La voie de synthèse des acides aminés ramifiés est présente chez les plantes, les bactéries et les champignons mais est absente chez les mammifères. C’est pourquoi il est intéressant de cibler cette voie métabolique par des inhibiteurs spécifiques des enzymes qui la compose afin de développer des herbicides non sélectifs. Une famille d’herbicide déjà commercialisée agit sur la première enzyme de cette chaine enzymatique. Néanmoins des cas de mauvaises herbes résistantes à ces composés sont apparus et leur incidence continue d’augmenter. Il apparait donc important de cibler une autre enzyme de la voie de synthèse de ces acides aminés ramifiés afin de contourner ce problème de résistance.L’enzyme cétoacide réductoisomérase (KARI) intervient également dans la voie métabolique citée précédemment. Deux inhibiteurs IpOHA et Hoe 704 ont été développés dans les années 1980, mais malheureusement n’ont pas montré d’activité lors de traitements en plein champ. Cependant ils restent tous les deux, les références en tant qu’inhibiteurs in vitro.L’analyse de la diffraction par rayons X de KARI cristallisée avec un des inhibiteurs ou son substrat naturel montre que les groupements fonctionnels portés par ces derniers viennent complexer deux cations métalliques au sein du site actif. De plus la comparaison des structures des inhibiteurs ou des états de transition du substrat permet de dégager une structure générale pour le développement de nouvelles molécules potentiellement actives. Ainsi trois sous-structures doivent être présentes avec une double pince complexante, un groupement lipophile et un groupement accepteur de liaison hydrogène.Dans ce contexte, différents groupements comme des oxydes de diorganylphosphines, des dihydropyrimidinediones, des dérivés d’acides carboxyliques ou hydroxamiques peuvent être modifiés et utilisés comme motifs complexants. Les fonctions et groupements fonctionnels cités ont déjà prouvé leur efficacité lors du développement d’autres inhibiteurs de métalloenzymes. / The branched-chain amino acids metabolic pathway is present in many living beings such as plants, bacteria and fungi but not in mammals. This is why it has been interesting to target this enzymatic pathway with specific inhibitors in order to develop non-selective herbicides. The main non-selective herbicides commercialised inhibit the first enzyme of this metabolic route. However more and more cases of resistant weed appeared and spread. Thus it raises the interest and importance of designing new compounds targeting another enzyme from the biological pathway in order to circumvent the resistance issue.The Ketolacid Reductoisomerase (KARI) protein also intervenes in the aforementioned enzymatic pathway. Although two inhibitors, IpOHA and Hoe 704, were synthesised during the 80s they have not proven active enough in field treatment. Nonetheless both inhibitors remain as references for in vivo biological activity.The X-ray diffraction representations of KARI including each inhibitor or its natural substrate show that the functional groups borne by the latter chelate two metal cations within the active site. Moreover the comparison between inhibitor structures and the substrate transition states reveals a general pattern in order to design and develop new potential biologically active compounds. For that purpose three major substructure units have to be considered: a double chelating pincer, a lipophilic group and a hydrogen bond accepting moiety.In this context different functional groups such as diorganylphosphine oxides, dihydropyrimidinediones, carboxylic acid or hydroxamic acid derivatives could be modified and used as chelating motifs. The functional groups listed have already proven their efficacy as part of other metalloenzyme inhibitors.

L'évolution récente de la science écologique et durable nécessite des catalyseurs puissants, sophistiquées et dotés de propriétés spécifiques et accordables.Les catalyseurs bimétalliques qui contiennent deux ou plusieurs sites pour l'activation coopérative de substrats réagissant sur des centres métalliques voisins selon certaines conditions. Un certain nombre de squelettes, spécialement conçus pour générer des complexes exclusivement bimétalliques, ont été développés autour d'échafaudages de méthanodibenzodioxocine et de benzofurobenzofurane, y compris un certain nombre de ligands qui agissent comme donneurs de monophosphine dans deux centres métalliques différents. Ces ligands génèrent des espèces dinucléaires de manière fiable, mais les modes de coordination résultants sont imprévisibles.Ce travail de thèse présente la synthèse de ligands de tétraphosphine, dans lesquels des bras chélatants sont disponibles pour coordonner chacun des deux centres métalliques. La synthèse implique la préparation de 4,8-bis (sec-phosphines) de rac-6,12-méthano-12H-dibenzo [1,3] dioxocines et leur conversion en phosphines doublement chélatantes par l'élaboration de chaque fonctionnalité sec-phosphine en Les dérivés di (R) phosphinopropyle correspondants (R = Ph, Cy). Une étude de chimie de coordination préliminaire indique que l'environnement de coordination est fourni par ces ligands tétraphosphine binucléaires rigides. C’est ainsi que la préparation des complexes bimétalliques de PdII, PtII aurait été réalisé. Chacune des deux molécules de bras chélatants serait coordonnée à un métal. Enfin, des études préliminaires sur l'utilisation des ligands tétraphosphine comme supports pour la chimie de l'hydroformylation ont été réalisées. Les résultats actuels ne permettent pas encore d'établir définitivement un comportement coopératif entre les deux centres métalliques. / : Recent developments in green and sustainable science require more powerful, sophisticated and tunable catalysts. Bimetallic catalysts contain two or more sites for the activation of substrates and, under optimal circumstances, can allow cooperative activation of reacting substrates on neighboring metal centers. A number of backbones, designed specifically to generate exclusively bimetallic complexes have previously been developed around methanodibenzodioxocin and benzofurobenzofuran scaffolds, including a number of ligands that act as monophosphine donors to two different metal centers. These ligands generate dinuclear species reliably, but the resulting coordination modes are unpredictable. This work presents the synthesis of tetraphosphine ligands, wherein chelating arms are available to coordinate each of the two metal centers. The synthesis involves preparation of 4,8-bis(sec-phosphines) of rac- 6,12-methano-12H-dibenzo[l,3] dioxocins and their conversion into doubly chelating phosphines through the elaboration of each sec- phosphine functionality into the corresponding di(R)phosphinopropyl derivatives (R= Ph, Cy). A preliminary coordination chemistry study indicates that the tightly defined coordination environment provided by these rigid binucleating tetraphosphine ligands under study allowed bimetallic complexes of PdII, PtII to be prepared, in which each of the two chelating arms molecule coordinates to one metal. Finally outline studies on the use of the tetraphosphine ligands as supports for hydroformylation chemistry were performed. The current results do not yet allow cooperative behavior between the two metal centers to be definitively established.

De nouvelles méthodes de détection et de quantification du VX (O-éthyl S–(2(diisopropylamino)éthyl) (méthylphosphonothioate)) dans le plasma par chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse en tandem (LC-MS/MS) ont été développées. Après avoir été mise en œuvre en milieu HBSS (rendement > 99%), la méthode d'extraction liquide-liquide de notre composé d'intérêt nous permet d'obtenir en milieu plasmatique un rendement de soixante-cinq pour cent (65%). Cette méthode d'extraction permet d'évaluer la présence de VX dans de très faibles volumes d'échantillons de plasma (entre 20 et 1000 µL), donc dans des volumes compatibles avec des expérimentations sur de petits rongeurs. Cette extraction est suivie d'une analyse par LC-MS/MS en phase 100% organique. Des limites de détection de 0,15 et 0,5 pg/mL (pour 5 µL injecté) sont obtenues respectivement avec l'utilisation de la colonne Allure Biphényl (Restek) et Lux Cellulose-1 (Phenomenex). Afin d'étudier la toxicocinétique des énantiomères du VX dans le plasma, nos recherches se sont ensuite focalisées sur la séparation de ces derniers. Des résultats prometteurs ont été obtenus en utilisant une colonne Lux cellulose-2 (Phenomenex). / Innovative analytical methods have been developed to detect and quantify the organophosphorus nerve agent, VX (O-ethyl S–(2(diisopropylamino)ethyl) (methylphosphonothioate)), in plasma using liquid chromatography coupled with mass spectrometry (LC-MS/MS) technique. Liquid-liquid extraction of VX from HBSS environment was achieved with excellent yields (> 99%). Next, extraction from plasma was performed and generated a recovery rate of approximately sixty-five percent (65%). Our distinctive extraction methodology was implemented to evaluate the presence of VX in very small quantities of plasma (between 20 to 1000 µL) as in small rodents' experiments. It was followed by an LC-MS/MS analysis in a 100% organic phase. A Lux Cellulose-1 column (Phenomenex) and an Allure biphenyl column (Restek) were tested with detection limit at 0.15 pg/mL and 0.5 pg/mL in plasma (5 µL injected), respectively. Finally, our study was focused on the separation of VX enantiomers and hopeful results were provided using a Lux cellulose-2 column (Phenomenex).

La chimie organométallique des lanthanides a été longtemps dominée par des ligands à base de cyclopentadiényle tandis que des ligands contenant du phosphore n'ont suscité de l'attention que récemment. Dans ce travail nous montrons l'influence de ligands organophosphorés sur la synthèse et la réactivité de composés organométalliques de lanthanides dans trois domaines différents. La première partie est dédiée à la synthèse de complexes divalents de lanthanides employant des ligands à base de cyclopentadiényle et de phospholyle. Une nouvelle méthode de synthèse – l'approche par réduction – est développée, qui permet la synthèse de thulocènes divalents ainsi que les premiers complexes divalents de dysprosium et de néodyme. L'activation de petites molécules montre la! nature fortement réductrice de ces complexes divalents et révèle quelques différences entre les composés à base de cyclopentadiényle et de phospholyle. La deuxième partie décrit la synthèse de premiers complexes monophospholyles bis(o-dimethylaminobenzyles) de lanthanides par métathèse. De plus, un phosphole 1H stable est utilisé pour la première fois comme précurseur dans une réaction de type acide base. L'application de ces composés dans la polymérisation du styrène est rapportée. La troisième partie s'intéresse à la synthèse et la réactivité de nouveaux complexes mono et bis(carbénique) de lanthanides utilisant le dianion 1,1-dilithio-bis(diphénylthiophosphinoyl)méthane comme précurseur carbénique. Une discussion sur la nature de la liaison Ln-C multiple par des analyses structurales ! et réactionnelles est incluse.

L'objectif de ce travail de thèse est la modification de surface de deux supports inorganiques (nanoparticules mésoporeuses de silice, nanoparticules de carbonate de calcium) par greffage molécules organiques (organosilanes et phosphonates).Des nanoparticules mésoporeuses de silice (MSN) de type MCM-41 ont été synthétisées par micro-émulsion directe et greffées dans des conditions douces par l'isocyanatopropyle trichlorosilane. Ensuite, la réactivité de la fonction isocyanate a été testée par post-modification en utilisant plusieurs nucléophiles aminés. La synthèse, le greffage et la post-modification ont été caractérisés par plusieurs méthodes physico-chimiques. Des MSN fonctionnalisées en surface par un agent de couplage photolabile ont également été élaborées et testées sous irradiation UV, dans la perspective de préparer des nanovalves pour la délivrance photo-contrôlée de médicaments.La modification de surface de nanoparticules de carbonate de calcium (calcite) par formation de monocouches phosphonates a été étudiée. Les conditions réactionnelles ont été optimisées pour favoriser le greffage en évitant la dissolution du carbonate de calcium et la précipitation de phases de phosphonate de calcium. Des monocouches denses ont été obtenues avec différents acides phosphoniques en milieu organique et en milieu aqueux. L'utilisation d'esters phosphoniques (diéthyl esters) a également été explorée. Les nanoparticules modifiées ont été caractérisées par différentes techniques (spectroscopies RMN et IR, DRX, analyse élémentaire, microscopie électronique, test de mouillabilité) afin d'identifier la nature des espèces de surface. / The objective of this thesis is the surface modification of two inorganic supports (mesoporous silica nanoparticles, calcium carbonate) by grafting organic molecules (organosilanes and phosphonates derivatives).Mesoporous silica nanoparticles (MSN) of MCM-41 type were synthesized by direct micro-emulsion and grafted under mild conditions using isocyanatopropyltrichlorosilane. Then, the reactivity of the isocyanate function was tested by post-modification using several amino nucleophiles. Synthesis, grafting and post-modification steps have been characterized by several physicochemical methods. MSN surface functionalized with a photolabile coupling agent have also been developed and tested under UV irradiation, with a view to prepare nanovalves for photo-controlled drug-delivery.The surface modification of nanoparticles of calcium carbonate (calcite) by phosphonate monolayers was investigated. The reaction conditions were optimized to favor grafting and prevent the dissolution of calcium carbonate leading to the precipitation of calcium phosphonate phases. Dense monolayers were obtained with different phosphonic acids in organic and aqueous media. The use of phosphonic esters (diethyl esters) was also explored. The modified nanoparticles were characterized by different techniques (NMR and IR spectroscopy, XRD, elemental analysis, electron microscopy, wettability testing) to identify the nature of the surface species.

Issue de l'Archaea extrêmophile Sulfolobus solfataricus, SsoPox est une enzyme à fort potentiel biotechnologique du fait de son extrême stabilité. Nous avons caractérisé son activité lactonase naturelle ainsi que son activité de promiscuité phosphotriestérase. Elle est capable d'hydrolyser les organophosphorés (OPs), des agents neurotoxiques utilisés en tant qu'insecticide et arme chimique de guerre dont les méthodes actuelles de décontamination restent insatisfaisantes. Non optimale, l'activité phosphotriestérase de SsoPox a été améliorée en redessiné in silico son site actif de afin qu'il ressemble à celui des PTEs, hydrolysant très efficacement les OPs. L'enzyme ainsi développée offre des perspectives d'utilisation pour la décontamination des pollutions aux OPs. L'activité lactonase de l'enzyme a également été améliorée envers certaines N-Acyl Homosérine Lactones (AHLs), des molécules impliquées dans la communication inter-bactérienne (quorum sensing). Or, le quorum sensing régule notamment la virulence bactérienne (e.g. Pseudomonas aeruginosa). Ainsi, l'utilisation de lactonases telles que SsoPox constituerait une alternative aux antibiotiques par interférence au quorum sensing (i.e. quorum quenching). L'ensemble de ces travaux a conduit au dépôt d'un brevet protégeant les séquences des variants améliorés ainsi que leurs domaines d'applications. Ils permirent également d'étudier des phénomènes clés dans l'évolution des enzymes tels que l'épistasie, la promiscuité et la flexibilisation. Ce projet, mêlant Sciences fondamentales et appliquées, pourrait, in fine, mener à la valorisation d'un projet de recherche académique. / Issued from the extremophilic Archaea Sulfolobus solfataricus, SsoPox exhibits an important biotechnological potential because of its extreme stability. Belonging to the phosphotriesterase-like lactonase family, its natural lactonase and promiscuous phosphotriesterase activities were characterized. The enzyme is able to hydrolyze organophosphates (OPs), i.e. nerve agents used as insecticides and chemical warfare agents for which current methods of decontamination are unsatisfactory. The phosphotriesterase activity of SsoPox is suboptimal unlike some mesophilic enzymes (PTEs). To develop a robust bio-decontaminant of OPs, we redesigned, in silico, SsoPox active site in the aim to mimic that of PTEs. Using a mutation database in an in vitro evolution protocol, we screened, selected and characterized efficient enzymes for OPs insecticides hydrolysis, offering prospects in OPs decontamination. SsoPox lactonase activity was also improved for some N-Acyl Homoserine Lactones (AHLs), molecules involved in the inter-bacterial communication (quorum sensing). Quorum sensing regulates several functions such as virulence of some pathogens (e.g. Pseudomonas aeruginosa). The use of lactonases such as SsoPox could constitute an alternative to antibiotics by quorum sensing (and thus virulence) inhibition (i.e. quorum quenching). These works were patented, protecting the sequences of improved variants and their fields of application. They also allowed to study key phenomena in enzyme evolution such as epistasis, promiscuity and flexibility. This project, combining basic and applied Sciences, could lead, in fine, to the promotion of an academic research project.

Grâce à leurs fortes acidités, les milieux superacides permettent d’accéder par polyprotonation à des intermédiaires superélectrophiles polycationiques, capables d’être piégés par des nucléophiles très faibles. Ces espèces très réactives ont permis de développer des méthodologies de synthèse sans équivalent en conditions « classiques ».Dans la première partie de ce travail, le comportement de composés organophosphorés dans le milieu HF/SbF5 a été évalué et les sites de protonation de différentes fonctions phosphorées ont pu être observés par RMN in situ à basse température. La réactivité d’oxydes de phosphines insaturés a également été évaluée et des composés organophosphorés cycliques et/ou fluorés ont été synthétisés avec de bons rendements. Des expériences de RMN in situ à basse température ont permis de mettre en évidence un intermédiaire superélectrophile de type phosphonium-carbénium inédit dont l’implication a été confirmée par des calculs théoriques.La deuxième partie est consacrée à l’exploitation de la contrainte benzylique d’espèces superélectrophiles. A partir d’éphédrines tosylées, des benzosultames cycliques ont été obtenus par cyclisation intramoléculaire diastéréospécifique dans l’acide trifluorométhanesulfonique. L’analyse des intermédiaires réactionnels par RMN a permis de révéler l’implication d’une contrainte benzylique contrôlant la spécificité de la réaction. Les benzosultames chiraux N-F obtenus après fluoration ont été utilisés comme réactifs de fluoration électrophile énantiosélective et la synthèse de dioxydes de méthanodibenzothiazocines chiraux inédits a également été envisagée. / Thanks to their exceptional acidity, superacid allow access to polycationic superelectrophiles by polyprotonation. These highly reactive species are capable of being trapped by very weak nucleophiles and can be used to develop new synthetic methodologies without equivalents under “classical” conditions. In the first part of this work, the behavior of organophosphorus compounds in HF/SbF5 was evaluated and the protonation sites of different phosphorus functions have been observed by low temperature NMR spectroscopy. The reactivity of unsaturated phosphine oxides has also been evaluated and cyclic and/or fluorinated organophosphorus compounds have been synthetized in good yields. In situ low-temperature NMR experiments revealed a phosphonium-carbenium superelectrophilic intermediate whose implication was confirmed by theoretical calculations. The second part deals with the study of the benzylic strain applied to superelectrophilic species. From tosylated ephedrines, cyclic benzosultams were obtained by diastereospecific intramolecular process in trifluoromethanesulfonic acid. Analysis of the reaction intermediates by NMR revealed the implication of a benzylic strain controlling the specificity of the reaction. After fluorination, the obtained N-F chiral benzosultams were used as enantioselective electrophilic fluorination reagents and the synthesis of new chiral methanodibenzothiazocine dioxides was also considered.

Au cours de ce travail, nous avons préparé des clips moléculaires efficaces à partir de dimères de cuivre(I) ou d'or(I) portant des ligands organophosphorés en tirant parti des interactions métallophiles. Dans un premier temps, un complexe de cuivre(I) portant des ligands bis(2-pyridyl)phospholes a été utilisé comme clip moléculaire pour organiser des systèmes pi monotopiques à fonction cyano et portant divers fragments pi-conjugués. Ces dimères formés par assemblage pis'auto-organisent à l'état solide en colonnes pi infinies. Dans un deuxième temps, un complexe d'or(I) portant un ligand biphosphole a été utilisé comme clip moléculaire pour organiser des unités éthynyl[6]helicenes en dimères. Ces dimères ont montré une augmentation des propriétés chiroptiques par rapport au ligand éthynyl[6]helicene libre. Dans un troisième temps, un complexe bimétallique de cuivre(I) portant des ligands 1,1-bis(diphénylphosphino)méthane (dppm) s'est révélé être un clip moléculaire efficace pour la conception d'architectures supramoléculaires auto-assemblées par réaction avec des cyanométallates. Ces dérivés supramoléculaires ont des topologies différentes et sont émissifs dans le domaine visible après excitation dans l'UV. Dans certains cas, ils ont montré des propriétés de luminescence thermochromique intéressantes. / In this work, we have prepared organophosphorated ligands based copper(I) or gold(I) dimers that act as efficient molecular clips thanks to metallophilic interactions. Firstly, a bimetallic copper(I) complex bearing bis(2-pyridyl)phosphole ligands was used as a molecular clip to organize monotopic cyano-capped pi-systems carrying various pi-conjugated fragments into self-assembled pi-stacked dimers. These dimers organized in the solid state within infinite columnar pi-stacks. Secondly, a bimetallic gold(I) complex bearing a biphosphole ligand was used as a molecular clip to organize ethynyl-capped [6]helicene moieties into self-assembled dimers. These dimers showed an enhancement of the chiroptical properties as compared to the free ethynyl[6]helicene ligand. Thirdly, a bimetallic copper(I) complex bearing 1,1-bis(diphenylphosphino)methane (dppm) ligands has revealed a powerful molecular clip to design self-assembled supramolecular architectures by reaction with different cyanometallates. These supramolecular derivatives have different topologies and are emissive in the visible spectrum upon UV excitation and in some cases they showed intriguing thermochromic luminescence properties.