Directed assembly of molecular solids continues to attract widespread interest with its fundamental application in a wide range of commercial settings where control of the crystalline state of materials corresponds with product performance. These arenas include pharmaceuticals, personal care formulations, foods, paints and pigments and explosives. In recent times, the assembly of multicomponent organic systems has achieved considerable impetus with the widespread interest in co-crystal systems. However, cogent assembly (or engineering) of multicomponent materials is still in its infancy. Considerable advances in crystal design have been made through consideration of intermolecular ‘synthons’ – identifiable motifs utilising hydrogen bonds – but the translation of other molecular information (conformation, chirality, etc.) into solid state properties (e.g. long-range (translational) symmetry, crystal chirality) remains poorly understood. In this study, we have attempted to evaluate the influence of a chiral centre adjacent to molecular synthons to identify potential translation of information into the solid form. We have compared the co-crystallisation of nicotinamide with both the racemic mixture of malic acid against that with an enantiomerically pure form of the acid (L-malic acid). As well as DL-phenyllactic acid and L-phenyllactic acid. iii It is apparent that recognition between enantiomeric molecular forms play a significant role in the assembly of these systems. This mechanism can be considered independently from the H-bonding networks supporting the hetero-molecular interactions (e.g. acid-amide recognition). Discrimination and control of such interactions may play a role in transmitting chiral molecular information into solid state multi-component assemblies. In order to develop an understanding of co-crystal formation in chiral and achiral forms with intermolecular interactions, the CSD and crystal structures were obtained to do the analysis of how co-crystals pack. This study has also investigated the use of boronic acids. The aim of this study was to investigate the modification of the hydrogen bonding environment within the hydrogen bonded multi-component systems of boroxines. The study also attempted to determine how the starting materials drive the systems between the boronic acid co-crystal and the boroxine adduct.

Directed assembly of molecular solids continues to attract widespread interest with its fundamental application in a wide range of commercial settings where control of the crystalline state of materials corresponds with product performance. These arenas include pharmaceuticals, personal care formulations, foods, paints and pigments and explosives. In recent times, the assembly of multicomponent organic systems has achieved considerable impetus with the widespread interest in co-crystal systems. However, cogent assembly (or engineering) of multicomponent materials is still in its infancy. Considerable advances in crystal design have been made through consideration of intermolecular ‘synthons’ – identifiable motifs utilising hydrogen bonds – but the translation of other molecular information (conformation, chirality, etc.) into solid state properties (e.g. long-range (translational) symmetry, crystal chirality) remains poorly understood. In this study, we have attempted to evaluate the influence of a chiral centre adjacent to molecular synthons to identify potential translation of information into the solid form. We have compared the co-crystallisation of nicotinamide with both the racemic mixture of malic acid against that with an enantiomerically pure form of the acid (L-malic acid). As well as DL-phenyllactic acid and L-phenyllactic acid. iii It is apparent that recognition between enantiomeric molecular forms play a significant role in the assembly of these systems. This mechanism can be considered independently from the H-bonding networks supporting the hetero-molecular interactions (e.g. acid-amide recognition). Discrimination and control of such interactions may play a role in transmitting chiral molecular information into solid state multi-component assemblies. In order to develop an understanding of co-crystal formation in chiral and achiral forms with intermolecular interactions, the CSD and crystal structures were obtained to do the analysis of how co-crystals pack. This study has also investigated the use of boronic acids. The aim of this study was to investigate the modification of the hydrogen bonding environment within the hydrogen bonded multi-component systems of boroxines. The study also attempted to determine how the starting materials drive the systems between the boronic acid co-crystal and the boroxine adduct.

Peptide fusion tags are fundamental for the identification, detection, and capture of proteins in biological assays. Commonly used peptide fusion tags rely on temporary non-covalent interactions for binding, which can put constraints on assay sensitivity. Here, peptide fusion tags were developed that could specifically interact with protein binding partners via spontaneous and irreversible isopeptide bond formation. To develop covalently interacting peptide-protein pairs, outer-membrane proteins from Gram-positive bacteria that form autocatalyzed intramolecular isopeptide bonds were dissected to generate a short peptide fragment and a protein binding partner. Initially, the major pilin subunit Spy0128 from Streptococcus pyogenes was split to develop the 16 residue isopeptag peptide and the 31 kDa pilin-C protein partner. The isopeptag:pilin-C pair were able to react via spontaneous isopeptide bond formation between an Asn residue in isopeptag and a Lys residue in pilin-C without the requirement for any accessory factors, and with a yield of 60% after a 72 hr reaction. Reconstitution between the isopeptag:pilin-C pair was robust and occurred under all biologically relevant conditions tested, and also in the complex environment of a bacterial cytosol and on the surface of mammalian cells. A similar approach was also used to dissect the small CnaB2 domain that is part of the large FbaB fibronectin-binding protein from S. pyogenes. This led to the development of a more efficient peptide-protein pair, which was rationally modified to generate the highly optimized SpyTag:SpyCatcher pair. SpyTag is a 13 amino acid peptide with a reactive Asp that forms a spontaneous intermolecular isopeptide bond with a Lys present in the 12 kDa SpyCatcher binding partner. In a reaction with SpyTag, over 40% of SpyCatcher was depleted after 1 min and SpyCatcher could no longer be detected after 2 hr. The SpyTag and SpyCatcher reaction did not require any accessory factors and proceeded efficiently at a range of biologically relevant temperatures, pH values, concentrations, buffer compositions, and in the presence of commonly used detergents. The SpyTag:SpyCatcher technology was also used for specific cell surface labelling on mammalian cell membranes. SpyTag and SpyCatcher are both composed of the regular 20 amino acids and can therefore be genetically encoded as fusion constructs for a variety of in vitro and in vivo applications. Potential applications of the SpyTag:SpyCatcher technology include specific cell surface labelling, the development of novel protein architectures, and the covalent and irreversible capture of target proteins in biological assays.

Le protéasome 26S est une macromolécule impliquée dans la dégradation de la majorité des protéines cellulaires. Parmi ces protéines, il y a les différents régulateurs de processus cruciaux tels que les protéines responsables de la progression du cycle cellulaire, de l’apoptose, des réponses inflammatoires, de l’activation de NF-B, de la présentation antigénique et de la différenciation cellulaire. Par conséquent, les inhibiteurs du protéasome sont des agents thérapeutiques dans des pathologies tels que le cancer, l’inflammation et les maladies auto-immunes. En effet, les inhibiteurs du protéasome sont connus pour induire la mort sélective des cellules cancéreuses tout en les rendant plus sensibles aux autres traitements anticancéreux existants (chimiothérapie, radiothérapie…). L’objectif de notre laboratoire est de développer des inhibiteurs non covalents du protéasome de structures peptidomimétiques fluorés ou non fluorés, et de montrer l’intérêt du fluor en chimie médicinale. Mon projet de thèse s’inscrit dans ce cadre. Dans un premier temps nous avons mis en évidence la grande diversité et la quantité des inhibiteurs du protéasome montrant ainsi l’importance de cette macromolécule comme cible dans le traitement du cancer. D’ailleurs, deux de ces inhibiteurs sont utilisés dans le traitement du myélome multiple et du lymphome du manteau et, plusieurs composés sont en études cliniques pour différents cancers. Nous avons aussi mis en évidence le bénéfice apporté par l’incorporation de groupement fluoré sur une molécule bioactive en particulier dans les structures peptidomimétiques. En revanche, ce rappel bibliographique a aussi montré que les peptidomimétiques contraints et fluorés sont peu décrits dans la littérature et le seul exemple à notre connaissance est l’analogue contraint et fluoré de la substance P contenant le motif (Z)-fluoroalcène.La deuxième partie de ces travaux de thèse s’est focalisée sur la conception, la synthèse et l’évaluation biologique d’inhibiteurs originaux du protéasome. Nous avons mis au point une synthèse facile et efficace de pseudopeptides possédant les motifs α et β-hydrazino acides et le motif β-hydrazino acide trifluorométhyle (schéma 1). Ces molécules inhibent de manière efficace le site CT-L du protéasome du lapin avec une IC50 de l’ordre du submicromolaire. Nous avons ainsi démontré que l’activité biologique est maintenue en remplaçant un α-amino acide par un scaffold α ou β-hydrazino acide. La pharmacomodulation effectuée autour de ces motifs nous a permis d’établir des relations structure-activité. Nous avons aussi mis au point un modèle de docking assez fiable qui va nous permettre de prédire le potentiel inhibiteur de nos futures molécules.Enfin, nous avons déterminé l’IC50 de nos molécules en utilisant la technique du FABS en RMN du 19F. Schéma1: voies d’accès aux peptidomimétiques contenant les motifs α et β-hydrazino acide et le motif β-hydrazino acide trifluorométhyl.Ces travaux de thèses ont été complétés par une méthodologie de synthèse portant sur le développement de nouveaux synthons contraints fluorés dans le but de les incorporer dans nos inhibiteurs de protéasome. Les cyclopropanes trifluorométhyles ont été obtenus en utilisant la réaction tandem de Michael, addition nucléophile suivie de cyclisation avec une excellente diastéréosélectivité pour certaines réactions. Les cyclopropanes obtenus ont été fonctionnalisés en amino acides ce qui faciliterait leur incorporation dans nos pseudopeptides. Les N-aminoaziridines fluorés ont été synthétisés à partir d’oléfines fluorés et de précurseurs de nitrène en présence de diacétate d’iodobenzène (PhI(OAc)2. L’incorporation de ces nouveaux scaffolds dans la structure de nos inhibiteurs de protéasome est en cours de réalisation dans le laboratoire. / The proteasome is a multicatalytic protease complex that is responsible for the ubiquitin-dependent turnover of cellular proteins. Proteasome substrates include misfolded or misassembled proteins as well as short-lived components of signaling cascades that regulate cell proliferation and survival pathways. Inhibition of the proteasome leads to an accumulation of substrate proteins and results in cell death. The proteasome consists of a 20S proteolytic core and two 19S regulatory caps that assemble with the core at either end to form a 26S complex. Clinical validation of the proteasome as a therapeutic target in oncology has been provided by bortezomib, a dipeptide boronic acid, which is approved for the treatment of patients with multiple myeloma1and mantle cell lymphoma. In the first part of my PhD, I designed (by the help of molecular modeling) and synthesized an original series of proteasome inhibitors introducing fluorinated peptidomimetics. Fluorine atom is able to favour hydrogen bond and to increase hydrophobicity and metabolic stability of the molecules. I also synthesized a series of non fluorinated peptidomimetics containing hydrazino acid moieties as proteasome inhibitors. Thereby, we designed and synthesized a library of 50 molecules that allowed us to establish a structure-activity relationship. The biological evaluation showed that half of these compounds have a micromolar IC50 (inhibitor concentration giving 50% inhibition). Then we decided to test the inhibitor activity of our synthesized molecules by 19F NMR using the FABS technique. So we developed a fluorine substrate for screening and determination of IC50 of our potential protéasome inhibitors. In order to increase the activity of our molecules and according to encouraging observation by molecular modelling, we decided to introduce constrained scaffolds such as trifluoromethyl cyclopropane or trifluoromethyl N-aminoaziridine scaffolds in our peptidomimetics structures. So we needed trifluoromethyl cyclopropane and trifluoromethyl N-aminoaziridine amino acids that could be easily incorporate in peptidic structure. To our knowledge there is no precedent on the synthesis of fluorinated N-aminoaziridines or trifluoromethyl cyclopropane β-amino acids which allowed us to develop a new synthesis methodology of these scaffolds. First, I synthesized different trifluoromethyl N-Aminoaziridine with several protective groups. The reaction of N-Aminoaziridine was performed in DCM with K2CO3 as base and (Diacetoxyiodo)benzene. For the synthesis of trifluomethyl cyclopropane β-amino acid, we used the cyclopropanation of Michael acceptors (tandem Michael Additions-Nucleophilic Cyclization (MA-NC)). Encouraged by this result and in order to develop different scaffolds trifluoromethyl cyclopropanes, we screened other nucleophiles. These scaffolds have been functionalized to amino acid in order to introduce it in peptidic structure.

Die Aufgabe des synthetischen Chemikers besteht darin neue Moleküle, Bauelemente oder Medikamente aus einfachen Edukten herzustellen. Die wachsende Komplexität dieser synthetischen Produkte bedingt jedoch, dass die Entwicklung der dazu benötigten Werkzeuge ebenso schritthalten muss. Licht ist mit seiner herausragenden räumlichen, zeitlichen und energetischen Auflösung sowie seinem nicht-invasiven Charakter den traditionell verwendeten Stimuli überlegen. In dieser Arbeit wurde durch die Kombination eines molekularen Photoschalters mit der Diels-Alder-Reaktion die Photokontrolle über eine dynamisch-kovalente Reaktion erlangt. Das Ergebnis der Reaktion eines furyl-substituierten Diarylethens mit Maleinimid konnte ausschließlich durch die Bestrahlung mit Licht unterschiedlicher Farbe bestimmt werden. Dieses prototypische System wurde dann unter Erhalt seiner photochemischen Eigenschaften für die Anwendung unter physiologischen Bedingungen weiterentwickelt. Es konnte die photoreversible Freisetzung therapeutisch wirksamer Konzentrationen verschiedener Anti-Tumor-Medikamente in gepufferter, wässriger Lösung bei Körpertemperatur durch bioorthogonales sichtbares Licht ausgelöst werden. Weiterhin wurden die Feinabstimmung der Freisetzung dieser photoschaltbaren Diels-Alder-Addukte und eine ausführliche Untersuchung der Freisetzungs-Dynamiken gezeigt. Hierdurch wurde das System auf eine Stufe gehoben, an der in vivo Anwendungen erwägt werden können. Des Weiteren wurden die Grundlagen zur Implementierung der photokontrollierbaren Diels-Alder-Reaktion in der reversiblen kovalenten Funktionalisierung von Kohlenstoffnanoröhren gelegt. Trotzdem noch keine erfolgreiche Funktionalisierung nachgewiesen werden konnte, wurde durch die Untersuchung der zugrundeliegenden Prinzipien der Weg für die Anwendung fortgeschrittener Techniken zur Modulation physikochemischer Eigenschaften von sp2-Kohlenstoff Allotropen geebnet. / The synthetic chemist’s profession is devoted to the formation of chemical bonds to create new molecules, building blocks, or drugs from basic starting materials. However, the growing complexity of these synthetic products necessitates that the development of the tools to fulfill this task must also keep pace. Light as a stimulus with its superior spatial, temporal, as well as energetic resolution in combination with its non-invasive character outperforms the traditional means to control a chemical reaction, such as heat, pressure, or pH, clearly. In this work, the unprecedented reversible photocontrol over a dynamic covalent reaction was established by the combination of a molecular photoswitch and the well-known Diels-Alder reaction. The outcome of the reaction of a furyl-substituted diarylethene and maleimide could be determined exclusively by illumination with differently colored light. This prototypical system was then advanced for the application under physiological conditions while retaining its superior photochemical properties. The release of therapeutically effective concentrations of different antitumor agents could be photoreversibly triggered in buffered, aqueous solution at body temperature employing bioorthogonal visible light. It is shown how the release properties of these photoswitchable prodrugs can be fine-tuned and a thorough investigation of the release dynamics is presented promoting this system to a level where in vivo application can be considered. Furthermore, the foundations for the implementation of the photocontrollable Diels-Alder reaction in the reversible covalent functionalization of carbon nanotubes have been laid. Despite the fact that a successful functionalization has not yet been achieved, the basic principles were investigated and have paved the way for the application of more advanced techniques to effectively modulate the physicochemical properties of sp2-carbon allotropes.

Limitierend für pharmakologische Therapien ist oft die Unfähigkeit des Wirkstoffes, biologische Membranen zu überwinden, weswegen häufig Transportmoleküle wie z.B. zellpenetrierende Peptide (CPPs, cell penetrating peptides) benutzt werden. Von den über 100 beschriebenen CPPs wurde bisher nur eine kleine Anzahl systematisch verglichen, was die Auswahl des „richtigen“ CPPs für eine Anwendung erschwert. Ziel dieser vorliegenden Arbeit war es, das pro-apoptotische Peptid KLA mittels CPPs spezifisch in Krebszellen zu transportieren. Untersucht wurden: (I) Verschiedene CPPs in unterschiedlichen Zelltypen zur Selektion der „besten“ CPPs; (II) Der Einflusses des CPP C-Terminus auf die Internalisierung und zelluläre Verteilung; (III) Der zelluläre KLA-Transport mittels CPPs via einer nicht-kovalenten Administration. 22 verschiedene CPPs wurden in sieben Zelltypen untersucht, wobei Toxizität, Zellaufnahme und zelluläre Lokalisation mittels Fluorescein markierten CPPs in Fluoreszenzspektroskopie und konfokaler Mikroskopie betrachtet wurden. Abhängig von der Zellaufnahme wurden die CPPs in drei Gruppen klassifiziert. Die Untersuchung carboxylierter und carboxyamidierter CPP C-Termini ergab, dass in den meisten Fällen ein Carboxyamid die zelluläre Aufnahme begünstigte. Drei CPPs (MPG, Penetratin und Integrin) wurden ausgewählt, um das pro-apoptotische KLA Peptid in zwei Krebszelllinien (MCF-7 Brustkrebszellen und leukämische RAW264.7 Makrophagen) im Vergleich zu Fibroblasten (Cos-7) nicht-kovalent zu transportieren. Der erfolgreiche KLA-Transport hing vom CPP, dessen C-Terminus und der Zelllinie ab. Die Analyse der Viabilität nach CPP:KLA Administration ergab, dass MPG-CONH2:KLA (1:2) toxisch für Makrophagen und Brustkrebszellen, aber nicht für Fibroblasten war. Die Toxizität konnte der Apoptose zugeordnet werden. Die vorliegende Arbeit liefert wichtige Informationen über die Auswahl des passenden CPPs für den nicht-kovalenten Transport des pro-apoptotischen KLA-Peptids. / Limitations in a pharmacological therapy are often due to the inability of drugs to overcome the cell membrane and therefore transporting molecules are being used, e.g. cell penetrating peptides (CPPs). Only a few of the over 100 described CPPs have been compared systematically making the choice of “the” CPP for a given application difficult. The goal of the presented work is the CPP mediated delivery of the pro-apoptotic peptide KLA in breast cancer cells as proof of principle for a therapeutical application. Analysed were (I) Different CPPs in various cell types to select the “best” one, (II) The influence of the CPP C-termini on uptake and localisation, (III) The cellular KLA delivery via a non-covalent CPP administration. 22 CPPs were compared in seven cell types thereby looking at toxicity, cellular uptake and subcellular localisation using fluorescein labelled CPPs for fluorescence spectroscopy and confocal microscopy. The resulting uptake information allowed the classification of the CPPs in three main groups. The evaluation of carboxylated and carboxyamidated CPP C-termini revealed that a carboxyamide mostly enhanced the cellular CPP uptake. Three CPPs were selected (MPG, penetratin and integrin) to deliver the pro-apoptotic KLA peptide in two cancer cell lines (breast cancer MCF-7 cells and RAW264.7 macrophages) compared to fibroblasts (Cos-7) via the non-covalent strategy. A successful KLA delivery depended on the applied CPP, its C-terminus and the used cell line. The biological activity of the pro-apoptotic KLA peptide was determined via the cell viability (MTT assay). The co-incubation of MPG-CONH2:KLA (1:2) was able to induce toxicity in breast cancer cells and leukaemic macrophages, but not in fibroblasts. The viability reductions were then assigned to apoptosis. This work provides important information for the choice of an adequate CPP for the pro-apoptotic KLA peptide delivery and presents the advantage of the non-covalent delivery strategy.

L’avènement de la microscopie biphotonique et des techniques dites de « super-résolution » ont permis d’améliorer les performances de la microscopie de fluorescence et de l’appliquer à l’imagerie intravitale et à l’analyse des tissus biologiques. Ces techniques requièrent néanmoins l’emploi de sondes aux propriétés optiques et biologiques optimisées.Plusieurs séries de colorants cationiques basés sur le motif vinyl-triphénylamine (TP) ont été développés pour le marquage d’ADN. Ces fluorophores rouges ou jaunes dont l’émission de fluorescence est commutée par l’interaction avec l’ADN sont des ligands de petit sillon de l’hélice B et possèdent des sections efficaces d’absorption à deux photons élevées.Les TP marquent l’ADN du noyau des cellules fixées ou en apoptose avec une intensité et un contraste élevés. Elles sont non-cytotoxiques, photostables et sont perméables à la membrane cellulaire. L’optimisation des propriétés a permis d’obtenir la TP-2Bzim, qui possède une brillance biphotonique parmi les plus élevées rapportées dans la littérature pour des molécules de faible poids moléculaire (383 GM) et permet une détection en microscopie biphotonique à basse concentration et à faible puissance d’excitation. En cellules vivantes, les TP sont localisées dans les mitochondries mais, sous excitation mono- ou bi-photonique constante, elles déclenchent l’apoptose de la cellule et se relocalisent dans le noyau. Le phénomène peut être imagé par fluorescence, et les TP pourraient donc être employées comme photosensibilisateurs théranostiques.Enfin, une stratégie de synthèse pour fonctionnaliser la TP-2Bzim a été développée. Elle a ainsi pu être couplée à des oligonucléotides et à un PNA pour la détection d’hybridation par fluorescence et à l’acide folique et à la spermidine pour le ciblage de cellules cancéreuses. / Significant advances were made in the field of in vivo fluorescence imaging thanks to the recent development of biphotonic microscopy and super-resolution techniques, rendering intravital imaging and biological tissues analysis possible. Those techniques however require the use of new probes with optimized optical and biological properties.Several series of cationic dyes for DNA staining were developed based on the vinyl-triphenylamine (TP) scaffold. Those new switchable yellow or red fluorophores bind in the minor-groove of DNA and display high two-photon absorption cross-sections. Two anionic derivatives were also designed for staining HSA.In fixed or apoptotic cells, the cationic dyes stain nuclear DNA with a high brightness and contrast. They are non-cytotoxic, photostable and cell permeant. The molecule with the most optimized properties, TP-2Bzim, has one of the highest two-photon brightness to date (383 GM in DNA), allowing sensible detection in biphotonic microscopy at low concentration and excitation power. In live cells, the dyes are localized in the mitochondria, but it appears that upon constant mono- or bi-photonic excitation they trigger cell apoptosis within a few minutes and are released in the nucleus. Since the phenomenon can be imaged by fluorescence microscopy, the TP dyes could thus be used as photosensitizers for theranostics.A synthetic pathway was also developed to functionalize the TP-2Bzim. It was then coupled by “click-chemistry” to short oligonucleotides or PNA sequences for fluorescence in situ hybridization, and to folic acid and spermidine for cancer cells targeting.

Cette thèse explore l’utilisation des principes de la chimie supramoléculaire afin de fabriquer des dispositifs senseurs de gaz novateurs et à haute performance, avec une lecture (opto)-électronique. Parmi les différentes sections, divers échafaudages tels que des réseaux hybrides bi- et tridimensionnels de particules d’or et des nanofibres supramoléculaires sont utilisés comme matériaux actifs pour la détection quantitative de l’humidité. Au sein de la dernière section, des couches 2D d’oxyde de graphène sont fabriquées par exposition à un laser IR, puis comme validation de principe, exploitées comme matériau actif pour la détection d’ozone à une concentration ppm. Chacun des échafauds présentés est basé sur un mécanisme de transduction différent, mais dans tous les cas, les interactions entre récepteurs et analytes sont basés sur des liaisons dynamiques non covalentes. / This thesis explores the use of supramolecular chemistry principles to fabricate novel and high performances gas sensing devices, featuring (opto)-electronic readouts. Within the different sections, diverse scaffolds such as 2D and 3D hybrid networks of gold nanoparticles and 1D supramolecular nanofibers are exploited as active materials for the quantitative detection of environmental humidity. In the last section, 2D layers of reduced graphene oxide are fabricated by IR laser exposure and, as a proof-of-concept application, they are exploited as active materials for the detection of ozone in ppm concentration. Each of the presented scaffolds rely on a different transduction mechanism but, in all the cases, the interactions between the receptors and the analytes are based on dynamic non-covalent bonds.

Le contrôle de la viscosité des lubrifiants moteur est un enjeu clé dans la réduction de la consommation en carburant des moteurs thermiques. Une nouvelle approche basée sur l’utilisation de polymères thermo-associatifs a été développée pour diminuer la perte de viscosité naturelle des lubrifiants avec la température. Pour ce faire, des polymères complémentaires de faibles masses molaires (pour l’application moteur visée) qui peuvent s’associer réversiblement via la réaction d’échange diol-ester boronique lorsque la température augmente ont été conçus et synthétisés. Les faibles masses molaires des polymères et le caractère dynamique de la liaison ester boronique permettent de diminuer la sensibilité de ces systèmes aux forts cisaillements présents dans le moteur, en limitant notamment la rhéofluidification de ces lubrifiants. L’association des polymères est provoquée par l’augmentation d’accessibilité des fonctions portées par les polymères avec la température. L’association réversible des polymères thermo-associatifs a été mise en évidence dans les huiles apolaires par l’augmentation de la viscosité relative des solutions avec la température sur plusieurs cycles de chauffage-refroidissement. Une partie de l’étude a été consacrée à l’amélioration de la stabilité thermique des polymères dans le but de maintenir les bonnes propriétés lubrifiantes des formulations jusqu’à 150°C. Un grand nombre de polymères de natures, de tailles et d’architectures différentes ont été synthétisés. L’étude rhéologique en écoulement de ces polymères seuls et en formulations thermo-associatives a permis de mettre en évidence l’importance de ces différents leviers pour faire varier et contrôler les propriétés des solutions en fonction de la température. / Controlling the viscosity of engine lubricants is a key issue to reduce the fuel consumption of engines. A new approach based on the use of thermo-associative polymers has been developed in order to compensate the natural loss of viscosity of lubricants when the temperature increases. To this aim, complementary low molecular weight polymers (for engine targeted application) that can reversibly associate with temperature through the diol-boronic ester exchange reaction have been designed and synthesized. The low molecular weights of the polymers and the dynamic behavior of the boronic ester bond decrease the high shear sensitivity of the system and so limits the shear-thinning behavior of the lubricant. The increase of polymeric function availability as the temperature rises induces polymer association. The reversibility of the thermo-associative association of polymers in non polar oil is seen over several cycles of warming-cooling with the increase of the relative viscosity of the solutions with increasing temperature. Part of the study was also dedicated to the improvement of polymers’ thermal stability in order to maintain the good lubricant properties of the thermo-associative formulations up to 150°C. Many polymers of different natures, sizes and topologies have been synthesized. The flow behavior of these polymers in both individual state in solution or in thermo-associative formulations was studied by rheology, thus enabling to determine the impact of these levers on the solutions properties as a function of temperature.

Le but de ce travail a été d’élaborer des nanoparticules magnétiques (MNPs) fonctionnalisées avec un groupement maléimide, stables, dispersibles dans l’eau et qui assureront une immobilisation covalente,sélective et efficace de biomolécules. Bien qu’un large choix de MNPs soit disponible dans le commerce, lamodification chimique de surface des MNPs reste une étape indispensable pour l’élaboration de matériauxspécifiques. Un contrôle précis de la fonctionnalisation de surface des MNPs est crucial, car en découlentleurs propriétés physico-chimiques, leur stabilité colloïdale, et la préservation de l’activité biologique de labiomolécule immobilisée. Dans ce travail, nous proposons d’augmenter le nombre de groupes fonctionnels(maléimide) accessibles à la surface de MNPs, en la modifiant par des agents de couplage dendritiques. Deuxtypes de MNPs coeur-écorce de 300 nm (avec un noyau de γ-Fe2O3 et une écorce de polymère ou de silice)ont été utilisés. Afin d’étudier l’effet «dendritique» sur la fonctionnalisation de surface, trois types d’agentsde couplage ont été conçus: des agents de couplage linéaires (contenant un groupe maléimide), des agents decouplage dendritiques à deux branches (contenant deux groupes maléimide) et des agents de couplagedendritiques à quatre branches (contenant quatre groupes maléimide). L’efficacité de ces MNPsfonctionnalisées pour immobiliser des biomolécules ou des modèles de biomolécules a été étudiée. Cetteétude a démontré l’intérêt de la fonctionnalisation de la surface des MNPs coeur-écorce par des structuresdendritiques pour une immobilisation efficace et spécifique de biomolécules. / The purpose of this work is to design stable, water-dispersible, maleimide functionalized magneticnanoparticles (MNPs) that will ensure selective covalent immobilization of biomolecules. While, a largechoice of MNPs is now commercially available, the surface modification of MNPs remains an indispensablestep in the elaboration of such MNPs. A precise control over the surface functionalization of MNPs iscrucial, because it governs their physicochemical properties, their colloidal stability, and their biologicalbehaviour. In this work with the aim to increase the number of functional groups on MNPs’ surfaces, it wasproposed to functionalize MNPs with dendritic coupling agents and to compare their efficiency with thosefunctionalized with a linear analogue. Moreover, it was decided to investigate the “dendritic effect” of thesurface functionalization on two types of core-shell MNPs (300 nm) that consist of a maghemite (γ-Fe2O3)ferrofluid core coated with: (I) polymer shell or (II) silica shell. Therefore, three types of coupling agents(that possess an amino or silane anchoring site) were synthesized: linear coupling agents (containing onemaleimide functional group); two-branched coupling agents (containing two maleimide functional groups)and four-branched dendritic coupling agents (containing four maleimide functional groups). Then, thecapacity of MNPs functionalized with dendritic or linear coupling agents to immobilize biomolecules ormodels of biomolecules was investigated. This study proved the efficiency of the surface functionalizationwith dendritic structures for the immobilization of biomolecules.