This Thesis describes the synthesis and characterisation of sulfonamide supported titanium, zirconium and aluminium complexes and their use as ring opening polymerisation catalysts for ε-caprolactone and rac-lactide. Chapter 1 introduces polyester use, development and characterisation in general. Metal catalysed ring opening polymerisation of cyclic esters is considered in a literature review of the field. Titanium, zirconium and aluminium complexes supported by polydentate sulfonamide ligands are also discussed. Chapter 2 describes the synthesis and characterisation of new sulfonamide supported titanium amide, isopropoxide and zirconium isopropoxide complexes. Their application as catalysts for the ring opening polymerisation of ε-caprolactone and rac-lactide is discussed and compared with known zirconium isopropoxide complexes supported by bis(phenolate) amine ligands. Chapter 3 describes the synthesis and characterisation of Cs symmetric titanium amide and alkoxide complexes supported by dianionic, tri- and tetradentate sulfonamide ligands. Zirconium alkyl and amide complexes supported by C3- symmetric trianionic ‘tren’ type ligands bearing three different sulfonamide groups are also presented. The application of these complexes for the ring opening polymerisation of ε-caprolactone and rac-lactide is described and compared with the complexes presented in Chapter 2. Chapter 4 provides an overview of the synthesis and characterisation of aluminium alkoxide and alkyl complexes supported by dianionic, tri- and tetradentate sulfonamide ligands. Solution state behaviour and solid state structures are presented and discussed. An assessment of these complexes for the ring opening polymerisation of rac-lactide is presented. Chapter 5 presents full experimental procedures and characterisation data for the new complexes reported. CD Appendix contains .cif files for all new crystallographically characterised complexes described, and additional polymerisation graphs.

La vaccination est l’un des moyens les plus efficaces de la médecine moderne dans le combat contre les maladies infectieuses. L’amélioration de l’efficacité des vaccins requiert la mise au point d’adjuvants permettant d’accroître la qualité de la réponse immunitaire. À titre d’exemple, les nanoparticules (NP) de poly(acide lactique) (PLA) constituent un système efficace pour la délivrance d’antigènes. Afin de renforcer leur potentiel vaccinal, ce travail de recherche a eu pour objectif d’élaborer des NP de PLA décorées en surface par des molécules immunostimulantes, le D-mannose ou un peptide dérivé de l’interleukine-Beta, et au cœur, par l’imiquimod. Notre stratégie repose sur l’utilisation d’un tensioactif macromoléculaire composé d’un bloc de PLA et d’un bloc de poly(N-acryloxysuccinimide-co-N-vinylpyrrolidone) (P(NAS-co-NVP)), dont les fonctions ester de N-succinimidyle (NS) permettent le couplage de biomolécules. Ce copolymère a été synthétisé par combinaison de la polymérisation par ouverture de cycle et de la polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMP). Après l’étude de la copolymérisation du NAS et de la NVP par NMP à partir d’une alcoxyamine modèle (MAMA-SG1), leur copolymérisation a été réalisée à partir de la macro-alcoxyamine PLA-SG1, conduisant au copolymère PLA-b-P(NAS-co-NVP) désiré. Des NP de PLA ont alors été préparées par nanoprécipitation et diafiltration en présence du copolymère, conduisant à des tailles respectives de 150 et 500 nm. Des études de potentiel zêta et de spectrométrie UV ont démontré la présence des esters de NS à la surface des NP (2.4 fonctions.nm-2), disponibles pour le couplage des biomolécules. Des micelles de copolymère ont été également préparées, après substitution des esters de NS par des sucres, et permettent une encapsulation efficace de l’imiquimod, contrairement aux NP de PLA. Ces systèmes constituent une plateforme flexible d’adjuvants potentiels comme alternative aux adjuvants non biodégradables actuellement utilisés. / Vaccination represents one of the most powerful tools of medicine for the fight against infectious diseases. The improvement of vaccine efficiency needs the development of adjuvants able to increase the quality of the immune response. Poly(lactic acid) (PLA) nanoparticles (NPs) represent an efficient system for antigen delivery. In order to improve their vaccine potential, the goal of this research work was to elaborate PLA NPs decorated at the surface with immunostimulatory molecules, D-mannose or peptide derived from interleukine-Beta, and into the core with imiquimod. Our strategy relies on the use of a macromolecular surfactant composed of a PLA block and a poly(N- acryloxysuccinimide-co-N-vinylpyrrolidone) (P(NAS-co-NVP)) block, whose N-succinimidyl (NS) activated esters allow the coupling of biomolecules. This diblock copolymer was synthesized by the combination of ring opening polymerization and nitroxide mediated polymerization (NMP). After the study of the copolymerization of NAS and NVP by NMP from the MAMA-SG1 model alkoxyamine, their copolymerization was performed from the macro-alkoxyamine PLA-SG1, leading to the desired copolymer PLA-b-P(NAS-co-NVP). PLA NPs were then prepared by nanoprecipitation and diafiltration, in the presence of the copolymer, leading to 150 nm and 500 nm sized particles, respectively. Studies of zeta potential and UV spectrometry demonstrated the presence of NS-activated esters at the NP surface (2.4 functions.nm-2), available for the coupling of biomolecules. Micelles from copolymer were also prepared, after substitution of esters with carbohydrates, and allowed an efficient encapsulation of imiquimod, contrary to PLA NPs. These systems represent a flexible platform of potential adjuvants as an alternative to non-biodegradable adjuvants currently used.

La Polymérisation Radicalaire par Ouverture de Cycle (R-ROP) est une méthode de synthèse de polymères contenant des fonctions chimiques de choix dans le squelette carboné grâce à un mécanisme d'addition-fragmentation. L'utilisation de monomères spécifiques, les Acétals Cétènes Cycliques (CKA), permet dans certaines conditions l'obtention de polyesters aliphatiques dont la propriété de (bio)dégradation présente de nombreuses applications. Cette méthode relativement peu étudiée depuis les années 1980 présente un fort potentiel mais également de nombreuses limites. Ce travail de thèse a consisté à comprendre l'origine de ces limites pour tenter d'y apporter des solutions, grâce à une approche combinée expérience-théorie.Nous avons montré que l'obtention exclusive de polyesters découle d'une compétition cinétique et que le comportement des différents monomères s'explique par des interactions orbitalaires dépendant de la géométrie, la flexibilité et la substitution des cycles. D'autre part, nous avons mis en évidence l'extrême difficulté de propagation des monomères propageant via des radicaux stabilisés par des cycles aromatiques. Cette faible réactivité inhérente à la double liaison riche en électrons des CKA est également la cause de l'incorporation restreinte des monomères cycliques en copolymérisation avec des monomères vinyliques usuels. La rationalisation de la copolymérisation a été mise à profit pour réaliser des copolymérisations de type statistique et alternée. Enfin, l'étude du contrôle de la R-ROP par les nitroxydes a montré la présence de réactions secondaires propres à ce système et permettant actuellement un contrôle partiel de la polymérisation. / The Radical Ring-Opening Polymerization (R-ROP) is a synthetic pathway to introduce chemical functions into a polymer backbone due to an addition-fragmentation mechanism. Using specific monomers like Cyclic Ketene Acetals (CKA) in the right conditions allows preparing aliphatic polyesters which have numerous applications thanks to their (bio)degradability. This method has been quite faintly investigated since the 1980s and even if it has a great potential, it suffers of numerous limitations. This PhD work consisted in the understanding of those limitations to try bringing solutions to them, with a combined approach of experiments and theory.We first demonstrated that the exclusive preparation of polyesters comes from a kinetic competition. The behavior of the distinct monomers is explained by orbital interactions depending on the geometry, flexibility and substitution of the cycles. Then, we highlighted the extremely difficult propagation of the monomers propagating with stabilized aromatic radicals. This low reactivity inherent to the electron-rich double link of the CKAs is also the cause of low polyester introduction during the copolymerization with usual vinyl monomers. We took advantage of the CKA copolymerization rationalization to realize statistical and alternate copolymerizations. At last, the study of the nitroxide mediated R-ROP demonstrated the occurrence of side reactions characteristic of this system that allow at present a partial control of the polymerization.

Les études présentées dans le cadre de cette thèse visent à copolymériser l'ԑ-caprolactame (CL) avec différents dérivés de l'α-amino-ԑ-caprolactame (qui possèdent une amine primaire fonctionnalisable) par polymérisation anionique par ouverture de cycle. En utilisant cette stratégie, nous décrivons; (i) la préparation de polyamides 6 fluorés thermiquement plus stables, et ayant une surface hydrophobe; (ii) la synthèse de polyamides 6 portant des groupes pendants cinnamoyl thermo et photosensibles. Une réticulation réversible est observée ainsi que l'amélioration des propriétés thermo-mécaniques; (iii) la copolymérisation anionique par ouverture de cycle de CL avec un bis-monomère issu de l'α-amino-ԑ-caprolactame comme contrôle de la réticulation du polyamide 6. Enfin, dans le cadre de notre intérêt continu pour la chimie du polyamide 6, nous avons mis en évidence la possible combinaison de la polymérisation anionique par ouverture de cycle de CL avec la polycondensation en chaîne de l'éthyl-4-butylaminobenzoate pour obtenir en une étape un polyamide aliphatique/aromatique / The studies presented in this thesis aim to copolymerize ԑ-caprolactam (CL) with different derivatives of α-amino-ԑ-caprolactam (which has a functionalizable primary amine) via anionic ring-opening polymerization. By using this strategy, we describe: (i) the synthesis of thermally more stable fluorinated polyamide 6 having a hydrophobic surface; (ii) the synthesis of polyamides 6 bearing pendant cinnamoyl groups, which are thermo-and photoresponsivechromophore groups, and demonstrating their reversible crosslinking as well as improved thermo-mechanical properties; (iii) the copolymerization ofCL with a crosslinker (N-functionalized α-amino-ԑ-caprolactambis-monomers) into crosslinked polyamides 6.As part of our continuing interest in polyamide 6 chemistry, we developed the combination of anionic ring-opening polymerization of CL and chain-growth condensation polymerization of ethyl 4-butylaminobenzoate in order to obtain aliphatic/aromatic polyamides in one-step.

Es wurden Untersuchungen zur Synthese von Modellsystemen des heterobicyclischen Grundgerüsts der Saragossasäuren/Squalestatine durch Acetalisierung unterschiedlich konfigurierter acyclischer Diketohexaole durchgeführt. In diesem Zusammenhang gelang die biderektionale Darstellung eines Modellsystems in sieben Stufen mit einer Gesamtausbeute von 34 %. Als Methode zur Etablierung der korrekten Konfiguration der Hydroxygruppen diente die asymmetrische Dihydroxylierung nach Sharples. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde die selektive mono-Debenzylierung verschiedener N,N-Dibenzylamine mit Cer(IV)ammoniumnitrat (CAN) und DDQ untersucht. In diesem Kontext konnte eine neue, sehr schonende, Methodik zur chemoselektiven mono-Debenzylierung tertiärer N,N-Dibenzylamine erarbeitet werden. Im letzten Teil der Arbeit wurden zwei neue, verbrückte Heterobimetall-Katalysatoren auf Basis von BINOL-Liganden entwickelt. Diese Katalysatoren wurden für die asymmetrische Ringöffnung verschiedener meso-Epoxide mit 4-Methoxyphenol genutzt und lieferten die Öffnungsprodukte in guten Ausbeuten und Enantiomerenüberschüssen (ee: 80 - 90 %). / The intramolecular acetalisation of several diketohexaols tko the bicyclic skelleton of saragozic acids/squalestatines were investigated. It was possible, by using a bidirectional synthesis sequence, to obtain a model for the core structure of saragozic acids in seven steps with a total yield of 34 %. To establish the correct configuration of up to six hydroxygroups the Sharpless asymmetric dihydroxylation protocoll was used. In the second part of the dissertation a new and mild method for debenzylation of N,N- Dibenzylamines was elaborated. Tertiary amines incorporating two N-benzyl substituents are readily mono-debenzylated with CAN or DDQ. In the last part of the dissertation the synthesis of two bridged heterobimetallic catalysts for the catalytic enantioselective ring opening of meso-epoxides is described. The ring opening reaction was performed using 4-methoxyphenol as a nucleophile an different meso-epoxides to give the ring opened products in good yields and enaniomeric excesses (ee: 80 - 90 %).

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L'objectif principal de la thèse porte sur la synthèse contrôlée et la caractérisation d’architectures macromoléculaires complexes originales à base de POE. Les POEs α-undécènyle-ω-hydroxy sont obtenus par polymérisation anionique par ouverture de cycle de l’oxyde d’éthylène. Le groupement hydroxyle est modifié pour accéder à des POEs α-undécènyle-ω-méthacrylate et des POEs α-undécènyle-ω-acétylène. Ces premiers POEs sont ensuite utilisés pour préparer soit des POEs à structure en peigne par ATRP dans l'eau soit par l'intermédiaire de réaction « click », des POEs à structure en étoile tétrafonctionnelles, tandis qu’avec les seconds permettent d’obtenir des PI-b-POE par réaction « click » avec le polyisoprène ω-azoture. Les extrémités de chaîne de POE commerciaux α-méthoxy-ω-hydroxy sont modifiées en POEs α-méthoxy-ω-allyle ou en POEs α-méthoxy-ω-undécènyle pour synthétiser par réaction d’hydrosilylation des étoiles de POE à structures en étoile octafonctionnelles. / The main objective of the thesis focuses on the controlled synthesis and the characterization of original and complex macromolecular architectures based on PEO. α-Undecenyl-ω-hydroxy PEOs are obtained by anionic ring opening polymerization of ethylene oxide. The hydroxyl group is modified to access to α-undecenyl-ω-methacrylate PEOs and α-undecenyl-ω-acetylene PEOs. These first PEOs are used to prepare either comb-shaped PEOs by ATRP in water or through by click reaction of tetrafunctional star-shaped PEOs. Whereas the second PEOs allow obtaining block copolymers PI-b-PEO via click reaction with ω-azide polyisoprene. The chain-ends of commercial α-methoxy-ω-hydroxy PEO are modified in α-methoxy-ω-allyl PEOs or in α-methoxy-ω-undecenyl PEOs to synthesize by hydrosilylation reaction octafunctional star-shaped PEOs.

Es wurden Untersuchungen zur Synthese von Modellsystemen des heterobicyclischen Grundgerüsts der Saragossasäuren/Squalestatine durch Acetalisierung unterschiedlich konfigurierter acyclischer Diketohexaole durchgeführt. In diesem Zusammenhang gelang die biderektionale Darstellung eines Modellsystems in sieben Stufen mit einer Gesamtausbeute von 34 %. Als Methode zur Etablierung der korrekten Konfiguration der Hydroxygruppen diente die asymmetrische Dihydroxylierung nach Sharples. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde die selektive mono-Debenzylierung verschiedener N,N-Dibenzylamine mit Cer(IV)ammoniumnitrat (CAN) und DDQ untersucht. In diesem Kontext konnte eine neue, sehr schonende, Methodik zur chemoselektiven mono-Debenzylierung tertiärer N,N-Dibenzylamine erarbeitet werden. Im letzten Teil der Arbeit wurden zwei neue, verbrückte Heterobimetall-Katalysatoren auf Basis von BINOL-Liganden entwickelt. Diese Katalysatoren wurden für die asymmetrische Ringöffnung verschiedener meso-Epoxide mit 4-Methoxyphenol genutzt und lieferten die Öffnungsprodukte in guten Ausbeuten und Enantiomerenüberschüssen (ee: 80 - 90 %). / The intramolecular acetalisation of several diketohexaols tko the bicyclic skelleton of saragozic acids/squalestatines were investigated. It was possible, by using a bidirectional synthesis sequence, to obtain a model for the core structure of saragozic acids in seven steps with a total yield of 34 %. To establish the correct configuration of up to six hydroxygroups the Sharpless asymmetric dihydroxylation protocoll was used. In the second part of the dissertation a new and mild method for debenzylation of N,N- Dibenzylamines was elaborated. Tertiary amines incorporating two N-benzyl substituents are readily mono-debenzylated with CAN or DDQ. In the last part of the dissertation the synthesis of two bridged heterobimetallic catalysts for the catalytic enantioselective ring opening of meso-epoxides is described. The ring opening reaction was performed using 4-methoxyphenol as a nucleophile an different meso-epoxides to give the ring opened products in good yields and enaniomeric excesses (ee: 80 - 90 %).

Les milieux réactionnels issus de l’étude de la réactivité de deux types de polyols, le glycérol et le diglycérol par réaction d’estérification directe avec l’acide undécylénique, catalysée par l’acide dodécylbenzène sulfonique (ADBS). Les résultats montrent que les ystèmes polyol/acide undécylénique donnent une émulsion eau dans huile (E/H). L’ajout de l’ADBS et de l’eau formée in-situ aux systèmes polyol/acide undécylénique ont permis de réduire la taille des gouttelettes de 50 μm à moins de 1 μm et d’obtenir un système organisé (micro-réacteur). L’augmentation de la température contribue à favoriser le transfert de matière dans les systèmes émulsionnés et / ou gélifiés et d’obtenir un système monophasique, homogène et structurés. L’étude de la réaction de ces systèmes avec une approche site à site (site OH / site COOH) a montré que lorsque le nombre de sites acides carboxyliques est inférieur à celui des sites hydroxyles, la synthèse est totalement sélective en esters partiels des deux polyols (glycérol et diglycérol). Les rendements sont supérieurs respectivement à 60% en esters partiels de glycérol et à 70% en esters partiels de diglycérol. La modélisation de la cinétique de synthèses et la régression des données cinétiques ont montré que la réaction est réversible d’ordre 2 et athermique. Les énergies d’activation calculées sont de 17 kcal/mol et 16 kcal/mol respectivement pour le monoundécénoate de glycérol (MUG) et le diundécénoate de glycérol (DUG). De plus, la méthodologie de recherche expérimentale a montrée que les variables (concentration en catalyseur ADBS et température) permettent d’obtenir le MUG avec un rendement de plus de 60% et une sélectivité en MUG de 80%. Ensuite, l’étude de la réactivité de la double liaison terminale du MUG en présence de deux agents oxydants pour engendrer des molécules bolaamphiphiles simples a été réalisée par H2O2 / acide formique et acide métachloroperbenzoïque (m-CPBA). Les résultats ont montré le 10,11-dihydroxy-monoundécénoate de glycérol (MUGDiol) est obtenu par oxydation au H2O2 / acide formique et le 10,11-époxy-monoundécénoate de glycérol (MUGE) par réaction d’époxydation avec la m-CPBA. L’ouverture de la fonction époxyde par des molécules aminées permet l’observation de nouvelles molécules bolaamphiphiles : le 10-hydroxy-N-11-((2-hydroxyéthyl)amino)monoundécénoate de glycérol(bola éthanolamineglycérol) et le N,N-11-(diaminobutan)-10-hydroxymonoundecanoate de glycérol (bola diaminobutaneglycérol). L’étude des propriétés physico-chimiques de ces molécules amphiphiles et bolaamphiphiles a permis de monter que toutes ces molécules sont de solvo-surfactants actifs aux interfaces et elles réduisent la tension interfaciale de l’eau jusqu’à la limite de la solubilité dans l’eau. L’adsorption des molécules ne vérifie pas le modèle de Gibbs. Le MUG et le MUDG s’auto-assemblent dans l’eau et donnent des nano-objets (vésicules et agrégats plats) et s’adsorbent sur des surfaces polaires et solides (silice et ciment). Ces deux molécules retiennent 30% et 56% molécules d’eau et le nombre de molécules d’eau fortement liée aux têtes polaires est de 21 et 49 respectivement pour le MUG et le MUDG. Pour es molécules bolaamphiphiles pures (MUGE et bola éthanolamineglycérol), elles retiennent plus de 56% de molécules d’eau et se lient à plus 53 molécules d’eau. L’ensemble de ces propriétés physico-chimiques a permis de répondre aux problématiques industrielles et de formuler un produit de cure, un agent de démoulage et un produit anti-adhérent. / This study is of the reactivity of two types of polyols (glycerol and diglycerol) by direct esterification reaction with undecylenic acid from castor oil. This reaction was catalyzed by dodecylbenzene sulfonic acid (DBSA). The first step was to study of polyol / undecylenic acid reaction systems by physico-chemical approach. The result have shown that these systems give water-in-oil (W / O) emulsion. Adding DBSA and water formed in-situ in polyol/undecylenic acid systems have reduced droplet size from 50 microns to less than 1 μm and form an organized system (micro-reactor). Increasing temperature can simplify transfers in emulsified systems and / or melted gel and to get a monophasic and homogeneous system. The only systems and aided by water formed in-situ assists the organization and structuring of gels. The reaction study of these systems was analyzed by gas chromatography. This showed that when the number of carboxylic acid function sites is less than the hydroxyl function site, synthesis is totally selective to partial esters of the two polyols (glycerol and diglycerol). The yields are higher than 60% in partial glycerol esters and 70% in partial diglycerol esters. The kinetic modeling of this synthesis and regression of kinetic data by the software GEPASI showed that the reaction follows the reversible 2 order and it is athermic. The calculated activation energy is 17 kcal/mol for the synthesis of glycerol monoundecenoate (GMU) and 16 kcal/mol for glycerol diundecenoate (GDU), these values are close to the theoretical values and they show that the reaction is happening at room temperature. Moreover, the response of the surface methodology shows that the variables chosen for the present study are temperature and catalyst concentration have a positive effect on the yield of the GMU. This approach was used to determine the optimum conditions for producing the GMU. Second study performed was of the reactivity of the terminal double bond of the GMU in presence of two oxidizing agents H 2 O 2 / formic acid and metachloroperbenzoic acid (m-CPBA), for synthesized bolaamphiphiles molecules was performed. The H 2 O 2 /formic acid was used to oxidize the double bond of GMU in diol function of glycerol 10,11-dihydroxymonoundecenoate (GMUDiol). The m-CPBA epoxidizes the double bond of GMU to give glycerol 10,11-epoxymonoundécénoate (GMUE). The opening of the epoxide function by aminoalcohol molecules are used to generate the new molecules bolaamphiphiles molecules: the bola ethanolamineglycerol and the bola diaminobutaneglycerol. The third step was the stady of the physico-chemical properties of pure amphiphilic and bolaamphiphiles molecules. The result was shown that all molecules are solvo-surfactants molecules and they are active in the interfaces (liquid/air and liquid/solid). The curves of surface tension of water do not respect the Gibbs rule. GMU and DGMU self- assemble in water and give nano-objects (vesicles and aggregates) in diluted solutions. In hydrogel, the molecules self-assemble in lamellar phase. In this lamellar phase, the amount of water retained is 56% and the number of water molecules strongly linked to the polar heads is 49 moles of water/diglycerol monoundecenoate molecule (DGMU). All these physico-chemical properties have permit to respond to industrial problems such as water retention for the curing product, self-assembly for demoulding concrete and for surface anti-adhesion and adsorption and finally foaming required for the aged bitumen regeneration. For pure bolaamphiphiles molecules (GEMU and ethanolamineglycerol bola) reduce the interfacial tension of water to the limit of the solubility of this bola molecules in water but do not provide a critical aggregation concentration (CAC). They retain more water molecules respectively between 56% and 63% water and the number of water molecules strongly bound with two polar heads groups pure bolaamphiphiles molecules is between 42 and 53.