Molecular recognition has become a very important field of research in chemistry during the last decades. This<br />chemical phenomenon is responsible for all processes occurring in biology and asymmetric synthesis is based<br />upon the capability of molecules or substrates to recognise each other in a selective manner. In this thesis, the<br />design, preparation and evaluation of a series of new synthetic receptors has been described. The importance of<br />regioselectivity and stereoselectivity in molecular recognition has also been underlined with two different<br />biological examples.<br />The capability of host molecules, derived from (+)-tartaric acid, to accommodate various guests in a selective<br />manner was demonstrated using 1H-NMR spectroscopy (paper I). These host molecules, known as TADDOLs,<br />enantioselectively recognised the valuable chiral alcohols glycidol and menthol. Macromolecular receptors, i.e.<br />molecularly imprinted polymers (MIPs), were also prepared in order to catalyse the aldol reaction between either<br />(R)- or (S)-camphor and benzaldehyde (paper II). With the help of analytical methods, it was demonstrated that<br />the MIPs interacted in a selective manner with the enantiomers of camphor. Moreover, these MIPs enhanced<br />significantly the rate of the aldol condensation mentioned above.<br />Regarding biological systems, various regioisomeric analogues of benzoic acid have been tested as antifeedants<br />against the pine weevil Hylobius abietis (paper III and IV). The regioisomers studied displayed very different<br />antifeedant activities. The significance of stereoisomerism on pheromone function has been shown in the<br />preparation of lures for the control of the insect pest Argyrotaenia sphaleropa (paper V). It was demonstrated that<br />male leafrollers could be caught by a lure containing components of the female sex pheromone gland.

This thesis describes the synthesis and characterisation of novel mono and dinuclear homogenous [Zn(II)] and [In(III)] metal complexes. Their applications as catalysts for CO₂/epoxide or epoxide/anhydride ring opening copolymerisation and lactide ring opening polymerisation to generate polycarbonates and polyesters, respectively, are also reported. Chapter 3 reports the first indium phosphasalen catalysts for CO₂/cyclohexene oxide ring opening copolymerization. The catalysts are active at 1 bar pressure of CO₂ and are most effective without any co-catalyst. It is also possible to use the complexes to isolate and characterise the key intermediates in the catalytic cycle. Kinetic and spectroscopic analyses show that polymerisation proceeds via a rare cis-mononuclear coordination- insertion mechanism. Chapter 4 describes a series of mono and dinuclear zinc macrocycle catalysts with very high activities for the racemic lactide ring opening polymerisation. In most cases, the dinuclear zinc catalysts significantly out-perform the mono-zinc homologue. In addition, kinetic and spectroscopic investigations suggest a role for the ligand conformation in mediating rate. The catalysts perform very well under immortal conditions and operate at low catalyst loading, whilst conserving high activities. Chapter 5 presents four dinuclear zinc acetate salen catalysts for the ring opening copolymerisation of CO₂/cyclohexene oxide and phthalic anhydride/cyclohexene oxide. The catalysts show moderate activities for CO₂/epoxide copolymerisation but are highly active for epoxide/anhydride copolymerisation. Structure/activity relationship studies reveal that the more flexible and electron donating ligand displays the highest activity. Poly(ester-b-carbonate)s are also afforded using the most active catalyst in terpolymerisations of anhydride/epoxide/CO₂.

Le diabète de type 2 est aujourd’hui une maladie de plus en plus répandu. En ce sens il est nécessaire de mettre au point de nouveau composé permettant d’inhiber la gluconéogenèse. C’est pourquoi nous nous sommes intéressé à la synthèse du FR225654 1, décaline présentant une activité hypoglycémiante in vivo après administration par voie orale et inhibiteur de la néoglucogenèse in vitro (IC50 = 1,1.10-7 M). Ce composé, isolé en 2005 du champignon Phoma sp N°00144 et jamais encore synthétisé à ce jour, possède un mécanisme d’action inconnu. La nécessité d’une synthèse par voie chimique convergente et flexible, permettant l’accès à des analogues, est donc évidente. La stratégie consistait à préparer une trans-décaline par le biais d’une réaction de Diels-Alder intramoléculaire à partir d’un triène précurseur. La combinaison de ces travaux a constitué une avancée importante dans le cadre de la synthèse du FR225654, un hypoglycémiant potentiel. La mise au point d’une synthèse convergente du précurseur de la réaction de Diels-Alder permettra notamment d’effectuer par la suite des modifications aisées en vue de la préparation d’une vaste gamme d’analogues simplifiés. A ce jour, le produit de cyclo-addition a été isolé et caractérisé, validant ainsi l’étape clé de la stratégie de synthèse. Ainsi, l’accès rapide au FR225654 est rendu possible et la synthèse d’analogues est maintenant envisageable. Les produits synthétisés feront l’objet d’une évaluation biologique, l’objectif ultime étant d’accéder à de nouveaux médicaments pour le traitement du diabète de type 2. / Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is a growing worldwide health concern that is expected to afflict over 366 million people by 2030. FR225654 is a novel gluconeogenesis (GNG) inhibitor recently isolated from the culture broth of Phoma sp.. This compound selectively inhibits GNG of primary rat hepatocytes and shows highly hypoglycemic effects in several in vivo mouse models (80% decrease of glycemia). However, to date, the mechanism of action and molecular target remain unknown. From a structural point of view, FR225654 exhibits a highly oxygenated trans-decalin ring substituted by a β-keto-enol moiety and a side-chain bearing a conjugated carboxylic acid and a trisubstituted olefin. Project specific objectives were to design an efficient total synthesis which could also permit a straightforward access to diverse analogues. This feature would constitute a crucial step for the further understanding of Structure Activity Relationship of FR225654. The work consists in synthesizing separately a side chain and a trans-decalin core by means of an intramolecular Diels-Alder reaction from a precursor. To date, synthesis of the precursor has been achieved in 13 steps as well as the side chain. The Intramolecular Diels-Alder reaction has also been validated in order to accomplish the first total synthesis of FR225654.

Le poly(acide lactique) (PLA), un polyester bio-ressourcé et biodégradable, est un candidat majeur pour la substitution des polymères issus de ressources fossiles. Le contrôle méticuleux de sa microstructure permet de modifier ses propriétés physiques. Dans ce contexte, ce manuscrit rapporte le design de complexes originaux de métaux trivalents et leur utilisation pour la polymérisation par ouverture de cycle (ROP) stéréosélective du lactide racémique (rac-LA). Ainsi, (i) les complexes M-Salen chiraux (M = Al, Ga, In, Salen = (1,2-diphényléthane)bis(phénoxyimine)) ont permis de confirmer l’aptitude des précatalyseurs aluminiques à être isosélectifs (Pm = 0.90) pour la ROP du rac-LA dénotant toutefois de leur faible activité. L’utilisation du gallium et de l’indium dans le but d’augmenter l’activité des systèmes catalytiques correspondants n’a pas permis de conserver la stéréosélectivité. Des études cinétiques et microstructurales ont permis d’établir les mécanismes de ROP et de stéréocontrôle ; (ii) les nouveaux ligands Salan rigidifiés par un cœur hydropyrimidine ((hydropyrimidine)bis(méthylène))diphénol), ont révélé une activation Csp3-H intramoléculaire inattendue avec le gallium et l’indium menant à des entités zwitterioniques originales. Les études mécanistiques par RMN, GC et calculs DFT ont permis de décrire le mécanisme alors mis en œuvre ; (iii) un précatalyseur hétéro-bimétallique yttrium/lithium et basé sur un ligand chiral dérivé de la binaphthylamine, a permis d’engendrer un PLA quasiment parfaitement hétérotactique (Pr = 0.99) ; (iv) finalement, de nouveaux ligands chiraux à base de proline pourront permettre de s’orienter vers l’utilisation de métaux divalents (Zn, SnII…), dans le but d’accéder à des systèmes stéréosélectifs faisant preuve d’une meilleure activité catalytique. / Poly(lactic acid) (PLA) is one of the most promising bio-resourced and biodegradable polymers and may constitute a viable alternative to petroleum-based materials. Its physical properties can be tuned by an accurate control of his microstructure. In this context, this manuscript relates the design of original complexes of trivalent metals and their further use for the stereoselective ring-opening polymerisation (ROP) of racemic lactide (rac-LA). Hence, (i) the chiral M-Salen complexes (M = Al, Ga, In, Salen = (1,2-diphenyl-ethane)bis(phenoxyimine)) have confirmed the isoselectivity exhibited by aluminium precatalysts for the ROP of rac-LA (Pm = 0.90) but also their limited activity. The gallium and indium congeners were prepared to enhance the catalytic activity, but resulted on substantial loss of stereoselectivity. The ROP and stereocontrol mechanisms were both investigated by kinetic monitoring and by microstructural analysis of the polymer; (ii) novel Salan ligands rigidified by a hydropyrimidine core ((hydropyrimidine)bis(methylene))-diphenol) have led to unexpected intramolecular Csp3–H activation with gallium and indium, affording unusual zwitterionic complexes. NMR and GC studies as DFT computations have been implemented to understand the mechanism for this process; (iii) a hetero-bimetallic yttrium/lithium precatalysts based on a chiral binaphthylamine backbone has led to highly heterotactic PLA (Pr = 0.99); (iv) finally, new chiral ligands should afford complexes of divalent metals (Zn, SnII…) that should yield access to stereoselective catalytic systems featuring increased activity.

Une grande partie des chimistes puisent leur inspiration auprès de la biologie. C’est le cas des chercheurs en chimie supramoléculaire, qui travaillent sur l’élaboration de récepteurs moléculaires synthétiques capables d’effectuer des reconnaissances moléculaires envers des substrats d’intérêt biologiques. Le but est ainsi de mimer l’activité des protéines naturelles, en vue d’applications cliniques.L’unité cyclotribenzylène (CTB) est une structure de symétrie C3 qui possède des propriétés complexantes intéressantes. Un CTB relié à une deuxième unité complexante par trois bras espaceurs constitue la famille des hémicryptophanes. Au cours de cette thèse, nous avons travaillé sur l’élaboration de récepteurs moléculaires basés sur cette unité CTB. Dans un premier temps nous avons développé une nouvelle méthode de synthèse d’hémicryptophane énantiopurs à l’échelle du gramme en vue d’effectuer des reconnaissances stéréosélectives de neurotransmetteurs chiraux. Nous avons ensuite développé des récepteurs CTB et hémicryptophanes combinant la chiralité du CTB et du groupement binaphtol. La configuration absolue des unités chirales ont été déterminées par une méthode de corrélation chimique. Ces récepteurs ont été utilisés pour réaliser des expériences de reconnaissance stéréosélective de saccharide et de bonnes diastéréosélectivités ont été obtenues. Enfin, nous avons travaillé sur l’élaboration d’une voie de synthèse d’hémicryptophanes fluorescents capables de subir des excitations bi-photoniques dans le but d’effectuer des expériences de suivi dans l’espace et dans le temps de substrats d’intérêt biologiques en milieu in-vivo. / Biology is an inspiration for chemists. Especially for the field of supramolecular chemistry, which one of the aim is to develop synthetic molecular receptors capable of molecular recognition to biological substrates, to mimic the activity of natural proteins for clinical applications.Cyclotribenzylene unit (CTB) is a C3-symmetry structure which present interesting recognition properties. When a CTB is connecting to another molecular unit by three spacers arms, it forms an hemicryptophane receptor. During this thesis, we worked on elaboration receptors based on CTB unit. First, a new way of enantiopure hemicryptophane synthesis on gram scale has been developed for stereoselective recognition of chiral neurotransmitters. Then receptors based on chirality of CTB and binaphthol unit has been developed. Assignment of absolute configuration of chiral unit was determined by a chemical correlation. Stereoselective recognition of carbohydrates by these receptors revealed good diastereoselectivity. Finally, a synthetic pathway leading to fluorescent hemicryptophanes was developed for bi-photonic excitation in order to realize in-vivo experiments of tracking biological substrates.

Ce travail de thèse a pour objectif la simplification de la préparation d’un nouveau type d’inhibiteur d’entrée du VIH conçu, synthétisé et validé dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire, l’Institut de Biologie Structurale de Grenoble et l’Institut Pasteur de Paris. Ce prototype est constitué d’un mime fonctionnel de CD4 lié de façon covalente à un fragment dodécasaccharidique d’Héparane Sulfate dont la synthèse est complexe. Nous avons donc proposé de préparer des oligomaltosides sulfatés afin de déterminer si ils pouvaient se comporter comme des mimes d’Héparane Sulfate. Dans un premier temps, nous avons mis au point la synthèse d’un précurseur trisaccharidique oligomérisable à partir de maltotriose, un trisaccharide biosourcé commercial. Au cours de ce travail, nous avons résolu trois points particulièrement délicats : l’allylation de l’extrémité réductrice du maltotriose, l’installation d’un groupement paraméthoxybenzylidène en position O-4ᴵᴵᴵ et O-6ᴵᴵᴵ et la protection sélective des positions O-6ᴵ et O-6ᴵᴵ par un groupement silylé. Les optimisations menées nous ont permis de limiter la formation de produits secondaires, d’augmenter le rendement de chaque étape. La synthèse définitive du trisaccharide oligomérisable comprend 8 étapes, a un bon rendement global de 44 % et peut être menée sans problème à des échelles allant jusqu’à 10 g. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les réactions de glycosylation α(1→4) visant à oligomériser la brique maltotrioside : nous avons constaté qu'une activation des donneurs sous forme de N-phényltrifluoroacétimidate (PTFA) est un meilleur choix que sous forme de trichloroacétimidate (TCA). En effet, ces derniers subissent une réaction parasite du réarrangement de l’imidate en trichloroacétamide. Nous avons aussi observé que le groupement benzoyle (Bz) en position O-6ᴵᴵᴵ du donneur est préférable à l’acétyle (Ac) qui est moins stable dans les conditions acides et basiques. Ensuite, nous avons synthétisé différents donneurs PTFA possédant différents groupements protecteurs en position O-6ᴵ (TBDPS, Bn, pNO2Bz, Piv, Ac et Bz). Nos études de glycosylation avec ces différents donneurs nous ont permis de conclure qu'un groupement TBDPS en position O-6ᴵ permet d'obtenir de hauts rendements et une totale stéréosélectivité 1,2-cis dans les réactions de glycosylation et, de plus, est parfaitement indiqué comme groupement protecteur dans les étapes de diversifications ultérieures. Pour finir, nous avons optimisé différents paramètres comme : le promoteur, la température, l’ordre d’addition des réactifs, le type de tamis moléculaire, l’effet de solvant, le rapport donneur/accepteur, la concentration de l’accepteur et l’échelle de la réaction. Les conditions optimisées nous ont permis d’accéder efficacement, avec de bons rendements et une stéréosélectivité α totale, aux hexa, nona et dodecasaccharide protégés ciblés. Dans un troisième temps, nous avons réussi à réaliser les étapes de déprotection et fonctionnalisation des oligomaltosides synthétisés : débenzoylation et désilylation chimiosélective (hexa et nonasaccharide), sulfatations (hexa et nonasaccharides), puis déprotection des groupements protecteurs résiduels (hexasaccharides). La finalisation de ce projet impliquera de sulfater les nonasaccharides et de déprotéger les groupements protecteurs résiduels, puis d'introduire un espaceur fonctionnalisé sur tous les membres de la chimiothèque ainsi obtenue (hexa et nonasaccharides) et enfin de réaliser l'hydrogénolyse finale des groupements benzyles pour conduire aux oligomaltosides sulfatés libres dont les activités biologiques seront déterminées en collaboration avec nos partenaires. / This work aims at simplifying the preparation of a new type of HIV entry inhibitor, conceived, synthesized and validated within a collaboration between our group, the "Institut de Biologie Structurale" (Grenoble) and the Institut Pasteur (Paris). This prototype is composed of a CD4 functional mimetic linked to a dodecasaccharide fragment of Heparan Sulfate, whose synthesis is complex. In order to determine if Heparan Sulfate may be replaced by simpler sulfated oligosaccharides, we decided to prepare a set of sulfated oligomaltosides. To this goal, we first optimized the synthesis of an oligomerizable maltotrioside building block in eight steps and 44% global yield from maltotriose, a commercial and biosourced trisaccharide. In this work, we had to address three major points: the allylation of the reducing end of maltotiose, the introduction of a paramethoxybenzylidene group between positions O-4ᴵᴵᴵ and O-6ᴵᴵᴵ and the selective protection of the remaining primary positions O-6ᴵ and O-6ᴵᴵ by a silylated protecting group. Each step has been optimized to minimize the amount of secondary products and thus to enhance its yield. The resulting synthesis was thus shown to be highly reproducible up to ten grams scale. Then, glycoside acceptors and donors were prepared from the oligomerizable maltotrioside building block and we studied their behaviors in glycosylation reactions. We found that trichloroacetimidate activation led to poor glycosylation yields, due to the competitive formation of trichloroacetamidyl glycoside rearrangement product. Gratifyingly, N-phenyltrifluroacetimidate activation solved the rearrangement problem. We demonstrate that benzoyl group (Bz) at position O-6ᴵᴵᴵ in the donor should be preferred to acetyl (Ac) which is less stable both in acidic or basic conditions. Then, we synthesized various PTFA donors bearing different protecting groups at O-6ᴵ position (TBDPS, Bn, pNO2Bz, Piv, Ac et Bz) in order to study their influence on the yields and stereochemical outcome of the glycosylation reactions. We concluded that TBDPS represent the best compromise for efficient glycosylation and later protecting group manipulation strategies. Then we optimized various reaction parameters: promotor nature, temperature, reagents addition order, molecular sieve type, solvent nature, donor/acceptor ratio, concentrations and scale of the reaction. The optimized conditions allowed efficient access, in high yields and full α stereoselectivity, to the targeted protected hexa, nona and dodecasaccharides. Then we validated the deprotection and functionnalization steps: chimioselective debenzoylation and desilylation (hexa and nonasaccharide), sulfations (hexa and nonasaccharides), the final deprotection of the residual protecting groups (hexasaccharides).

No / Forumla chem. . A variety of 5-chloro-2(H)-1,4-oxazin-2-ones bearing a range of substituents at their 3- and 6-positions undergo Diels-Alder cycloaddition as a 2-azadiene component with electron-rich, electron-deficient, and electron-neutral dienophiles. These reactions proceed with moderate regio- and stereoselectivity to afford relatively stable and readily isolable bridged bicyclic lactone cycloadducts. Chemical manipulation of these cycloadducts affords highly substituted and functionally rich piperidines. The regio- and stereochemical preferences of the cycloadditions of 5-chloro-2(H)-1,4-oxazin-2-ones are investigated computationally using density functional theory (B3LYP/6-31G*).

This thesis describes stereospecific fluorination reactions, and addresses the synthesis of fluorosugars. In Chapter 1, the influence of fluorine on the physical properties of organic molecules, as well as its stereoelectronic effects, are introduced. Furthermore, an overview of nucleophilic and electrophilic fluorination reactions is given. Chapter 2 describes the dehydroxyfluorination of allylic alcohol diastereoisomers 155a and 155b, which can proceed either by direct or allylic fluorination. The regio- and stereo- selectivities were also assessed. Chapter 3 outlines the synthesis of the novel trifluoro D-glucose analogue 193 and trifluoro D-altrose analogue 216. The transport of these hexose analogues across the red blood cell membranes was then explored, to investigate the influence of polarity versus hydrogen bonding ability in carbohydrate-protein interactions. Chapter 4 describes the development and optimisation of Bio’s methodology, to promote stereospecific dehydroxyfluorination of benzylic alcohols (R)-213 and (R)-227 by addition of TMS-amine additives 226 and 229. And finally Chapter 5 reports the experimental procedures as well as the characterisation and the crystallographic data of the molecules prepared in this thesis.

In der vorliegenden Dissertation konnten erfolgreich neben der Entwicklung und Optimierung neuer Methoden in der Kettenverlängerung von Aldosen und Ketosen auch neue Farbstoffe zur Untersuchung von Protonierungs- und Wasserdynamiken designt und synthetisiert werden. Die Erweiterung des Verständnisses im Zusammenspiel von Aminosäuren und Kohlenhydraten hat einen großen Einfluss in der wissenschaftlichen Gesellschaft der Kohlenhydratchemie. Die Kontrolle im Aufbau von Stereotetraden und -pentaden führt zu einer Ausweitung der bekannten Möglichkeiten in der stereoselektiven Synthese von Naturstoffen und Biomimetika. Außerdem konnten durch eine einfache Methode die C-Glykoside seltener Kohlenhydrate dargestellt werden. Einbau von Aminosäuren in Kohlenhydratstrukturen konnten in hohen Stereoselektivitäten und der Möglichkeit der Stereomanipulation durch Wahl des Isocyanides erreicht werden. Die Synthese des zellgängigen Farbstoffes PAc-SNARF, sowie des Biolinkers IA-SNARF ermöglicht eine bildgebenden ratiometrischen pH-Untersuchungen in Zellen und auf Proteinoberflächen. Die Verallgemeinerung der Synthese der Farbstoff-Precursor für die SNARF-Derivate über eine Friedel-Crafts-Acylierung erlaubt eine kostengünstige Darstellung einer großen Bandbreite von Farbstoffen. Mithilfe der neu synthetisierten sterisch anspruchsvollen N-Methyl-6-oxychinoliniumbetain-Derivate verbunden mit der Fluoreszenzaufkonvertierungs-Spektroskopie konnte eine Verlangsamung von Wasser an hydrophoben Oberflächen bewiesen werden. Die gesammelten Ergebnisse und Erkenntnisse in diesen verschiedenen Themengebieten werden in Zukunft einen großen Einfluss in der Wissenschaftswelt haben. / In the presented dissertation new methods in the chain elongation of carbohydrates could be established and optimized. Besides that, new probes for the investigation of protonation and water dynamics could be designed and synthesized. The extension of comprehension in the interaction between amino acids and carbohydrates through hydrogen bonds has a great impact in the scientific community of carbohydrate research. The stereochemical control in the construction of stereotetrads and –pentads leads to a considerable extension of known methods in the synthesis of natural compounds and biomimetics. Additionally the C-glycosides of rare carbohydrates could be synthesized through simple methods. Installation of amino acids into carbohydrate structures could be achieved with very high stereoselectivity and the potential of manipulating the stereochemical course through the choice of different isocyanides. The synthesis of the cell permeable PAc-SNARF and the cysteine-bioapplicable IA-SNARF allow the ratiometric pH-imaging of cells and protein surfaces. The generalization of the synthesis of dye-precursors for SNARF-derivatives through friedel-crafts-acylation allow an inexpensive approach in synthesizing a broad spectrum of dyes. Through deployment of newly developed sterical demanding N-Methyl-6-oxyquinolinium betaine-derivates together with the fluorescence upconversion spectroscopy a deceleration of water reorientation near hydrophobic surfaces could be proven. The here summarized results and insights in the different topics will have a considerable influence in academic sciences.

La fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I est une enzyme glycolytique (EC 4.1.2.13) qui catalyse le clivage réversible du fructose-1,6-bisphosphate (FBP) en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Des années de recherche sur FBP aldolase ont permis d’identifier les résidus impliqués dans son mécanisme réactionnel, ont tracé en grande partie les coordonnées de la réaction, ont révélé de nouvelles fonctions dites « moonlighting », et ont validé l’aldolase comme une cible attrayante pour des applications anti-glycolytiques tel que le cancer. Il existe néanmoins des questions en suspens relatives à ces activités que nous avons étudiées. Tout d'abord, la trajectoire détaillée de l'aldéhyde relatif à sa liaison au site actif allant jusqu’à la formation du lien carbone-carbone par condensation aldolique est indéfini. Pour élucider les détails moléculaires liés à ces événements, nous avons déterminé des structures cristallographiques à hautes résolution de l’aldolase de classe I chez Toxoplasma gondii, qui porte une identité de séquence élevée avec l’aldolase humaine (57%), en complexe avec l’intermédiaire ternaire de pré-condensation. Le complexe ternaire révèle un mode de liaison non-productive inhabituel pour G3P dans une configuration cis qui permet l’alignement de l'aldéhyde à proximité du nucléophile naissant. La configuration compétente pour la condensation aldolique provient d'une transposition cis-trans de l'aldéhyde qui produit une liaison hydrogène courte permettant la polarisation de l'aldéhyde et le transfert de proton au niveau de Glu-189. Nos résultats informent les chimistes synthétiques qui cherchent à développer l’aldolase comme biocatalyseur pour des réactions stéréo-contrôlées. Le rôle présumé de l’aldolase dans la production du méthyglyoxal (MGO), un métabolite dicarbonyle hautement réactif qui génère des « advanced glycation end products » (AGES) a également été étudié structurellement et enzymatiquement. Une enquête structurelle cristallographique de MGO générée par décomposition enzymatique chez l’aldolase de classe I a révélé que, contrairement aux indications préliminaires, l'apparition hypothétique de MGO et de phosphate inorganique (Pi) résultant de la décomposition enzymatique de DHAP dans le site actif de l’aldolase est mieux interprétée par une population mixte de DHAP et de molécules d'eau. Une étude enzymatique a révélé que la décomposition spontannée des trioses-phosphate est une source majeure de la production de MGO, alors qu’une production catalysée par l’aldolase est peu concluante. L’identification des sources de production de MGO continue d'être une priorité afin de développer des stratégies pour atténuer les manifestations cliniques de pathologies associées au MGO. La FBP aldolase est également reconnu pour ses activités « moonlighting » - du fait qu’elle effectue plus d'une activité sans rapport avec sa fonction glycolytique. Divers partenaires de l’aldolase sont rapportés dans la littérature, y compris les adhésines de surface cellulaire chez les parasites apicomplexes, dans lequel l’aldolase exécute une fonction d'échafaudage entre le complexe actomyosine et les adhésines - une interaction qui est décisive pour la motilité et l'invasion des cellules hôte. Le mode de liaison de cette interaction a été étudié et nos résultats sont compatibles avec une liaison au site actif. Les détails précis de cette interaction ont des implications thérapeutiques, étant donné que le ciblage de celui-ci réduit l'invasion des cellules hôte par les parasites. Enfin, l’aldolase de classe I est de plus en plus reconnu pour son potentiel comme cible anti-glycolytique dans les cellules qui sont fortement tributaires du flux glycolytique, comme les cellules cancéreuses et les parasites protozoaires. Le développement de nouveaux inhibiteurs de haute affinité est donc non seulement avantageux pour des études mécanistiques, mais représente un potentiel pharmacologique sans fin. Nous avons développé une nouvelle classe d’inhibiteurs de haute affinité de type inhibition lente et avons déterminé la base moléculaire de leur inhibition grâce à des structures cristallographiques à haute résolution et par un profilage enzymatique. Cette étude, qui combine plusieurs disciplines, y compris la cristallographie, enzymologie et chimie organique, souligne l'intérêt et l'importance d'une approche multidisciplinaire. / Class I Fructose-1,6-bisphosphate aldolases are glycolytic enzymes (EC 4.1.2.13) that catalyze the reversible cleavage of fructose-1,6-bisphosphate (FBP) to dihydroxyacetone phosphate (DHAP) and glyceraldehyde-3-phosphate (G3P). Years of research on FBP aldolases has identified residues implicated in the reaction mechanism, mapped the greater part of the reaction coordinates, and revealed novel moonlighting functions. Further, FBP aldolase is recognized as an attractive target for anti-glycolytic applications such as cancer. There are nevertheless outstanding questions related to these activities that were investigated in this thesis. First, the detailed trajectory of the reaction mechanism from aldehyde binding in the active site to carbon-carbon bond formation by aldol condensation is undefined. To elucidate the molecular details related to these events, we solved high-resolution crystallographic structures of native class I aldolase from Toxoplasma gondii, which has a high sequence identity with human aldolase (57 %), in complex with the pre-condensation ternary intermediate. The ternary complex reveals a condensation-incompetent binding mode for G3P in a cis-configuration that aligns the aldehyde alongside the nascent nucleophile. The productive aldol-competent configuration arises from a cis-trans rearrangement of the aldehyde that produces a short hydrogen bond required for polarization of the aldehyde and coincident proton transfer at Glu-189. Our results inform synthetic chemists seeking to develop aldolases for stereo-controlled reactions in biosynthetic applications. The suspected role of aldolase in methylglyoxal (MGO) production, a highly reactive dicarbonyl metabolite that produces advanced glycation end-products (AGES) was also probed structurally and enzymatically. A crystallographic structural investigation of MGO generated by enzymatic decomposition in class I aldolase revealed that, contrary to preliminary indications, the appearance of MGO and inorganic phosphate (Pi) resulting from enzymatic decomposition of DHAP in the active site of aldolase is more appropriately modeled by a mixed population of DHAP and water molecules. Enzymatic investigation revealed triose-phosphate decomposition to be a major source of MGO production, whereas production by aldolase did not exceed assay background levels. Identifying the main sources of MGO production continues to be a priority for mitigating the clinical manifestations of MGO-derived pathologies. FBP aldolase is also recognized for its moonlighting properties – performing more than one activity unrelated to the glycolytic function. Diverse aldolase partners are reported, including cell surface adhesins in apicomplexan parasites, in which aldolase performs a bridging function between the actomyosin complex and the cytoplasmic domain of the adhesins – an interaction that is crucial for motility and host-cell invasion. The binding mode of this interaction was investigated and our results are consistent with active site binding. The precise details of aldolase-adhesin binding has therapeutic implications, since targeting of the latter reduces host-cell invasion by parasites. Finally, class I aldolase is gaining prominence as an anti-glycolytic target in cells that are highly dependent on glycolytic flux, such as cancer cells and protozoan parasites. Developing new high-affinity inhibitors for these enzymes is therefore not only advantageous for mechanistic studies, but has endless pharmacological potential. We developed a novel class of high-affinity aldolase inhibitors, bisphosphonates, and determined the molecular basis of their inhibition with high-resolution crystallographic structures and enzymatic profiling. This study, which combined several disciplines, including crystallography, enzymology, and organic chemistry, underscores the interest and significance of a multidisciplinary approach.