Yes / Uranyl complexes of a large, compartmental N8-macrocycle adopt a rigid, “Pacman” geometry that stabilizes the UV oxidation state and promotes chemistry at a single uranyl oxo-group. We present here new and straightforward routes to singly reduced and oxo-silylated uranyl Pacman complexes and propose mechanisms that account for the product formation, and the byproduct distributions that are formed using alternative reagents. Uranyl(VI) Pacman complexes in which one oxo-group is functionalized by a single metal cation are activated toward single-electron reduction. As such, the addition of a second equivalent of a Lewis acidic metal complex such as MgN″2 (N″ = N(SiMe3)2) forms a uranyl(V) complex in which both oxo-groups are Mg functionalized as a result of Mg−N bond homolysis. In contrast, reactions with the less Lewis acidic complex [Zn(N″)Cl] favor the formation of weaker U−O−Zn dative interactions, leading to reductive silylation of the uranyl oxo-group in preference to metalation. Spectroscopic, crystallographic, and computational analysis of these reactions and of oxo-metalated products isolated by other routes have allowed us to propose mechanisms that account for pathways to metalation or silylation of the exo-oxogroup.

Les acides α-aminés non naturels forment une famille de composés incontournables pour la conception de peptidomimétiques. Plus précisément, l'utilisation du silicium comme isostère du carbone sur la chaîne latérale des acides α-aminés a été largement reportée dans la littérature, montrant alors l'importance d'une telle modification. En particulier, compte tenu du rôle fondamental que joue la proline dans la structuration des peptides, et des avantages que peut apporter le silicium, il nous a paru intéressant de nous centrer sur la silaproline. Après avoir mis au point une synthèse permettant la production de la silaproline à grande échelle, nous avons mis au point la préparation d'homopolypeptides de ce résidu particulier. Dans un premier temps des oligomères monodisperses de silaproline ont été synthétisés. L'étude structurale par RMN, CD et modélisation moléculaire a permis de confirmer la conformation préférentielle en hélice polyproline de type II (PPII). Ensuite la synthèse de polymères plus longs, obtenus par polymérisation de N-carboxyanhydrides a été développée. Ces nouveaux biopolymères ainsi préparés ont conduit à des mimes de PPII lipophiles. Enfin, une nouvelle voie de polymérisation, dans des conditions douces, par réaction d'esters, a été optimisée, permettant d'accéder facilement à des polypeptides. / Unnatural α-amino acids form a family of essential compounds for the design of peptidomimetics. More specifically, the use of silicon as an isostere of carbon on the side chain of α-amino acids has been widely reported in the literature, while demonstrating the importance of this modification. In particular, the fundamental role of proline in peptide structures, and the advantage of the silicon, promoted us to focus on the silaproline.After the development of a gram scale synthesis of silaproline, we prepared homopolypeptides of this particular residue. Firstly, monodisperse silaproline oligomers were synthesized. The structural study by NMR, CD and molecular modeling confirmed the conformational preference for polyproline type II helix (PPII). Then longer polymers were obtained by polymerization of N-carboxyanhydrides. These new biopolymers were prepared, leading to more lipophilic PPII mimics.Finally, a new way of polymerization by reacting esters under mild conditions has been optimized for easy access to polypeptides.

Green chemistry principles have been applied to the enhancement of two industrial chemistry problems. An industrially used reaction to form alcohols from aldehydes and ketones, the Meerwein-Ponndorf-Verley reduction, was improved by introducing a new catalyst Al(OtBu)₃. Due to the lower state of aggregation of this catalyst versus the conventional Al(OiPr)₃ catalyst, reduction rates were found to be faster in both pure iPrOH and mixed solvent systems for three model compounds: benzaldehyde, acetophenone, and a complex, chiral ketone, (S)-CMK. This allowed for the successful implementation of two important milestones; lowering the amount of catalyst needed necessary to complete the reactions (an economic benefit and lower waste) and the conversion from traditional batch reactions to continuous flow (a processing benefit) whereby reactions can be scaled-out rather than scaled-up. Another industrially important field of research that was focused on was CO₂ capture. High energy demands from current CO₂ capture methods such as aqueous amine solvents, specifically from coal-fired power plant flue gas, led to the development of non-aqueous reversible ionic liquids based on silylated amines. Structural modifications of the substitution around the silicon atom, the length of the alkyl chain bonding the silicon and amine, branching along the alkyl backbone, and investigating secondary and primary amines within this class of silylated amines were completed. These amines were reacted with CO₂ and the CO₂ capacity, the ionic liquid viscosity, reversal temperature and reaction enthalpy were all considered as a function of structure. In all cases the capacity was found to be not only greater than that of monethanolamine, an industrial standard, but higher than theoretical predictions through the formation of carbamic acid. Viscosity, reversal temperature, and reaction enthalpy were all found to be tunable through structure. These modifications gave significant insight into the necessary direction for optimization of these solvents as energy-efficient replacements of current CO₂ capture technology.

La biofonctionnalisation de surfaces de silice est une étape cruciale dans de nombreux domaines de biotechnologie tels que la biodétection ou la bioséparation. Le contrôle de l’état de surface entre les supports solides des matériaux et les espèces biologiques permet d’améliorer leurs performances de reconnaissance. Dans ce travail, nous avons développés des organosilanes fonctionnels dendritiques de première et de seconde génération pour la modification chimique de surface. Ces organosilanes dendritiques de type RSiX3 (X= Cl ou OMe3 ou OEt3) ont été greffés de manière covalente sur des surfaces de silice ou des surfaces de nanoparticules superparamagnétiques de type core-shell (gamma-Fe2O3/SiO2). La qualité des greffages a été analysée par AFM et TEM. Ils ont également été caractérisés par infrarouge, angle de contact et zêtamétrie. Ces surfaces modifiées par des molécules dendritiques ont montré une capacité à immobiliser des molécules biologiques comme la protéine A ou des anticorps de lapin. / Biofunctionalization of silica surfaces represents a crucial step for many applications in biotechnology such as biosensing and bioseparation. Monitoring the surface modification of the materials supports can improve their performances for the recognition of biological species. In this work, we have developed functional dendritic organosilanes of first and second generation for chemical modification of surfaces. These dendritic organosilanes RSiX3 (X = Cl or OMe3 or OEt3) were covalently grafted on planar silica or on core-shell superparamagnetic nanoparticles surfaces (gamma-Fe2O3/SiO2). The grafted surfaces were analyzed by AFM and TEM. They were also characterized by Infrared, contact angle and zetametry. These modified surfaces by dendritic molecules have shown high ability to immobilize biological molecules such as protein A or rabbit antibodies.

Les structures sialylées sont présentes à la surface des cellules sous forme de glycoconjugués,couplés à des protéines ou des lipides. Ces structures jouent un rôle important dans divers processusbiologiques que ce soit à travers l’interaction avec des lectines, ou de par leurs propriétés physicochimiques.Ces structures sont également impliquées dans diverses pathologies et on constatenotamment une forte augmentation du taux d’acides sialiques chez les individus atteints de cancer,due à une surexpession de structures naturelles mais aussi à l’apparition de nouveaux motifs,naturellement absent chez l’individu sain. L’ensemble de ces structures sialylées présente un intérêtsoit par leur rôle biologique soit à cause de leur expression spécifique dans les cancers. Leurobtention est très difficile par voie chimique et la synthèse enzymatique in vitro est efficace mais trèscoûteuse en nucléotide-sucre et ne sont pas adaptées à une production à l'échelle préparative.Dans un premier temps, ces travaux de thèse s’intéressent à la synthèse bactérienne par ingénieriemétabolique d'acides polysialiques fonctionalisés. Ces polysaccharides présentent divers intérêts.Tout d’abord il est possible de les coupler à des protéines actives pour en augmenter le temps dedemi-vie in vivo. Mais ces polysaccharides peuvent également être utilisés dans le cadre de thérapievaccinale, soit contre des bactéries pathogènes de types Neisseria meningitidis qui le présententcomme polysaccharide capsulaire, soit contre les cellules cancéreuses surexprimant cette structure.Ensuite nous avons cherché à obtenir des oligosaccharides spécifiques des cancers, les motifssialylTn, et siallTF, toujours par ingénierie métabolique d’E. coli. Le sialylTn a été couplé à uneplateforme peptidique immunogène afin de construire un candidat vaccin qui a été testé in vitro et invivo sur la souris. / Sialylation is an important feature of glycolipids and glycoproteins of animal cell surfaces. Sialylatedmotifs are involved in many biological processes through lectin interactions or because of theirphysico-chemical properties. There is a great variety of sialylated structural motifs, and in manycases, there is a structure-relationship between the sialylated profile of and some pathologicprocesses. In cancer, there is an increase of sialylation including the apparition of newly andspecifically related sialylated structures belonging to the so-called tumor-associated carbohydrateantigens (TACA). Those structures present a particular interest, but their chemical or chemoenzymaticsynthesis is costly and quite unappropriated for preparative scale.This work addresses to the bacterial synthesis of sialylated motifs through the metabolic engineeringof Escherichia coli. The first part of the thesis deals with the biosynthesis of polysialylatedconjugatable motifs. Those motifs present various biological properties, such as an increase of thelife-time of therapeutic proteins; they also belong to the TACA family since over-expressed incancers. In addition, some of them are bacterial-specific motifs such as in pathogenic Neisseriameningitidis. Altogether, polysialylated conjugates can be useful for the synthesis of therapeuticdrugs and vaccines. The second part of the thesis describes a new way of producing sialylated Tn andTF carbohydrate antigens by metabolic engineering. The sialylTN motif was coupled to a peptidic andimmunogenic scaffold being a potential vaccine candidate, and its ability of raising specific antibodieswas assayed in mouse.

Cette thèse a porté sur la synthèse de cycloheptatriènes (CHT) silylés et leur désymétrisation pour l’obtention de mimes de sucres. Nous avons ainsi développé une approche synthétique d’analogues de calystégines et mis en évidence un réarrangement inattendu conduisant à un squelette nortropane original. Dans un second temps, nous avons étudié l’équilibre cycloheptatriène-norcaradiène (CHT-NCD) et mis au point une méthodologie de cycloaddition de CHT silylés avec des dérivés nitroso, efficace et hautement stéréosélective, pour la synthèse d’aminocarbasucres via une cascade : électrocyclisation (CHT-NCD)-cycloaddition-ouverture cationique-cycloaddition. En 3 étapes, à partir du CHT méthylsilylé, 7 centres stéréogènes, 5 liaisons C-O et 2 C-N sont formés de façon diastéréo- et régiocontrôlée. Une réaction Hétéro- Diels-Alder énantiosélective sur les CHT silylés, qui conduit en une étape à la formation de 3 centres asymétriques, a aussi été développée. / This work dealt with the synthesis of silylated cycloheptatrienes and their desymmetrisation toward the synthesis of sugar mimics. Calystegines analogues were synthesized and an unexpected rearrangement leading to an original nortropane skeleton was emphasized. In a second part, cycloheptatriene-norcaradiene (CHT-NCD) equilibrium was studied. Silylated cycloheptatriene were also shown to react through cycloaddition reaction with acylnitroso compounds, through cascade processes: electrocyclisation (CHT-NCD)-cycloaddition- cationique cyclopropane opening-cycloaddition, leading highly selectively to aminocarbasugars. Starting from methylsilylated CHT, 7 stereogenic centers, 5 C-O bonds and 2 C-N bonds were formed in only 3 steps. An enantioselective Hetero-Diels-Alder reaction was also developed.

Isocyanate sind wichtige Zwischenstufen bei der Herstellung zahlreicher Alltagsprodukte, von Matratzen über Lacke und Beschichtungen bis hin zu Kosmetika. Die industrielle Herstellung erfolgt mit Hilfe des reaktiven und giftigen Gases Phosgen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wird ein vierstufiger Prozess zur phosgenfreien Synthese von Isocyanaten untersucht. Ausgehend von Aminen werden N-Silylamine erzeugt, die im Anschluss mit CO2 zur Reaktion gebracht werden. Dabei bilden sich O-Silylcarbamate, die bereits die NCO-Einheit der Isocyanate tragen. Durch eine N-Silylierung werden N,O-Bis(silyl)carbamate gebildet. Die Stoffklassen der silylierten Carbamate werden durch diese Dissertation um mehrere, bislang unbekannte Vertreter erweitert. Die anschließende thermische Zersetzung liefert erfolgreich die gewünschten Isocyanate. Als Spaltprodukt bildet sich das ungiftige, inerte Hexamethyldisiloxan. Mit diesem patentierten Verfahren gelingt es, CO2 als Kohlenstoff- und Sauerstoffquelle in industriell wichtige Monoisocyanate zu überführen. Die Anwendung auf Diisocyanate wird beleuchtet und erzeugt Potenzial für fortführende Arbeiten.

Il existe une très forte demande en biocapteurs pour la détection d’agents pathogènes dans le domaine environnemental et médical. Dans ce contexte, le contrôle de l’état de surface des biocapteurs joue un rôle crucial. Les monocouches auto-assemblées (Self-Assembled Monolayers, SAMs) permettent de fonctionnaliser de manière homogène et reproductible ces surfaces. Ces SAMs sont généralement obtenues à partir d’agents de couplage siliciés à longue chaîne alkyle. Mais, ces composés sont souvent difficiles à synthétiser et à purifier en raison de leurs faibles solubilités dans les solvants organiques. C’est pour cela que nous avons proposé d’introduire une fonction polaire (amide ou urée) au sein de ces films. Ces fonctions permettent également un auto-assemblage des molécules sur le substrat au moyen de liaisons hydrogène entre les molécules. Les nouvelles monocouches fonctionnelles ont été caractérisées entre autres par spectroscopie infrarouge de réflexion-absorption par modulation de polarisation (PM-IRRAS) ce qui a permis d’identifier les différents groupes moléculaires. Ces monocouches ont aussi montré leurs capacités à immobiliser une molécule biologique (Protéine A). / There is an increasing demand for biosensors to detect pathogens in environmental and medical fields. In this context, the control of the surface properties plays an important role. Self-Assembled Monolayers (SAMs) allow to functionalize these surfaces homogeneously and reproducible. SAMs on silicon based surfaces are usually obtained from silylated coupling agents with long alkyl chain. However, these compounds are often difficult to purify owing to their low solubility in organic solvents. That’s why we proposed to introduce a polar function (amide or urea) in the molecular structure. These precursors were also capable of association by H-bonds and offer possibilities to control the organic assembly on the surfaces. The new functional monolayers were characterized by Polarization Modulation Infrared Reflection Adsorption Spectroscopy (PM-IRRAS) and others techniques such as XPS and contact angle in order to identify the different molecular groups on the surface. These functionalized monolayers have also shown their ability to immobilize biomolecules (Protein A).

Le travail rapporté dans ce manuscrit s'attache à comprendre l'influence des groupements silylés en position C7 sur l'équilibre de valence entre cycloheptatriène (CHT) et norcaradiène (NCD) et sa réactivité afin de développer de nouvelles approches synthétiques. Nous avons ainsi synthétisé 3 nouveaux cycloheptatriènes silylés et réalisé des réactions de cycloaddition [3+2] et [4+2] visant à les désymétriser. Bien qu'une rationalisation complète n'ait pu être établie, ces travaux ont mis en évidence les réactivités complexes des CHT/NCD silylés. Selon les substituants portés par le silicium, des structures cycliques à 7 chainons ou bicycliques à 6 chainons sont rapidement accessibles. De plus, les groupements silylés permettent aussi une bonne discrimination diastéréofaciale. L'utilisation de composés issus de la désymétrisation de cyloheptatriènes silylés pour la synthèse de mimes de sucres constitue un aspect majeur de nos travaux. La réaction de dihydroxylation appliquée aux CHT silylés a conduit à l’obtention de diols qui ont pu être fonctionnalisés pour conduire à trois aminoheptitols originaux. Les endoperoxides issus des réactions de photo-oxygénation ont été désymétrisés par réaction de Kornblum-DeLaMare asymétrique et une étude des différentes fonctionnalisations possibles, notamment par voie radicalaire, a également été réalisée. / This work sets out to understand the influence of the silyl group at the C7 position on the valence equilibrium and reactivity of the cycloheptatriene (CHT) - norcaradiène (NCD) system, and to use this knowledge to develop new synthetic methodologies. Three new cycloheptatrienes have been synthesized and we have undertaken [3+2] and [4+2] cycloaddition reactions with the aim of desymetrizing them. Although a complete rationale could not be established, this study has highlighted the complex reactivities of silylated CHTs/NCDs. Depending on the nature of the silyl group, 7-membered rings or bicyclic 6-membered rings can be rapidly obtained, and the silyl groups also allow diastereofacial discrimination. The application of the desymetrization reaction of silylated cycloheptatrienes to the synthesis of sugar mimics constitutes a major aspect of this work. Dihydroxylation of silylated CHTs has afforded diols which could be functionalized into three novel aminoheptitols. Endoperoxides from photooxygenation have been desymmetrized by an asymmetric Kornblum-DeLaMare reaction, and a study of possible further functionalization (notably by radical processes) has also been carried out.