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.

Cette thèse est dédiée à la conception de machines moléculaires pH-sensibles inédites de type muscles et nœuds moléculaires. Le premier muscle moléculaire pH-sensible a été synthétisé de manière très directe, et publié en 2008, en utilisant une stratégie en deux étapes: 1) fermeture des axes encapsulés par cycloaddition 1,3-dipolaire de type Huisgen catalysée par le cuivre (I), 2) méthylation des triazoles formés en triazoliums, capables d'être reconnus par les macrocycles DB24C8. Deux états étirés ou contractés, déclenchés par simple variation de pH, permettent le contrôle de l'orientation et de la distance entre les deux « stoppeurs » glucidiques non reliés de manière covalente. Des stations pyridiniums amides mono ou disubstitués inédites ont également été utilisées pour la synthèse de muscles moléculaires de plus large amplitude à effets co-conformationnels induits. Lors de la contraction du muscle par carbamoylation des ammoniums, la différence de localisation des macrocycles autour des stations pyridiniums amides, dépendante de la substitution des amides, engendre deux effets très différents : rôle de frein moléculaire de la DB24C8 ou basculement conformationnel impressionnant des chaises des mannopyranoses. Une étude méthodologique a été menée afin de classer les stations moléculaires rencontrées dans ce manuscrit, selon leurs affinités respectives pour la DB24C8, et a conduit à la conception d'un muscle moléculaire oscillant dont l'état varie continuellement entre contracté et semi-contracté en fonction de la température et de la nature du solvant. Enfin, différentes stratégies de synthèse ont été explorées pour obtenir des nœuds moléculaires inédits en forme de double lasso par cyclisation de synthons dimères de rotaxanes. Un double lasso dont la vitesse de rotation et la taille de la cavité peuvent être modulées en fonction du pH a ainsi été obtenu. / This thesis is devoted to the synthesis of pH-sensitive molecular muscles and knots. The first molecular muscle has been readily synthesized and published in 2008, using a two-step strategy: 1) end-capping of the interlocked axles by copper(I)-catalyzed Huisgen alkyne-azide 1,3-dipolar cycloaddition, 2) methylation of triazoles to triazoliums, which are able to interact with the macrocycle DB24C8. Two stretched and contracted states, triggered by variation of pH, allow the control of the distance and of the orientation of the two glucidic ends, which are not covalently linked. Novel mono- and disubstituted pyridinium amide stations have been used for the synthesis of large-amplitude molecular muscles, whose translation of the macrocycles trigger a second co-conformational induced effect. In fact, upon contraction of the molecular muscle, using carbamoylation of the ammoniums, the slight different localizations of the macrocycles around the pyridinium amides (depending on their mono- or disubstitution) trigger two very different effects. The first one is a molecular break played by the DB24C8, whereas the second one is a flipping of the chair-like conformation of the mannopyranosyl ends. A methodologic study was then carried out with the aim to determine the relative affinity of the new described molecular stations for the DB24C8, and led to the synthesis of a molecular muscle which oscillates from the contracted to the semi-contracted co-conformation, depending on solvent and temperature. Eventually, different routes to very new double-lasso molecular knots were investigated from a molecular muscle building-block. One molecular knotted machine has been obtained, and has a double-lasso structure, whose rotation and size of its cavity can both been modulated by variation of pH.

Au cours des dernières décennies, la conception de complexes moléculaires ayant une organisation et des propriétés prévisibles n’était pas possible. Bien qu’il soit possible de calculer efficacement les propriétés de molécules individuelles, leur comportement collectif demeure imprévisible. Récemment, nous avons assisté au développement d’une nouvelle stratégie intitulée « construction modulaire » permettant de produire des matériaux bien définis et ordonnés dotés de nouvelles propriétés. Cette stratégie utilise des sous-unités moléculaires aptes à réaliser des interactions non-covalentes telles que des ponts hydrogène afin de maintenir des modules voisins à des positions programmables. Puisque les ponts hydrogène sont très forts et directionnels, un objectif important consiste à concevoir des sous-unités moléculaires aptes à réaliser un grand nombre de ponts hydrogène. Les molécules incorporant multiples groupements 4,6-diamino-1,3,5-triazinyles (DAT) sont un exemple de ce type de composés. Nos travaux sont focalisés sur l’introduction d’unités N(DAT)2, qui offrent la possibilité de faire des réseaux ordonnés maintenus ensemble par un nombre encore plus grand de ponts hydrogène par molécule. Nous décrivons les structures et les propriétés de matériaux cristallins de ce type, dans lesquels un nombre croissant de ponts hydrogène donne lieu à la formation de réseaux robustes et hautement poreux. / During the past few decades, designing molecular complexes with predetermined properties and predictable architectures was not possible. Although, it is possible to calculate the properties of individual molecules with confidence, the behavior of molecular assemblies remains unpredictable. Recently there has been a development of a strategy called “modular construction,” which can lead to producing well-defined and ordered materials with novel properties. This strategy uses molecular subunits that engage in non-covalent interactions such as hydrogen bonds to hold the neighboring modules in programmable positions. Since hydrogen bonds show high strength and directionality, an important objective is to devise molecular subunits that can take part in a large number of hydrogen bonds. Examples are compounds that incorporate multiple 4.6-diamino-1,3,5-triazinyl (DAT) groups. Our work has focused on introducing N(DAT)2 units, which offer the possibility of making ordered networks held together by even larger number of hydrogen bonds per molecule. We describe the structures and properties of crystalline materials of this type, in which increasing the number of hydrogen bonds gives rise to the formation of robust networks with high levels of porosity.

La chimie supramoléculaire est un domaine qui porte sur l’étude des interactions<p>faibles entre molécules. Ces interactions sont très répandues dans les systèmes naturels et de<p>nombreux récepteurs moléculaires synthétiques ont été développés, soit pour un apport<p>théorique à la compréhension de ces processus de reconnaissance, soit pour d’éventuelles<p>applications en biologie ou en chimie analytique par exemple.<p>Les calix[6]arènes sont des composés intéressants pour la reconnaissance moléculaire.<p>Ils possèdent une cavité idéale pour l’inclusion de petites molécules et peuvent être modifiés<p>par l’ajout de divers motifs de reconnaissance. Le premier calix[6]crypturée préalablement<p>étudié au sein du Laboratoire de Chimie Organique est un récepteur dont la cavité aromatique<p>est juxtaposée à un motif de reconnaissance pour anions. Ce dernier est composé d’un<p>chapeau à base de tren (tris(2-aminoéthyl)amine) portant trois groupes urée. Ce récepteur<p>possède notamment une forte sélectivité pour le chlorure et une forte affinité pour les paires<p>d’ions organiques de type chlorure d’ammonium, dans un solvant apolaire (CDCl3).<p>Cependant, ces propriétés de reconnaissance sont beaucoup plus limitées dans un solvant<p>protique (CD3OD), ce qui restreint les éventuelles applications. L’objectif de ces travaux a été<p>de synthétiser de nouveaux dérivés avec une modification autour du site tris-urée pour<p>renforcer les propriétés de reconnaissance, notamment en milieu protique.<p>La première stratégie a consisté à agrandir le chapeau cryptant reliant les trois groupes<p>urée. Trois modes différents de complexation d’ammonium intra-cavitaire ont été mis en<p>évidence dans un solvant apolaire, dont deux sont remarquables. Avec un anion peu<p>coordinant (le picrate), le récepteur protoné inclut l’ammonium selon un processus<p>allostérique pour donner un complexe dicationique. Avec la protonation du récepteur et un<p>anion dichargé (SO4<p>2-), l’inclusion de l’ammonium constitue un complexe cascade, stable en<p>milieu protique.<p>La deuxième stratégie a consisté à supprimer les groupes méthyle du petit col<p>calixarénique via une réaction de déméthylation sélective pour obtenir le calix[6]crypturée<p>1,3,5-trishydroxyle. Dans un solvant apolaire, ce récepteur a montré une plus forte sélectivité<p>pour la complexation de paires d’ions par rapport à la complexation d’anions, permettant par<p>exemple de complexer le chlorhydrate de O,O-diméthyldopamine.<p>La troisième stratégie a été de synthétiser le calix[6]cryptothiourée, un récepteur dont<p>le chapeau comporte trois groupes thiourée. Cette modification structurale a fortement<p>renforcé la complexation d’anions mais n’a pas favorisé la complexation de paires d’ions dans<p>un solvant protique.<p>Enfin, la complexation de zwittérions a été testée sur l’ensemble de ces récepteurs et le<p>calix[6]cryptothiourée s’est avéré être un remarquable complexant de la B-alanine bétaïne.<p>Dans un mélange protique (CD3OD/CDCl3 1:1) la constante d’association est élevée (K ≈ 104<p>M-1) et supérieure d’au moins trois ordres de grandeur par rapport aux autres zwittérions<p>testés. C’est à notre connaissance un des rares récepteurs de bétaïnes et le premier à être<p>sélectif pour la B-alanine bétaïne. Enfin, le biomimétisme du mode de reconnaissance a été<p>montré par comparaison avec une protéine transporteur de bétaïne (Corynebacterium<p>glutamicum). / Doctorat en sciences, Spécialisation chimie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les récepteurs moléculaires synthétiques sont au cœur de la chimie supramoléculaire. Ils procurent un apport théorique important en reconnaissance moléculaire et peuvent trouver des applications en nanoscience, science séparative, biologie, médecine, catalyse, chimie analytique, science des matériaux ou industrie alimentaire. Dans le cadre de la reconnaissance moléculaire, les calix[6]arènes sont des candidats de choix car ils possèdent des arguments structuraux uniques et une cavité hydrophobe de taille propice à l’inclusion de petites molécules organiques. De plus, de nombreuses méthodes ont été mises au point pour les modifier chimiquement. Ainsi, dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la complexation d’anions, de paires/triades d’ions de contact (anion et ammonium(s) associé(s)) ou de cations métalliques et de molécules neutres. Ces complexations sont classiquement mises en évidence par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN). Toutefois, cette méthode souffre d’un manque de sensibilité, et nous nous sommes donc proposé de développer une nouvelle génération de calix[6]arènes portant des fluorophores, ce qui permettait la détection d’analytes présents en faible concentration dans le milieu par des méthodes spectrophotométriques. A notre connaissance, seuls de rares exemples de calix[6]arènes porteurs de fluorophores ont été décrits pour la détection de paires/triades d’ions de contact ou de cations métalliques et de molécules neutres. Notre démarche est donc tout à fait originale dans le sens où la cavité du récepteur est exploitée, au contraire de la plupart des exemples décrits dans la littérature qui n’utilisent que des sites de complexation extra-cavité.<p><p>Deux types de récepteurs ont été étudiés :les calix[6]trisurées qui sont capables de complexer des anions et des paires d’ions et les calix[6]trisimidazoles qui peuvent coordiner un ion métallique et une molécule neutre. En ce qui concerne le fluorophore, nous nous sommes particulièrement intéressés au pyrène, connu pour son aptitude à former des excimères, facilement détectables par fluorimétrie. Ainsi, le calix[6]trispyrénylurée, portant un site de reconnaissance pour anions au niveau de son petit col, a été synthétisé avec succès. La haute flexibilité de la structure associée à la taille importante des groupes pyrène du récepteur ont conduit à des problèmes de stœchiométrie pour la complexation de la plupart des anions dans le CDCl3 et dans un mélange CDCl3/CD3CN. Toutefois, l’anion sulfate est le seul à être reconnu en stœchiométrie 1:1 par ce récepteur avec une constante d’association élevée, déterminée avec précision par fluorimétrie. Ce récepteur est même sélectif pour le sulfate dans le DMSO. Un problème de sélectivité du mode de reconnaissance, lié à la flexibilité du récepteur et à l’encombrement des groupes pyrène, a été observé avec des paires d’ions de type RNH3+X- (X-=anion). Toutefois, de manière remarquable, la complexation de triades d’ions de type ammoniumTBASO4 (ammonium = PrNH3+, HexNH3+, DodNH3+, TMA+, pyrrolidinium) a pu être observée au sein du récepteur avec une sélectivité assurée par la cavité du calixarène, ceci par spectroscopie de RMN ainsi que par des méthodes spectrophotométriques. Un mécanisme d’adaptation induite de la structure du récepteur a en outre été observé au cours de la complexation de ces ammoniums de tailles différentes. Trois récepteurs calix[6]trisimidazoles portant des fluorophores de type pyrène, dansyle ou dérivé du benzothiazole au niveau du grand col ont également été obtenus. La complexation de cations métalliques tels que Zn2+, Cd2+, Co2+, Mg2+, Cu+ ou Cu2+ a pu être détectée par fluorimétrie, méthode qui a également permis de déterminer les constantes d’association de ces complexes, ce qui n’était pas possible par spectroscopie RMN. Le complexe zincique du récepteur trisimidazole trispyrényle a pour sa part permis d’inclure des amines primaires linéaires (PrNH2, DodNH2) ainsi qu’un dérivé de la dopamine, composé d’importance biologique, au sein de la cavité avec une haute sélectivité assurée par un effet cavitaire du calixarène. En outre, la complexation de ces espèces a pu être mise en évidence par fluorimétrie avec une grande sensibilité via une modification du rapport IM/IE du fluorophore en présence de l’amine d’intérêt endo-complexée. La fonctionnalisation sélective d’un invité ditopique complexé dans la cavité du récepteur a également pu être réalisée. Enfin, l’utilisation de multiples méthodes d’analyse (RMN, UV-Vis, fluorimétrie, ITC) pour mettre en évidence les phénomènes de complexation a permis de montrer leur complémentarité et de mettre en lumière certaines de leurs limites.<p><p>Tous ces travaux prometteurs permettent de valider le concept de détection d’espèces neutres ou chargées par des calix[6]arènes porteurs de fluorophores via des méthodes spectrophotométriques avec une haute sélectivité assurée par la cavité du calix[6]arène.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail s’inscrit dans le cadre de l’étude de plateformes polyphénoliques et, plus spécifiquement, des calixarènes. Des macrocycles oligomériques tels que les calixarènes, cyclodextrines, cyclotrivératrylènes, pillararènes, etc. sont fortement utilisés dans de nombreuses applications telles que la reconnaissance moléculaire, la détection, la séparation, le greffage sur surface, etc. Le développement de telles applications requiert toutefois modification sélective de ces macrocycles pour leur conférer des propriétés utiles aux applications visées (e.g. affinité envers certaines espèces chimiques, hydrosolubilité, activité photoluminescente). La modification sélective de tels macrocycles oligomériques est cependant loin d’être triviale car, en plus de requérir un contrôle des chimio- régio- et stéréosélectivités classiques, la réaction d’un nombre défini de fonctions identiques est une problématique clé qui doit être résolue. En effet, la fonctionnalisation des oligomères cycliques tels que les calixarènes passe par la formation de produits mono-, di-, tri-fonctionnalisés, et ainsi de suite de manière itérative. Par analogie avec des processus itératifs, nous avons proposé le terme « itérosélectivité » pour décrire la sélectivité qui gouverne le nombre de transformations chimiques répétées. Dans ce contexte, nous avons proposé des stratégies rationnelles et hautement sélectives pour la fonctionnalisation de calixarènes. Ces stratégies exploitent principalement des réactions de carbamatation pour introduire sélectivement des groupements tert-butylaminocarbonyle (Bac) sur les positions phénoliques des calixarènes. Citons notamment la carbamatation « all-but-one » qui permet d’introduire itérosélectivement des groupements Bac sur tous les phénols sauf un pour une grande variété de calixarènes. De plus, l’utilisation de ces groupements Bac comme groupe protecteur nous a permis de synthétiser de nombreux dérivés calixaréniques jusqu’alors inaccessibles suivant les voies de fonctionnalisation connues. Certains de ces composés présentent notamment une chiralité inhérente. En dehors de nos travaux, aucune voie de fonctionnalisation sélective de calixarènes décrite à ce jour n’est aussi générale et efficace. Nous avons également présenté une nouvelle voie d’oxydation de calixarènes en calixquinones. Cette voie présente moins de risques pour la santé et l’environnement que la méthode la plus couramment utilisée à ce jour employant un sel de thallium, métal extrêmement toxique. Les différents aspects synthétiques développés ont permis de synthétiser des boites moléculaires originales dérivées de calixarènes qui ont été étudiées pour leurs propriétés intéressantes dans le cadre de la reconnaissance sélective de petites molécules dont l’eau et le DMSO, ainsi que le piégeage de gaz à l’état solide dont l’hexafluorure de soufre qui est le gaz à effet de serre le plus puissant répertorié à ce jour. Pour finir, la caractérisation poussée d’une bibliothèque de dérivés calixaréniques par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire a permis de décrire une méthode générale pour la caractérisation structurale et conformationnelle des calixarènes. / This work concerns the study of polyphenolic platforms, and more particularly, of calixarenes. Oligomeric macrocycles such as calixarenes, cyclodextrins, cyclotriveratrylenes, pillararenes, etc. are widely used as molecular platforms in supramolecular chemistry and in particular for the design of sensors, catalysts, multivalent systems, biomimetic receptors, etc. In general, the synthesis of such supramolecular systems requires the controlled introduction of functional groups on the precursor platform. However, the development of efficient methods for selective modification of macrocyclic oligomers remains extremely challenging. Indeed, in addition to the control of the classical chemo-, regio-, and stereoselectivities, the reaction of a defined number of identical functional groups is a key issue that must be solved. Indeed, the functionalization of oligomeric macrocycles such as calixarenes goes through the formation of mono-, di, tri-functionalized products and so on, iteratively. By analogy with iterative processes, we proposed to name “iteroselectivity” the kind of selectivity that governs the number of repeating chemical transformations. In this context, we proposed rational and highly selective strategies for the functionalization of calixarenes. These strategies are mainly based on the carbamatation of calixarene phenolic functions to introduce tert-butylaminocarbonyl groups (i.e. Bac groups). Our leading example is the “all-but-one” carbamatation which can be used to introduce Bac groups on all but one phenol of a large variety of calixarenes. Moreover, using Bac groups as protecting groups led to the synthesis of numerous calixarene derivatives which were, until now, not accessible through conventional means. It is noteworthy that some of these compounds are inherently chiral. No other selective functionalization method described for calixarenes is as general and efficient than this “all-but-one” carbamatation. Besides, we also described a new oxidation method to synthesize calixquinone starting from calixarenes. This method is less risky and more environment-friendly than the most commonly used method which rely on thallium salts, an extremely toxic metal. Through the various synthetic methods developed herein, we also developed calixarene-based molecular boxes. The host–guest properties of these molecular boxes were studied revealing their ability to include small molecules such as water or DMSO. We also developed a method to sequester gases in the solid state relying on an original concept involving calix[6]arene-based molecular boxes. This was exemplified with the sequestration of SF6, known as the most potent greenhouse gas. At last, the extensive characterization of a library of calixarene derivatives by nuclear magnetic resonance spectroscopy led to the development of a general method for the structural and conformational characterization of calixarenes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse décrit la fonctionnalisation de poly(triméthylène carbonate) (PTMC) par des motifs à liaisons hydrogène multiples (HBM) ou permettre la réaction de Diels-Alder (DA) dans le but d’obtenir des réseaux thermoréversibles et d’étudier leurs relations structure-propriétés. Des oligomères de PTMC linéaires ont d'abord été synthétisés. Puis des structures polymères supramoléculaires multi-bras à base de PTMC portant des HBM de triuret ou de tétrauret téléchéliques ont ensuite été élaborés à partir d’'urée et d’un diisocyanate. Les constantes d'association (Ka) ont été déterminées par RMN dans CDCl3. L’augmentation de la fonctionnalité HBM ou la réduction des longueurs de chaînes PTMC ont amélioré la résistance au fluage et le module d’Young. Les morphologies et la dynamique de ces structures supramoléculaires ont été étudiées à l’état fondu pour révéler deux modes de relaxation correspondant à deux microdomaines, induits par les interactions entre groupes uréthane et HBM. Par l’étude des dynamiques d’association de PTMC supramoléculaires linéaires bifonctionnels en masse a démontré que seuls des dimères se formaient entre HBM de triuret aux temps courts, conduisant à une extension de chaîne équivalente à une polycondensation. Les Ka de ces triurets ont ensuite été calculé à partir d'un modèle simple et original basé sur des mesures de viscosité à l'état fondu. Des réseaux équivalents de différentes densités ont également été obtenus par la réaction DA entre chaînes de PTMC fonctionnalisées par un furanne et un bismaléimide. Des réseaux ont été obtenus et les effets de la fonctionnalité du furanne sur la densité et les propriétés du réseau ont été mis en évidence. Ce ph-D décrit la fonctionnalisation du poly (triméthylène carbonate) (PTMC) par des motifs de liaison hydrogène (HBM) et des réactions de Diels-Alder (DA) afin d’obtenir des réseaux thermoréversibles et de révéler leurs relations structure-propriété. Les oligomères de PTMC linéaires ont d'abord été synthétisés par polymérisation par ouverture de cycle. Des polymères supramoléculaires multi-bras à base de PTMC portant des HBM de triuret et de tétrauret téléchéliques ont ensuite été synthétisés en utilisant de l'urée et un diisocyanate en tant que lieur. Les constantes d'association (Ka) des HBM triuret et tétrauret ont été déterminées par RMN dans CDCl3. L’augmentation de la fonctionnalité HBM ou la réduction de la longueur de la chaîne PTMC ont doté les réseaux d’une meilleure résistance au fluage et d’un module de Young plus élevé lors des essais de traction. Les morphologies et la dynamique de ces polymères supramoléculaires ont été étudiées à l’état fondu pour révéler deux modes de relaxation correspondant à deux microdomaines, induits par la liaison hydrogène entre les groupes uréthane et HBM .. Par l’étude de dynamique d’association de PTMC supramoléculaires linéaires bifonctionnels en masse, comme un modèle, il a été révélé que seuls des dimères se formaient entre des HBM triuret à des temps courts, conduisant à une extension de chaîne linéaire équivalente à une polycondensation. Les ka de HBM de triuret ont ensuite été calculés à partir d'un modèle simple et original basé sur des mesures de viscosité à l'état fondu. Des réseaux équivalents de différentes densités ont également été obtenus par réaction de Diels-Alder entre une PTMC fonctionnalisée par un furanne et un bismaléimide. Des structures de réseau parfaites ont été obtenues et les effets de la fonctionnalité du furanne sur la densité et les propriétés du réseau ont été mis en évidence. La thermoréversibilité s'est produite de 130 ° C à 160 ° C sur la base de leurs densités. / This ph-D describes the functionalization of poly(trimethylene carbonate) (PTMC) by hydrogen bonding motifs (HBMs) and Diels-Alder (DA) reactions to obtain thermoreversible networks and to reveal their structure-property relationships. Linear PTMC oligomers were first synthesized by ring-opening polymerization. PTMC-based multiarm supramolecular polymers bearing telechelic triuret and tetrauret HBMs were then synthesized using urea and a diisocyanate as a linker. Association constants (Ka) of triuret and tetrauret HBMs were determined by NMR in CDCl3. Increasing the HBM functionality or reducing PTMC chain length endowed networks with better creep resistance and higher Young’s modulus in tensile tests. The morphologies and dynamics of these supramolecular polymers were investigated in the melt state to reveal two relaxation modes corresponding to two microdomains, induced by hydrogen bonding between urethane groups and HBMs.. By the association dynamics study of bifunctional linear supramolecular PTMC in bulk, as a model, it was revealed, only dimers were formed between triuret HBMs at short times, leading to the linear chain extension equivalent to a polycondensation. Ka of triuret HBMs were then calculated from a simple and original model based on viscosity measurements in the molten state. Equivalent networks with different densities were also obtained by Diels-Alder reaction between furan-functionalized PTMC and a bismaleimide. Perfect network structures were obtained and the effects of furan functionality on network density and properties were evidenced. The thermoreversibility was found to occur from 130 °C to 160 °C based on their densities.

Au cours de la dernière décennie, quelques (rares) exemples de copolymères à blocs présentant des liens supramoléculaires entre les blocs constitutifs ont été décrits. En raison du caractère réversible de l’association des blocs macromoléculaires, de tels polymères sont d’un grand intérêt pour le développement de matériaux nanostructurés, ayant des propriétés auto-cicatrisantes ou à processabilité améliorée. L’objectif principal de cette thèse est d’élaborer de nouvelles architectures supramoléculaires, en combinant la polymérisation RAFT et l’association spécifique par liaisons H des groupements thymine et diaminopyridine. La stratégie employée a consisté dans un premier temps en la synthèse d’agents de transfert et d’un amorceur radicalaire fonctionnalisés par des unités complémentaires thymine et diaminopyridine. Ces précurseurs ont permis de générer, par polymérisation RAFT, des polymères α- ou α,ω-fonctionnalisés de manière quantitative par ces motifs à liaisons H. L’auto-assemblage des blocs polymères ainsi obtenus a été mis en évidence par RMN 1H, AFM et par des mesures rhéologiques. Cette démarche a été adaptée dans un second temps à l’élaboration de copolymères greffés supramoléculaires hydrophiles, basés sur le complexe d’inclusion β-cyclodextrine/adamantane. / Over the past decade, some (rare) examples of block copolymers with supramolecular links between the building blocks have been described. Because the association between macromolecular blocks is a reversible process, such polymers are of great interest in the field of nanostructured materials, self-healing materials, or processing aid. The main goal of this work is to develop new supramolecular architectures, by a combination of RAFT polymerization and H-bonding. In a first step, several chain transfer agents and a radical initiator possessing complementary thymine or diaminopyridine H-bonding moeties were synthesized. These precursors were used to generate a panel of polymers α- or α,ω-functionalized with these H-bonding stickers in a quantitative manner. The self-assembly of the resulting polymer blocks was highlighted by 1H NMR, AFM and rheological measurements. This approach was subsequently adapted to the development of hydrophilic supramolecular comb-shaped polymers, based on the β-cyclodextrin/adamantane host/guest complexation.

La cristallisation est un phénomène dans lequel les atomes ou molécules s’arrangent de manière hautement ordonnée. Il s’agit d’une des plus anciennes méthodes de purification. De plus, la structure cristalline d’un matériau influence ses propriétés. En métallurgie, par exemple, plusieurs opérations sont effectuées sur le métal, chacune affectant la structure cristalline et par le fait même les propriétés du matériau. Une compréhension des facteurs affectant la structure cristalline serait désirable en chimie des matériaux. Par exemple, dans le développement de matériaux poreux, la structure permettrait de moduler la quantité de vide dans un cristal et d’ajuster ainsi sa porosité. Prévoir l’organisation moléculaire est aussi désirable dans les panneaux solaires afin de bien positionner les composantes actives. Pour les polymères, le taux de cristallinité affecte directement les propriétés mécaniques telles que la densité et la dureté. La cristallisation se fait par étape. Au début, quelques particules commencent par se lier intermoléculairement de manière réversible. À ce moment de la cristallisation, la perte d’entropie contrebalance les bénéfices enthalpiques et le processus n’est pas favorisé thermodynamiquement. Une fois qu’un certain nombre de particules se sont lié, un noyau ou germe de nucléation est formé et à ce moment la cristallisation devient favorisée thermodynamiquement. Cette étape critique s’appelle la nucléation. La structure et la forme du noyau de nucléation servent de gabarit pour la construction subséquente du cristal. Après la germination vient la croissance épitaxiale. Comprendre l’étape de germination permet donc de moduler l’organisation moléculaire au tout début de la formation du cristal. Le projet présenté dans ce mémoire vise à examiner le phénomène de la nucléation à l’aide de molécules organiques conçues pour porter plusieurs groupements pouvant se lier réversiblement de manière covalente. Le nombre critique de molécules pour construire un noyau de cristallisation et la nature de leur association peuvent être étudiés. Le cœur organique choisi pour ces molécules est celui de l’adamantane car ses dérivés cristallisent bien en général et peuvent être fonctionnalisés facilement. Le groupement choisi pour pouvoir se lier réversiblement est le nitroso, qui s’associe pour générer des liaisons azodioxy. L’objectif du projet fut donc la synthèse et l’étude du comportement du mono-, di-, tri- et tétranitrosoadamantane. / Crystallization is a phenomenon in which atoms or molecules arrange themselves in a highly ordered fashion. It is one of the oldest methods of purification. In addition, the structure of a crystalline substance influences its properties. In metallurgy, for example, many operations are applied to metals in an effort to change the crystal structure and thus the properties of the material. Acquiring a full comprehension of the factors affecting crystallization is therefore a desirable goal in materials chemistry. In the area of porous solids, for example, modifying the structure can be used to modulate the amount of free space inside the solid. Similarly, controlling the molecular organization of the components of solar panels is needed to optimize performance. For polymers, the degree of crystallinity directly affects mechanical properties such as density and hardness. Molecular crystallization is a stepwise process. At the start, a few molecules associate reversibly. At this point, the loss of entropy counterbalances stabilizing enthalpic effects, and the process is not favored thermodynamically. Once a certain number of molecules have assembled, a seed or germ of nucleation is formed. It is at this moment that crystallization becomes spontaneous. This critical step is called nucleation. The structure and shape of the seed serves as a template for subsequent construction of the crystal. After the seed is formed, the crystal then undergoes epitaxial growth. Understanding the seeding step allows modulation of the crystal at the very beginning of its formation. The project described in the present Master’s thesis aims to study the phenomenon of nucleation using specially designed organic molecules. The idea is to use molecules comprising multiple groups that can associate reversibly by forming weak covalent bonds. The critical number of molecules needed to obtain a crystal nucleus and their manner of association can be studied. The organic core chosen is that of adamantane because its derivatives tend to crystallize well and functionalization is straightforward. The functional group chosen to favor strong but reversible association is nitroso, because nitroso compounds typically exist in equilibrium with azodioxy dimers. The objective of work summarized in the memoir is to synthesis, characterize, and examine the associative properties of mono-, di-, tri-, and tetranitrosoadamantane.

Le développement de synthèses chimiques "propres" mobilise actuellement un grand nombre d'équipes scientifiques. Ainsi, la catalyse organométallique en milieu aqueux est un procédé qui utilise un solvant vert par excellence, l'eau. Dans ce type de procédés, le catalyseur organométallique est généralement rendu hydrosoluble grâce à l'emploi de phosphanes hydrosolubles. Toutefois, ces systèmes sont peu actifs avec des substrats organiques hydrophobes. Afin de contourner ce problème, il est possible d'utiliser les cyclodextrines afin de favoriser le transfert de matière entre la phase organique et la phase aqueuse. Cependant, un complexe d'inclusion entre la phosphine hydrosoluble et la cyclodextrine peut se former, engendrant une diminution de l'activité catalytique du fait de l'empoisonnement de la cavité du macrocycle, ainsi qu'une modification de la nature du système catalytique aboutissant à la formation d'espèces catalytiques moins sélectives. L'étude de différents systèmes catalytiques mettant en jeu des cyclodextrines modifiées a permis d'obtenir des systèmes catalytiques dont les propriétés sont conservées. Par ailleurs, une autre approche dans l'utilisation des cyclodextrines dans les procédés de catalyse organométallique en milieu aqueux a permis de synthétiser des ligands modifiés par une cyclodextrine qui joue alors le rôle de groupement hydrophile. Dans ce cas, en plus d'assurer l'hydrosolubilité du ligand, la cyclodextrine confère à ces ligands des propriétés de reconnaissance moléculaire pouvant conduire à des systèmes catalytiques possédant des propriétés spécifiques. / The development of clean chemical synthesis currently mobilizes a wide range of scientific teams. Thereby, the aqueous phase organometallic catalysis is a process that uses a green solvent par excellence, water. In this type of processes, the organometallic catalyst generally gets water-soluble thanks to the use of water-soluble phosphanes. However, these systems aren't really active with hydrophobic organic substrates. In order to avoid this problem, we can use cyclodextrins to promote mass transfer between the organic phase and the aqueous phase. However, the formation of an inclusion complex between the water-soluble phosphane and the cyclodextrin can also be created, generating a decrease in the catalytic activity due to the poisoning of the macrocyclic cavity, and also a modification of the catalytic system's nature leading to the formation of less selective catalytic species. Studying various catalytic systems which involve chemically modified cyclodextrins enabled the creation of catalytic systems the properties of which are kept. Otherwise, another approach in the use of cyclodextrins in aqueous phase organometallic catalytic processes enabled the synthesis of cyclodextrin-based ligands where the cyclodextrin plays the role of hydrophilic group. In this case, not only does it ensure the water-solubility of the ligand, but the cyclodextrin also gives molecular recognition properties to these ligands, which can lead to catalytic systems which possess specific properties.