L’intérêt grandissant porté au cours de ces dix dernières années aux monolithes organiques pour des applications électroséparatives se justifie en partie par leur préparation aisée au sein de systèmes miniaturisés, le large choix des monomères précurseurs disponibles, ainsi que la possibilité d’ajuster les paramètres structuraux du matériau final par un contrôle judicieux des conditions opératoires. Au cours de ce travail, la synthèse de nouvelles phases monolithiques a été mise au point selon une stratégie en deux étapes. Dans une première étape, la copolymérisation radicalaire photo-initiée du Nacryloxysuccinimide avec le diméthacrylate d’éthylène glycol réalisée en présence de toluène, a permis l’élaboration de monolithes macroporeux réactifs et hautement perméables. La présence d’esters de succinimide dans la structure chimique du monolithe polymère a été mise à profit pour fonctionnaliser la surface du monolithe par des greffons de nature variée par réaction de substitution nucléophile faisant intervenir des dérivés aminés. Le choix judicieux des greffons a permis la mise au point rapide de phases stationnaires présentant des propriétés électrochromatographiques ciblées. Ainsi, le contrôle du caractère hydrophobe des supports obtenus par greffage d’alkylamines de taille variable a été mis en évidence par la séparation de dérivés benzéniques selon un mécanisme à polarité de phase inversée avec de très bonnes efficacités (200000 plateaux par mètre). L’utilisation de phases stationnaires monolithiques greffées par des sélecteurs aromatiques a été proposée comme alternative aux monolithes aliphatiques hydrophobes. La synthèse de monolithes organiques hydrophiles a été possible par la fonctionnalisation du support réactif par des alkyldiamines. La préparation d’une phase stationnaire chirale a été réalisée selon une approche originale de chimie click consistant à immobiliser un dérivé de cyclodextrine. Dans le but d’étendre l’application des monolithes à base de NAS au greffage de biomacromolécules, une nouvelle matrice monolithique incorporant dans sa structure chimique un co-monomère hydrophile a été élaborée. Les résultats préliminaires ont montré que l’augmentation du caractère hydrophile du squelette monolithique permet d’accroître sensiblement la réactivité des esters de Nhydroxysuccinimide en milieu aqueux / The continuously growing interest observed over the past ten years in the field of organic monoliths dedicated to electroseparation applications is mainly due to their easy preparation methods which are also well-suited to the development of miniaturized systems, the wide range of available monomers and the possibility of tuning the structural parameters of the final material by a judicious control of the synthesis conditions. In the present work, the synthesis of new monolithic stationary phases has been developed using a two-stage strategy. In a first step, the photo-initiated free radical copolymerization of Nacryloxysuccinimide with ethylene glycol dimethacrylate was performed in the presence of toluene allowing the preparation of reactive and macroporous monoliths with high permeability properties. The presence of succinimide esters in the chemical structure of the polymer monolith was used to functionalize the surface of the monolith by various grafts through nucleophilic substitution reaction involving amino derivatives. The judicious choice of the grafts permits the fast development of stationary phases with target electrochromatographic properties. Indeed, the tuning of the hydrophobic nature of the monolithic materials was obtained by the grafting of varied alkylamines and was demonstrated by the separation of benzene derivatives by reversed phase mechanism with very good efficiencies (200 000 plates per meter). The use of monolithic stationary phases grafted with aromatic selectors has been proposed as an alternative to the aliphatic-grafted hydrophobic monoliths. The synthesis of organic hydrophilic monoliths was possible by functionalization of the reactive support by alkyldiamines. The preparation of a chiral stationary phase was performed using an original click chemistry approach involving the immobilization of a cyclodextrin derivative. With the aim to extend the application range of NAS-based monoliths to the grafting of biomacromolecules for selective capture and enzymatic digestion applications, a new monolithic matrix incorporating in its chemical structure a hydrophilic comonomer was prepared. Preliminary results showed that the increase in the hydrophilic character of the polymeric skeleton allows increasing significantly the reactivity of N-hydroxysuccinimide esters in aqueous medium

La MDMA és cap de sèrie dels entactògens. El seu consum provoca toxicitat aguda i neurodegeneració a mig/llarg termini del sistema serotoninèrgic. Es postula que la bioactivació metabòlica podria ser responsable del desenvolupament de neurotoxicitat.La MDMA té un centre estereogènic. Es consumeix com a racemat, però els enantiòmers tenen perfils farmacològics diferenciats. A més, la MDMA té una depuració metabòlica enantioselectiva i autoinhibible (CYP2D6). Aquesta tesi presenta l'enantioselectivitat de la depuració metabòlica de la MDMA en consumidors recreatius participants d'un assaig clínic (dosi: 100 mg).Es sintetitzà material de referència i es desenvolupà metodologia per a l'anàlisi enantioselectiu i diastereoselectiu dels compostos.S'estudià l'enantioselectivitat en el metabolisme fins a 48h post-administració, obtenint-se raons (R)-MDMA/(S)-MDMA>1 i en augment amb el temps. Les raons del metabòlits majoritaris foren pràcticament constants i properes a 1, possiblement degut a la inhibició metabòlica del CYP2D6 i a la participació d'altres enzims no enantioselectius. / La MDMA es la cabeza de serie de los entactógenos. Su consumo provoca toxicidad aguda y neurodegeneración serotonérgica a medio/corto plazo. Se postula que una bioactivación metabólica podría ser responsable del desarrollo de neurotoxicidad.La MDMA tiene un centro estereogénico. Se consume como racemato, pero los enantiómeros tienen perfiles farmacológicos diferenciados. Además, presenta depuración metabólica enantioselectiva y autoinhibible (CYP2D6).Esta tesis presenta la enantioselectividad de la depuración metabólica de la MDMA en consumidores recreativos participantes de un ensayo clínico (dosis: 100 mg).Se sintetizó material de referencia y se desarrolló metodología para el análisis enantioselectivo y diastereoselectivo de los compuestos.Se estudió la enantioselectividad en el metabolismo hasta 48h post-administración, obteniéndose relaciones (R)-MDMA/(S)-MDMA>1 y en aumento con el tiempo. Las relaciones de los metabolitos mayoritarios fueron prácticamente constantes y cercanas a 1, posiblemente debido a la inhibición metabólica del CYP2D6 y a la participación de otros enzimas no enantioselectivos. / MDMA is the head of entactogenic compounds. Its consumption causes acute toxicity and mid/long term serotonergic neurodegeneration. It is postulated that a metabolic bioactivation may be responsible for development of neurotoxicity.MDMA has a stereogenic center. It is consumed as a racemate, but its enantiomers have different pharmacological profiles. Also, MDMA presents an enantioselective and self-inhibited metabolic disposition (CYP2D6).The present thesis shows data about enantioselective metabolic disposition of MDMA in recreative consumers that participated in a clinical trial (dose: 100 mg).It was synthesised reference material and it was developed methodology for both enantioselective and diastereoselective analysis MDMA and its main metabolites.It was studied the enantioselectivity in the metabolism after 48h post-administration. (R)-MDMA/(S)-MDMA ratios were >1 and increasing over time. Major metabolites ratios were practically constant and close to 1, possibly because of the metabolic inhibition of CYP2D6 and the role of other non-enantioselective enzymes.

L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre les paramètres structuraux et environnementaux gouvernant l’énantiosélectivité de la lipase B de Candida antarctica (CALB), lors de la résolution des alcools secondaires linéaires chiraux. Ces composés sont notamment utilisés comme synthons chiraux dans l’industrie pharmaceutique. Dans un premier temps, une étude systématique des orientations du butan-2-ol et du pentan-2-ol au sein du site actif a été réalisée par modélisation moléculaire. Les résultats suggèrent l’existence de modes d’arrimages supplémentaires à ceux mentionnés dans la littérature. La comparaison selon l’énergie potentielle du substrat des structures les plus stables, combinée à la prise en compte de modes de fixation non productifs, nous a permis d’expliquer qualitativement l’énantiopréférence de la CALB pour la forme R. A l’aide du réacteur solide/gaz, nous avons montré que les résidus hydrophobes formant le canal d’accès du substrat au site actif (Ile189, Leu278 et Ala282), jouaient un rôle significatif dans l’énantiosélectivité de la CALB vis-à-vis des alcools secondaires. L’influence de la partie alkoxy du donneur d’acyle sur le ratio énantiomérique a également pu être mise en évidence. Par ailleurs, nous avons montré que des mutations isostériques de la poche stéréosélective conduisaient à des variations des paramètres thermodynamiques d’activation de l’acylation du pentan-2-ol, probablement suite à des modifications du réseau de liaisons hydrogène formé entre les résidus de la poche. Les études d’adsorption de l'eau et des substrats sur l’enzyme immobilisée nous ont permis de relier l'état d'hydratation de la CALB avec les effets particuliers de l'eau sur l’activité et la sélectivité de l’enzyme. / The aim of this thesis was to understand more precisely the structural and environmental parameters governing the enantioselectivity of lipase B from Candida antarctica (CALB), involved in the discrimination of chiral secondary alcohols enantiomers. These compounds are used in particular for the synthesis of enantiomerically pure pharmaceutical molecules. Initially a systematic study of the orientation of butan-2-ol and pentan-2-ol in the active site was performed by molecular modeling. The results suggest the existence of additional binding modes to those mentioned in the literature. The potential energy comparison of the most stable conformations of the substrate, combined with the existence of non productive binding modes, allowed us to explain qualitatively the enantiopreference of CALB for the R form. Using the solid/gas reactor, we have shown that hydrophobic residues forming the access channel of substrate to the active site (Ile189, Leu278 and Ala282), played a significant role in the enantioselectivity of CALB towards secondary alcohols. The influence of the alkoxy part of the acyl donor on the enatiomeric ratio E has also been highlighted. Furthermore, we showed that isosteric mutations of the stereoselective pocket led to changes in pentan-2-ol activation thermodynamic parameters of acylation, probably due to changes in the hydrogen bonds network formed between residues of the pocket. Studies of water and substrates adsorption on the immobilized enzyme allowed us to relate the hydration status of CALB with specific effects of water on the enzyme activity and selectivity.

Les nucléotides naturels sont les monomères constitutifs de l’ADN et de l’ARN, et sont nécessaires à la prolifération des cellules cancéreuses et des virus. L’utilisation d’analogues de nucléosides comme agents anti-cancéreux et/ou antiviraux a rapidement suscité un grand intérêt thérapeutique. Plusieurs analogues comportant un centre quaternaire carboné en position C3' ont été synthétisés par le laboratoire du Dr. Guindon et possèdent d’intéressantes activités biologiques. Une nouvelle approche acyclique a été développée afin d’accéder efficacement et sélectivement à une multitude de nouveaux analogues de nucléosides ciblés. Cette stratégie se distingue par l’élaboration d’une nouvelle réaction d’aldolisation de Mukaiyama énantiosélective à partir d’un alpha-alkoxy aldéhyde protégé et d’un complexe chiral. L’addition stéréosélective de la nucléobase sur un précurseur dithioacétal, suivi d’une cyclisation intramoléculaire de type « SN2-like », permet la synthèse directe des anomères alpha de la série (D)-1',2'-trans porteurs d’un atome de fluor en C2' et d’un centre quaternaire en C3'. La différenciation des deux alcools primaires rend possible la fonctionnalisation sélective sur la position C3' ou C5' en fin de synthèse pour potentiellement conférer une amélioration des propriétés biologiques sur de tels analogues. L’application de cette stratégie a également permis de synthétiser facilement et efficacement une nouvelle famille d’analogues de nucléosides C2'-désoxy porteurs d’un centre quaternaire en C3'. La différenciation des deux alcools primaires en C3' et C5' facilite la séparation des produits de glycosylation suite à la déprotection sélective d’une de ces deux positions. Il a été déterminé que lorsque le précurseur de glycosylation contient une acétylglycine sur la position C3', un effet bêta-directeur est induit. Finalement, de nouveaux analogues C2'-désoxy ont été préparés et sont présentement testés contre une série de virus et d’enzymes polymérases. / Natural nucleotides are the constituent monomers of DNA and RNA, and are necessary for the proliferation of cancer cells and viruses. The use of nucleoside analogues as anti-cancer and/or antiviral agents quickly aroused great therapeutic interest. Several analogues containing an all-carbon quaternary center in the C3' position have been synthesized by the Guindon laboratory and have interesting biological activities. A new acyclic approach has been developed in order to gain efficient and selective access to a multitude of these novel targeted nucleoside analogues. This strategy is distinguished by the development of a new enantioselective Mukaiyama aldol reaction starting from a protected alpha-alkoxy aldehyde and a chiral complex. The stereoselective addition of the nucleobase on an acyclic dithioacetal precursor, followed by an intramolecular SN2-like cyclization, allows the direct synthesis of alpha-anomers in the (D) -1',2'-trans series bearing a fluorine atom at the C2' position and a quaternary center at C3'. The differentiation of the two primary alcohols throughout the synthetic routes is necessary to selectively functionalize the C3' or C5' position at the end of the synthesis to potentially confer enhanced biological properties on such analogues. The application of this strategy has also made it possible to easily and efficiently synthesize a new family of C2'-deoxy analogues bearing a C3' quaternary center. The differentiation of the C3' and C5' primary alcohols facilitates the separation of the glycosylation products through the selective deprotection of one of these two positions. It has been determined that when the glycosylation precursor contains an acetylglycine at the C3' position, a bêta-directing effect is induced. Finally, new C2'-deoxy analogues have been prepared and are currently being tested against a series of viruses and polymerase enzymes.

Title: Chiral recognition by mass spectrometry Author: Bc. Lenka Kosíková Department: Department of Organic Chemistry Supervisor: doc. Mgr. Jana Roithová, Ph.D. This work is focused on the use of mass spectrometry as the analytical method for chiral recognition in the gas phase. We have examined formation of complexes (S and R) isomers [dimethyl-2,2'-dihydroxy-1,1'binaphthalene-3,3'-dicarboxylate] with sodium. Chiral effect for the fomation of sodium dimers is 1,34±0,06 and that for formation of trimers 2,38±0,22 in favor of the formation of homochiral complexes. Part of the work is devoted to the preparation of isotopically labeled ester [(R)-(−)- di(D3-methyl)-2,2'-dihydroxy-1,1'binaphthalene-3,3'-dicarboxylate]. Mixing of equimolar amounts of D3-(R) and unlabeled (S) isomers leads to the artificial racemate, while we can still distinguish the enantiomers using mass spectrometry. Another part represents the study of the complex formation between (S and R) isomers of [dimethyl-2,2'-dihydroxy-1,1'binaphthalene-3,3'-dicarboxylate] with the metal complex [(S,S)-1,5-diaza-cis-decalin]Cu(OH)I depending on the molar ratios in the solution. I have showed that the molar concetration of the catalyst in the solution plays an important role in the complex formation and that the ESI source spectra of...

La lipase B de Candida antarctica (CALB) est un enzyme présentant des propriétés énantiosélectives très intéressantes pour l’obtention de molécules énantio pures par dédoublement cinétique de mélanges racémiques,molécules utilisées comme synthons dans l’industrie pharmaceutique. En effet, le principe actif de nombreux médicaments est efficace sous une forme énantio pure, l’autre forme chirale pouvant se révéler délétère pour l’organisme.Les travaux de la thèse s’intéressent à mieux comprendre l’origine de l’énantiosélectivité de la lipase B de Candida antarctica, en particulier pour la résolution d’alcools secondaires par des réactions de transestérification.Nous utilisons pour la première fois la méthode de la perturbation de l’énergie libre pour estimer la différence d’énergie libre entre les intermédiaires tétraédriques obtenus avec les formes R et S d’alcools énantiomères pour une série d’alcools secondaires, dans le but de prédire in silico l’énantiosélectivité de la CALB. Les paramètres cinétiques apparents d’une réaction avec deux alcools substrats énantiopurs sont expérimentalement déterminés et permettent de définir la contribution respective du Km et du kcat de chaque énantiomère pour la définition de l’énantiosélectivité. L’étude expérimentale de l’effet d’empreinte par des molécules co-substrats est réalisée,ainsi qu’une étude par modélisation moléculaire de l’effet d’empreinte par le premier ester substrat de la réaction qui pourrait modifier la conformation du site actif de la CALB. La troisième partie porte sur l’étude de la CALB et de trois variants (T42V, S47A et T42V/S47A) chez lesquels les acides aminés dans la poche stéréospécifiques ont mutés. T42V et S47A permettent d’obtenir une augmentation de l’énantiosélectivité. L’étude propose une étude détaillée de la conformation du site actif à partir de simulations de trajectoires de dynamique moléculaire / The lipase B from Candida antarctica is an enzyme displaying enantioselective properties which are interesting to obtain enantio pure compounds by kinetic resolution of racemic mixtures, which are used as pharmaceutical intermediates and fine chemicals. Indeed, for most of the drugs, only one of the two chiral formsis efficient as bioactive compound, whereas the other chiral form may display deleterious effects. Present work concerns the understanding of the origin of Candida antarctica lipase B enantioselectivity, and more especially in case of the resolution of secondary alcohols by transesterification. We used, for the first time, the free energy perturbation method to evaluate the free energy difference between tetrahedral intermediates with R and S alcohol enantiomers for a series of secondary alcohols in order to predict in silico enantiomeric ratio of CALB-catalyzed reactions. The apparent kinetic parameters were experimentally determined for two enantio pure substrates and allow to evalute the relative contribution of both Km and kcat for R and S enantiomers in the enantiomeric ratio of CALB-catalyzed reactions. Experimental study of imprinting effect hypothesis by co-substrate molecules was done. Molecular modeling studies of imprinting effect hypothesis were performed, in which the first substrate ester of the reaction could mould the active site. At least, the third part of this thesis concerns the study of wild-type CALB and three different variants (T42V and S47A which allow to increase enantioselectivity and T42/S47A) of CALB by molecular modeling. A detailed study of the conformation of the stereo specificity pocket in the active site is presented, based on molecular dynamics simulations.