Les récepteurs P2X (P2XR), activés par l’ATP, sont impliqués dans des rôles physiopathologiques. Leur fonctionnement est associé à différents états conformationnels. Le projet de thèse a mené à associer la synthèse organique et l’application de molécules photo-activables avec des techniques d’électrophysiologie patch-clamp, pour décortiquer les mouvements moléculaires de ces récepteurs et effectuer des relations structure-fonction, via trois stratégies : - La synthèse et application d’agrafes photo-isomérisables qui permet le photo-contrôle des P2XR et l’étude de mouvements - La synthèse et caractérisation d’un acide aminé (aa) photo-clivable pour étudier les implications de zones sur la fonction des P2XR via une photolyse - L’incorporation d’un aa non naturel dans les P2XR pour étudier des interactions et mouvements via un « photo-pontage ». Nous avons élucidé les mécanismes moléculaires responsables de la perméabilité des P2XR, récusé l’existence de l'état dilaté et identifié un cation organique physiologique pouvant les traverser. Nous avons aussi conçu un acide aminé photo-clivable pouvant mener à des études structure-fonction des P2XR. / P2X receptors are cationic ligand-gated ion channels, activated by extracellular ATP, involved in many physio-pathological roles. Their function is associated with different allosteric states. During this PhD, we have designed three new strategies, spanning photochemical organic synthesis and patch-clamp electrophysiology to elucidate the molecular mechanisms involved in these conformational states and to collect data in order to study structure-function relationships. - Synthesis and application of molecular tweezers, which allows the photo-control of P2X Rand the study of molecular motions - Synthesis and characterization of a photo-cleavable amino acid with the aim of incorporating it into P2XR and doing structure-function relationships - Incorporation of an unnatural amino acid for photo-crosslinking studies. We have been able to probe the molecular mechanism involved in large organic cations permeation of P2XR, to bring into question the dilated state and to identify a physiological cation that can flow through P2XR. We have also designed a photo-cleavable amino acid which could serve in the study of structure-function relationships.

La valorisation des dérivés phénoliques et terpéniques issus de la biomasse s’insère parfaitement dans le défi actuel de nos sociétés qui pousse la chimie traditionnelle à évoluer vers une chimie durable. De par leur nature insaturée, les terpènes se montrent particulièrement intéressants pour synthétiser de nouveaux matériaux par réaction de chimie thiol-ène. Parallèlement, les dérivés phénoliques peuvent être facilement modifiés en synthons insaturés, susceptibles de réagir dans ces mêmes réactions. Ainsi, une large gamme de matériaux à base de linalol et d’eugénol a été élaborée sous irradiation UV. Une approche par photochimie a été privilégiée puisqu’elle s’inscrit parfaitement dans le cadre d’une chimie plus respectueuse de l’environnement. L’effet bénéfique des fonctions oxygénées du linalol et du phénol de l’eugénol sur l’activité antibactérienne a été démontré contre deux souches bactériennes principalement responsables du développement des maladies nosocomiales : S. aureus et E. coli. L’incorporation de nanoparticules de ZnO, de carvacrol ou d’acide tannique lors de la réaction de réticulation permet d’améliorer les propriétés antimicrobiennes de manière significative. L’association avec des polyesters semi-cristallins biosourcés et biodégradables présente une alternative intéressante pour optimiser les performances thermomécaniques des matériaux obtenus.Un deuxième type de matériaux a été synthétisé par photo-réticulation de dérivés phénoliques époxydés comme le résorcinol ou l’eugénol. La polymérisation cationique par ouverture de cycle photoamorcée permet la synthèse de matériaux dont les propriétés mécaniques sont plus élevées que les matériaux obtenus par réaction thiol-ène, et d’autre part de s’affranchir de l’agent réticulant à base de thiol. La synthèse de différents dérivés de l’eugénol mono-époxydés offre l’avantage de pouvoir moduler la composition des matériaux obtenus qui peuvent contenir des fonctions phénol et/ou des insaturations. Les groupements phénols sont indispensables à l’activité antibactérienne et sont à l’origine des propriétés anti-oxydantes. La possibilité d’introduire des insaturations permet une post- fonctionnalisation de la surface des matériaux.Ainsi une large gamme de matériaux réticulés, biosourcés et bioactifs dont les propriétés varient de l’élastomère au thermodurcissable a été synthétisée sous irradiation / The valorization of phenolic and terpene derivatives of biomass is perfectly in line with the current challenge of our societies that drives traditional chemistry to evolve towards a sustainable chemistry. Because of their unsaturated nature, terpenes are particularly interesting for synthesizing new materials by thiol-ene chemistry. At the same time, the phenolic derivatives can easily be modified to unsaturated synthons capable of reacting in these same reactions. Thus, a wide range of materials based on linalool and eugenol has been developed under UV irradiation. An approach by photochemistry has been selected since it fits perfectly within the framework of a chemistry more respectful of the environment. The beneficial effect of the oxygenated functions of linalol and phenolic functions of eugenol on antibacterial activity was demonstrated against two bacterial strains mainly responsible for the development of nosocomial diseases: S. aureus and E. coli. The incorporation of ZnO nanoparticles, carvacrol or tannic acid during the crosslinking reaction makes it possible to improve the antimicrobial properties significantly. The association with semi-crystalline biobased and biodegradable polyesters presents an interesting alternative to optimize the thermomechanical performance of the obtained materials.A second type of materials has been synthesized by photocrosslinking epoxidized phenolic derivatives such as resorcinol or eugenol. The photoinitiated cationic polymerization by opening of the ring enables the synthesis of materials whose mechanical properties are higher than the materials obtained by thiol-ene reaction and on the other hand to get rid of the thiol-based crosslinking agent. The synthesis of various monoepoxidized eugenol derivatives offers the advantage of being able to modulate the composition of the obtained materials which may contain phenol functions and / or unsaturations. The phenol groups are essential to the antibacterial activity and lead to the antioxidant properties. The possibility of introducing unsaturations allows a post-functionalization of the surface of the materials.Thus, a wide range of crosslinked, biosourced and bioactive materials whose properties vary from elastomer to thermosetting have been synthesized under irradiation

La qualité de l’air que nous respirons à l’intérieur des espaces clos est devenue une préoccupation environnementale majeure. Il est aujourd’hui avéré que la présence de microorganismes dans l’air intérieur peut avoir des conséquences néfastes sur la santé humaine. Les systèmes de ventilation, lorsqu’ils sont mal entretenus, peuvent être eux-mêmes la source de bioaérosols suite à la contamination de leurs filtres. Afin de pallier ce problème, des filtres photocatalytiques ont été développés et testés dans des centrales de traitement d’air (CTA). Ce projet de thèse s’intéresse donc au devenir des microorganismes aérosolisés dans des filtres photocatalytiques. La première étape a consisté à étudier les mécanismes de dégradation par photochimie et photocatalyse d’une bactérie modèle, Escherichia coli (E. coli), en suspension dans l’eau sous irradiation UV-A ou UV-C. Ces deux traitements sont plus efficaces sous UV-C et engendrent des dommages oxydatifs au niveau de la membrane externe et des acides nucléiques bactériens. Le dosage de sous-produits chimiques permet de conclure que la photocatalyse UV-C est plus efficace pour dégrader irréversiblement les bactéries. La seconde étape a été consacrée à l’étude de l’inactivation de spores d’Aspergillus niger et de bactéries E. coli dans les filtres Ahlstrom. Nos résultats confirment l’intérêt d’utiliser des filtres photocatalytiques dans les CTA en comparaison avec les filtres non photocatalytiques. L’utilisation de filtres à haute efficacité, afin d’optimiser le temps de contact entre les microorganismes et le dépôt de dioxyde de titane, permet d’augmenter l’efficacité de dégradation du procédé photocatalytique / Indoor Air Quality (IAQ) has become of particular concern from an environmental and health and safety point of view. It is now proven that the presence of microorganisms in indoor air can have hazardous consequences on human health. HVAC systems, when poorly maintained, can themselves become source of bioaerosols when their filters are contaminated. To tackle this issue, photocatalytic filters have been developed and tested within HVAC systems. The aim of this PhD thesis is to look at the behaviour of microorganisms aerosolized through photocatalytic filters. The first step consisted of analysing the photochemistry and photocatalysis degradation mechanisms of a model bacterium, Escherichia coli (E. coli), in suspension in water under UV-A or UV-C radiation. These two treatments were proven to be more efficient under UV-C radiation and led to oxidative damages to outer membrane and nucleic acids. The measurement of chemical by-products allowed us to conclude that UV-C photocatalysis is more effective in damaging bacteria in an irreversible manner. The second step focused on the analysis of the inactivation of Aspergillus niger spores and E. coli bacteria within Ahlstrom filters. Our results confirm the benefits of using photocatalytic filters in HVAC systems instead of non-photocatalytic filters. The use of high efficiency filters to optimise the contact between the microorganisms and the titanium dioxide deposit, allows an increase in the damaging efficiency of the photocatalytic process

L'étude de la photochimie dans le système solaire est de toute première importance pour appréhender la chimie organique complexe au sein d'un environnement extraterrestre. Parmi ces environnements, les comètes revêtent un intérêt particulier en exobiologie puisqu'elles ont pu, ainsi que leurs grains, être des vecteurs de matière organique sur la Terre primitive et ainsi contribuer à l'émergence de la vie. Mais dans quelle mesure, la matière organique potentiellement présente au sein des grains survit-elle face aux rayonnements solaires? Ma thèse porte sur l'étude de la dégradation photochimique de trois bases azotées (adénine, guanine et uracile) et d'un acide aminé (glycine) dans les conditions du système solaire, c'est à dire soumis à des rayonnements énergétiques VUV/UV ( <300 nm). Les études conduites lors de ce travail peuvent aussi être appliquées à l'interprétation des mesures du le spectromètre de masse COSIMA présent sur l'orbiteur de la mission cométaire ROSETTA et dont l'objectif est l'analyse de la surface de grains cométaires capturés dans l'environnement de la comète 67P/Churyomov-Gerasimenko. Ce travail présente les spectres de sections efficaces d'absorption mesurés dans les domaines VUV/UV pour des films organiques purs. Ces spectres ont mené à la déduction de constantes de photolyse, ainsi qu'à l'élaboration d'un modèle simulant la cinétique de destruction globale d'un film organique optiquement épais. La confrontation entre ce modèle et les données expérimentales d'irradiation en orbite basse terrestre ainsi qu'en laboratoire a permis d'estimer les temps de vie des molécules considérées à 1 ua puis extrapolés à différentes distances héliocentriques. Les résultats obtenus ont montré que la glycine, l'adénine et la guanine, potentiellement présentes au sein des grains cométaires, seraient totalement détruites entre le moment de l'éjection des grains du noyau cométaire et l'arrivée sur Terre si elles sont en surface. En sous-surface, elles sont au contraire très stables, de part la protection efficace que leur confèrent les minéraux constitutifs du grain contre les rayonnements solaires. Dans le cadre de la mission ROSETTA, les résultats diffèrent. Au plus loin du soleil, à 3,5 ua, l'abondance des molécules ne diminuerait pas de façon significative pendant le temps de parcours des grains entre le noyau et l'orbiteur. Au périhélie, la "survie" des molécules dépendra fortement de la distance noyau-orbiteur. Les pertes significatives des 3 molécules par photochimie n'auraient lieu que si l'orbiteur se situe au moins à quelques centaines de kilomètres du noyau / The study of photochemistry in the solar system is of prime importance to assess complex organic chemistry in an extraterrestrial environment. Among those environments, comets are subject to a particular interest in the context of exobiology, along with their grains, as they could have bring organic matter on the primitive earth, and hence contribute to the emergence of life. But to what extent does the organic matter potentially with in grains survive face to solar radiation? My thesis deals with the study of photochemical degradation of three nitrogenous bases (adenine, guanine and uracil) and one amino acid ( glycine) in the conditions of the solar system, which means subject to VUV/UV energetically radiations ( <300 nm). Studies performed during this work can also be applied to the interpretation of COSIMA mass spectrometer, present on the cometary mission ROSETTA, which aims to analyze the surface of cometary grains captured in the environment of the 67P/Churyomov-Gerasimenko comet. This work present absorption cross section spectrum measured in the VUV/UV range, for pure organic films. These spectrum led to the deduction of photolysis rate constants, and to the elaboration of a model simulating the global kinetic of destruction of a optically thick organic film. The comparison between this model and experimental data of low earth orbit irradiation as well as laboratory data allowed to estimates lifetimes for the considered molecules at 1 AU, and then extrapolated at different heliocentrically distances. Results show that glycine, adenine and guanine, potentially existing inside the cometary grains, would be entirely destroyed between the ejection of the grains and the arrival on earth if they exist at the surface. Below the surface, they are at the contrary very stable, thanks the effective protection of the mineral constitutive of the grain against solar radiations. In the frame of ROSETTA mission, results differ. At the farther of the sun, at 3.5 AU, the abundance of the molecule would not significantly decrease during the time of travel of grains between the core and the orbiter. At the perihelia, the survival of molecule strongly depends of the core-orbiter distance. Significant loss of the 3 molecules by photochemistry would only occurred if the orbiter is at more than hundred of kilometers from the core

C’est dernières années, les progrès des techniques expérimentales combinées avec les simulations théoriques ont données un accès à l’étude et le contrôle des réactions photochimiques dans des systèmes moléculaires de grande taille. Ceci ouvre des portes à de nouvelles applications technologiques. Par exemple, les molécules de la famille du 3-hydroxychromone et de l’aminobenzonitrile sont des types de systèmes où les spectres de fluorescences vont présentés des différences importantes suivant l’environnement du système ou même suivant les substituants utilisés. Ce type de propriété est crucial dans le domaine des matériaux organique, afin de pouvoir comprendre et designer des matériaux qui présentent des propriétés optiques choisis tells que les marqueurs fluorescents dans le domaine médical par exemple.Notre stratégie pour étudier la réactivité photochimique est la suivante: *Explorer la surface d’énergie potentielle et optimiser les points spécifiques avec des calculs de chimie quantiques. Dans un premier temps, on a utilisé des méthodes CASSCF/CASPT2 et la méthode PCM pour décrire les effets de solvant. * Génération des surfaces d énergies potentielles exprimer sous la forme de fonctions analytiques des coordonnées nucléaires. * Résolution de l’équation de Schrödinger dépendant du temps pour les noyaux et pour tout les derges de libertés de la molécule. Cette étape est faite à l’aide de la méthode multilayer multiconfiguration time-dependent hartree (ML-MCTDH). / Over the last decades, progress in experimental techniques combined with theoretical simulations has given access to studying and controlling the photochemical reactivity of large molecular systems with numerous technological applications. 3-hydroxychromone and aminobenzonitrile-like molecules are an example where different fluorescence patterns are observed, depending of the solvent or its substituents. Such properties are crucial in the field of organic materials to understand and design materials with specific optical properties such as fluorescent markers.Our strategy to study the photochemistry reactivity is summarised as follows: * Exploring the potential energy surfaces and optimising specific points with quantum chemistry calculations. In a first stage, these are run at the CASSCF/CASPT2 level of theory with a polarised extended basis set, and the solvent effect is described implicitly with the PCM model. * Generating the full dimension potential energy surfaces as analytical functions of the nuclear coordinates.* Solving the nuclear time-dependent Schrödinger equation for all the degrees of freedom. This is achieved with the multilayer Multi-Configuration Time-Dependent Hartree method (ML-MCTDH).

La photochimie de Titan amorcée par rayonnements VUV est étudiée par la simulation en laboratoire et la modélisation numérique.Dans les simulations en laboratoire, nous avons irradié un _ux de gaz de N2/CH4 (90/10)par un faisceau synchrotron VUV continu (60-350 nm) dans un nouveau réacteur, nommé APSIS (Atmospheric Photochemistry SImulated by Synchrotron). La production d'hydrocarbures C2-C4 ainsi que de plusieurs nitriles est détectée par la spectrométrie de masse in situ et GC-MS ex situ d'un piège cryogénique. Notre stratégie de modélisation comprend le traitement des paramètres incertains. Nous proposons des représentations séparées des sections efficaces et des rapports de branchement incertains de photolyse. Cela permet de développer un modèle dépendant de la longueur d'onde pour les rapports de branchement. Grâce à cette séparation, dans la modélisation de l'atmosphère de Titan, nous observons lesaltitudes spécifiques où l'incertitude sur les constantes de vitesse de photolyse disparaît. Nous montrons que les rapports de branchement de la photolyse du méthane de Wang et al. (2000) et l'hypothèse 100% CH3 pour ceux hors Ly-α, couramment utilisés, doivent être évités dans les modèles photochimiques de Titan.Nous avons dévéloppé un modèle ion-neutre couplé pour les expériences APSIS. Par ce modèle, nous trouvons que la chimie des ions et, en particulier, la recombinaison dissociative sont très importants. Nous avons identifié trois familles de croissance, dont la plus insaturée, promue par C2H2, est prédominante. Ceci est en bon accord avec la production des espèces insaturées dans la haute atmosphère de Titan détectée par le Cassini INMS, mais pas avec les spectres de masse in situ dans les expériences APSIS et celles d'Imanaka and Smith (2010), dont les productions d'espèces saturées sont nettement plus élevées et probablement dues à catalyse par les parois métalliques des réacteurs. / Titan's VUV photochemistry is studied by laboratory simulation and numerical modeling.In the laboratory simulations, a gas flow of N2/CH4 (90/10) was irradiated by a continuousVUV (60-350 nm) synchrotron beam in a new reactor, named APSIS (Atmospheric Photochemistry SImulated by Synchrotron). The production of C2-C4 hydrocarbons as well as several nitriles is detected by in situ mass spectrometry and ex situ GC-MS of a cryogenic experiment.Our modeling strategy includes the treatment of uncertain parameters. We propose separaterepresentations of the uncertain photolysis cross-sections and branching ratios. This enables to develop a wavelength-dependent model for the branching ratios.Owing to this separation, in the modeling of Titan's atmosphere, we observe specific altitudes where the uncertainty on the photolysis rate constants vanishes. We show that the Ly-α methane photolysis branching ratios of Wang et al. (2000) and the commonly used 100% CH3 hypothesis for out-of-Ly-α ones should be avoided in Titan's photochemical models. A new ion-neutral coupled model was developed for the APSIS experiments. By this model, ion chemistry and in particular dissociative recombination are found to be very important. We identifed three growth families, of which the most unsaturated one, promoted by C2H2, is dominant. This agrees well with the unsaturated production in Titan's upper atmosphere observed by the Cassini INMS, but not with the in situ MS in the APSIS and Imanaka and Smith (2010)'s experiments, whose saturated productions are substantially higher and likely to originate from the catalysis by metallic walls of the reactors.

Le présent mémoire décrit le développement d’une méthode de synthèse des hélicènes catalysée par la lumière visible. Les conditions pour la formation de [5]hélicène ont été établies par une optimisation du photocatalyseur, du solvant, du système d’oxydation et du temps réactionnel. Suite aux études mécanistiques préliminaires, un mécanisme oxydatif est proposé. Les conditions optimisées ont été appliquées à la synthèse de [6]hélicènes pour laquelle la régiosélectivité a été améliorée en ajoutant des substituants sur la colonne hélicale. La synthèse de thiohélicènes a aussi été testée en utilisant les mêmes conditions sous irradiation par la lumière visible. La méthode a été inefficace pour la formation de benzodithiophènes et de naphtothiophènes, par contre elle permet la formation du phenanthro[3,4-b]thiophène avec un rendement acceptable. En prolongeant la surface-π de la colonne hélicale, le pyrène a été fusionné aux motifs de [4]- et [5]hélicène. Trois dérivés de pyrène-hélicène ont été synthétisés en utilisant les conditions optimisées pour la photocyclisation et leurs caractéristiques physiques ont été étudiées. La méthode de cyclisation sous l’action de la lumière visible a aussi été étudiée en flux continu. Une optimisation du montage expérimental ainsi que de la source lumineuse a été effectuée et les meilleures conditions ont été appliquées à la formation de [5]hélicène et des trois dérivés du pyrène-hélicène. Une amélioration ou conservation des rendements a été observée pour la plupart des produits formés en flux continu comparativement à la synthèse en batch. La concentration de la réaction a aussi été conservée et le temps réactionnel a été réduit par un facteur de dix toujours en comparaison avec la synthèse en batch. / The present work describes the development of a visible-light-mediated method for the synthesis of helicenes. The conditions for the formation of [5]helicene were established in a batch process as a result of an extensive optimization of the photosensitizer, solvent, oxidant system and reaction time. Following preliminary mechanistic studies, an oxidative reaction mechanism was proposed. The optimized conditions were applied to the synthesis of [6]helicenes and the regioselectivity of the reaction was improved through substitution along the helicene backbone. Synthesis of thiohelicenes was also explored under the same conditions and although ineffective for the formation of benzodithiophenes and naphthothiophene, it did provide phenanthro[3,4-b]thiophene in a moderate yield. In an effort to extend the π-surface of the helical backbone, a pyrene moiety was fused to the [4]- and [5]helicene core. Three pyrene-helicene hybrid derivatives were synthesized under the visible-light-mediated cyclization conditions and their physical properties investigated. The visible-light-mediated method for the formation of helicenes was also explored using the continuous flow method. An optimization of the reaction set up, the reaction medium as well as the light source was conducted with the [5]helicene model system. The optimal conditions were applied to the formation of various pyrene-helicene derivatives. In most cases the reaction yields were maintained or significantly improved when compared with the batch process. Also, the reaction concentration was conserved while the reaction time was decreased tenfold from the batch method to the continuous flow process.

Les oxétanes sont des cycles à quatre chaînons comportant un atome d’oxygène intracyclique. Le motif oxétane est présent dans la structure de nombreux produits naturels et dans un large panel de composés de synthèse pour la recherche pharmaceutique. Les thiétanes sont des cycles à quatre chaînons comportant un atome de soufre intracyclique. Le motif thiétane, est quant à lui moins répandu au sein de molécules bioactives et il n’existe à ce jour qu’un nombre restreint d’études le concernant. Ils sont tous deux prisés également comme intermédiaires de synthèse du fait de la grande réactivité intrinsèque liée à leur tension de cycle. Parmi les nombreux accès à ces hétérocycles à quatre chaînons, la réaction de cycloaddition [2+2] photochimique est une méthode de choix en termes d’efficacité et de compatibilité structurale.Dans cette thèse, nous nous sommes, dans un premier temps, intéressés à une approche photochimique pour la synthèse d’un β-acide aminé possédant un squelette oxétane. Son stéréoisomère (2R,3S) est un produit naturel appelé oxétine. Notre objectif était de mettre en place une synthèse rapide et efficace sur l’échelle du gramme des quatre stéréoisomères de l’oxétine. La construction du cycle oxétane a été réalisée très efficacement via une cycloaddition [2+2] photochimique de Paternò-Büchi entre le N-vinyl formamide et le glyoxylate de n-butyle, tous deux facilement disponibles.Après une modification stratégique des groupements fonctionnels, les précurseurs de l’oxétine et de son diastéréoisomère, l’epi-oxétine, ont pu être séparés. Chacun d’entre eux a été dédoublé via l’utilisation d’une oxazolidinone, donnant accès aux quatre stéréoisomères énantiopures ciblés. En parallèle, une méthode de séparation sur HPLC chirale a été établie sur les produits de cycloaddition de Paternò-Büchi afin d'obtenir un autre accès aux quatre composés désirés sur grande échelle.Nous avons étudié la réaction de Paternò-Büchi en flux continu. Après une optimisation des conditions opératoires sur une réaction modèle, l’étape clé pour la synthèse de l’oxetine a été étudiée en détails. L’efficacité de ces réactions de Paternò-Büchi s’est avérée similaire et des temps de réaction plus rapides ont été obtenus par rapport à celles réalisées en batch.Dans la seconde partie de cette thèse, l’objectif initial était de réaliser la synthèse de l’analogue soufré de l’oxétine, la thia-oxétine, par une réaction de thia-Paternò-Büchi photochimique. Mais, les insurmontables difficultés rencontrées pour préparer et utiliser les thia-glyoxylates, ont redirigé notre objectif vers des transformations photochimiques impliquant des alcènes et des diaryle thiocétones. De façon intéressante, dans le cas de la réaction entre l’acrylonitrile et la thiobenzophénone, le diphényle thiétane ciblé s’est avéré être en mélange avec son analogue tétraphényle thiolane. Les conditions opératoires ont été mises au point afin de préparer sélectivement le photoadduit à quatre ou à cinq chaînons. Cette nouvelle réaction photochimique entre l’acrylonitrile et divers diaryle thiocétones, nous a permis d’obtenir un panel de tétraaryle thiolanes.Nous avons démontré expérimentalement que le diaryle thiétane était un intermédiaire dans la formation du tétraayle thiolane. La réaction photochimique entre des diaryle thiétanes et des diaryle thiocétones a été étudiée permettant l’accès à une petite librairie de tétraaryle thiolanes non-symétriques de manière complétement régiosélective et avec de bons rendements.Des études mécanistiques ont été menées dans le but de mieux comprendre cette nouvelle synthèse photochimique de thiolanes et un mécanisme potentiel pour l'accès aux composés tétraayle thiolanes est discuté. / Oxetanes are four-membered ring compounds which incorporate one oxygen atom in the ring. Oxetane rings are present in natural products and in a large panel of synthetic compounds used in drug discovery. Thietanes are four-membered ring compounds which incorporate one sulphur atom in the ring. They are less widespread in bioactive molecules and are less well studied. Both oxetanes and thietanes are high-value intermediates in organic synthesis due to their inherent ring strain. Among the different approaches known for the synthesis of these four-membered ring heterocycles, photochemical [2+2] cycloaddition strategies are among the most important in term of efficiency and functional group compatibility.In this thesis, we first focused on a photochemical approach for the synthesis of a β-amino acid containing an oxetane ring. The (2R,3S) stereoisomer of this structure is a natural product called oxetin. Our objective was to establish an efficient and expedient synthesis of the all four stereoisomers of oxetin on gram scale. The oxetane ring was built very efficiently via a photochemical [2+2] cycloaddition Paternò-Büchi reaction between commercially available N-vinyl formamide and readily available n-butyl glyoxylate.Following strategic functional group transformations, functionalized derivatives of oxetin and its diastereoisomer, epi-oxetin, were separated. Each of these racemates was resolved using a chiral oxazolidinone to provide access to all four target stereoisomers in enantiomerically pure form. In parallel, a chiral HPLC separation protocol was established on Paternò-Büchi cycloaddition products to establish an alternative access to the target compounds in large scale.We investigated the Paternò-Büchi reaction in continuous flow conditions. After optimization of the experimental procedure on a model reaction, the key step for the synthesis of oxetin was studied in detail. The efficiency of these Paternò-Büchi reactions was similar to processes conducted in batch, while the time of the reactions was reduced.In the second part of the thesis, the initial objective was to develop a thia-Paternò-Büchi photochemical synthesis of the sulphur analogue of oxetin, called thia-oxetin. However, the insuperable difficulties encountered in preparing and using thia-glyoxylates redirected our focus to related photochemical reactions between alkenes and diaryl thioketones. Very interestingly, in the model reaction of acrylonitrile with thiobenzophenone, we discovered that, in addition to the anticipated diphenyl thietane, an unexpected tetraphenyl thiolane was also formed. Conditions were established to allow the selective formation of either the thietane or the thiolane photoproduct. This unprecedented photochemical reaction between acrylonitrile and a selection of other diaryl ketones allowed us to prepare a panel of tetraarylated thiolanes.We established that the initially-formed diaryl thietane was an intermediate in the formation of the tetraaryl thiolane. The photochemical reaction between a diaryl thietane and a diaryl thioketone was therefore employed to prepare a small library of non-symmetrical tetraaryl thiolanes in a fully regioselective manner and in high yields.Mechanistic investigations were carried out in an effort to better understand this previously unknown photochemical formation of the thiolanes, and possible mechanisms for the tetraaryl thiolanes formation are discussed.

Mon projet de recherche de doctorat traite de la synthèse de nouveaux bêta-amino acides à conformation restreinte comme briques de construction d’analogues du Neuropeptide Y en vue de tests d’affinité de ces dérivés avec ses différents récepteurs Y. Ce projet est réalisé en collaboration avec l’équipe du Professeur Reiser (Universität Regensburg, Allemagne) qui a obtenu des résultats encourageants en introduisant l’acide cis 2 aminocyclobutanecarboxylique (ACBC) dans des analogues du NPY. Dans le but de compléter ces tests d’affinité, nous avons proposé d’incorporer l’ACBC de configuration trans, dont la synthèse a été développée au laboratoire, ainsi que des dérivés de l’ACBC substitués sur leurs carbones périphériques.La littérature ne présentant que 2 exemples de formation de dérivés d’ACBC substitués sur les carbones périphériques, nous avons développé une nouvelle méthodologie de synthèse pour accéder à ces types de composés. Nous avons décidé, dans un premier temps, de nous concentrer sur les dérivés hydroxyméthylés (HM) de l’ACBC.La formation de cyclobutanes par voie photochimique étant une des spécialités du laboratoire, elle a été privilégiée dans les voies de synthèses envisagées. La réaction de l’anhydride maléique avec différents alcools insaturés par photocycloaddition [2 + 2] conduit à des composés bicycliques ayant une jonction de cycle cis et une configuration endo ou exo pour le substituant. Nous avons alors montré que l’utilisation de l’alcool propargylique conduisait à une lactone de configuration tout-cis, après réduction du cyclobutène dont les 3 fonctions portées par le cyclobutane sont différenciées. A partir de l’alcool allylique, cette fois, le dérivé de configuration exo est obtenu de façon majoritaire.A partir de la lactone, le dérivé endo-cis-4-HM-ACBC a pu être obtenu en 4 étapes par aménagements fonctionnels alors que nous n’avons pas été à même d’accéder aux endo cis 3 HM ACBC. Le dérivé de configuration exo, quant à lui, a conduit aux 2 régioisomères d’exo-cis-HM-ACBC plus facilement par une voie de synthèse convergente. Ces dérivés de configuration exo ont ensuite été dédoublés, dans un cas par l’utilisation d’une copule chirale, et dans l’autre cas par HPLC préparative au moyen d’une colonne chirale.Ces bêta-amino acides devant être introduits par les collaborateurs allemands dans des analogues du NPY sous forme de dipeptides, nous avons, dans un premier temps, réalisé la synthèse de 2 dipeptides incluant le trans-ACBC. Nous avons ensuite réalisé la synthèse de dipeptides incluant les exo-cis-HM-ACBC dont il a fallu adapter notre jeu de groupements protecteurs à la synthèse peptidique en phase solide. / My doctoral research is devoted to the synthesis of new conformationally constrained beta-amino acids as building blocks for the construction of Neuropeptide Y analogues for affinity tests with different Y receptors.This project was conducted in collaboration with Professor Reiser (Universität Regensburg, Germany) who obtained encouraging results by introducing cis-2-aminocyclobutanecarboxylic acid (ACBC) into NPY analogues. In order to complete these affinity tests, we proposed to introduce ACBC with a trans configuration; the synthesis of this substance was developed in our laboratory, together with peripherally substituted ACBCs.Only two examples of peripherally substituted ACBC have been reported to date, so we developed a new synthetic methodology to access this type of compound. To this end, we focused on hydroxymethylated (HM) ACBC derivatives.Cyclobutane formation using photochemistry is a speciality of the host laboratory and was the favored synthetic approach. Reaction between maleic anhydride and unsaturated alcohols by a [2 + 2] photocycloaddition leads to bicyclic compounds with a cis ring junction and an endo or exo configuration of the substituent.We showed that the use of propargylic alcohol led to a lactone with an all-cis configuration after cyclobutene reduction, with 3 differentiated functions on the cyclobutane. From allylic alcohol, the compound with an exo configuration was predominantly obtained.From the lactone, endo-cis-4-HM-ACBC derivatives were obtained in 4 steps by functional group transformations although we were unable to access endo-cis-3-HM-ACBC. The compound with an exo configuration led to the 2 regioisomers of exo-cis-HM-ACBC by an easier convergent synthetic pathway. These racemic compounds with an exo configuration were then resolved by use of a chiral oxazolidin-2-one auxiliary or by preparative HPLC on a chiral column.The beta-amino acids needed to be introduced into the target NPY analogues by the German collaborators as dipeptides. We firstly prepared the two dipeptides comprising trans-ACBC. We thereafter prepared dipeptides comprising exo-cis-HM-ACBC in which protecting groups had been adapted to solid phase peptide synthesis.

Plusieurs molécules d’intérêt astrochimique appartenant à la famille du cyanoacétylène ont été caractérisées spectroscopiquement. Des études photochimiques ont également été menées sur ces molécules. La technique d’isolation en matrice cryogénique de gaz rare a été utilisée pour la préparation de la plupart des échantillons. Des molécules étudiées étaient : CH₃C₃N (et certains de ses isomères), CH₃C₅N, HC₅N – toutes disponibles via une synthèse organique, ainsi que celles obtenues comme produits de réactions photochimiques, principalement en matrice de Kr : HC₉N, à partir de C₄H₂ + HC₅N, et de C₁₀N₂, à partir soit de C₄H₂ + HC₅N soit de HC₅N + HC₅N. La méthode a pu être étendue à la synthèse de composés méthylés avec la formation de CH₃C₅N à partir de CH₃C₂H + HC₃N et de CH₃C₇N à partir de CH₃C₂H + HC₅N. De plus, les expériences photochimiques sur les matrices contenant HC₅N ont conduit à la détection de HC₇N et de l'anion C₅N⁻. Un mécanisme général décrivant les processus d'élongation des chaînes a été formulé. Les similarités ou différences présentes dans les règles de sélection, les écarts vibroniques, les énergies des transitions électroniques et les durées de vie de phosphorescence ont été examinées pour les séries homologues HC₂n+₁N, NC₂nN et CH₃C₂n+₁N. / Several astrochemically interesting molecules of the cyanoacetylene family have been characterized spectroscopically. Photochemical studies involving these molecules have also been performed. The cryogenic rare-gas matrix isolation technique was employed for the preparation of most of the samples. The tudied molecules were: CH₃C₃N (and some of its isomers), CH₃C₅N, HC₅N – all available via preparative organic chemical synthesis, as well as those that appeared as the products of photochemical reactions run mostly in solid Kr: HC₉N, starting from C₄H₂ + HC₅N, and C₁₀N₂, starting from either C₄H₂ + HC₅N or HC₅N + HC₅N. The method was further extended to the synthesis of methylated compounds with formation of CH₃C₅N from CH₃C₂H + HC₃N, and CH₃C₇N from CH₃C₂H + HC₅N. In addition, photochemical experiments using HC₅N containing matrices led to the detection of HC₇N and of the C₅N⁻ anion. A general scheme describing the chain elongation processes was formulated. Similarities or differences in selection rules, vibronic spacings, electronic transition energies, and phosphorescence decay times were examined for the homologous series HC₂n+₁N, NC₂nN and CH₃C₂n+₁N.