum binary digit within a quantum information processing system. By linking together pairs of rings, the degree of inter ring communication can be determined. Such interactions are important for the correlation of spin as initiation of quantum entanglement, a pre-requisite for quantum computing. The rings can also act as fluoro-metallocrowns, hosting the molecule which templated their formation. A range of rings with different guests are synthesised and their solid and solution state structures are explored. On templating about bulky dialkyl amines hybrid organic-inorganic rotaxanes are formed where the guest is fixed. In contrast when using small amines and alkali metals, exchange of guests is possible. The dynamics of all of these systems are investigated with proton NMR, quite remarkable for such highly paramagnetic complexes.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’étude de plateformes polyphénoliques et, plus spécifiquement, des calixarènes. Des macrocycles oligomériques tels que les calixarènes, cyclodextrines, cyclotrivératrylènes, pillararènes, etc. sont fortement utilisés dans de nombreuses applications telles que la reconnaissance moléculaire, la détection, la séparation, le greffage sur surface, etc. Le développement de telles applications requiert toutefois modification sélective de ces macrocycles pour leur conférer des propriétés utiles aux applications visées (e.g. affinité envers certaines espèces chimiques, hydrosolubilité, activité photoluminescente). La modification sélective de tels macrocycles oligomériques est cependant loin d’être triviale car, en plus de requérir un contrôle des chimio- régio- et stéréosélectivités classiques, la réaction d’un nombre défini de fonctions identiques est une problématique clé qui doit être résolue. En effet, la fonctionnalisation des oligomères cycliques tels que les calixarènes passe par la formation de produits mono-, di-, tri-fonctionnalisés, et ainsi de suite de manière itérative. Par analogie avec des processus itératifs, nous avons proposé le terme « itérosélectivité » pour décrire la sélectivité qui gouverne le nombre de transformations chimiques répétées. Dans ce contexte, nous avons proposé des stratégies rationnelles et hautement sélectives pour la fonctionnalisation de calixarènes. Ces stratégies exploitent principalement des réactions de carbamatation pour introduire sélectivement des groupements tert-butylaminocarbonyle (Bac) sur les positions phénoliques des calixarènes. Citons notamment la carbamatation « all-but-one » qui permet d’introduire itérosélectivement des groupements Bac sur tous les phénols sauf un pour une grande variété de calixarènes. De plus, l’utilisation de ces groupements Bac comme groupe protecteur nous a permis de synthétiser de nombreux dérivés calixaréniques jusqu’alors inaccessibles suivant les voies de fonctionnalisation connues. Certains de ces composés présentent notamment une chiralité inhérente. En dehors de nos travaux, aucune voie de fonctionnalisation sélective de calixarènes décrite à ce jour n’est aussi générale et efficace. Nous avons également présenté une nouvelle voie d’oxydation de calixarènes en calixquinones. Cette voie présente moins de risques pour la santé et l’environnement que la méthode la plus couramment utilisée à ce jour employant un sel de thallium, métal extrêmement toxique. Les différents aspects synthétiques développés ont permis de synthétiser des boites moléculaires originales dérivées de calixarènes qui ont été étudiées pour leurs propriétés intéressantes dans le cadre de la reconnaissance sélective de petites molécules dont l’eau et le DMSO, ainsi que le piégeage de gaz à l’état solide dont l’hexafluorure de soufre qui est le gaz à effet de serre le plus puissant répertorié à ce jour. Pour finir, la caractérisation poussée d’une bibliothèque de dérivés calixaréniques par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire a permis de décrire une méthode générale pour la caractérisation structurale et conformationnelle des calixarènes. / This work concerns the study of polyphenolic platforms, and more particularly, of calixarenes. Oligomeric macrocycles such as calixarenes, cyclodextrins, cyclotriveratrylenes, pillararenes, etc. are widely used as molecular platforms in supramolecular chemistry and in particular for the design of sensors, catalysts, multivalent systems, biomimetic receptors, etc. In general, the synthesis of such supramolecular systems requires the controlled introduction of functional groups on the precursor platform. However, the development of efficient methods for selective modification of macrocyclic oligomers remains extremely challenging. Indeed, in addition to the control of the classical chemo-, regio-, and stereoselectivities, the reaction of a defined number of identical functional groups is a key issue that must be solved. Indeed, the functionalization of oligomeric macrocycles such as calixarenes goes through the formation of mono-, di, tri-functionalized products and so on, iteratively. By analogy with iterative processes, we proposed to name “iteroselectivity” the kind of selectivity that governs the number of repeating chemical transformations. In this context, we proposed rational and highly selective strategies for the functionalization of calixarenes. These strategies are mainly based on the carbamatation of calixarene phenolic functions to introduce tert-butylaminocarbonyl groups (i.e. Bac groups). Our leading example is the “all-but-one” carbamatation which can be used to introduce Bac groups on all but one phenol of a large variety of calixarenes. Moreover, using Bac groups as protecting groups led to the synthesis of numerous calixarene derivatives which were, until now, not accessible through conventional means. It is noteworthy that some of these compounds are inherently chiral. No other selective functionalization method described for calixarenes is as general and efficient than this “all-but-one” carbamatation. Besides, we also described a new oxidation method to synthesize calixquinone starting from calixarenes. This method is less risky and more environment-friendly than the most commonly used method which rely on thallium salts, an extremely toxic metal. Through the various synthetic methods developed herein, we also developed calixarene-based molecular boxes. The host–guest properties of these molecular boxes were studied revealing their ability to include small molecules such as water or DMSO. We also developed a method to sequester gases in the solid state relying on an original concept involving calix[6]arene-based molecular boxes. This was exemplified with the sequestration of SF6, known as the most potent greenhouse gas. At last, the extensive characterization of a library of calixarene derivatives by nuclear magnetic resonance spectroscopy led to the development of a general method for the structural and conformational characterization of calixarenes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished