L'utilisation de matières premières renouvelables issues de la biomasse a récemment trouvé un regain d'intérêt pour des raisons économiques et écologiques. Les triglycérides issus d'oléagineux, les terpènes extraits de plantes, et les dérivés phénoliques contenus dans la lignine représentent de grandes familles de molécules naturelles qui offrent un potentiel important pour l'accès à des produits à haute valeur ajoutée. Dans ce contexte, des transformations par catalyse homogène offrent des perspectives intéressantes dans le cadre d'une chimie verte et durable. La métathèse des oléfines en présence de catalyseurs commerciaux du ruthénium a permis d'accéder à de nouveaux terpènes fonctionnalisés par métathèse croisée avec des oléfines fonctionnelles pauvres en électron. L'application de la même réaction de métathèse à des dérivés de l'eugénol en contrôlant en même temps la position de la double liaison terminale dans ces substrats a permis l'accès à de nouveaux dérivés allyliques du phénol par métathèse croisée avec des acrylates, l'acrylonitrile et les acrylamides. Enfin une cascade réactionnelle mettant en jeu la métathèse croisée de dérivés d'esters gras, de terpènes et de l'eugénol insaturés avec des chlorures allyliques suivie d'une réaction d'élimination a conduit à une méthode générale de formation de diènes conjugués terminaux. Ces réactions séquentielles en un seul pot permettent de diminuer les quantités de déchets générés pendant les traitements intermédiaires. Ces transformations catalytiques de ressources renouvelables ont été réalisées dans des solvants ''verts'' tels que des dialkyl carbonates ou en absence de solvant, leur permettant ainsi de répondre à plusieurs critères de la chimie verte. / The utilization of renewable feedstocks arising from biomass has recently found a renewed interest for economic and ecological reasons. Triglycerides arising from oil seeds, terpenes extracted from plants, and phenolic derivatives found in lignin represent important families of natural molecules with important potential for the access to high added value products. In this context, homogeneous catalytic transformations offer interesting perspectives towards green and sustainable chemistry. Olefin metathesis in the presence of commercially available ruthenium catalysts has given access to new functionalized terpenes using cross metathesis with electron deficient alkenes. The same type of reaction applied to eugenol derivatives controlling at the same time the position of their terminal double bond has provided access to new allylic derivatives of phenol by using acrylates, acrylonitrile and acrylamides as cross metathesis partners. Finally a cascade reaction involving cross metathesis of fatty ester, terpene and eugenol derivatives with allylic chlorides followed by an elimination reaction has led to a general method for the synthesis of terminal conjugated dienes. These sequential reactions in one pot allow decreasing the amount of wastes, which are usually generated during intermediate treatments. The reported catalytic transformations of renewable resources have been carried out in green solvents such as dialkyl carbonates or without solvent under neat conditions, and thus fulfill several criteria of green chemistry.

Cette thèse porte sur la dégradation photochimique des résines naturelles utilisées dans la fabrication de vernis à tableaux. Différentes résines ont été choisies pour notre étude : la sandaraque, le copal de Manille, la colophane, le mastic et la dammar. Des vernis à tableaux ont été fabriqués à partir de ces résines dissoutes dans de l’alcool, de l’huile ou de l’essence de térébenthine selon d’anciennes recettes. Ils ont par la suite été vieillis artificiellement en enceinte d’irradiation. L’étude en spectrométrie infrarouge a permis de montrer qu’une identification du type de résine était possible par cette technique. De nombreuses bandes d’absorption spécifiques ont été mises en évidence mais tendent à disparaître tout au long du photovieillissement. Néanmoins, la bande des CH (2850-3050 cm-1) permet de séparer les résines diterpéniques et triterpéniques, et l’analyse en composante principale des données permet d’affiner les identifications. Les analyses en CPG-SM nous ont permis d’identifier la plupart des molécules présentes au sein de nos vernis grâce à l’étude des fragmentations en spectrométrie de masse. Dans ce cadre, une étude poussée du comportement des molécules a été effectuée, notamment par des expériences en SM/SM. Quatre phénomènes de photodégradation ont été observés : l’isomérisation, la scission, l’hydroxylation et l’oxydation de type Norrish I des terpènes présents. Le choix du solvant utilisé dans la fabrication du vernis influence fortement la composition du vernis et sa cinétique de dégradation, en particulier dans le cas d’un vernis à l’huile. La présence d’une vitre devant le vernis a également une influence, plus ou moins importante, sur les mécanismes photochimiques. Des vernis anciens récupérés auprès de conservateurs-restaurateurs ont été identifiés grâce à la base de données effectuée à partir de nos expérimentations, validant notre méthodologie. Les premiers essais de polymères à empreinte moléculaire ont également été effectués donnant des résultats encourageants pour l’étude de mélanges de terpènes / This thesis presents a study on the photochemical degradation of natural resins used in the manufacture of painting varnishes. Following the literature, five resins were chosen for our experiments: sandarac, Manila copal, colophony, mastic and dammar. Varnishes were made from those resins dissolved in alcohol, oil or turpentine spirit, as found in old recipes. They were then photo-aged by irradiation under artificial light. The study by infrared spectrometry enabled the identification of the type of resin. Although various specific absorption bands were highlighted, they tend to disappear all along the photoageing process. Nevertheless, the C-H band situated between 2850 and 3050 cm-1 allows to separate diterpenic and triterpenic resins and the analysis by principal components can help the identification. Thanks to the study by GC-MS we could identify most of the molecules present in our varnishes by developing the fragmentation study in mass spectrometry. An advanced study of the molecules behaviour was done, especially by MS/MS experiments. Four photo-degradation reactions were observed: isomerisation, cleavage, hydroxylation and Norrish I oxidation of the terpenoids. The choice of the solvent used in the varnish can affect its composition and degradation kinetic, mostly for oil varnishes. Besides, a window pane placed before the varnish will influence the photochemical mechanisms. Ancient varnishes collected by conservator-restorers were analysed and identified thanks to the database elaborated from our results, validating our methodology. The first experiments of molecularly imprinted polymers were carried out with some encouraging results for the analysis of mixed terpenoids

Ce travail développe différentes stratégies pour la synthèse énantiosélective de sesquiterpènes naturels à partir de chirons obtenus par biocatalyse. La première partie est consacrée aux premières synthèses énantiosélectives de la kopéoline, et de la kopéolone. La synthèse de la structure décrite de la kopéoline est réalisée, les composés ont été entièrement caractérisés. Les résultats montrent que les structures reportées n'ont pas été correctement assignées, et suggèrent une mauvaise attribution des stéréocentres au cours de l'isolement des produits naturels. Ainsi, deux nouvelles structures sont proposées. Les synthèses totales de ces deux dernières structures ont également été réalisées et ont permis de confirmer la révision structurelle et de caractériser complètement ces produits naturels tout en élucidant leurs configurations absolues inconnues jusqu'alors.La seconde partie aborde la synthèse du siphonellinol D selon une méthodologie convergente d'une partie Est et d'une partie Ouest. Les deux énantiomères d'un chiron ont été obtenus par dédoublement cinétique enzymatique avec des rendements élevés et d'excellentes énantiosélectivités. À partir de l'énantiomère (1S, 6R), la synthèse de la partie Est est rapportée. Malheureusement, une première méthodologie employant l'énantiomère (1R, 6S) n'a pas permis l'obtention de la partie bicyclique Ouest. Une seconde méthodologie utilisant le géraniol comme substrat a permis l'accès à la partie Ouest du siphonellinol D sous forme racémique. Une réaction de couplage entre ces deux parties a été réalisée avec succès permettant d'envisager de manière optimiste la synthèse du siphonellinol D par ce chemin synthétique. / This work deals with different strategies used in the course of the enantioselective synthesis of natural sesquiterpenes starting from an enantiopure building block obtained by biocatalysis. The first part is dedicated to the first enantioselective syntheses of kopeolin, and kopeolone. The synthesis of kopeolin was achieved and compounds have been fully characterized. The results showed that the reported structures were not assigned correctly, and suggest an initial structural misassignment during the isolation of the natural products. Thus, two new structures for kopeolin and for kopeolone are proposed. The enantioselective total syntheses of these two proposed structures have been achieved and permitted to confirm the structural revision and to fully characterize these natural products while elucidating their hitherto unknown absolute stereochemistries.The second part is dedicated to the synthesis of siphonellinol D with a convergent methodology of the Eastern part and the Western part. Both enantiomers of this building block were obtained by an enzymatic kinetic resolution in high yields and excellent enantioselectivities. Starting from the (1S, 6R) enantiomer, the synthesis of the Eastern part of Siphonellinol D is reported. Unfortunately, a first methodology using the use of the (1R, 6S) enantiomer failed. A second methodology using geraniol as starting material led to the racemic Western part of siphonellinol D. A coupling reaction were successfully performed allowing us to consider the synthesis of siphonellinol D by this synthetic pathway as optimistic.

Cette étude a pour objectif d'une part, de développer une méthode d'analyse des huiles essentielles basée sur la combinaison du couplage CPG/SM et de la RMN du carbone-13, avec ou sans fractionnement, en utilisant les données de la littérature, en reconstruisant les spectres de molécules absentes de nos bibliothèques et d'autre part, de contribuer à une meilleure connaissance de l'huile essentielle de diverses plantes de Madagascar, endémiques ou introduites, en les caractérisant et en décrivant une éventuelle variabilité chimique. Ces analyses nous ont permis d'identifier efficacement des composés délicats à analyser par les techniques conventionnelles (stéréoisomères, molécules thermosensibles). Nous avons également étudié six échantillons de Cedrelopsis grevei et réalisé un fractionnement poussé de l'un d'entre eux, ce qui nous a permis d'identifier de très nombreux sesquiterpènes. Enfin, nous avons montré la variabilité interspécifique des huiles essentielles du genre Helichrysum.

Pelargonium sp., appelé aussi « géranium » à odeur de rose ou « Géranium rosat » est l’une des plantes aromatiques et médicinales les plus cultivées au niveau international, essentiellement pour son huile essentielle (HE), utilisée par les industries des cosmétiques et de la parfumerie. Cette essence est extraite des feuilles par distillation vapeur et donne une HE riche de plusieurs centaines de molécules volatiles. Cette complexité est le résultat d’un long processus évolutif et de sélections variétales. Parmi ces composés volatils, les monoterpènes comme le géraniol, le citronellol et l’isomenthone, ou les sesquiterpènes comme le 10- γ-épi-eudesmol et le 6,9-guaiadiène, jouent un rôle prépondérant dans le parfum du Pelargonium. Les proportions relatives de ces différents composés sont d’ailleurs utilisées comme marqueurs de la qualité de l’HE et déterminent la typicité du parfum des différents cultivars et origines (P. cv. ‘rosat Bourbon’, P. cv. ‘rosat Chine’, P. cv. ‘rosat Égypte’ et P. cv. ‘rosat Grasse’). Malgré de très nombreux travaux portant sur la chimie de cette HE, il n’existe aucune information sur les voies de biosynthèse de ces molécules et aucun gène intervenant dans ces voies n’a été isolé. Durant cette thèse, nous avons cloné et caractérisé fonctionnellement par expression et purification des protéines recombinantes chez Escherichia coli des gènes codant les enzymes clés de ces voies de biosynthèse, les terpène synthases. Nous avons ainsi pu caractériser quatre terpène synthases, dont une géraniol synthase mono-produit. Nous avons isolé deux autres monoterpène synthases multi-produits, produisant pour l’une majoritairement du myrcène mais aussi trois autres monoterpènes, et pour l’autre majoritairement du 1,8-cinéole ainsi que 10 autres monoterpènes minoritaires. Enfin, une sesquiterpène multi-produit, la 10-γ-épi-eudesmol synthase, a été caractérisée. Nous avons ensuite analysé l’expression de la géraniol synthase et de la 10-γ-épi-eudesmol synthase dans différentes accessions de Pelargonium par RT-qPCR et nous avons montré la relation entre la capacité de production des différents composés volatils et le niveau d’expression dans les feuilles de ces deux terpène synthases. L’efficacité de la transformation génétique du Pelargonium par Agrobacterium tumefaciens étant élevée, des expériences de transgénèse ont aussi été réalisées afin de compléter la caractérisation fonctionnelle des gènes isolés. Dans une deuxième partie, nous avons réalisé l’analyse des essences produites par 64 espèces et cultivars de Pelargonium d’odeurs très diverses (citron, menthe, rose, abricot, pin, épices…). A l’aide d’analyses statistiques (ACP, analyse discriminante…), nous avons mis en évidence des relations entre la biochimie de ces cultivars, leurs odeurs et leurs proximités génétiques et cela afin de nous donner des pistes sur des croisements potentiellement intéressants. Enfin, un dernier chapitre est consacré à l’amélioration de la production d’HE en Égypte. Grâce à ce programme commencé il y a trois ans, nous améliorons chaque année la qualité et le rendement en HE de plus de 10 Ha de plantation de Pelargonium en Égypte. Un travail d’optimisation de la distillation ainsi que des améliorations des pratiques culturales, nous ont permis de produire une HE de qualité avec un rendement de plus de 60 kg.Ha-1 d’HE. D’autres expériences présentées dans ce chapitre soulignent l’influence de l’environnement et notamment de la température sur le ratio entre le citronellol et le géraniol ainsi que sur la biosynthèse de l’isomenthone, du 10-γ-épi-eudesmol et du 6,9-guaiadiène / Pelargonium sp, also named rose scented « geranium » or « Geranium rosat » is one of the the most cultivated aromatic and medicinal plant worldwide, especially for its essential oil (EO), which is used by cosmetic and perfumery industries. This essence is extracted from leaves by steam distillation and gives an EO containing several hundreds of organic volatile compounds (VOC). This complexity is the result of a long evolutive process and varietal selections. Among these VOC, the monoterpenes like geraniol, citronellol and isomenthone and the sesquiterpenes like 10-γ-epieudesmol and 6,9-guaiadiene, play an important role for the Pelargonium fragrance. The relative proportions of these compounds are used as EO quality markers and determine the different cultivars origins (P. cv. ‘rosat Bourbon’, P. cv. ‘rosat Chine’, P. cv. ‘rosat Egypt’ and P. cv. ‘rosat Grasse’). Despite the important researches on the chemistry of these EO, there is no information on the biosynthesis pathways for these molecules and no genes involved in the pathways have been isolated. During this PhD thesis, we have functionally characterized by recombinant proteins expression and purification in Escherichia coli, four genes, three monoterpene and one sesquiterpene synthases, coding for key enzymes in terpene biosynthesis pathway. The first enzyme is a mono-product geraniol synthase. The second enzyme is a multi-product enzyme with a major peak of myrcene and 3 minor peaks of other monoterpenes. The third enzymes is also a multi-product protein, producing 1,8-cineol as major product and 10 others monoterpenes. The last one is a multi-products sesquiterpene synthase producing mainly the 10-γ-epi-eudesmol and other sesquiterpenes. We have also analyzed the level of expression of the geraniol and 10 γ-epi-eudesmol synthases in several Pelargonium accessions by RT-qPCR and we have demonstrated the relationship between the level of expression of these two terpene synthases and the quantity of the related terpenes produced in leaves. Pelargonium transformation efficiency by Agrobacterium tumefaciens was tested in order to complete the functional characterization of the genes. In a second part, we have analyzed the essence of 64 species and cutivars of Pelargonium having very different fragrances like lemon, mint, rose, apricot, pine, spices… With different statistical tools (PCA, discriminant analysis…), we have highlighted the links between the biochemistry of these species and cultivars, their odors and their phylogenetic relationships. This worked gave us some interesting ideas for some new crossings. Finally, the last chapter concerns the EO production improvements in Egypt. Thanks to these researches, started 3 years ago, we are improving year after year our EO yield and quality in our 10 Ha R&D plantation. An important work was done to optimize the distillation process and improve the agricultural practices which abled us to reach a yield of 60 kg of EO per hectare. Some other experiments show the effect of the environmental factors such as the temperature on the biosynthesis of several important molecules like citronellol and geraniol, 6,9-guaiadiene and 10-γ-epi-eudesmol

La flore de Corse est riche en plantes aromatiques et médicinales, pouvant être à l'origine de produits à forte valeur ajoutée (huiles essentielles, extraits, résines...) qui se présentent presque toujours comme des mélanges complexes dont il convient de déterminer la composition chimique avant leur éventuelle valorisation. La méthodologie adoptée au laboratoire pour l'identification des constituants est basée sur la complémentarité de diverses techniques : CC, CPG/Ir, CPG/SM-IE et RMN du carbone-13. L'objectif de notre travail est double : - objectif méthodologique, par la contribution à l'enrichissement de nos bibliothèques de référence et par l'évaluation et l'intégration de la CPG/SM en mode « Ionisation Chimique » dans la méthodologie d'analyse du laboratoire, - objectif finalisé, par la caractérisation de trois plantes de la région méditerranéenne : Cistus albidus, Eupatorium cannabinum subsp. corsicum et Doronicum corsicum, à travers l'étude de la composition chimique de leurs huiles essentielles, en adaptant la méthodologie d'analyse en fonction des résultats recherchés. L'huile essentielle de Cistus albidus de Provence s'est avérée différente de celles des autres espèces de Cistes par une proportion importante de sesquiterpènes à squelette bisabolane et par une faible abondance des monoterpènes et des diterpènes à squelette labdane. L'étude de deux plantes endémiques de Corse de la famille des Asteraceae, a permis de mettre en évidence : - pour l'huile essentielle de parties aériennes d'Eupatorium cannabinum subsp. corsicum, une prédominance des composés hydrocarbonés mono et sesquiterpéniques alors que, dans l'huile essentielle de racines, les composés oxygénés monoterpéniques dominent. - pour l'huile essentielle de Doronicum corsicum, une composition chimique originale par la présence, parmi les constituants majoritaires, de composés « inhabituels » dérivés du thymol non décrits dans la littérature. Ces huiles essentielles se caractérisent par la présence de nombreux esters et bi-esters monoterpéniques de thymyle, -de 8,9-déhydrothymyle, - de 8,9-époxythymyle, -de bornyle, -de néryle, -de lavandulyle dont nous avons, pour certains, réalisé l'hémisynthèse, et par celle de sesquiterpènes tricycliques. L'étude de ces esters en CPG/SM-IC nous a permis de mettre en évidence les mécanismes de réactions et de fragmentations se produisant en ICP et ICN avec différents gaz réactants (CH4 et NH3). Enfin, par l'utilisation combinée de la CPG/SM-(IE et IC) et de la RMN du carbone-13 nous avons pu identifier, dans ces huiles essentielles, de nombreux composés absents des différentes bibliothèques de référence.

Catharanthus roseus est une plante tropicale qui produit spécifiquement des alcaloïdes indoliques monoterpéniques (AIM) d’intérêt thérapeutique. Chez C. roseus, la branche terpénique incluant la voie du méthylérythritol phosphate (MEP) est considérée comme limitante et présente une régulation transcriptionnelle coordonnée en réponse aux hormones inductrices de l’accumulation alcaloïdique. Lors de ce travail, suite à des analyses bioinformatiques et à la caractérisation de promoteurs de gènes de la voie MEP, nous avons identifié de nouvelles familles de facteurs de transcription impliquées dans la régulation de la biosynthèse des AIM. Des membres de la famille des ZCT, des WRKY et des RR type B interagissent avec le promoteur du gène hds de la voie MEP et régulent son activité. Ces travaux ont permis d’approfondir les connaissances sur les réseaux transcriptionnels régulateurs de la biosynthèse des AIM. L’utilisation de ces nouveaux facteurs de transcription activateurs peut désormais être envisagée dans le cadre d’expériences d’ingénierie métabolique afin d’augmenter l’accumulation d’alcaloïdes d’intérêt pharmaceutique chez C. roseus. / Catharanthus roseus is a tropical plant producing specifically monoterpene indole alkaloids (MIA) of high interest due to their therapeutical values. In C. roseus cells, the terpenoid branch including the methyl erythritol phosphate pathway (MEP) provides the MIA terpenoid moiety and is regarded as limited for MIA biosynthesis. This branch presents a coordinated transcriptional regulation in response to hormonal signals leading to MIA production. In this context, bioinformatic analysises and functional characterization of MEP pathway gene promoters allowed the identification of new transcription factor families involved in the MIA pathway regulation. Members of ZCT proteins, WRKY and type B RR families specifically interact with the hds promoter from the MEP pathway and regulate its activity. This work permits to gain into insight the transcriptional network controlling the MIA biosynthesis. It is possible now to consider using transcription factor that act as activators and target genes from the terpenoid branch to increase the accumulation of alkaloids of pharmaceutical interest in C. roseus by metabolic engineering approaches.