Die Immobilisierung von Oligo(ethylenglykol)-derivaten an Oberflächen von Metallen ist ein viel versprechender Ansatz, um unspezifische Adsorptionen von Proteinen, Bakterien und Zellen zu minimieren bzw. zu verhindern. Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Entwicklung, Darstellung, Charakterisierung sowie Applikation maßgeschneiderter, self-assembly-fähiger Moleküle, die gezielt auf TiO2- und nicht auf SiO2-Oberflächen anbinden. Die resultierenden Monoschichten (SAMs) wiesen eine Biokompatibilität sowie Biofunktionalität auf. Dazu wurden neue bisher noch nicht beschriebene Moleküle entwickelt, die auf einer Kombination von funktionalisierten Oligo(ethylenglykol)-Einheiten mit Monoalkylphosphorsäure- und Alkylphosphonsäurederivaten basieren. Diese Verbindungen konnten durch die Anwendung der Self-Assembly-Technik erfolgreich aus wässriger Lösung auf TiO2-Substrate adsorbiert werden. Die hergestellten, ultradünnen monomolekularen Schichten wurden mit verschiedenen analytischen Methoden, wie Spektroskopische Ellipsometrie, winkelabhängiger XPS und SPR-Spektroskopie charakterisiert. Durch eine gezielte Anbindung an TiO2-Oberflächen und einer stabilen Ausbildung von SAMs konnten sowohl die unspezifische Proteinadsorption zurückgedrängt bzw. verhindert, als auch eine spezifische Anbindung von ausgewählten Proteinen realisiert werden. / The surface immobilization of oligo (ethylene glycol) on metals is a promising approach to minimize or prevent non-specific adsorption of proteins, bacteria and cells. The aim of this work was the design, preparation, characterization and application of tailor-made, self-assembly molecules, which are able to adsorbed selectively on TiO2 surfaces but not on SiO2. The resulting self-assembled monolayers (SAMs) had a biocompatibility and bio functionality. For this purpose new molecules have been developed, which are not described in the literature. These compounds are derivatives of monoalkyl phosphoric acids or alkyl phosphonic acids and contain a terminal functional oligo (ethylene glycol) unit. The compounds were assembled on the TiO2-surface by self-assembly technique from aqueous solution. The adsorbed layers were characterized by different analytical tools, like angle resolved XPS, spectroscopic ellipsometry and SPR-spectroscopy. The selective adsorption of SAMs on TiO2-surfaces and the formation of stable SAMs make it possible to prevent or minimize non specific protein adsorption and also to bind selected proteins via specific surface reactions.

Les inhibiteurs mixtes de l'ECE et de l'ECA constituent une classe thérapeutique originale qui intervient dans la régulation de l'hémodynamique, en bloquant en amont la production de puissants vasoconstricteurs tels que l'angiotensine II et l'endothéline-1. Ces deux peptides sont générés, respectivement, grâce à l'enzyme de conversion de l'angiotensine II et de l'endothéline-1. En inhibant leur action, les agents thérapeutiques mixtes récents (1970) prennent ainsi une part importante dans le traitement de l'hypertension. Le premier type d'inhibiteurs porte un groupement phosphoré qui se lie au zinc présent dans le site actif de l'enzyme. Ces composés peptidiques, qui possèdent une certaine stéréochimie, ont été synthétisés via des réactions de substitution, de couplage peptidique et d'hydrogénolyse. Les premiers résultats pharmacologiques montrent que seule une activité vis à vis de l'enzyme de conversion de l'angiotensine est décelée. La seconde partie de ce travail présente la synthèse de dérivés cycliques, constitués de cinq ou six chaînons, et qui assurent une chélation au zinc grâce aux groupements carbonyles. Ces molécules sont obtenues en fonctionnalisant l'acide barbiturique ainsi que l'hydantoïne. Grâce à des réactions d'acylation et d'alkylation notamment, un premier composé final a pu être généré mais son inhibition, testée sur l'ECA, est encore faible et nécessite des modulations pour converger vers une activité mixte.

Ce travail de thèse visait la conception de marqueurs à base d'ions lanthanides pour le diagnosticprécoce de la maladie d'Alzheimer, à travers un transfert d'énergie avec des nanocristaux semi- conducteurs luminescents. Notre choix s'est porté sur des ligands polyaminophosphonatés de type pyridine-bis-pyrazolyl rendus réactifs vis-à-vis des biomolécules par la présence de groupements activés. Nous présentons la synthèse d'un ligand modèle incorporant seulement l'unité de photosensibilisation tridentate et des groupes phosphonatés. À partir de ce ligand, les complexes d'europium et de terbium synthétisés ont été caractérisés. Une grande stabilité et des propriétés de luminescence avantageuses ont été mises en évidence par nos études, notamment en ce qui concerne le complexe de terbium. Une méthode synthèse de ligands de ce type, fonctionnalisés par la présence de groupements réactifs a été développée et le marquage de biomolécules dont des marqueurs de la maladie d'Alzheimer a été réalisé avec succès. La synthèse d'un autre ligand phosphonaté associé de façon covalente à la biotine et l'utilisation de son complexe de terbium comme donneur d'énergie a permis de réaliser des expériences de transfert d'énergie avec divers accepteurs luminescents dont des nanocristaux semi-conducteurs.

Orientador: Prof. Dr. José Fernando Queiruga Rey / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / Neste trabalho foram construídos filmes finos automontados a base da imida aromática N,N¿-(2-fosfonoetil)-3,4,9,10-perilenodiimida (PPDI) utilizando a técnica de fosfonato de zircônio (ZP). Os filmes foram crescidos em substratos de silício e de ITO (óxido de índio dopado com estanho). O crescimento dos filmes foi acompanhado por espectroscopia de absorção no UV-visível no caso dos filmes em ITO e refletância especular no caso dos filmes em silício. No caso de filmes em ITO foram crescidas duas séries de filmes para avaliar os efeitos do tratamento térmico. A caracterização dos filmes foi feita por microscopia de força atômica (AFM) e refletividade de raios-X (XRR). As imagens de topografia obtidas por AFM mostram que o tratamento térmico proporcionou uma cobertura mais completa no substrato de ITO. Os valores de rugosidade quadrática média (RMS) obtidos mostram que a rugosidade dos filmes aumenta inicialmente mas passa a diminuir com a deposição de mais camadas. Isto sugere que o substrato pode influenciar na rugosidade do filme até um determinado número de camadas, e após isto, as camadas de filme previamente depositadas passam a ser o efeito predominante. As curvas de refletividade de raios-X sugerem que os filmes em silício estão mais organizados do que os filmes em ITO, demonstrando a influência do substrato na organização dos filmes automontados crescidos sobre ele. / In this work were constructed self-assembled thin films based on the aromatic imide N, N '- (2-phosphonoethyl) -3,4,9,10-perylendiimide (PPDI) using zirconium phosphonate method (ZP). The films were grown on silicon and ITO (indium-tin oxide) substrates. The growth of the films was monitored by absorption spectroscopy in the UV-visible in the case of films on ITO and specular reflectance in the case of films on silicon. Two series of films were grown on ITO substrates to evaluate the effects of heat treatment. The characterization of the films was made by atomic force microscopy (AFM) and X-ray reflectivity (XRR). The AFM topography images obtained show that the heat treatment provided a more complete coverage of the ITO substrate. The mean square roughness values (RMS) obtained show that the roughness of films initially increases but decrease with deposition of further layers. This suggests that the substrate can influence the roughness of the film up to a certain number of layers, and after that, the previously deposited film layers become the predominant effect. The reflectivity curves of X-rays suggest that the silicon films are more organized than the ITO films, demonstrating the influence of substrate on the organization of self-assembled films grown on it.

Porous metal phosphonate framework materials were synthesised by solvothermal reaction of bis(α-aminomethylenephosphonic acid) ligands with divalent and trivalent metal cations. The syntheses and characterisation by NMR and, where possible, single crystal X-ray diffraction of seven bisphosphonic acid ligands, including N,N′-piperazinebis(methylenephosphonic acid) (H₄L), its racemic and enantiopure (R) 2-methyl (H₄L′ and R-H₄L′) and 2,5-dimethyl (H₄L′′) derivatives, and N,N′-4,4′-bipiperidinebis(methylenephosphonic acid) (H₄LL) are reported. Syntheses of the known phase Y₂(LH₂)₃·5H₂O and the new phases, STA-13(Y) (St Andrews microporous material No. 13) and Y₂(R-L′H₂)₃·4H₂O, from reactions of Y(AcO)₃ with H₄L, H₄L′ and R-H₄L′ respectively are reported. The as-prepared and dehydrated structures of each phase have been determined from either laboratory or synchrotron powder X-ray diffraction data. Reaction of Y(AcO)₃ and H₄L′′ is shown to form a phase with a different structure. The features determining which structure crystallises are discussed. Syntheses of other rare-earth forms of STA-13 (Sc³⁺, Gd³⁺–Yb³⁺) and the porosity of each phase to N₂ are reported. STA-13(Y) is the most porous form with loadings of ∼3 mmol g⁻¹ and ∼4 mmol g⁻¹ for N₂ and CO₂ respectively. MIL-91(Fe) was synthesised for the first time from reactions of Fe³⁺ cations with H₄L. Its structure was confirmed by Rietveld refinement, but it was not porous. The first syntheses of [Fe₄L₁.₅(AcO)₁.₅(OH,H₂O)₃]·0.5NH₄5.5H₂O (L= L or L′) are reported, from reactions of H₄L or H₄L′ in the presence of an excess of Fe³⁺ cations. The phase is related to a previously reported Co phase. The synthesis of divalent metal bisphosphonate STA-12(Mg) (Mg₂(H₂O)₂L·5.6H₂O) was reported for the first time and its structure determined from single crystal X-ray diffraction. The dehydration behaviour of this material was compared with the known forms of STA-12. STA-12(Mg) is porous to both N₂ (∼5.5 mmol g⁻¹) and CO₂ (~ 8.5 mmol g⁻¹). Reaction of H₄LL with Co²⁺ and Ni²⁺ gave two materials isoreticular with STA-12, labelled STA-16(Co) and STA-16(Ni). The structures of both materials were solved from synchrotron powder X-ray diffraction data. On dehydration, STA-16(Co) undergoes a reversible structural transition to an unknown structure. By contrast, STA-16(Ni) retains the same symmetry in the dehydrated form and its structure was determined from synchrotron powder X-ray diffraction data. Both materials are porous to N₂, with an uptake of up to 22.2 mmol g⁻¹, and CO₂ with maximum loading of 21.7 mmol g⁻¹. NLDFT analysis of N₂ adsorption data confirm the crystallographically determined pore radii. Syntheses of other frameworks with divalent cations and initial reactions of H₄LL with trivalent cations are also reported.

Dans un premier chapitre, nous avons présenté un historique succinct de la chimiothérapie antivirale et l'utilisation d'analogues nucléos(t)idiques. Nous nous sommes focalisés en particulier sur les nucléosides phosphonates acycliques (ANP) en tant qu'antiviraux potentiels. Dans un second chapitre, nous avons décrit la synthèse de β-céto, β-hydroxylamino et β-O-(benzyl)hydroxylamino ANP dérivés de l'adénine et de la cytosine. Les isomèrs (R) et (S)-β-hydroxy-ANP ont été préparés par dédoublement du racémique correspondant avec le (S)-MPA et l'attribution des configurations absolues a été effectuée par RMN et calculs de modélisation moléculaire. Nous avons aussi développé une méthodologie de synthèse de β-azido-ANP, ces derniers étant utilisés pour la préparation de β-amino-ANP par hydrogénation catalytique. Dans un troisième chapitre, nous avons présenté la synthèse des 2H-azirine et cis-aziridne-ANP et examiné lʹ ouverture de cycle comme voie d'accès à des ANP α,β-fonctionnalisés. Les propriétés biologiques de ces nouveaux ANP ont été évaluées en culture cellulaire sur un certain nombre de virus à ADN et ARN. / In the first chapter, we presented a brief history of antiviral chemotherapy and use of nucleos(t)ide analogues, especially acyclic nucleoside phosphonates as potential antiviral agents. In the chapter-II we have successfully synthesized ¦Â-keto, ¦Â-hydroxylamino and ¦Â-O-(benzyl)hydroxylamino ANPs of adenine and cytosine derivatives. Then (R) and (S)-¦Â-hydroxy-ANPs were prepared via chiral resolution of racemic ¦Â-hydroxy-ANPs with (S)-MPA and assignment of absolute configuration was achieved using NMR and molecular modeling studies. We also developed a methodology for the synthesis of ¦Â-azido-ANPs and those were used for the preparation of ¦Â-amino-ANPs by catalytic hydrogenation. In third chapter, we synthesized 2H-azirine and cis-aziridine-ANPs and explored their ring opening to functionalized ¦Á,¦Â-ANPs. The novel ANPs obtained during this study were evaluated for their inhibitory effect on a number of DNA and RNA viruses in cell culture experiments.

In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese von phosphorhaltigen Verbindungen, ausgehend von Phosphor(III)- bzw. Phosphor(V)-halogeniden und Salicylalkohol- bzw. 2,2‘-Dihydroxydiphenylmethanderivaten, in Gegenwart einer Base beschrieben. Es wird deren Struktur und dynamisches Verhalten in Lösung diskutiert und mit der Struktur im Festkörper verglichen. Weiterführend werden die erhaltenen Monomere im Hinblick auf die thermisch initiierbare und kationisch katalysierte Zwillingspolymerisation untersucht. Die Struktur und Eigenschaften der nach der Polymerisation erhaltenen Hybridmaterialien werden diskutiert. Es werden zudem Untersuchungen angeführt, welche die thermisch initiierte simultane Zwillingspolymerisation einer Modellverbindung mit einem bisher bekannten Zwillingsmonomer, 2,2‘-Spirobi(4H-benzo[1,3,2]dioxasilan) beschreibt und die Struktur, sowie Eigenschaften des resultierenden Hybridmaterials diskutiert. Die Untersuchungen zur Struktur der erhaltenen Hybridmaterialien werden hauptsächlich mittels NMR Spektroskopie geführt. Zur Analyse der einzelnen Verbindungen wird das Verfahren der Einkristallröntgenstrukturanalyse genutzt. Weitere Analytik, wie die thermogravimetrische Analyse, der horizontale und der vertikale Brandtest werden durchgeführt und mit bestehenden Systemen verglichen. Zudem erfolgt die Ermittlung des Limited Oxygen Index und der Vergleich gegenüber bestehenden, kommerziellen Verbindungen. Die durch die simultane Zwillingspolymerisation erhaltenen Hybridmaterialien werden als potentielle Haftvermittler untersucht und exemplarisch die Verbunde aus Al6082, Zwillingspolymerisat und PA6 mittels Zugscherversuchen charakterisiert.

In der Industrie gibt es für Phosphonate zunehmend mehr Anwendungsgebiete. Genutzt werden sie unter anderem bei der Öl- und Erdgasgewinnung, in der Baustoffindustrie und bei der Trinkwassergewinnung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden aufgrund ihrer Relevanz für die Phosphonate 1-Hydroxyethan-(1,1-diphosphonsäure) HEDP, Amino-tris(methylenphosphon- säure) ATMP, Ethylendiamintetra-(metylenphosphonsäure) EDTMP und Diethylentriamin-penta(methylenphosphonsäure) DTPMP untersucht. Das Hauptziel dieser Arbeit war es, die Löslichkeitskonstanten von Calciumphosphonaten zu bestimmen. Die Bildung von Calciumphosphonat-Salzen wurde bei verschiedenen Bedingungen durchgeführt. Mit den gefällten und unterschiedlichen Calciumphosphonaten wurden die Löslichkeitsuntersuchungen durchgeführt. Die Gleichgewichtsproben wurden chemisch analysiert, um die Zusammensetzung dieser Verbindungen als Cax . Ly . nH2O zu ermitteln. Die Daten ermöglichten die Berechnung der Löslichkeitsprodukte der verschiedenen Calciumphosphonat-Salze. Die für die Berechnung notwendigen Dissoziations- und Komplexbildungskonstanten wurden ebenfalls in dieser Arbeit experimentell bestimmt. Hierzu wurde die pH-Potentiometrie angewandt. Die hier ermittelten Werte stimmen gut mit den Literaturwerten überein. Für DTPMP wurden die Stabilitätskonstanten der Ca-Komplexe erstmalig bestimmt. Im Fall von ATMP und EDTMP wurden Konstanten für erweitere Dissoziations- und Komplexbildungmodelle ermittelt.

Die Immobilisierung von Oligo(ethylenglykol)-derivaten an Oberflächen von Metallen ist ein viel versprechender Ansatz, um unspezifische Adsorptionen von Proteinen, Bakterien und Zellen zu minimieren bzw. zu verhindern. Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Entwicklung, Darstellung, Charakterisierung sowie Applikation maßgeschneiderter, self-assembly-fähiger Moleküle, die gezielt auf TiO2- und nicht auf SiO2-Oberflächen anbinden. Die resultierenden Monoschichten (SAMs) wiesen eine Biokompatibilität sowie Biofunktionalität auf. Dazu wurden neue bisher noch nicht beschriebene Moleküle entwickelt, die auf einer Kombination von funktionalisierten Oligo(ethylenglykol)-Einheiten mit Monoalkylphosphorsäure- und Alkylphosphonsäurederivaten basieren. Diese Verbindungen konnten durch die Anwendung der Self-Assembly-Technik erfolgreich aus wässriger Lösung auf TiO2-Substrate adsorbiert werden. Die hergestellten, ultradünnen monomolekularen Schichten wurden mit verschiedenen analytischen Methoden, wie Spektroskopische Ellipsometrie, winkelabhängiger XPS und SPR-Spektroskopie charakterisiert. Durch eine gezielte Anbindung an TiO2-Oberflächen und einer stabilen Ausbildung von SAMs konnten sowohl die unspezifische Proteinadsorption zurückgedrängt bzw. verhindert, als auch eine spezifische Anbindung von ausgewählten Proteinen realisiert werden. / The surface immobilization of oligo (ethylene glycol) on metals is a promising approach to minimize or prevent non-specific adsorption of proteins, bacteria and cells. The aim of this work was the design, preparation, characterization and application of tailor-made, self-assembly molecules, which are able to adsorbed selectively on TiO2 surfaces but not on SiO2. The resulting self-assembled monolayers (SAMs) had a biocompatibility and bio functionality. For this purpose new molecules have been developed, which are not described in the literature. These compounds are derivatives of monoalkyl phosphoric acids or alkyl phosphonic acids and contain a terminal functional oligo (ethylene glycol) unit. The compounds were assembled on the TiO2-surface by self-assembly technique from aqueous solution. The adsorbed layers were characterized by different analytical tools, like angle resolved XPS, spectroscopic ellipsometry and SPR-spectroscopy. The selective adsorption of SAMs on TiO2-surfaces and the formation of stable SAMs make it possible to prevent or minimize non specific protein adsorption and also to bind selected proteins via specific surface reactions.

Une large série d’imidazo[4,5-b]porphyrines a été synthétisée par condensation acido catalysée du 2,3-dioxo-5,10,15,20-tétraarylchlorines avec des aldéhydes aromatiques. Les propriétés stériques et électroniques des substituants méso-aryle sur le macrocycle tétrapyrrolique ont une influence importante sur le rendement en produit qui peut varier de 18% à 90%. L'analyse par diffraction des rayons X de la structure cristalline du 5,10,15,20-tétramésityl-2-(4-pyridyl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate de zinc(II) a montré qu'à l'état solide ce complexe forme des polymères de coordination. Ensuite, différentes méthodes de greffage des imidazoporphyrines sur la surface de TiO2 et ZrO2 mésoporeux ont été étudiées pour évaluer l'intérêt de ces matériaux hybrides en catalyse. La photo-oxydation en milieu homogène des sulfures en sulfoxydes par l'oxygène de l'air en présence de 5,10,15,20-tétramésityl-2-(4-diéthoxyphosphorylphényl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate d'indium(III) a été mis en œuvre. Il a été ainsi montré que le complexe supporté par le TiO2 pouvait être recyclé plusieurs fois malgré un lessivage partiel (1%) du catalyseur en solution. Puis, le 5,10,15,20-tétramésityl-2-(4-diéthoxyphosphorylphényl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate de manganèse(III) supportée par TiO2 a été utilisé comme catalyseur pour l'oxydation de sulfures en sulfoxydes par l'oxygène moléculaire en présence d'isobutyraldéhyde. Une large série de sulfoxydes a été préparée avec des rendements élevés (> 89%). Le catalyseur a été recyclé 7 fois sans perte de son efficacité et de sa sélectivité. Dans les conditions mises en jeu le lessivage du catalyseur en solution n'a pas été observé. / A broad series of functionalized imidazo[4,5-b]porphyrins was synthesized by the acid-catalyzed condensation of 2,3-dioxo-5,10,15,20-tetraarylchlorins with aromatic aldehydes. Both steric and electronic features of meso-aryl substituents influence on the product yield ranging from 18% to 90%.Single-crystal X-ray diffraction analysis of the structure of zinc(II) 5,10,15,20-tetramesityl-2-(4-pyridyl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate showed that this compound forms 1D coordination chains in the solid state.The post-synthetic modifications of imidazo[4,5-b]porphyrins were investigated by performing the Suzuki-Miyaura coupling reaction, preparing water-soluble imidazoporphyrins and linear/angular bis(imidazo)porphyrins.Several methods of grafting of imidazoporphyrins on the surface of mesoporous TiO2 and ZrO2 were investigated to prepare hybrid materials for catalysis.Then, it was demonstrated that indium(III) 5,10,15,20-tetramesityl-2-(4-diethoxyphospho-rylphenyl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate catalyzes the photooxidation of sulfides to sulfoxides by oxygen from air. This complex grafted on TiO2 surface was efficient as a reusable catalyst in spite of partial (1%) leaching of imidazoporphyrin in solution. TiO2-supported manganese(III) 5,10,15,20-tetramesityl-2-(4-diethoxyphosphoryl-phenyl)-1H-imidazo[4,5-b]porphyrinate was employed for catalytic oxidation of a broad range of sulfides by pure oxygen in the presence of isobutyraldehyde. All sulfoxides were obtained in high yields (>89%). The catalyst was reused in 7 consecutive cycles without loss of its efficiency and selectivity. Leaching of the catalyst was not observed under studied conditions.