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Les rodonticides anticoagulants (AR) sont utilisés depuis les années 40 pour lutter contre les rongeurs. Seulement quelques années après leur commercialisation des cas de résistances ont été décrits. Les mécanismes à l'origine de ces résistances sont relativement bien décrits chez le rat brun et la souris domestique mais très peu chez le rat noir. Une étude de terrain a permis de mettre en évidence 8 mutations codantes du gène Vkorc1 chez le rat noir responsable d'un possible phénotype résistant. Actuellement, les résistances concernent surtout les AR de 1ère génération. Ainsi, les AR de 2nde génération qui sont encore actifs chez les rongeurs résistants sont de plus en plus utilisés. Cependant, en raison de leur longue rémanence tissulaire, ils sont responsables de phénomènes d'intoxication de la faune non cible. Face à ce problème majeur, une nouvelle génération d'anticoagulants plus écocompatible doit être développée. Ce travail propose une méthode pour le développement d'une 3ème génération d'AR en retravaillant la 2nde génération via le concept de la stéréochimie. En effet, les AR de 2nde génération sont un mélange de diastéréoisomères qu'il est possible de séparer. Les propriétés biologiques et toxicocinétiques des diastéréoisomères de chacune des molécules actuellement sur le marché ont été étudiées. Systématiquement, l'un des deux couples de diastéréoisomères est éliminé beaucoup plus rapidement que l'autre. Ainsi, le développement d'appâts enrichis avec le couple de diastéréoisomères les moins persistants, permettrait de réduire les risques écotoxicologiques associés à leur utilisation / Anticoagulant rodenticides (AR) have been used since the 1940s to control rodents. Only a few years after their commercialization, cases of resistance have been described. The mechanisms responsible for these resistances are relatively well described in brown rats and domestic mice but approximately unknown in black rats. A field study performed in France and Spain revealed 8 coding mutations of the Vkorc1 gene in black rat populations responsible for a possible resistant phenotype to 1st generation ARs essentially, as described for other rodents. 2nd generation ARs still active in resistant rodents are thus increasingly used. However, due to their long tissue persistence, their use is associated with an increased risk of secondary poisoning of wildlife. Faced to this major problem, a new generation of more ecofriendly anticoagulants must be developed. This work proposes a method for the development of a 3rd generation of AR by revisiting the 2nd generation AR based on the stereochemistry. Indeed, 2nd generation ARs are a mixture of diastereomers that can be easily separated. The biological and toxicokinetic properties of the diastereoisomers of each of the molecules currently on the market have been studied. Systematically, one of the two pairs of diastereoisomers is eliminated much faster than the other. Thus, the development of baits enriched with the pair of less persistent diastereoisomers would reduce the ecotoxicological risks associated with their use

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Le travail décrit au sein de cette thèse a pour objectif l’exploration des phénomènes liés au transfert de chiralité à des sites uniques sur une surface catalytique. Plus précisemment, le but est d’effectuer des études dynamiques de la stéréochimie sur des molécules uniques. Au cours de ce travail, plusieurs problématiques ont été explorées : 1. La question du transfert de chiralité sur une surface de catalyseur, le Pt(111). En particulier, le cas du transfert d’information chirale d’un modificateur chiral vers un substrat prochiral est étudié, les deux molécules étant liées de façon non-covalente. 2. L’étude et la définition de sites catalytiques uniques sur un catalyseur métallique, le Pt(111). 3. Le comportement dynamique de réactifs à des sites catalytiques uniques. Pour réaliser cette étude, on a utilisé le microscope à effet tunnel (STM), sur une surface de Pt(111) sous ultra haut vide (UHV), pour obtenir des images possédant une résolution moléculaire et sousmoléculaire des réactifs. Des images précises des assemblages entre modificateurs et réactifs peuvent ainsi être obtenues et les assemblages peuvent être classés en familles distinctes. L’acquisition de séries d’images dans le temps permet également d’obtenir une information dynamique sur la formation et la transformation des assemblages. Des expériences de spectroscopie vibrationnelle ont également été réalisées. Ces résultats expérimentaux en science des surfaces sont complétés par des calculs théoriques en théorie fonctionnelle de la densité (DFT) effectués par nos collaborateurs du groupe Hammer de l’Université d’Aarhus au Danemark. La synthèse de molécules et les tests en solution ont été effectués par les membres du groupe Boukouvalas du département de chimie de l’Université Laval. Cette méthode expérimentale permet l’étude de sites catalytiques uniques. La problématique de l’analyse des sites actifs sur un catalyseur est au coeur de la recherche en catalyse hétérogène moderne. Notre méthode est une des voies de recherche, complémentaire des études in situ et operando sur les catalyseurs en conditions réelles. En effet, le STM permet de caractériser des molécules uniques et de séparer espèces actives et spectatrices. Il ne fournit cependant pas d’information chimique directe. En effet, le courant tunnel ne donne pas d’information sur la source des électrons ou des atomes à travers lesquels les électrons ont pu passer. C’est pour cette raison que les calculs théoriques et les mesures de spectroscopie vibrationnelle sont importantes pour la compréhension des phénomènes de surface. En premier lieu, on a suivi dans le temps la déshydrogénation de l’ethylnaphtalène (chapitre 2) puis le bris d’une liaison C−N dans le pantoyl-naphtyléthylamine (PNEA) pour former une aminolactone chirale, décrite au chapitre 3. Cette dernière réaction n’était auparavant pas connue dans la litérature et l’effet de cette aminolactone sur le transfert de chiralité n’avait donc pas été envisagé. La dernière réaction étudiée est l’hydrogénation partielle du 2,2,2-trifluoroacétophénone (TFAP) au chapitre 5. Ce dernier cas a permis d’isoler un intermédiaire dans l’hydrogénation du TFAP, le produit final de l’hydrogénation, l’alcool, n’a pas été observé. La détermination de la structure chimique de cet intermédiaire a été possible en observant un changement dans la géométrie des assemblages bimoléculaires formés en fonction de la température, avec le support de calculs théoriques. Ce dernier cas montre que la géométrie des assemblages intermoléculaires est un marqueur utile de l’état chimique des espèces en surface. Il en résulte qu’une grande partie des résultats de cette thèse concerne l’identification et la caractérisation des liaisons non covalentes qui mènent aux assemblages intermoléculaires, en particulier les liaisons hydrogène faibles qui peuvent se former entre un carbonyle et les hydrogènes d’un groupement aryle ou alkyle dans le chapitre 2. La capacité de ces interactions à créer des assemblages intermoléculaire et à contrôler leur géométrie même en présence d’interactions fortes entre les molécules organiques et la surface métallique a également été étudiée. Dans le cas d’adsorbat chiraux, l’étude des assemblages intermoléculaires permet de comprendre les mécanismes de transfert de chiralité. En effet, dans le cas d’une réaction asymétrique sur une surface métallique les réactifs sont immobilisés dans une géométrie particulière par un modificateur chiral. Il est donc possible de découper la réaction à un site asymétrique comme suit : 1. Adsorption des réactifs 2. Rencontre du réactif avec le modificateur et formation d’assemblages énantiosélectifs. 3. Réaction au sites asymétrique et formation d’un énantiomère du produit de façon préférentielle. Il en découle que l’étude des assemblages énantiosélectifs permet de mieux comprendre le transfert de chiralité. C’est ce qui a été réalisé au chapitre 3 pour l’étude des assemblages entre l’aminolactone chirale formée in-situ avec le TFAP et le cétopantolactone (KPL). On a ainsi montré qu’en présence de KPL, des assemblages multimoléculaires sont formés. Ce mode d’interaction n’avait jamais été observé ni postulé dans la littérature pour des systèmes catalytiques asymétriques. Dans le chapitre 4, les assemblages entre le méthylebenzoyl formate (MBF) et le (R)-1-(1-naphtyléthyleamine) (R)-NEA) ont été étudiés. On a examiné s’il était possible généraliser les résultats obtenus précédemment sur les assemblages entre le (R)-NEA et le TFAP [1] puis le méthyle trifluoropyruvate (MTFP) [2], pour expliquer le rôle des liaisons hydrogène, de la répulsion stérique et des sites d’adsorption sur la géométrie des assemblages. La dernière partie de mes travaux concerne l’étude de la diffusion des réactifs sur la surface, en particulier le (R)-NEA) et le TFAP aux chapitres 6 et 7. Nous avons montré que la diffusion des deux conformères du (R)-NEA) est très différentes, ce qui montre que c’est un marqueur précis de la structure chimique. La diffusion peut être considérée comme une autre façon d’attaquer le problème du transfert de chiralité. En effet la liberté de diffusion des réactifs contrôle l’accès aux différents sites catalytiques et le passage de l’un à l’autre comme on le montre au chapitre 7.

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Les polykétides sont des composés naturels. Ces composés possèdent des rôles thérapeutiques variés tels que antifongiques, antibiotiques, anticancéreux, immunosuppresseurs ou encore anticholestérolémiques. Par conséquent, la recherche de nouvelles structures possédant des bioactivités diverses se révèlent être intéressante. Une stratégie prometteuse pour créer des nouveaux polykétides est l’ingénierie génétique des enzymes synthétisant ces molécules, les polykétide synthases modulaires (PKS), une approche désignée sous le terme de « biologie synthétique ». Pour ce faire, il faut comprendre de façon détaillée le fonctionnement de ces systèmes multienzymatiques. Plusieurs points restent à éclaircir, dont : i) le contrôle de la stéréochimie du polykétide ; et ii) l’interaction des sous-unités composant la PKS. Lors de ma thèse, j’ai identifié deux kétoréductases (KR) qui, introduites dans un contexte modulaire intrinsèquement non-épimérisant, sont capables d’épimériser le méthyle en Cα de façon efficace. Cependant, la modification de la stéréochimie du polykétide ne dépend pas exclusivement des propriétés intrinsèques de la KR mais aussi du contexte modulaire. J’ai également contribué à la réalisation d’un second projet, pour lequel notre équipe a mis en évidence une nouvelle classe de domaine de docking de PKS de type trans-AT présentant une nouvelle topologie. L’un des DD étudié est une protéine intrinsèquement désordonnée dont le repliement est induit par son partenaire. Nous avons caractérisé l’interface complète entre deux sous-unités de PKS de type trans-AT, révélant une chambre de réaction protégée dans laquelle les chaînes de polykétide peuvent croître / Polyketides are natural products which exhibit a variety of therapeutic activities, including anti-fungal, antibiotic, anticancer, immunosuppressant and anti-cholesterolemic properties. Given their medical and economic importance, there is significant interest in identifying new structures with new biological activities. A promising strategy to create such analogues is to genetically engineer the enzymes responsible for synthesizing these molecules, the modular polyketide synthases (PKSs), an approach referred to as ‘synthetic biology’. However, in order to increase the efficacy of this approach, we must understand in detail how the PKS multienzymes work. A number of issues remain to be clarified, including: i) polyketide stereocontrol, ii) the interaction of the component subunits PKS. During my thesis, I identified two ketoreductase (KR) domains which when introduced into an intrinsically non-epimerizing modular context, were able to efficiently epimerise at the Cα of a model polyketide. I also showed that the modular context in which the KR functions has an influence on the ultimate stereochemical outcome. I also made essential contributions to a second project, in which the group identified a novel family of docking domains (DD) in the trans-AT type of PKS which present a novel topology. One of the two model DDs studied is an intrinsically disordered protein whose folding is induced by its partner. Finally, we were able to visualize a complete intersubunit interface within a trans-AT PKS, revealing a protected reaction center in which polyketide chains can grow.

Une échelle de taille contenant 20 substituants usuels en chimie a été construite à partir des barrières de rotations de N-aryl-thiazoline-2-thiones. L’énergie d’activation ΔG≠rot qui est mesurée reflète l’encombrement stérique du substituant en ortho du cycle benzénique. Les perturbations électroniques, et les facteurs externes tels que la température ou le solvant sont négligeables. La grande sensibilité du modèle proposé conduit au classement suivant Me > Cl et CN > OMe > OH. Ces classements divergents décrits dans la littérature seront discutés. Une limitation du modèle proposé concerne les substituants très volumineux comme le CF3 et l’iPr qui apparaissent plus petit qu’ils ne le sont en réalité à cause d’un encombrement stérique dans l’état fondamental qui abaissent la valeur de la barrière de rotation. / A steric scale of 20 recurrent groups was established from comparison of rotational barriers on N-(o-substituted-aryl)-thiazoline-2-thione atropisomers. The resulting energy of activation ΔG≠rot reflects the spatial requirement of the ortho substituent borne by the aryl moiety, electronic aspects and external parameters (temperature and solvent) generating negligible contributions. Concerning divergent rankings reported in literature, the great sensitivity of this model allowed to show unambiguously that a methyl appears bigger than a chlorine, and gave the following order in size: CN > OMe > OH. For the very bulky CF3 and iPr groups, constraints in the ground state decreased the expected ΔG≠rot values resulting in a minimization of their apparent sizes.

Ce travail pluridisciplinaire de thèse présente un éclairage sur le mécanisme de méthylation enzymatique de triterpénoïdes de la famille du hopane. Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à déterminer la stéréochimie de la réaction enzymatique de méthylation en C-2 du cycle A du hopane. Cette stéréochimie a été étudiée par vérification de la rétention ou non du deutérium provenant du (5R)- et du (5S)-(5-2H1)-1-désoxy-Dxylulose, incubés dans des cellules bactériennes produisant des triterpénoïdes méthylés en C-2. Après avoir effectué la synthèse des deux isotopomères (R) et (S) marqués audeutérium en C-5 du DX, nous les avons incorporés dans les triterpénoïdes méthylés en C-2 chez Bradyrhizobium japonicum. Nous avons pu montrer par analyse en RMN 13C de ces triterpénoïdes méthylés isolés que la méthylation en C-2 n’est pas totalement stéréosélective, mais majoritairement une substitution du proton pro (R) en C-2 par le groupement méthyle a eu lieu. / This multidisciplinary thesis presents an insight into the mechanism of some enzymatic methylation of triterpenoids of the hopane family. In this work, we are interested in determining the stereochemistry of the enzymatic methylation reaction on C-2 of the hopane ring. This stereochemistry was studied by checking the retention or the non retention of the deuterium atom provided from (5R)- and (5S)-(5-2H1)-1-deoxy-D-xylulose incubated in bacterial cells producing triterpenoids methylated on C-2. After achieving the synthesis of the two isotopomers (R) and (S) deuterium-labeled on C-5 of the 1-deoxy-Dxylulose, we proceed to incorporate these two isotopomers of the DX into the methylated triterpenoids on C-2 isolated from Bradyrhizobium japonicum. 13C NMR analysis of these methylated triterpenoids showed that methylation on C-2 is not completely stereoselective, but mostly the pro (R) proton on C-2 is substituted by the methyl group.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Ce mémoire présente la synthèse diastéréosélective de dérivés méthylés du fucose en position 2 et 3, ainsi que la synthèse d'analogues du sialyl Lewis X. Ces ligands, spécifiques aux sélectines, serviront d'outils biochimiques et pharmacologiques pour vérifier l'importance des sélectines dans la modulation du processus inflammatoire. Les synthèses totales qui sont présentées utilisent différentes méthodes chimiques modernes. Dans un premier temps, les positions 2 et 3 du fucose sont isolées à l'aide de groupements protecteurs. Les techniques utilisées impliquent la chimie des acétals et des acétals d'étain. En second lieu, les groupements hydroxyles isolés en position 2 et 3 du fucose sont oxydés en cétones, puis convertis en méthylènes. Les réactions étudiées sont la méthylation de ces cétones et aussi l'époxydation de ces méthylènes l'ouverture des époxydes obtenus conduisant à des fucoses méthylés. Le contrôle stéréochimique des réactions de méthylation est fait par chélation et aussi à l'aide d'acides de Lewis encombrés. Les époxydations sont éffectuées avec des peroxydes, des peracides et des dioxyranes pour vérifier la stéréosélectivité de ces réactifs sur les substrats étudiés. Les couplages glycosidiques sont réalisés avec des thiofucosides et aussi avec des trichloroacétimidates. La stéréochimie du carbone anomère est régie par les mécanismes de la paire d'ions et la participation du groupement voisin. Enfin, les composés synthétisés sont testés pour déterminer leur activité dans un test in vitro consistant en une inhibition de l'adhésion de cellules tumorales HL-60 sur les sélectines E et P.

Dans un premier temps, la bis- et tris-fonctionnalisation du C60 a été effectuée par une approche macrocyclique. Différents bis- et tris-adduits du C60 ont été obtenus avec de bonnes régioselectivités. Dans un deuxième temps, la tris-fonctionnalisation du C60 a été effectuée par une approche « tête directrice ». Par cette approche, un accès rapide, simple, régio- et stéréo-sélectif à des tris-adduits e,e,e approprié à la formation d’hexa-adduits d’ordre d’addition octaédrique a été obtenu. La synthèse et la séparation de tris-adduits e,e,e optiquement purs ont également été réalisées. Les dérivés polyols obtenus par déprotection des groupes silylés ouvrent de nouvelles perspectives pour la post-fonctionnalisation de multi-adduits de C60. A partir de nos méthodologies de synthèse de bis- et tris-adduits de C60, des synthons d’hexa-adduits mixtes de C60 ont été préparés. La post-fonctionnalisation de ces synthons a été effectuée par réaction de cycloaddition1,3-dipolaire de type Huisgen mais aussi par réaction d’estérification, afin d’obtenir des hexa-adduitsde C60 multifonctionnels. La méthodologie de synthèse d’hexa-adduits de C60 multifonctionnels aété mise à profit pour l’élaboration d’édifices hyperfonctionnels comportant plusieurs hexa-adduits de C60 autour d’un hexa-adduit de C60 central. La post-fonctionnalisation des synthons hexa-adduits mixtes par chimie « click » donne accès à la préparation contrôlée de nouveaux nanomatériaux globulaires multifonctionnels. / In a first instance, the bis- and tris-functionalization of C60 was performed by a macrocyclic approach. Different bis- and tris-adducts of C60 were obtained with good regioselectivity. In a second instance, the tris-functionalization of C60 was performed by a “tether-directed” approach. By this approach, a fast, simple, regio- and stereoselective access to C60 e,e,e tris-adduct suitable for the formation of C60 hexa-adducts with an octahedral addition pattern was obtained. The synthesis and the separation of optically pure e,e,e tris-adducts was also realized. The polyol derivatives obtained by deprotection of the silyl groups open new perspectives for the post-functionalization of C60 multiadducts. Using our synthesis methodologies of bis- and tris-adducts of C60, mixed hexa-adducts building blocks were prepared. The post-functionalization of these building blocks was carried out by copper catalyzed azide-alkyne 1,3-dipolar cycloadditions but also by esterification reactions to obtain multifunctional C60 hexa-adducts. The methodology for the synthesis of multifunctional C60 hexa-adducts was used for the elaboration of fullerodendrimers containing several C60 hexa-adducts around a central C60 hexa-adduct. The post-functionalization of the mixed hexa-adducts building blocks by “click” chemistry gave access to the controlled preparation of new globular and multifunctional nanomaterials.

A l’exception du chapitre bibliographique, cette thèse a été rédigée sous forme d’articles avec des résumés et des discussions tout en comparant les résultats obtenus à d’autres résultats de la littérature dans la même thématique de recherche. Ce travail s’organise en trois axes de recherche : la synthèse organique et la chimie des polymères, la physicochimie de la surface et l’étude de la réponse biologique et de la dégradation des polymères. La problématique de ce sujet de thèse s’articule autour de la resténose intra-stent qui représente la complication majeure de l’angioplastie par pose de stent dans les artères sténosées. Les stents actifs restent la solution actuellement utilisée pour le traitement de la resténose. Ce sont des stents métalliques recouverts d’un polymère qui comporte une substance bioactive généralement un antiprolifératif. Le rôle du polymère est de créer une barrière protectrice entre le métal et la paroi artérielle. Cette barrière doit améliorer la rugosité et la composition chimique du stent métallique, réparer l’endothélium par la prolifération des cellules endothéliales et inhiber la prolifération et la migration des cellules musculaires lisses qui sont responsables d’une façon directe de la reformation de la plaque d’athérome. Les propriétés de surface du polymère lui confèrent un fort pouvoir d’adhérence au métal et de biocompatibilité vis-à-vis de la paroi artérielle. Les interactions créées entre le revêtement polymère et les cellules vasculaires sont modulées par les propriétés physicochimiques de la surface. C’est dans cette optique que mon sujet de thèse est organisé en deux thématiques. / With the exception of bibliographic chapter, this thesis was written in the format of collection of articles with abstracts and discussions while comparing the results with other’s in the literature in the same research theme. This work is organized in three tasks: organic synthesis and stereochemistry of polymers, surface physicochemical properties and biological response and degradation study of polymers. The issue of this thesis is based on in-stent restenosis which represents the major complications of angioplasty with stent placement. Drug-eluting stents are currently the solution used for the restenosis treatment. These are metal stents coated with a polymer having a bioactive substance which is generally an antiproliferative agent. The polymer role is to create a protective barrier between the metal and the arterial wall. This barrier must improve the roughness and the chemical composition of the metallic stent, repair the endothelium by the proliferation of endothelial cells and inhibit the proliferation and the migration of smooth muscle cells which are responsible to the reformation of atheroma plaque. The surface properties confer to polymer a strong adhesiveness to the metal and biocompatibility vis-a-vis of the arterial wall. Interaction created between the polymer coating and vascular cells are modulated by the physicochemical properties of the surface. It is in this context that my thesis is organized into two themes.The first aim of my thesis is to develop a series of amorphous polymers and study their physicochemical (wettability, roughness ...) and biological properties (adhesion, cell behavior and proliferation) and then correlate these properties to choose the promising coating coronary stent. A degradation study was also conducted on elaborate systems. The second is dedicated to chemical synthesis and stereochemistry of polymers. Indeed, new optically active monomers and the corresponding stereopolyesters were synthesized and characterized in order to compare their physicochemical properties with those of amorphous polyesters studied as a coating of the stent and enhance the biomaterials field.