Visant des applications en électronique moléculaire, de nouveaux édifices moléculaires combinant quatre dithiényléthènes (DTEs) et une porphyrine ont été synthétisés par de nouvelles voies de synthèse. Les études en solution par photochimie ou spectroélectrochimie des édifices tetraDTEs-porphyrine métallée ou base livre ont montré l’efficacité (62-88 pourcent) des photochromes en tant qu’interrupteurs et la possibilité de lire l’état des DTEs par la fluorescence de la porphyrine. Pour mieux comprendre les interactions électroniques DTEs- porphyrines, des édifices plus simples, bis(porphyrine)DTE, déjà partiellement étudiés dans la littérature, ont été explorés. L’ensemble de ces études à mis en évidence l’impact des métaux sur la capacité photochromique des édifices dithiényléthène – porphyrine. / The main purpose of this thesis was the synthesis of new molecular structures, combining dithienylethenes and porphyrins, for applications in molecular electronics and spintronic. Metallated and free base porphyrins bearing four DTEs were characterizes and studied in solution by photochemistry and spectroelectrochemistry. The efficiency of switching of our systems reach 88 percent and strong quenching porphyrin’s fluorescence was reported. New synthetic pathways were investigated to prepare a broader scope of tetraDTEs-porphyrin derivatives. Moreover, to better understand the electronic communications between DTEs and porphyrins, a simpler bis(porphyrin)DTE molecular structure was synthetized and studied. These studies demonstrated showed the important role of the metal on photochromic behavior of dithienylethene – porphyrin architectures.

Le cancer colorectal (CCR) est le troisième cancer le plus commun diagnostiqué dans le monde entier. Les limites de la chimiothérapie à base de cisplatine ont incité les scientifiques à rechercher de nouveaux médicaments anti-cancéreux à base de métal. Les complexes à base d’or(III) ont été parmi les plus largement étudiés puisqu’ils ont montré une plus importante cytotoxicité in vitro que le cisplatine ainsi que des activités anti-cancéreuse in vivo dans le CCR, mais leur utilisation clinique a été limitée en raison de leur faible stabilité dans des conditions physiologiques. De nouveaux complexes à base d’or(III) couplés à la porphyrine [or(III)/chlorure d’adamantane-porphyrine (SN1) et or(III)/chlorure de mono-acétateporphyrin (SN2)] avec une stabilité en solution aqueuse améliorée ont été synthétisés. SN1 et SN2 réduisent la survie des lignées humaines HT-29 et HCT-116 de CCR, causent l'arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M, et nous avons observé une diminution de l'expression de la cycline B1 et de la kinase « cyclindépendant 1 » (Cdk1) avec une surexpression de la forme active de p53, p21 et de « Bcl-2-associated X » (Bax). En outre, SN1 et SN2 induisent l’apoptose par la voie intrinsèque, puisqu'ils mènent au clivage de la caspase 9, la caspase 3 et la poly(ADP-ribose) polymérase (PARP) tout en augmentant l’expression de Bax. La phosphatidylinositol-3-kinase/protéine kinase B (PI3K/Akt), le facteur nucléaire κB (NF-κB) et l’ « extracellular signal-regulated kinase » (ERK) sont importants pour la survie cellulaire et la prolifération. SN1 et SN2 entrainent une diminution de l'activité d'Akt où la forme phosphorylée diminue avec le temps, mais aussi ils causent une diminution importante dans la phosphorylation d'ERK et l'activité de NF-κB. Finalement, les complexes SN1 et SN2 ciblent la voie p38/« mitogen-activated protein kinase » (MAPK) entrainant une augmentation de l'expression de la cyclooxygenase-2 et de son produit enzymatique la prostaglandine E2. / Colorectal cancer (CRC) is the third most common cancer diagnosed worldwide. The limitations of cisplatin-based chemotherapy have prompted intense interest among scientists to search for alternative metal-based anticancer medicines. Gold(III) complexes have been among the most widely investigated since they showed higher cytotoxicity than cisplatin and promising in vitro and in vivo anticancer activities in CRC but their clinical usefulness has been limited by their poor stability under physiological conditions. A novel gold(III) porphyrin complexes [gold(III) porphyrin-adamantane chloride (SN1) and gold(III) porphyrin mono-acetate chloride (SN2)] with improved aqueous stability were synthesized. SN1 and SN2 reduced the survival of human CRC HT-29 and HCT-116 cell lines, caused cell cycle arrest in G2/M phase, and we observed downregulation of the expression of cyclin B1 and cyclin-dependent kinase 1 (Cdk1) along with up-regulation of the active form of p53, p21 and Bcl-2–associated X (Bax). Furthermore, SN1 and SN2 induced apoptosis by the intrinsic pathway, since they lead to the cleavage of caspase 9, caspase 3 and poly(ADP-ribose) polymerase (PARP), and up-regulating Bax. Phosphatidylinositol-3-kinase/protein kinase B (PI3K/Akt), nuclear factor-κB (NF-κB) and extracellular signal-regulated kinases (ERK) are important for cell survival and proliferation. SN1 and SN2 lead to decrease in the activity of Akt where thephosphorylated form decreased with time as well as they caused an important decrease in the phosphorylation of ERK and activity of NF-κB. Finally, SN1 and SN2 complexes affected p38/mitogenactivated protein kinase (MAPK) pathway then we recorded an increase in the cyclooxygenase-2 expression and its enzymatic product prostaglandin E2.

Des films du type polyoxométallates-porphyrines ont été synthetisés et sont basés sur des interactions du types covalentes ou électrostatiques. Les films polyoxométallates–porphyrines sont obtenus par électro-oxydation de l’octaéthylporphyrine de zinc (ZnOEP) ou la 5,15-ditolylporphyrine (H2T2P) en présence de différents types of polyoxométallates (POMs) portant deux groupes pyridyles pendants (py-POM-py) Trois type de systèmes py-POM-py ont été utilises : i) un Lindqvist polyoxovanadate fonctionalisé via deux groupes tris-alkoxo , ii) un derive organosilyl fonctionalisé du type Keggin ou Dawson, et iii) des briques du type Dawson [P2W15V3O62]9− fonctionalisée avec des groupements organiques bis-pyridine de géométrie variée via un greffage diolamide). Tous ces films ont été testé pour la génération de photocourant et la photocatalyse de la réduction de métaux (Ag et Pt). Des films électrostatiques POM-porphyrin ont été également préparés par incorporation de polyanion du type Preyssler [NaP5W30O110]14- sur les films de porphyrine polycationic (poly-ZnOEP) électropolymérisés avec des espaceurs viologènes ou bis-viologènes. [NaP5W30O110]14- agit comme relais d’électron entre une porphyrine excitée ZnOEP* et le viologène (ou le bis-viologène) retardant la recombinaison de charge ce qui permet une augmentation du photocourant. Enfin, des nanoparticules POM@NPs (Pt, Au, Ag) ont été introduites en surface de copolymère polycationique à base de bis-porphyrine par métathèse afin d’augmenter l’efficacité de la génération de photocourant. La résonance de plasmon de surface localisée qui se produit à la surface des nanoparticules d'argent a sensiblement améliorée l'excitation électronique de porphyrine. / Polyoxometalates-porphyrin hybrid films were synthesized based on covalent or electrostatic interactions. Copolymeric polyoxometalate–porphyrin films were obtained by the electro-oxidation of zinc octaethylporphyrin (ZnOEP) or 5,15-ditolyl porphyrin (H2T2P) in the presence of a different type of polyoxometalates (POMs) bearing two pyridyl groups (py-POM-py). Three type of py-POM-py have been used: i) a tris-alkoxo functionalized Lindqvist polyoxovanadate, ii) an organosilyl functionalized Keggin-type [PW11Si2O40C26H16N2]3- and Dawson-type [P2W17Si2O62C26H16N2]6-, and iii) a bis-pyridine-substituted organo-polyoxometallic bricks using [P2W15V3O62]9− diolamide-grafting method with various geometries of the pendant group. All are applied for photocurrent generation and photocatalytical recovery of metals (Ag and Pt). Electrostatic POM-porphyrin films were also prepared by incorporated Preyssler type polyanion [NaP5W30O110]14- onto the electropolymerized polycationic porphyrin (poly-ZnOEP) with viologen or bis-viologen as spacers. [NaP5W30O110]14- as an efficient electron shuttle between the excited ZnOEP and viologen (or bis-viologen) which effectively retarded the fast charge pair recombination and enhanced the photocurrent magnitude. Later, we introduced nanoparticles POM@MNPs to a bis-porphyrin copolymer through metathesis reaction to further improve the efficiency of the photocurrent generation in which the localized surface plasmon resonance that occurs at the surface of silver nanoparticles has substantially enhanced the electronic excitation of surface-anchored porphyrin.

Abstract : The transfer of energy between excited state chromophores is a topic of interest in the area of natural and laboratory photonic devices. Indeed, energy transfer is a process seen in nature in all photosynthetic organisms from complex multicellular plants to simple, single cell photosynthetic bacteria. For example, the purple photosynthetic bacteria uses two protein assemblies, referred to as the light-harvesting protein 1 (LH1) and the light-harvesting protein 2 (LH2), to collect light energy in order to survive. The LH2 protein serves only to absorb and transmit light energy to the LH1, which contains a special pair in a central reaction center. Energy transfer is essential to the survival of the organism. A photon of light absorbed by a bacteriochlorophyll molecule in the LH2 protein will undergo efficient energy transfer to other bacteriochlorophylls within the same protein structure. Energy transfer will also occur between different LH2 proteins and between the LH2 and LH1 protein. These energy transfer processes all serve to funnel the light to the reaction center which itself is excited by energy transfer. This process is highly efficient and essential to the organism’s survival. In the area of material sciences, the design of a covalent or non-covalent donor-acceptor assembly that exhibits efficient energy transfer, is a topic of interest for application in solar energy and light emitting diodes. Using the purple photosynthetic bacteria as a model, designs that append different dyes that serve to absorb and transmit light energy to a central backbone (a process referred to as the antenna effect) are being investigated. The principle being that the use of these antenna allows for the absorption of more light in regions of the electromagnetic spectrum that we cannot necessarily obtain with a single dye. The fall-back is that, in order for the process to work efficiently, the energy transfer between the antenna and backbone must be rapid. This work presents an investigation of the energy transfer processes between oligopyrrole dyes that are bridged by a truxene core, which exhibits a structural similarity to graphene. The aim of this work is to further understand the energy transfer processes between chromophores. We demonstrate in our work that the presence of a conjugated bridge between the donor and acceptor provides the possibility of a dual energy transfer process governed by both the Förster and Dexter mechanisms. We demonstrate that the use of this conjugated bridge leads to a very fast energy transfer process despite the large distance that separates the donor and acceptor. We further demonstrate that the process, although being a dual process, is dominated by the Dexter ix mechanism which is mediated by the conjugated system connecting the donor and acceptor. The rapid and efficient energy transfer processes suggest that in order to take full advantage of the antenna effect in man-made photonic devices, designs should be built upon the use of conjugated bridges between the donor and acceptor. The work presented in this thesis is divided into eight sections. In the introduction, a brief description of the chromophores that are seen throughout the rest of this work, is provided along with some general concepts with regard to density functional theory (DFT), which was employed as a tool throughout the presented works to demonstrate a certain degree of molecular orbital coupling. Chapter 1, entitled The Basic Principles of Photophysics, provides an introductory explanation of the theory that is required to fully understand the works that are presented in this thesis. Chapter 2 is simply entitled Instrumentation and serves to provide a description of the instruments used throughout the works. In Chapter 3: Maple™-Assisted Calculations of the J-integral: A Key Parameter for the Understanding of Excited State Energy Transfer in Porphyrins and other Chromophores a detailed description of the J-integral is provided and a tool for is calculation from spectral data is presented. The investigation of the energy transfer processes between truxene bridged chromophores begins in Chapter 4: Origin of the Temperature Dependence of the Rate of Singlet Energy Transfer in a Three-Component Truxene-bridged Dyads. In this chapter, the energy transfer between a Zn-porphyrin donor and a set of free-base porphyrin acceptors is investigated. Circumstantial evidence suggests that the energy transfer process that is observed, is occurring through a dual mechanism that may be dominated by the Dexter mechanism is provided. Chapter 5: Antenna Effect in Truxene-bridged BODIPY Triarylzinc(II)porphyrin Dyads: Evidence for a Dual Dexter-Förster Mechanism presents the investigation of the energy transfer processes between a BODIPY donor and two zinc(II)-porphyrin acceptors. In this chapter the comparison of the the energy transfer process to a similar dyad, that contains a non-conjugated bridge between the donor and acceptor, is made and it is shown that the truxene bridged dyad not only presents a faster rate, but that this faster rate can only be explained by a Dexter dominant process. In Chapter 6: Very Fast Singlet and Triplet Energy Transfers in a Tri-chromophoric Porphyrin Dyad Aided by the Truxene Platform the investigation of the energy transfer between a palladium(II)-porphyrin donor and pair of Zn-porphyrin acceptors bridged by a truxene core is x carried out. Here, a very fast triplet energy transfer process is observed, coroborating that the conjugated system promotes the Dexter process and leads to an efficient transfer of energy from the donor to the acceptor. Finally, Chapter 7 presents the last work that is included in this thesis. Chapter 7 is entitled Excited State N-H Tautomer Selectivity in the Singlet Energy Transfer in a Zinc(II)Porphyrin-Truxene-Corrole Assembly and once again presents a very fast and efficient energy transfer process. In this work the energy transfer occurs between a Zn-porphyrin donor and a set to free-base corrole acceptors. The rapid energy transfer process exhibits a rate constant that falls in the same order of magnitude of those presented in the earlier chapters, suggesting that the process is occurring through the same dual mechanism that is Dexter dominated. Interestingly, in this last the energy transfer process was found to occur selectively to only one of the two corrole tautomeric species. This prompted an investigation into the excited state tautomerization rates of the free base corrole and lead to the first report of an experimentally measured tautomerization rate from free-base corrole. This thesis closes with a general discussion of the works presented within its pages and a discussion of the impact that the results have on the scientific community. / Les transferts d’énergie entre les états excités de chromophores est un sujet d’intérêt dans le domaine des dispositifs photovoltaïques naturelles ou artificielles. En effet, le transfert d’énergie est un processus que l’on observe dans la nature au sein de tous les organismes phototrophes depuis les végétaux multicellulaires complexes jusqu’aux bactéries unicellulaires photosynthétiques. Par exemple, dans le cas des bactéries photosynthétiques pourpres, ces dernières utilisent un photosystème de deux protéines assemblées, la première étant appelé protéine collectrice de lumière 1 (LH1 pour light-harvesting protein 1) et la seconde appelé protéine collectrice de lumière 2 (LH2 pour light-harvesting protein 2) afin de capter suffisamment d’énergie lumineuse pour assurer leur survie. La protéine LH2 n’a pour vocation que d’absorber et de transmettre l’énergie lumineuse à la protéine LH1, qui contient une paire spéciale dans un centre réactionnel. Les transferts d’énergie sont des phénomènes essentiels à la survie des organismes. Un photon absorbé par une molécule de type bactériochlorophylle dans la protéine LH2 subira un transfert d’énergie efficace à d’autres bactériochlorophylles au sein de la même structure protéique. Les transferts d’énergie se dérouleront aussi bien entre différentes protéines LH2 qu’entre des protéines LH1 et LH2. Ces processus de transfert d’énergie servent à canaliser l’énergie lumineuse jusqu’au centre réactionnel qui devient à son tour excité par transfert d’énergie. Ces processus sont hautement efficaces et essentiels à la survie de l’organisme en question. En science des matériaux, la conception d'un assemblage donneur-accepteur, covalent ou non, qui présente un transfert d'énergie efficace est un sujet d'intérêt pour des applications en photovoltaïque et diodes émettrices de lumière. En utilisant les bactéries pourpres photosynthétiques comme modèle, des structures similaires étudiant différents colorants permettant d'absorber et de transmettre de l'énergie lumineuse à un squelette central (un processus appelé effet antenne) font l'objet de recherches actives. Le principe étant que l'utilisation de ces antennes permet d'absorber plus de lumière dans les régions du spectre électromagnétique qu’il serait impossible d’obtenir avec un seul colorant. La conséquence est que, pour que le processus fonctionne efficacement, le transfert d'énergie entre l'antenne et le squelette doit être rapide, et parfois contrôlé. Dans ce travail, nous étudierons les processus de transfert d'énergie entre des colorants oligopyrroliques reliés par un noyau truxène, qui montre une similarité structurale avec le graphène. L'objectif du travail est de mieux comprendre les processus de transfert d'énergie entre les chromophores. Nous montrerons dans notre travail que la présence d'un système conjugué entre le donneur et l'accepteur ouvre la porte à l’hypothèse de la présence d'un double processus de transfert d'énergie régi par les mécanismes Förster et Dexter. Nous démontrerons que l'utilisation de ce système conjugué conduit à un processus de transfert d'énergie très rapide malgré la distance importante séparant le donneur et l’accepteur. Nous démontrerons en outre que le processus, bien qu'il s'agisse d'un double processus, est dominé par le processus Dexter grâce au système conjugué reliant le donneur et l'accepteur qui fait office de pont communiquant. Les processus de transfert d'énergie rapides et efficaces suggèrent que, pour tirer pleinement parti de l'effet antenne dans des applications photovoltaïques, les designs devraient être basés sur l'utilisation de ponts conjugués reliant donneurs et accepteurs. Le travail présenté dans cette thèse est divisé en huit sections. Dans l'introduction, une brève description des chromophores utilisés tout au long du présent travail sera fournie avec des concepts généraux non-exhaustifs pour la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) qui a été utilisé comme outil tout au long des travaux actuels pour démontrer un certain degré de couplage orbitalaire. Le chapitre 1, intitulé Les principes fondamentaux de la photophysique, proposera une introduction à la théorie nécessaire à la bonne compréhension des travaux présentés dans cette thèse. Le chapitre 2 est simplement intitulé Instrumentation et fournira une description des instruments utilisés tout au long des travaux. Au chapitre 3: « Maple™-Assisted Calculations of the J-integral: A Key Parameter for the Understanding of Excited State Energy Transfer in Porphyrins and other Chromophores », une description détaillée de l'intégrale J ainsi qu’un outil pour le calcul à partir de données spectrales seront exposés. L'étude des processus de transfert d'énergie entre les chromophores pontés par truxène commencera au chapitre 4: « Origin of the Temperature Dependence of the Rate of Singlet Energy Transfer in a Three-Component Truxene-bridged Dyads ». Dans ce chapitre, nous étudierons le transfert d'énergie entre un donneur de type zinc(II)-porphyrine et un ensemble d'accepteurs de porphyrine base libre. Des preuves circonstancielles indiquant que le processus de transfert d'énergie observé se produit à travers un double mécanisme qui peut être dominé par le mécanisme Dexter seront présentées. Le Chapitre 5: « Antenna Effect in Truxene-bridged BODIPY Triarylzinc(II)porphyrin Dyads: Evidence for a Dual Dexter-Förster Mechanism » présentera quant à lui l'étude des processus de transfert d'énergie entre un donneur BODIPY et deux accepteurs de type Zn-porphyrine. Dans ce chapitre, la comparaison du processus de transfert d'énergie à une dyade similaire qui contient un pont non-conjugué entre le donneur et l'accepteur sera effectuée et il sera démontré que la dyade ponté par truxène présente non seulement un taux plus rapide, mais que ce taux ne peut être expliqué que par un processus Dexter dominant. Au chapitre 6 : « Very Fast Singlet and Triplet Energy Transfers in a Tri-chromophoric Porphyrin Dyad Aided by the Truxene Platform », l'étude du transfert d'énergie entre une porphyrine de palladium(II) donneuse et une paire d'accepteurs de type zinc(II)-porphyrine pontés par un noyau de truxène sera montré. Ici, un processus de transfert d'énergie triplet très rapide est observé, ce qui prouve que le système conjugué favorise le processus Dexter et conduit à un transfert efficace d'énergie du donneur vers l'accepteur. Enfin, le chapitre 7 présentera le dernier travail inclus dans cette thèse. Le chapitre 7 est intitulé « Excited State N-H Tautomer Selectivity in the Singlet Energy Transfer in a Zinc(II)Porphyrin-Truxene-Corrole Assembly » et exposera une dernière fois un processus de transfert d'énergie très rapide et efficace. Dans ce travail, le transfert d'énergie se produit entre un donneur de type Zn-porphyrine et une corrole base libre acceptrice. Le processus de transfert d'énergie rapide présente une constante de vitesse qui se situe dans le même ordre de grandeur que ceux présentés dans les chapitres précédents, ce qui suggère que le processus se produit par le biais du même double mécanisme dominé par Dexter. Il est intéressant de noter que, dans ce dernier cas, le processus de transfert d'énergie s'est révélé sélectif sur l'une des deux espèces tautomériques du corrole. Ceci a mené à une étude sur les taux de tautomérisation de l'état excité de la corrole base libre conduisant à la premier mesure expérimentale du taux de tautomérisation de la corrole base libre. Cette thèse s’achèvera par une discussion générale sur les travaux présentés dans ces pages ainsi que sur l'impact que les résultats ont eus dans communauté scientifique dans ce domaine.

L’objectif des travaux de cette thèse était de développer un système de délivrance stimulus-sensible innovant. Basé sur des vésicules lipidiques, il permet la libération d’une substance anti-cancéreuse hydrophile encapsulée dans leur cœur aqueux, sous l’effet de la lumière. Des porphyrines, incorporées dans leur bicouche, permettent, une fois illuminées, de générer de l’oxygène singulet qui oxyde les chaînes acyl insaturées des phospholipides. Cela induit une augmentation de la perméabilité des liposomes et permet la libération de leur cargo. Nous avons, dans un premier temps, effectué une sélection de phospholipides et de porphyrines permettant de construire le système. Les résultats expérimentaux ont pu être corrélés à une étude de simulation de dynamique moléculaire. L’ensemble a mis en exergue l’importance de la profondeur d’insertion de la porphyrine dans la bicouche lipidique et de sa proximité avec la double-liaison des phospholipides. Mais il a aussi montré les limites de ce système. Nous avons alors développé deux nouvelles molécules, dérivées de phospholipides naturels auxquels a été couplée la pheophorbide a. Malgré leur possible autoassemblage sous la forme de vésicules, ces derniers n’étaient pas stables et s’agrégeaient rapidement. Nous avons donc associé ces conjugués à des lipides classiques (DSPC, cholestérol) et analysé les propriétés des mélanges obtenus. Les propriétés photothermiques des systèmes conçus ont été confirmées, capables d’induire une élévation en température de 14°C. La chaleur générée, responsable d’une plus grande fluidité de la bicouche lipidique, a permis de favoriser la libération du cargo. Enfin, les deux conjugués synthétisés ont montré eux-mêmes une activité phototoxique (PDT), additionnée d’une sélectivité vis-à-vis de cellules du cancer de l’œsophage. Ces nouvelles molécules offrent donc de nombreuses opportunités pour le développement de systèmes multimodaux, bio-inspirés et biodégradables, pour la délivrance d’un médicament sous l’effet de la lumière. / The aim of this work was to develop an innovative stimulus-responsive delivery system. Based on lipid vesicles, it allows the controlled release, by light, of a hydrophilic anti-cancer substance encapsulated in their aqueous core. Once illuminated, porphyrin molecules inserted into the lipidic bilayer, generate singlet oxygen which oxidizes the unsaturated acyl chains of the phospholipids. This induces an increase in the permeability of the liposomes and the release of their cargo. We first made a selection of phospholipids and porphyrins to build the system. Our experimental study could be correlated with results of molecular dynamics simulations. The whole work highlighted the importance of the depth of insertion of porphyrin into the lipid bilayer and its proximity to the double bond of phospholipids. But it also showed the limits of this system. We then developed two new molecules, derived from natural phospholipids, to which pheophorbide a was coupled. The conjugates were able to form self-assembled vesicles but were unstable and quickly aggregated. We therefore associated these conjugates with classical lipids (DSPC, cholesterol) and analyzed the properties of these mixtures. We highlighted photothermal properties of the designed systems, capable of inducing a temperature rise of 14 °C. The generation of heat, responsible for a greater fluidity of the lipid bilayer, subsequently promoted the encapsulated cargo release. Finally, the two synthesized conjugates showed a phototoxic activity (PDT), with selectivity towards esophageal cancer cells. These new molecules therefore offer many opportunities for the development of multimodal, bio-inspired and biodegradable systems, for the delivery of a drug under the effect of light.

Les cages moléculaires covalentes ou de coordination sont des molécules particulièrement intéressantes lorsqu’elles présentent une cavité active en reconnaissance moléculaire ou en réactivité chimique. Le projet consiste en la synthèse et l’étude d’un nouveau type de cage moléculaire, constituée de deux porphyrines reliées par des liaisons covalentes mais flexibles et de huit ligands 3-pyridyles (L) permettant de contrôler la taille de la cavité par un stimulus externe. L’étape-clé de la synthèse de cette cage est la formation d’un dimère de porphyrine par effet template, de sorte à favoriser la fermeture de la cage. Des cations métalliques coordinés par les groupements L ou un ligand ditopique comme le DABCO coordiné entre les métallo-porphyrines ont été utilisés pour pré-assembler le dimère. Ce dernier ayant été obtenu, les chaînes polyéther ont été reliées deux par deux par métathèse des oléfines. Une structure cristallographique de la cage covalente complexant le DABCO a pu être obtenue. La cage synthétisée a, par la suite, été démétallée et le DABCO retiré, la conformation adoptée par cette dernière molécule varie par rapport à son précurseur. / Covalent or coordination molecular cages are particularly interesting molecules when they incorporate an active cavity in molecular recognition or in chemical reactivity. The project consists in the synthesis and the study of a new type of molecular cage, built from two porphyrins linked together by covalent but flexible bonds and eight 3-pyridyl ligands (L) allowing a control of the size of the cavity by an external signal. The key-step in the cage synthesis is the formation of a template dimer in order to favour the covalent cage closing. Several metallic cations coordinated by the L moieties or a ditopic ligand such as DABCO coordinated between two metalloporphyrins have been used for the preorganization of a dimer. Once the latter compound formed, the polyether chains have been linked two-by-two by alkene metathesis. A crystallographic structure of the covalent cage complexing the DABCO has been obtained. Furthermore, the synthesized cage was demetallated and the DABCO removed, the conformation adopted by this molecule doesn’t change a lot from its precursor.

Le polyéthylène (PE) est omniprésent dans notre vie de tous les jours et ce principalement car il présente des propriétés thermiques et mécaniques qu'on ne retrouve pas d'autres polymères. Cependant, sa très faible réactivité chimique fait qu'il est difficile de l'incorporer dans des architectures macromoléculaires plus complexes qui pourraient profiter de ses propriétés uniques. La modification de polymères fonctionnels en extrémité de chaîne par des réactions de couplage efficaces est un outil très utilisé pour la conception d'architectures macromoléculaires. Parmi les différentes réactions envisageables, la réaction de cyclo-addition 1,3 dipolaire de Huisgen entre un azoture et un alcyne est très utilisée dans le domaine de la science des polymères pour lier des polymères entre eux. Une autre méthode performante est le couplage par une réaction d'addition de type hétéro Diels-Alder (HDA) entre un diène et un dithioformate. L'objectif de ce travail de thèse est dans un premier temps d'identifier un système de polymérisation catalytique de l'éthylène qui permette de synthétiser du polyéthylène de masse molaire variable et comportant à une extrémité une fonction réactive. Puis cette extrémité réactive est mise à profit dans des réactions de couplage efficaces comme celles mentionnées plus haut pour la synthèse d'architectures macromoléculaires incorporant des segments de PE

Ø / The dissertation is presented on 252 content pages which has been framed in five chapters and two annexures while the title page opens into a list of abbreviations followed by a foreword on the work. The core theme of the research work is to validate the extended photocatalytic properties of porphyrin-POM materials in evolving from UV to visible light range of solar spectrum. Which describing additional modes for synthesis of hybrid materials (i) electrostatic multilayer’s comprising of Dawson , sandwich Dawson type and preyssler,s POM in combination with free base tetracationic porphyrin [H₂TPhN(Me)₃P⁴⁺] (ii) an easy method of synthesis of two dimers with a pyridinium spacer (abbreviated 4-H₂–Zn and 3-H₂–Zn) (iii) Langmuir Schafer approach for hybrid monolayer. The prepared photoactive thin layers have been characterized by UV-visible spectroscopy and fluorescence spectroscopy for optical properties. Cyclic voltammetry for electrochemistry and ionic permeability studies. Atomic force microscopy (AFM) for surface morphology and its role in physical mechanism of reduction process and shape of nanostructures obtained. Transmission electron microscopy (TEM) has been used to interpret size and shape of dendritic silver nanoparticles obtained as photoreduction product. Although ,the ultimate goal is the photoreduction of heavy metals (Cr(VI), Hg(II), Cd(II), Pb(II) ), reduction of a simpler system like Ag⁺ ion has been chosen as a model system due to single electron simpler oxidation reduction process. A novel application of photocurrent generation from these hybrid films has been demonstrated in the fifth chapter of the manuscript as an initial studies which has enhanced the significance of all previously fabricated systems upto by many folds .The foresaid development of photovoltaic application has paved the way for future studies to enhance the photocurrent yield further by tuning the electron donor-acceptor system. Both components porphyrin and POM can be tuned with different axial substituent’s and stereo chemical properties to achieve maximum yield of solar energy as well as diversified metal nanostructure for nanoelectronics, e.g. silver dendrites for sensor applications. At the end of the manuscript, three appendices describe successively the experimental techniques used to carry out this work, the Job method used to determine the stoichiometry and formation constants of complex electrostatic and coordination, and then finally the origin or Protocols for the synthesis of various compounds used.

Ein wesentliches Merkmal der Immundepression ist eine Monozytendeaktivierung mit verminderter Antigenpräsentation und Sekretion proinflammatorischer Zytokine. Infolge dessen sind Patienten mit Immundepression besonders anfällig gegenüber Infektionen. Als mögliche Mediatoren werden antiinflammatorische Zytokin wie IL10 und TGF-beta diskutiert, deren immunhemmende Wirkung allerdings nach Ihrem Entfernen schnell reversibel ist. An der Entwicklung einer langanhaltenden Immundepression müssen demnach weitere Mediatoren beteiligt sein. Eine Studie mit Patienten nach Herz-Operationen zeigte eine Korrelation zwischen einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Infektionen und einer Überexpression des Hitzeschockproteins Hämoxygenase-1 (HO-1) in peripheren Blutleukozyten, dem in vielen Studien eine antiinflammatorische und cytoprotektive Wirkung zugeschrieben wird. Eine Porphyrin-induzierte HO-1 Überexpression in humanen Monozyten korreliert mit einer verminderten MHC-II Expression. Allerdings kann eine Hemmung der HO-1-Expression diesen Effekt nicht aufheben, so dass die verwendeten Porphyrine die Antigenpräsentation durch HO-1-unabhängige Mechanismen beeinflussen müssen. Während sich die Hemmung der IFN-Gamma-induzierten MHC-II Expression durch eine gleichzeitig verminderte STAT-1-Phosphorylierung erklären lässt, ist die Porphyrin-induzierte Hemmung der konstitutiven MHC-II-Expression unabhängig von STAT-1. Zudem konnte weder eine Abhängigkeit von STAT-3, noch von einer verstärkten Histonacetylierung oder PKA-Aktivierung gezeigt werden. Die Ergebnisse deuten zudem darauf hin, dass die Porphyrin-Effekte nicht über eine Interaktion mit dem Hämoglobin-Scavenger Rezeptor CD163 induziert werden. Eine Porphyrin-Behandlung von Monozyten in vitro resultiert in einem ähnlichen Phänotyp, wie er in Monozyten von immundepressiven Patienten beobachtet wird, so dass ein verbessertes Wissen über die beeinflussten Signalwege neue Ansätze zur frühzeitigen Behandlung einer Immundepression liefern kann. / A long lasting immunodepression is characterised by a deactivation of the function of monocytes with decreased antigen presentation and decreased secretion of pro-inflammatory cytokines. This may predispose patients with immunodepression to infectious complications. Although anti-inflammatory cytokines as IL-10 and TGF-beta are discussed, the mechanism that induces and sustains this long lasting immunodepression is still incompletely understood. A previous study with patients after cardiac surgery could show a correlation between over expression of heme oxygenase-1 (HO-1) in peripheral blood leukocytes and an increased susceptibility to infection related complications. HO-1 is a stress-inducible heat shock protein with potent anti-inflammatory and cytoprotective properties. A porphyrin-induced HO-1 overexpression in human monocytes correlates with decreased MHC-II expression. However, inhibition of HO-1 expression does not abrogate this effect. According to this, porphyrins must affect the antigen presentation by HO-1-independent mechanisms. While the inhibition of IFN-Gamma-induced MHC-II expression could be explained by a simultaneously decreased STAT-1 phosphorylation, the porphyrin-induced inhibition of the constitutive MHC-II expression is independent of STAT-1. Moreover, neither STAT-3 activity, nor an increased histone acetylation or PKA activation is clearly involved in porphyrin mediated inhibition of MHC-II. The results further suggest that the porphyrin-effects are not induced by an interaction with the hemoglobin scavenger receptor CD163. Nevertheless a porphyrin-treatment of monocytes in vitro results in a similar phenotype, as observed in monocytes from patients with immunodepression. Therefore, better understanding of the involved pathways could reveal new approaches for the early treatment of patients with immunodepression.

La biodisponibilité du fer est un facteur limitant de la production phytoplanctonique dans de nombreuses régions océaniques. Le fer dissous (<0,2 µm) consommé par les micro-organismes est complexé à 99 % par des ligands organiques dont l'origine et la nature chimique restent peu connues. <br /><br />Les porphyrines, molécules ubiquistes synthétisées par tous les organismes, sont capables de chélater le fer, sous la forme de complexes fer-porphyrines. A la mort des organismes, ces complexes pourraient donc être libérés dans l'eau de mer en tant que produits de dégradation cellulaire et pourraient participer à la complexation organique du fer. L'objectif de ce travail de thèse est donc de tester cette hypothèse.<br /><br />La première partie consistait à mettre au point une première méthode de dosage correspondant à une analyse par injection en flux et détection par chimiluminescence (FIA-CL). Un protocole a été développé pour l'analyse d'échantillons d'eau de mer. Des tests d'interférences suggèrent que la FIA-CL est bien spécifique aux complexes fer-porphyrines. Plusieurs tests d'augmentation de la sensibilité ont permis d'atteindre une limite de détection de 0,11 nM d'équivalent hémine (fer-porphyrine de référence). Des premières concentrations en fer-porphyrines ont ainsi pu être déterminées dans différents types d'environnements naturels (eau de mer, eau douce et eau intermédiaire) riches en matière organique.<br /><br />La seconde partie visait à étudier un processus de relarguage des fer-porphyrines, tel que le broutage du phytoplancton par le zooplancton. Lors de cette étude, l'existence d'une interférence provoquée par les radicaux superoxyde générés lors de la croissance du phytoplancton a été mise en évidence, lors de la mesure des fer-porphyrines. Un protocole d'élimination de ces interférences a donc été établi. Par des expériences de culture, avec un modèle simple « phytoplancton-zooplancton », la libération des fer-porphyrines dans l'eau de mer a pu être mise en évidence.<br /><br />Ce travail de thèse pourra permettre d'étudier le devenir des fer-porphyrines dans l'eau de mer et leur rôle dans la complexation organique du fer.