Les poly(triazole amide)s sont une classe de polymères à séquences définies synthétisés par une approche « AB+CD » itérative, chimiosélective et supportée. Cette stratégie permet de contrôler parfaitement la séquence des monomères, puisque les unités constitutives sont ajoutées une à une. De plus, la chimiosélectivité des réactions de couplage permet de s’affranchir d’étapes de déprotection. En outre, l’utilisation d’un support solide minimise également le temps d’expérimentation et facilite les étapes de lavage, réduisant donc le temps total de synthèse. Cette voie de synthèse a été utilisée pour la préparation de différents types de polymères fonctionnels. Premièrement, plusieurs oligomères comme des structures composées de chaînes alkyles ou PEG ont été préparées, contenant des séquences de monomères non naturels qui forment un code binaire. Ces produits ont été analysés grâce à deux techniques de séquençage : la spectrométrie de masse en tandem et l’analyse de chaînes uniques par les nanopores. Une synthèse sans cuivre de ce type d’oligomères a également été considérée. Enfin, une nouvelle classe d’acides xénonucléiques (XNAs), les peptide triazole nucleic acids (PTzNAs), a été synthétisée et étudiée. En particulier, les propriétés d’hybridation de ces polymères contenant des séquences génétiques ont été examinées. / Poly(triazole amide)s are a class of sequence-defined polymers synthesized via a chemoselective iterative “AB+CD” approach on a solid support. This strategy allows to perfectly control the sequence of monomers, since the building blocks are added one by one. Moreover, the chemoselectivity of the coupling reactions enables to avoid the use of deprotection steps and to save time. In addition, the use of a solid support also minimizes the experiment time and facilitates the cleaning steps, thus reducing the total synthesis time. This synthesis pathway was used for the synthesis of different types of functional polymers. First of all, several oligomers such as structures based on alkyl or PEG chains were prepared, containing sequences of non-natural monomers that form a binary code. Those products were analyzed with two sequencing techniques: tandem mass spectrometry and nanopore single-chain analysis. A copper-free synthesis of this type of oligomers was also considered. Then, a new class of xeno nucleic acids (XNAs), peptide triazole nucleic acids (PTzNAs) was synthesized and studied. In particular, the hybridization properties of those natural sequence-containing polymers were investigated.

Une stratégie itérative de type AB+CD a été développée afin de synthétiser des polymères à séquences définies. Cette approche, basée sur des réactions orthogonales, a permis la synthèse de poly(alcoxyamine phosphodiester)s sans utiliser de groupements protecteurs. Ces copolymères sont composés de deux sous-unités, définies arbitrairement comme bit 0 et bit 1, ce qui permet le stockage d’information à l’échelle moléculaire. Les polymères synthétisés se sont révélés faciles à séquencer, la fragmentation par MS/MS des liaisons labiles de type alcoxyamine générant des spectres prédictibles. D’autres techniques de séquençage, comme l’approche de séquençage sans fragmentation ont aussi été utilisées. En outre, la chaine principale des polymères a été modifiée afin de pouvoir utiliser un alphabet étendu, optimisation permettant d’augmenter la densité d’information tout en maintenant la simplicité du séquençage. Enfin, deux liaisons alcoxyamine de stabilités différentes ont été insérées dans la chaine principale. Ceci permet l’obtention de polymères pouvant être fragmentés à des positions définies via l’utilisation de différents stimuli. / Uniform sequence-defined polymers were synthesized using a new iterative (AB+CD) strategy involving two orthogonal reactions. This approach allowed the protecting-group free synthesis of uniform poly(alkoxyamine phosphodiester)s. These molecules, having a defined sequence of comonomers defined as bits 0 and 1, enable the data storage of binary information at the molecular level. Interestingly, poly(alkoxyamine phosphodiester)s were found to be extremely easy to sequence. Indeed, the cleavage of the labile alkoxyamine bond in MS/MS generates “easy-to-read” fragmentation patterns. The sequencing was also tested using non-conventional techniques as fragmentation-free sequencing. Furthermore, the poly(alkoxyamine phosphodiester) backbone was modified using an extended alphabet. This optimization increases the storage capacity maintaining the read-out by MS/MS easy. Finally, two alkoxyamine bonds, having different stabilities, were inserted in the poly(alkoxyamine phosphodiester) backbone to obtain sequence-defined polymers which can be fragmented in defined positions of the chain using different stimuli.

Ce travail s’inscrit dans le cadre du développement de nouvelles stratégies d’anti-contrefaçon. Des marqueurs oligouréthanes à séquences définies ont été étudiés comme nouvelles stratégies dans la traçabilité et la lutte contre la contrefaçon. Ces oligouréthanes à séquence définie ont été préparés par chimie itérative en phase solide. Leur synthèse est basée sur l'utilisation de deux étapes chimiosélectives successives; la formation d'un carbonate activé et sa réaction sélective avec la fonction amine primaire d'un aminoalcool. L'utilisation de différents blocs constitutifs d'aminoalcools avec différents groupes latéraux comme de monomères de base permet la synthèse de polymères codés en séquence. Par conséquent, chaque oligouréthane a une séquence de monomère unique qui constitue une identité exclusive du produit. Dans ce travail, les marqueurs oligouréthanes ont été incorporés dans différents types de matériaux hôtes, tels que des films plastiques, des implants biomédicaux et du bois. L'extraction des marqueurs, par spectrométrie de masse en tandem (MS / MS) ont été étudiées en collaboration avec un laboratoire de spectrométrie de masse. Pour tous les matériaux étudiés, les différents marqueurs ont été extraits efficacement et leurs séquences ont été décryptées par MS/MS, démontrant ainsi la robustesse et la polyvalence de la stratégie de marquage basée sur l’utilisation de oligouréthanes à séquence-définie. Dans ce travail, il a été également démontré que ces marqueurs peuvent être stockés avec succès et utilisés in vivo. Sur la base de ces résultats forts prometteurs, des stratégies de marquage plus perfectionnées (donc plus sécurisées) ont également été étudiées dans ce travail. Par exemple, le développement de marqueurs codés en séquence 2D et l’intégration de manière covalente des marqueurs aux réseaux de polymères sont également décrits dans cette thèse. / This PhD thesis deals with the development of a new anti-counterfeiting strategy. Sequence-defined oligourethane taggants were studied herein as a novel option for anti-counterfeit and traceability applications. These oligomers were prepared by iterative solid-phase chemistry. Their synthesis is based on the use of two successive chemoselective steps; the formation of an activated carbonate and its selective reaction with the primary amine function of an amino alcohol. The use of different amino alcohol building-blocks with different side-groups allows synthesis of sequence-coded polymers. Therefore, each oligourethane has a unique monomer sequence, which constitutes an exclusive product identity. In this work, oligourethane taggants were included in different types of host materials such as model commodity plastic films, biomedical implants and wood. The extraction and detection of the taggants by tandem mass spectrometry (MS/MS) was studied in a collaboration with a mass spectrometry laboratory. In all cases, the coded oligourethanes were efficiently extracted from the host materials and their sequences were deciphered by MS/MS, thus evidencing the robustness and versatility of the taggant strategy. For instance, it was even demonstrated in this thesis that the taggants can be successfully stored and used in vivo. Based on these successful results, more complex (thus more secure) tagging strategies were also studied in this work. For instance, the development of 2D-sequence-coded taggants and the covalent attachment of the taggants to polymer networks are also described in this thesis.

Récemment, la chimie des phosphoramidites s’est montrée efficace et polyvalente en tant que plateforme pour accéder à des poly(phosphodiester)s à séquence définies abiotiques. Grâce à cette stratégie, les monomères peuvent être placés dans la chaîne à des positions choisies, ouvrant la voie à de nombreuses possibilités pour la préparation de macromolécules fonctionnelles. Ici, la méthode phosphoramidite a été explorée pour la synthèse de polymères dits numériques, qui contiennent des séquences de monomères encodées binairement. Des polymères dont les longueurs de chaînes et les séquences numériques sont contrôlées ont été préparés en utilisant une stratégie phosphoramidite classique impliquant des groupements protecteurs diméthoxytrityles, ou bien un procédé photocontrôlé faisant intervenir des groupements nitrophénylpropyloxycarbonyles clivables à la lumière. En outre, plusieurs stratégies pour modifier l’information contenue dans les chaînes latérales ont été étudiées dans cette thèse. Une modification binaire post-polymérisation à travers deux cycloadditions alcyne-azoture catalysées par le cuivre(I) consécutives a été examinée pour optimiser les chaînes latérales des poly(phosphodiester)s à séquences définies. De plus, la libération photocontrôlée de différents motifs éthers ortho-nitrobenzyliques latéraux a été étudiée. Ces fonctions ont permis la conception d’oligo(phosphodiester)s numériques dont les séquences d’information peuvent être effacées ou révélées grâce à la lumière. / Phosphoramidite chemistry has recently been evidenced to be an efficient and versatile platform to access sequence-defined abiotic poly(phosphodiester)s. Using this strategy, monomers can be placed at defined positions positions in a chain, thus opening up wide possibilities for the preparation of functional macromolecules.Here, the phosphoramidite platform was explored to synthesize so-called digital polymers, which contain monomer-coded binary sequences. Polymers with controlled chain lengths and digital sequences were prepared using either a standard phosphoramidite strategy involving dimethoxytrityl protective groups or a photo-controlled process involving light-cleavable nitrophenylpropyloxycarbonyl protective groups. Additionally, several strategies to modify the side chain information were investigated in this thesis. A binary post-polymerization modification by means of sequential copper(I)-catalyzed alkyne-azide cycloadditions was investigated for tuning the side chain functionality of sequence-defined poly(phosphodiester)s. Moreover, the photo-controlled release of several ortho-nitrobenzylic ether side chain motifs was studied. These moieties allowed the design of digital oligo(phosphodiester)s whose sequence information can be erased or revealed with light as a trigger.