Les polymères fluorés sont des matériaux possédant des propriétés remarquables, ce qui donne lieu à des nombreuses applications. Cependant, même si la polymérisation radicalaire contrôlée (PRC ou RDRP) a connu un grand développement dès le milieu des années 90, l’obtention de polymères de taille et de structure bien définies pour certains monomères fluorés reste encore un réel défi. C’est le cas du fluorure de vinylidène (VDF), H2C=CF2, qui lors de la polymérisation radicalaire peut conduire à une addition normale (têtequeue) ou des additions inverses (têtetête et queuequeue). Ces défauts d’enchainement provoquent la formation d’espèces dormantes peu réactives lors d’une PRC. Ceci entraine l’accumulation de chaînes dormantes difficiles à réactiver qui conduit à une perte de contrôle et à l’augmentation de la polymolécularité. Des études récentes ont montré que l’utilisation de complexes organométalliques peut minimiser ce problème en rééquilibrant les énergies nécessaires pour réactiver les deux différentes chaînes dormantes. D’autre part, des calculs théoriques ont montré que les complexes de manganèse pentacarbonyle alkyle et fluoroalkyle, [Mn(CO)5R] et [Mn(CO)5RF] respectivement, peuvent former des espèces dormantes normales et inverses dont les énergies d’activation sont proches. Ceci pourrait entrainer un certain degré de contrôle de la polymérisation. Dans cette étude, plusieurs complexes de manganèse du type [Mn(CO)5R] et [Mn(CO)5RF] (R = CH(CH3)(COOCH3), CH(CH3)(OCOCH3) et CH(CH3)(C6H5); RF = CF3, CHF2, CH2CF3 et CF2CH3) ont été synthétisés et parfaitement caractérisés, puis ont été utilisés comme amorceurs de polymérisation de divers monomères et comme modèles de bouts de chaîne en PRC par des complexes organométalliques (OMRP). Pour cela, des mesures expérimentales de l’enthalpie de dissociation homolytique de la liaison MnC ont été réalisées par des méthodes cinétiques. De plus, une étude plus approfondie sur la formation de certains sousproduits lors de la décomposition thermique de complexes de manganèse fluoroalkyle en présence du tris(trimethylsilyl)silane en tant que piégeur de radicaux a été réalisée et soutenue par des calculs théoriques. Ces complexes ont également été testés en polymérisation du VDF et d’autres monomères nonfluorés. / Fluoropolymers are materials characterized by remarkable properties and are involved in many applications. However, although controlled radical polymerization (CRP or RDRP) has been extraordinarily developed since the mid90s, synthesizing welldefined polymers of certain fluorinated monomers still remains a crucial challenge. This is the case of vinylidene fluoride (VDF), H2C=CF2, which under radical polymerization can undergo normal additions (head to tail) or reverse additions (head to head and tail to tail). These chain defects cause the formation of less reactive dormant species during a CRP. This favors an accumulation of less reactive dormant chains and leads to a loss of the control as well as to an increase of the dispersity. Recent studies have concluded that the use of organometallic complexes can minimize this problem by equilibrating the energies needed to reactivate both types of dormant chains. On the other hand, theoretical calculations have shown that alkyl and fluoroalkyl manganese pentacarbonyl complexes, [Mn(CO)5R] and [Mn(CO)5RF] respectively, are able to lead to normal and inverse dormant species with a similar activation energy. This could afford some degree of controlled polymerization. In this study, several manganese complexes ([Mn(CO)5R] and [Mn(CO)5RF], where R = CH(CH3)(COOCH3), CH(CH3)(OCOCH3) and CH(CH3)(C6H5); RF = CF3, CHF2, CH2CF3 and CF2CH3) have been synthesized and fully characterized. They were then used as original initiators for the polymerization of various monomers and as chainend models in CRP mediated by organometallic complexes (OMRP). Experimental measurements of the dissociation enthalpy of the MnC bond were carried out by kinetic methods. In addition, a deeper study of the formation of certain byproducts during the thermal decomposition of the fluoroalkylpentacarbonylmanganese(I) complexes in the presence of tris (trimethylsilyl)silane as a radical trap was carried out and supported by theoretical calculations. These complexes were also tested in the polymerization of VDF and of other nonfluorinated monomers.

Cette thèse se divise en trois parties. La première concerne le développement d'une nouvelle voie d'accès à des hétérocycles azotés. Cette synthèse est basée sur deux étapes: l'addition radicalaire d'un xanthate, portant une fonction 1,2-dione, sur diverses oléfines suivie de sa condensation sur une diamine. Cette étude a permis de préparer des composés présentant un intérêt biologique certain tels que des pyrazines. De plus, une nouvelle méthodologie permettant l'accès à des structures imidazoles a été mise en évidence. La seconde partie a été consacrée à la préparation d'un support soluble à l'aide du procédé Madix. La dernière étude porte sur le développement de nouveaux agents modérateurs de la polymérisation radicalaire. Cette étude nous a amenés tout d'abord à synthétiser une large gamme de composés originaux de type dihydro-pyrazolone. Par la suite, la mise en place d'une étude modèle nous a permis de mesurer l'aptitude à se dissocier de ces composés puis de sélectionner les meilleurs candidats. Enfin, une étude poussée en polymérisation des agents sélectionnés a permis de mieux comprendre leur mécanisme d'action. Nous sommes en présence d'un système de type initer original. Ce système de polymérisation n'est cependant pas vivant du fait de l'irréversibilité de l'addition du contre radical dihydro-pyrazolone sur la chaîne polymère.

D’après l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), les maladies cardiovasculaires (CVDs) sont la cause majeure de morbidité et de mortalité dans le monde. Dans un contexte où les thérapies non chirurgicales impliquent une administration de molécules actives à hautes doses, limiter les effets secondaires et augmenter l’efficacité thérapeutique est un enjeu majeur. Une possible réponse à cette problématique est l’utilisation de nanoparticules polymères encapsulant des molécules actives. Pour des applications de délivrance de principe actif et/ou de génie tissulaire, les polymères utilisés doivent suivre certains critères : (i) la biodégradabilité ; (ii) la biocompatibilité ; (iii) l’uniformité des chaînes polymères et (iv) une fonctionnalisation aisée par les molécules d’intérêt. Dans ce contexte, des copolymères dégradables obtenus par polymérisation radicalaire par ouverture de cycle (rROP) entre les acétals de cétène cyclique (CKAs) et des monomères vinyliques semblent satisfaire à ces critères. En effet, les CKAs sont des monomères cycliques qui s’ouvrent par voie radicalaire et permettent la formation de fonctions esters dans le squelette polymère au cours de la polymérisation. Hormis les CKAs bien connus (e.g., 2-methylene-1,3-dioxepane (MDO), et 2-methylene-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL)), un besoin de nouveaux CKAs plus hydrophiles et/ou avec de nouvelles fonctionnalités est récemment apparu. Par conséquent la synthèse de nouveaux CKAs a été étudiée.Par ailleurs, les calculs par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont démontré que la copolymérisation radicalaire du MDO avec des dérivés d’éther de vinyle (VE) était quasi idéale, ce qui fut par la suite confirmé expérimentalement. Ainsi, ce système a permis l’obtention via un mécanisme radicalaire de copolymères similaires à des polyesters, en particulier à la polycaprolactone (PCL), hautement fonctionnels via l’utilisation de divers VE. La dégradation hydrolytique des P(MDO-co-VE) ainsi obtenus a été étudiée en conditions accélérées et physiologiques. Les copolymères ont montré une vitesse de dégradation dépendant du taux de MDO et de la nature du VE. L’hydrolyse en conditions physiologiques des P(MDO-co-VE) a donné des taux de dégradation comparables à ceux obtenus pour l’acide polylactique (PLA) et la PCL, tous deux approuvés par l’agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux (FDA). La dégradation enzymatique assistée par les lipases Candida antartica a également été étudiée, donnant une dégradation quasi complète des copolymères en 48 h. En plus d’être biodégradables, l’avantage des P(MDO-co-VE) est que les fonctions portées par les VE ont permis une fonctionnalisation aisée des copolymères via le greffage de petites molécules ou des macromolécules telles que des chaînes de poly(éthylène glycol) (PEG) ; soit après polymérisation (approche “grafting to”) soit avant polymérisation (approche “grafting through”). Les propriétés physico-chimiques ont pu être finement ajustées, permettant ainsi la formulation de nanoparticules stables convenant à des applications de délivrance de principes actifs. / According to the World Health Organization (WHO), cardiovascular diseases (CVDs) are the major cause of morbidity and mortality in the world. In a context where non-surgical therapy involves active molecules administration at high doses, circumventing possible toxic side effects and increasing the therapeutic effect is a major challenge. Thus, the use of drug-loaded polymeric nanoparticles may represent a potential solution to this problem. For drug delivery and/or tissue engineering applications, polymers should follow some criteria: (i) biodegradability; (ii) biocompatibility; (iii) uniformity of the polymer chain and (iv) possibility of functionalization with molecules of interest. As such, degradable copolymers were obtained by radical ring-opening copolymerization (rROP) between cyclic ketene acetals (CKAs) and vinylic monomers and fulfilled all those criteria. Indeed, CKAs are cyclic monomers which open through a radical mechanism and give degradable ester functions in the polymer backbone upon polymerization. Besides well-known CKAs (e.g., 2-methylene-1,3-dioxepane (MDO), and 2-methylene-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL)), a crucial need for new CKAs that would be more hydrophilic and/or with new functionalities has recently emerged. Therefore, synthesis of new CKAs was investigated.In addition, the rROP of MDO and vinyl ether (VE) derivatives was predicted to be quasi-ideal by Density Functional Theory (DFT) calculations and subsequently confirmed experimentally. Thus, this system gave the opportunity to obtain polyester-like copolymers, especially polycaprolactone-like polymers, highly functional from the use of functional VE derivatives. Hydrolytic degradation of the resulting P(MDO-co-VE) was investigated under accelerated and physiological conditions. Copolymers showed tunable degradation rate as a function of the MDO content and of the nature of the VE. Hydrolysis in physiological conditions of P(MDO-co-VE) copolymers led to a degradation rate comprised between those obtained for polylactide (PLA) and PCL, both approved by the Food and Drug Administration (FDA). Enzymatic degradation by lipases Candida antartica was also studied, leading to nearly complete degradation in 48 h. In addition to be hydrolytically and enzymatically degradable, a strong advantage of P(MDO-co-VE) copolymers rely in their easiness of functionalization via the use of various VE moieties, leading to efficient grafting by small molecules or macromolecules such as poly(ethylene glycol) (PEG) chains; either after polymerization (“grafting to” approach) or before polymerization (“grafting through” approach). Physicochemical properties were finely tuned enabling the formulation of stable nanoparticles suitable for drug delivery purpose.

L’objectif de cette thèse est d’étudier la synthèse et les propriétés d’auto-assemblage en milieu aqueux de copolymères « intelligents » capables de former des agrégats supramoléculaires en réponse à deux stimuli : la température du milieu et la présence de dioxyde de carbone (CO[indice inférieur 2]). Pour cela, une gamme de copolymères diblocs amphiphiles composés d’un bloc hydrophile d’acrylate de polyethylèneglycol méthyléther) (PEGA) et d’un bloc stimulable contenant une distribution statistique d’unités PEGA et acrylate de diéthlèneglycol éthyléther (DEGA) (thermosensibles) et acrylate de diéthylaminoéthyle DEAEA (CO[indice inférieur 2]-sensible), a été préparée par polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMP). Dans un second temps, il a été mis en évidence que la température ainsi que la présence de CO[indice inférieur 2] dans la solution influencent le comportement auto-associatif des copolymères dans l’eau. Par la suite, le bloc hydrophile a été remplacé par une séquence de dextrane, ce qui a permis de préparer de nouveaux copolymères diblocs fonctionnels, stimulables par la température et le CO[indice inférieur 2]. Dans ce cas, deux techniques de polymérisation radicalaire contrôlée (NMP et ATRP) ont été testées afin d’obtenir les copolymères possédant l’architecture la mieux définie possible.

Ce manuscrit présente les travaux de thèse effectués sous la direction du Professeur Samir Z. Zard dans le laboratoire de recherche DCSO à l'École Polytechnique de Septembre 2006 à Juillet 2009. Il traite de nouvelles applications de la chimie radicalaire des xanthates à la synthèse d'hétérocycles aromatiques azotés, plus particulièrement les oxindoles, les azaindolines, les dihydropyrrolopyrimidines, les dihydropyrrolopyrimidinones et les dihydroimidazopyrimidinones. Parmi les résultats présentés, deux revêtent une importance particulière : Dans un premier temps, nous avons généralisé la réaction de cyclisation radicalaire sur azote aromatique, initialement découverte au laboratoire sur les pyridines, à d'autres familles d'hétérocycles (pentachloropyridine et pyrimidine). Cette méthode nous a permis d'accéder à des noyaux aromatiques peu ou pas décrits dans la littérature, comme les dihydroimidazopyrimidinones. Dans un second temps, nous avons mis en évidence, lors de la synthèse de fluoroazaindolines, la rupture homolytique d'une liaison carbone-fluor dans des conditions « douces ». A notre connaissance, une telle rupture est extrêmement rare.

Au cours de cette thèse nous nous sommes intéressés à la synthèse d'hétérocycles azotés dérivés de benzazépinones et de composés pyridiniques et pyrimidiniques. Ces travaux ont été menés sous la direction du Pr. Samir Z. Zard au Laboratoire de Synthèse Organique à l'Ecole Polytechnique. Ce manuscrit est composé de cinq chapitres. Dans un premier temps, nous presentons brièvement les grands principes de la chimie radicalaire (Chapitre I), et puis plus particulièrement la chimie radicalaire des xanthates qui a été développée au laboratoire (Chapitre II), afin de familiariser le lecteur à la chimie radicalaire par transfert de xanthate. Le Chapitre III concerne une nouvelle synthèse de benzazépin-2-ones et 5-arylpipéridin-2-ones (ce motif est un précurseur de pipéridines, qui sont au centre de nombreuses molécules bioactives) par voie radicalaire à partir de matières premières simples, via une cyclisation radicalaire sur noyau aromatique de type 7-endo-trig. L'optimisation de l'étape de cyclisation a permis d'obtenir des rendements modérés à excellents. De plus, grâce à la présence de substituents halogènes sur le noyau aromatique, il est possible de combiner ce processus radicalaire avec d'autres réactions importantes, ce qui pourrait avoir des applications intéressantes. Le Chapitre IV traite de la préparation de nouveaux 3,4-disubstitués-5,6-difluoro-7-azaindoles et 7-azaindolines avec de bons rendements par voie radicalaire à partir de la pentafluoropyridine. La formation de ces deux composés comprend la rupture homolytique d'une très forte liaison C-F, ce qui est très rare dans de telles conditions douces. L'efficacité de cette cyclisation radicalaire se trouve être très sensible à la propriété électronique de la substitution en C-4. Sur la base de ce travail, une mini-librairie de composés divers de 7-azaindoles et 7- azaindolines pourrait être créée. Enfin, le dernier chapitre a été réalisé en collaboration avec M. Ling QIN, que j'ai été amené à encadrer au cours de ma thèse. Dans cette partie, nous nous sommes interessés à de nouvelles cyclisations radicalaires de xanthates sur des noyaux hétéroaromatiques bis-azotés. L'un des développements de ce travail est la possibilité d'utiliser des substrats où l'azote non aromatique n'est pas protégé. La méthode pourrait être partiellement étendue à des pyridines. En outre, la première cyclisation radicalaire à l'azote hétéro-aromatique de type 6-endo-trig a également été réalisé. Les développements de ces voies de synthèse a permis de mieux comprendre certains mécanismes réactionnels ainsi que d'en découvrir de nouveaux.

Plusieurs mécanismes de polymérisation radicalaire contrôlée (PRC) sous irradiation lumineuse ont récemment été développés. Ces approches offrent potentiellement de nombreux avantages, en permettant notamment d’introduire dans le mécanisme des PRCs certaines caractéristiques propres aux photopolymérisations, tels que les contrôles spatial et temporel de la réaction. Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans ce contexte, en ayant pour objectif le développement et l’étude d’un nouveau mécanisme de polymérisation radicalaire par transfert d’atome (ATRP) photocatalysée. Après une étude bibliographique présentant l’état de l’art dans le domaine des PRCs sous irradiation lumineuse (chapitre 1), un complexe de bis(1,10-phenanthroline) cuivre (I) (Cu(I)) est utilisé comme catalyseur pour la synthèse de poly(méthacrylate de méthyle)s bien définis par ATRP menée sous l’irradiation d’une lampe LED bleue de faible intensité (chapitre 2). Le mécanisme proposé implique la formation de l’état excité Cu(I)* à partir de Cu(I) sous irradiation, suivie de sa désactivation oxydative par les composés bromés, générant les espèces actives propagatrices et la forme désactivante du complexe Cu(II). Le cycle catalytique est ensuite complété par l’ajout de triethylamine comme agent réducteur permettant la régénération in situ de la forme activante Cu(I) du complexe et conduisant ainsi à une polymérisation plus rapide. Le méthacrylate de glycidyle est ensuite considéré comme comonomère jouant simultanément le rôle d’un agent réducteur (chapitre 3). Des copolymères fonctionnels bien définis, avec une distribution contrôlée de groupes latéraux époxydes, sont ainsi synthétisés. Enfin, le mécanisme d’ATRP photocatalysé est amélioré en développant une procédure permettant la génération in situ de la forme activante Cu(I) en partant d’un complexe Cu(II) stable en présence d’air (chapitre 4). Le mécanisme ainsi développé présente une bonne tolérance à la présence d’oxygène ou d’inhibiteur dans le milieu réactionnel. Les effets de plusieurs paramètres (intensité lumineuse, concentration en ligand et nature du solvant ou du contre-ion) sont étudiés, suggérant un échange de ligand photo-induit comme processus photochimique additionnel impliqué dans le mécanisme d’ATRP photocatalysé étudié. / Several mechanisms of controlled radical polymerization (CRP) under light irradiation have been recently developed. These approaches offer potentially numerous advantages, enabling especially to introduce in the mechanism of CRPs some features characteristic of photopolymerizations, such as the spatial and temporal controls of the reaction. The PhD work presented in this manuscript comes in this framework, aiming at developing and studying a new mechanism of photocatalyzed atom transfer radical polymerization (ATRP). After a bibliographic study presenting the state-of-the-art in the domain of CRPs under light irradiation (chapter 1), a bis(1,10-phenanthroline) copper (I) complex (Cu(I)) is used as catalyst for the synthesis of well-defined poly(methyl methacrylate)s by ATRP carried out under the irradiation of a low intensity blue LED lamp (chapter 2). The proposed mechanism implies the formation of the excited state Cu(I)* from Cu(I) under irradiation, followed by its oxidative quenching by the brominated compounds, generating the growing active species and the deactivator form of the complex Cu(II). The catalytic cycle is then completed by the addition of triethylamine as a reducing agent enabling the in situ regeneration of the activator form of the complex Cu(I), therefore leading to a faster polymerization. Glycidyl methacrylate is then considered as a comonomer playing simultaneously the role of a reducing agent (chapter 3). Well-defined functional copolymers, with a controlled distribution of epoxide side groups, are thus synthesized. Finally, the photocatalyzed ATRP mechanism is improved by developing a procedure permitting the in situ generation of the activator Cu(I) starting directly from an air-stable Cu(II) complex (chapter 4). The mechanism developed in this way exhibits a good tolerance to the presence of oxygen or inhibitor in the reaction medium. The effects of several parameters (light intensity, ligand concentration and nature of the solvent or counter-ion) are studied, suggesting a photo-induced ligand-exchange as an additional photochemical process implied in the studied photocatalyzed ATRP mechanism.

Les problématiques et potentialités de la photopolymérisation radicalaire en miniémulsion ont été discutées, en partant de l’étude des propriétés optiques des miniémulsions de monomère jusqu’à la synthèse de nouvelles nanoparticules polysulfures semi-cristallines par réaction thiol-ène. En premier lieu, l'interaction entre les propriétés optiques de miniémulsion de monomère et l'efficacité de photopolymérisation a été clarifiée. Nous avons établi le rôle majeur de la diffusion optique sur les cinétiques de photopolymérisation de nanogouttelettes acrylates, tandis que l'absorption s’est révélé de moindre importance. Que ce soit en milieu dilué ou concentré (modèle de Kubelka-Munk), la diffusion de la lumière est atténuée lorsque la taille de gouttelettes diminue. La conséquence immédiate est une amélioration significative de la pénétration de la lumière induisant une accélération des cinétiques de polymérisation. Néanmoins, cette conclusion doit être pondérée car l’effet de compartimentage de la polymérisation radicalaire n’a pu être dissocié des effets optiques. On notera qu’en milieu concentré (contenu en solide de 30 % massique), au-delà de 150 nm pour le diamètre de gouttelette, le coefficient de diffusion atteint un palier et devient indépendant de la taille des gouttelettes. La chute d’absorbance, observée par spectroscopie UV-visible, tout au long de l’irradiation pour des miniémulsions acrylates de faible taille (40 nm) a mis en évidence un mécanisme de polymérisation par diffusion de monomère des gouttelettes non nucléées vers les particules en croissance. Cette analyse non invasive (aucune dilution n’a été nécessaire) présente un intérêt évident pour l’étude du mécanisme de nucléation. Nous avons ensuite démontré que la photopolymérisation pouvait être réalisée en utilisant le caractère auto-amorçant des acrylates sous irradiation UV court ( < 300 nm). Ce type d’amorçage photochimique a permis d’éviter l’emploi de photoamorceur, limitant ainsi les risques liés à leur présence résiduelle dans le matériau final. Les photopolymérisations ont été réalisées dans un microréacteur modèle (cuve spectroscopique d’épaisseur 0,1 à 1 mm). La variation de plusieurs paramètres expérimentaux a permis d’identifier un ensemble de paramètres clés influençant les cinétiques de polymérisation tels que la taille des gouttelettes, corroborant ainsi les résultats de l’étude optique. Les longueurs d’onde d’irradiation et le chemin optique ont joué un rôle tout aussi déterminant ; le décalage vers des longueurs d’onde courtes et la diminution de l’épaisseur de l’échantillon accélèrent à la fois la création de radicaux amorceurs et le nombre d’entités nucléées. La versatilité du procédé a été démontrée en polymérisant rapidement (conversion totale en moins de 20 min) une large gamme de monomères acrylate, méthacrylate ou à base d’acétate de vinyle. En ce qui concerne le mécanisme d’auto-amorçage, nous avons prouvé que les espèces amorçantes provenaient vraisemblablement d’un biradical photoinduit, pouvant arracher ou transférer un hydrogène sur des molécules de monomère pour former des monoradicaux amorceurs. Par le biais de ce mécanisme original, la génération de radicaux est constante tout au long de la polymérisation ce qui pour effet d’impacter les caractéristiques des copolymères formés : l’indice de polymolécularité tend à augmenter et les masses molaires à diminuer par rapport à un processus photoamorcé conventionnel. Ces photopolymérisations ont été réalisées dans un photoréacteur annulaire à immersion et ont montré les mêmes évolutions en fonction de la taille de gouttelettes que lors d’expériences en cuve spectroscopique non agitées. A titre d’exemple, une conversion totale est atteinte en 1 h pour des tailles de gouttelettes de 60 nm et un contenu en solide de 30 %. L’auto-amorçage photoinduit a permis de générer rapidement une grande quantité de chaînes en croissance au sein des gouttelettes. [...] / Issues and potentials of miniemulsion radical photopolymerization were discussed, starting from monomer miniemulsions’ optical properties to the synthesis of new semi-crystalline polysulfide nanoparticles by thiol-ene reaction. First, the relationship between the optical properties of miniemulsion and the polymerization efficiency was clarified. We established the major role of optical scattering on the acrylate nanodroplets’ photopolymerization kinetic, while the absorption was found to play a minor role. Whether diluted or concentrated medium (Kubelka-Munk model), light scattering is attenuated when droplet size decreased. The corollary is a significant improvement of UV light penetration within the reactor vessel leading to an acceleration of the polymerization kinetics. However, this conclusion was mitigated by the fact that compartmentalization effect could not be easily dissociated from optical effects. Note that in concentrated medium (solids content of 30 wt %), beyond 150 nm droplet diameter, the scattering coefficient leveled off regardless of droplet size. An absorbance drop was observed using UV-visible spectroscopy throughout the irradiation of the smallest acrylate miniemulsions (40 nm). This result suggested a polymerization mechanism occurring by monomer diffusion from non-nucleated droplets to growing particles. This non-invasive analysis (no dilution was required) is of high interest to study the nucleation mechanism.In a second part, we demonstrated that acrylate miniemulsion photopolymerization could be performed through a monomer self-initiation mechanism induced by short-wavelength UV irradiation ( < 300 nm). Such original photochemical initiation avoided the use of photoinitiator, thus limiting the risks associated with their residual presence in the final material. The self-initiated photopolymerizations were carried out in a model microreactor (spectroscopic cell of 0.1 to 1 mm thick). The variation of several parameters allowed us to identify key parameters influencing polymerization kinetics such as droplet size, thus corroborating the results of the optical study. The irradiation wavelength and the optical path played a crucial role; the shift towards shorter wavelengths and the sample thickness reduction accelerated both the generation of initiating radicals and the number of nucleated entities. The versatility of the method was demonstrated by fast polymerization (complete conversion achieved within 20 minutes) employing a wide range of acrylate, methacrylate and vinyl acetate monomers. Regarding the self-initiating mechanism, one proved that the initiating species likely originated from a biradical able to abstract or transfer hydrogen from monomer molecules, thereby forming initiating monoradicals. Through this original mechanism, the generation of radicals was constant throughout the polymerization, which impacted the characteristics of the copolymer chains: the polydispersity index tended to increase and the molar masses decreases when compared with a conventional photoinduced process. These photopolymerizations were also carried out in an annular immersion photoreactor and showed the same trends regarding the effect of droplet size as the experiments conducted in unstirred spectroscopic tank. For example, a complete conversion was reached after 1 h for a 60 nm acrylate miniemulsion with a solids content of 30 wt %. As a result, a self-initiated polymerization can generate rapidly a large amount of insoluble growing polymer chains within the droplets. This unique feature was exploited to overcome Ostwald ripening without the addition of a specific costabilizer. Photochemical self-initiation could also be used to form surfactant-free nanolatex via Pickering-stabilized miniemulsion photopolymerization. Indeed, Laponite clay adsorbed at the surface of the droplets showed an excellent UV transparency up to 200 nm. [...]

Les nanogels sont des macromolécules ramifiées solubles possédant une structure en réseau et de dimensions inférieures à 100 nm. La méthodologie récente de la copolymérisation radicalaire réticulante contrôlée permet d'accéder à de telles architectures polymères tout en contrôlant finement leur structure interne. Nous présentons dans ce travail: (i) l'étude préalable de systèmes modèles, permettant de dégager les conditions nécessaires à la synthèse de nanogels; (ii) l'application à la synthèse de nanogels hydrophiles valorisables de poly(alcool vinylique) et de poly(N-vinylpyrrolidone); (iii) une modélisation cinétique permettant de rendre compte des tendances observées expérimentalement et de prévoir les grandeurs caractéristiques de produits synthétisés par cette méthodologie. / Abstract

Cette thèse décrit un nouvel accès au motif tétrahydrofurane (THF)2,3,5-trisubstitué. Cette stratégie est basée sur une première étape d’addition d’un radical acyle nucléophile sur une oléfine activée de type adduit de Baylis-Hillman,suivie d’une cyclisation réductrice du motif céto-alcool-1,4 ainsi formé. De hauts niveaux de diastéréocontrôles-1,2 et -1,3 ont pu être atteints en utilisant dans ces deux étapes le tris(triméthylsilyl)silane comme agent de transfert d’hydrogène. Cette méthodologie a ensuite été appliquée à la synthèse du fragment THF de la gymnodimine puis à la première synthèse totale d’une molécule naturelle tricyclique : le no.2106A. Dans un dernier temps, l’utilisation d’adduits de type aza-Baylis-Hillman a permis d’accéder efficacement à des homologues azotés telles que les pyrrolidines mais également à des composés bicycliques tels que les indolizidinones ou les pyrrolizidines. / This thesis describes a new access to the 2,3,5-trisubstituted tetrahydrofuran moiety. This strategy includes as a first step an addition of an acylradical on to an activated olefin (Baylis-Hillman adduct), followed by a reductive cyclization of the corresponding 1,4-keto-alcohol. High levels of 1,2- and 1,3-stereocontrol were attained using, in these two steps, tris(trimethylsilyl)silane as an hydrogen transfer agent. This methodology was then applied to the synthesis of the Gymnodimine THF fragment and to the first total synthesis of a tricyclic naturalcompound : no.2106A. Finally, the use of aza-Baylis-Hillman adducts led to an efficient access to nitrogen analogues, including pyrrolidines and bicyclic compounds such as indolizidinones or pyrrolizidines.