L'identification de nouveaux agents anti-infectieux, actifs contre les pathogènes et les micro-organismes multi-résistants, reste un enjeu majeur pour la science. Parmi les molécules développées pour combattre ces infections, les peptides thérapeutiques apparaissent comme un champ prometteur de recherche. Ils se synthétisent rapidement, grâce à la synthèse sur support solide automatisée, et leur structure modulable facilite la découverte et l'amélioration d'activités biologiques. Le principal inconvénient des peptides est leur manque de résistance face à la dégradation protéolytique, et donc leur rapide élimination du corps humain. L'introduction d'aminoacides modifiés, comme les aza-bêta³-aminoacides, au sein de la séquence peptidique, permet de renforcer la biodisponibilité de ces peptides, et peut conduire à une augmentation de l’activité biologique et/ou de la sélectivité. Les aza-bêta3-aminoacides sont des analogues aza des bêta³-aminoacides, où le carbone portant la chaîne latérale est remplacé par un atome d'azote chiral à configuration non-fixée. Introduit au sein d'une séquence peptidique, ces monomères donnent accès à des pseudopeptides dont la biodisponibilité est augmentée, et l’activité et/ou la sélectivité peuvent être améliorée. Ce mémoire de thèse présente la synthèse et la fonctionnalisation d’aza-bêta³-aminoacides, à chaînes latérales protéinogènes ou non, en vue de leur insertion en synthèse peptidique sur support solide. Deux séries de pseudopeptides cycliques de novo ont été développées. La première série cible les vésicules d’endocytose résultant d’une infection adénovirale, et la seconde série mime la séquence RGD, ligand des intégrines alpha-nu-bêta₃, qui est une cible d’intérêt contre la néo-angiogénèse tumorale.

Ce travail porte sur la destruction quantitative et d'une manière respectueuse pour l'environnement de solutions concentrées en nitrates par deux procédés différents. Dans les deux cas, la solution de nitrates est d'abord réduite électrochimiquement en ammoniums sur électrode de cuivre avec une sélectivité élevée, ceci quel que soit le pH de la solution d'électrolyse. Dans le premier procédé, l'ammonium est ensuite oxydé en azote à l'aide d'ions hypochlorites générés électrochimiquement. Une excellente sélectivité réactionnelle en azote de 91,5% est obtenue avec des rendements chimiques et faradiques élevés pour la réaction de réduction des nitrates en azote, accompagnée d'une consommation énergétique basse. Le deuxième procédé est un couplage électrochimique / biologique où les solutions d'ammonium seront utilisées comme substrat azoté pour produire du biohydrogène via des boues traitées thermiquement. Une consommation complète de la solution d'ammonium provenant de la réduction des nitrates est obtenue. Un rendement maximal de 0,35 mole H2/mole de glucose est atteint en utilisant des boues activées collectées d'un bassin d'aération contre 1,1 mole H2/mole de glucose produit dans le cas des boues prélevées d'un digesteur anaérobie.

Ce manuscrit de thèse concerne le développement d'une stratégie de synthèse multi-étapes de nouveaux composés comportant plusieurs plateformes hétérocycliques (rhodanine, benzimidazole, pyrazole et imidazole) à visée thérapeutique multiple contre la malaria, la leishmaniose, le cancer et les maladies neurodégénératives. Les pharmacomodulations de ces composés ont été élaborées sur la base du modèle de la pentamidine 35 comportant 2 motifs benzamidines (parties « Ouest » et « Est »). En effet, la substitution de sa partie « Ouest » par une plateforme rhodanine ou benzimidazole et de sa partie « Est » par un système aromatique plan ou système azole (pyrazole, imidazole) a permis d’accéder respectivement aux 5-arylidènes rhodanines (50, 58), aux dérivés ''aza'' (99,100) et aux dérivés ''aza azoles'' 174 qui sont des analogues de la pentamidine. Les rendements de ces composés sont respectivement compris entre 26 et 98%, 10 et 93% et 10 et 97%. L’ensemble des composés synthétisés dans les chapitres II, III et IV de ces travaux ont été l'objet d'évaluations pour leur activité antiproliférative sur les lignées cellulaires et pour leur activité inhibitrice sur les protéines kinases.

La présente thèse traite de la synthèse à température ambiante et pression atmosphérique de différents composés de coordination hybrides organique-inorganiques. La partie inorganique de ces composés est constituée d’éléments de transition de la première période 3dn divalents: cobalt, nickel et cuivre. Les ligands utilisés constituent la partie organique de ces composés. Les ligands employés sont l’acide-1H-imidazol-4-carboxilique (H2IMC) et l’acide-1H-imidazol-4,5-dicarboxílique (H3IMDC). La composante inorganique Mx+ est introduite dans le composé terminal en utilisant le précurseur métallique moléculaire M(hfac)2 (M = Cu2+, Co2+, Ni2+; hfac = 1,1,1,5,5,5- hexafluoro-2,4-pentanodione), précurseur utilisé afin d'obtenir un centre métallique acide facile à coordonner aux ligands imidazol carboxíliques dans des positions axiales. L’ensemble des composés a été caractérisé par l’étude des propriétés magnétiques, études thermogravimétriques et caractérisation structurale (résolution et affinement) sur échantillons pulvérulents. Dans la totalité des structures obtenues, le ligand imidazol carboxylique se lie à l’espèce métallique en positions équatoriales via l’élément azote du cycle et un élément oxygène du groupement carboxylique. Les mesures magnétiques montrent des déviations à la loi de Curie à basse température qui indiquent des phénomènes de coopération magnétique entre les centres métalliques. Ces centres métalliques ont été traités et modélisés en considérant, pour les composés contenant les éléments cuivre et nickel, un modèle de chaîne régulière qui a permis d’estimer la constante d’interéchange J. Pour les composés contenant l’élément cobalt, seule l’importante contribution orbitale (L≠ 0) à la propriété magnétique (état fontamental 4T1g en symétrie octaédrique) sans interaction inter espèces magnétiques a été prise en considération pour traiter les données.

Le polypropylène isotactique est un thermoplastique semi-cristallin de grande consommation présentant de nombreux avantages tels que sa résistance chimique, sa haute température de fusion ou sa rigidité. Néanmoins, sa faible résistance à l'état fondu le rend inadapté à certains procédés de mis en forme. La présence branchements longs au sein de la structure polymérique permet toutefois de renforcer significativement les propriétés d'un polymère dans son état fondu. De ce fait, de nombreuses approches ont été développées afin de générer du polypropylène branché (irradiation, addition de peroxides, greffages etc.). La catalyse de polymérisation par les métallocènes est d'une grande flexibilité dès qu'il s'agit de concevoir des polymères de spécialité. De plus, la rhéologie moléculaire est un outil indispensable à la compréhension des liens entre les propriétés viscoélastiques et la structure macroscopique des polymères (distribution des masses, topologie des branchements, etc.). Grâce à l'alliance de ces deux expertises, les travaux de cette thèse se sont focalisés sur la caractérisation structurelle, thermique et rhéologique de matériaux de type LCB-iPP obtenus par catalyse des zirconocènes {Cp'CR2Flu}ZrCl2. L'objectif premier était de jouer sur la génération des branchements longs en modifiant les conditions opératoires de polymérisation du propylène. En parallèle, un gros travail analytique a été fourni afin de développer des protocoles rhéologiques fiables et adaptés. Suite à ces résultats, nous avons démontré qu'un mécanisme via génération/incorporation de macro-α-oléfines était à l'origine de la génération de LCB-iPP, ce qui a permis la synthèse de polypropylènes hautement branchés et de vérifier l'effet positif des branchements longs sur le comportement viscoélastique des matériaux finaux.

Les copolymères à blocs amphiphiles s'auto-assemblent en solution aqueuse grâce à l'association de leurs segments hydrophobes. Les nanoparticules formées à partir de copolymères biocompatibles et biodégradables tels que les poly(hydroxyalkanoates) (PHAs) sont particulièrement attractives pour la conception de systèmes à libération prolongée de principes actifs. La relation entre la composition/structure chimique du copolymère, ses propriétés d'auto-assemblage et ses effets sur les cellules in-vitro doit être étudiée. Des copolymères à blocs poly(acide malique)-b-poly(3-hydroxybutyrate) (PMLA-b-PHB), PMLA-b-PHB-b-PMLA et poly(triméthylène carbonate)-b-poly(acide-malique) (PTMC-b-PMLA) ont été synthétisés par polymérisation par ouverture cycle (ROP) des monomères correspondants, suivie d'une hydrogénolyse. Une gamme de copolymères bien définis, caractérisés par spectroscopie RMN 1H, 13C{1H}, HSQC, HMBC, et DOSY, par analyses SEC, DSC, TGA, et mesure des angles de contact, présentant des balances hydrophile/hydrophobe modulables, a été obtenue grâce au control précis de la fraction hydrophile f (11-82%). Des auto-assemblages modulables ont été formés par nanoprécipitation des copolymères en l'absence d'agent tensio-actif. De larges agrégats ainsi que des micelles cœur-couronne (Rh = 16-335 nm) ont été obtenus en fonction du copolymère utilisé (dibloc vs. tribloc). Des micelles stables pendant 10 jours à 37 °C en solution aqueuse ont été obtenues pour les copolymères avec f allant jusqu'à 50%. Les copolymères PMLA-b-PHB et PTMC-b-PMLA n'ont pas révélé de toxicité aigüe in-vitro. De plus, l'utilisation du PHB a avantageusement permis de diminuer la captation des nano-objets par les macrophages et d'augmenter la captation par les cellules hépatiques.

Le développement de capteurs optiques fonctionnant dans le moyen infrarouge est un enjeu majeur pour détecter les (bio-) molécules. En effet, le moyen infrarouge (4000 - 400 cm-1) contient une grande majorité des absorptions dues aux vibrations des molécules organiques. L'objectif de ces travaux de recherche est d'élaborer des capteurs plus sélectifs, plus sensibles et plus compacts. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit concernent donc le développement de guides d'ondes optiques à base de verre de chalcogénure sensibles aux molécules cibles via l'absorption de la partie évanescente de la lumière guidée se propageant à la surface du guide. La synthèse des matériaux infrarouges est l'une des étapes clés. Les verres de chalcogénures sont des matériaux particulièrement appropriés pour cette application de détection de polluants. Ces verres présentent un large domaine de transparence dans l'infrarouge (2 - 15 µm pour les verres à base de sélénium) et des indices de réfraction élevés (entre 2 et 3). L'élaboration du guide d'onde nécessite la fabrication de couches minces de verre de chalcogénure par pulvérisation cathodique RF magnétron. Afin de maîtriser le développement du micro-capteur infrarouge, un plan d'expériences a été élaboré pour étudier l'influence des paramètres de dépôt sur les caractéristiques des couches minces. L'architecture du guide a été définie et réalisée par gravure RIE-ICP (gravure ionique réactive couplée au procédé de gravure plasma à couplage inductif) et les mesures de pertes optiques et d'injection dans le MIR (6,3 µm et 7,8 µm) ont été réalisées. Il s'agit des tous premiers guides fonctionnant aussi loin dans le moyen infrarouge. L'ultime étape consiste à fonctionnaliser la surface du guide augmenter sa sélectivité. Des premiers tests ont été réalisés sur un cristal ATR en ZnSe par un polymère hydrophobe. Ils ont permis la détection de molécules polluantes absorbant à 13,8 µm, présentes en très faible concentration (25 ppb) dans des solutions d'hydrocarbures (BTX) ou des eaux plus complexes (eaux de station d'épuration et eaux souterraines).

Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une collaboration entre le laboratoire de Chimie-Métallurgie de l’INSA de Rennes et le laboratoire de biomatériaux en site osseux (LBSO) de la Faculté de Chirurgie Dentaire de l’Université de Rennes1. L’alliage de titane de type β Ti-27Nb (% at.) a été nitruré pour des applications en implantologie orale parce qu'il possède un bas module d'élasticité, proche de celui de l’os et qu’il est composé uniquement d'éléments biocompatibles. Dans un premier temps l’alliage Ti-27Nb a été synthétisé grâce à un four à induction magnétique selon la technique de fusion en lévitation en creuset froid sectorisé. Un traitement de surface par nitruration en phase gazeuse a ensuite été effectué pour augmenter sa résistance à la corrosion et à l’usure. L’analyse structurale a été réalisée par DRX et par des observations en microscopies optique et électronique à balayage. L’analyse chimique a été effectuée par spectrométrie à dispersion d’énergie. La topographie et la dureté superficielle ont été caractérisées par AFM et par nano-indentation. Des essais tribologiques ont permis d’évaluer le coefficient de frottement et la résistance à l’usure. Pour la caractérisation mécanique des essais de traction conventionnels et cycliques ont été effectués. La biocompatibilité a été évaluée in vitro par des cultures bidimensionnelles de plusieurs populations cellulaires en contact des implants métalliques : ostéoblastes, fibroblastes et cellules épithéliales. Elle a été déclinée en termes de cytotoxicité, de prolifération cellulaire, d’expression génique et de morphologie cellulaire. Les propriétés de l’alliage Ti-27Nb nitruré sont particulièrement intéressantes pour une implantation durable en site osseux.

Les complexes organométalliques de métaux alcalino-terreux lourds (Ca, Sr, Ba), ont émergé ces deux dernières décennies en tant que précatalyseurs efficaces, biocompatibles et disponibles à bas coûts pour des réactions d'hydroélémention d'oléfine ou de polymérisation de cycloesters. Cette thèse décrit la synthèse de complexes de métaux du groupe 2 (Ca, Sr, Ba) et leur utilisation en catalyse de couplage déshydrogénant N-H/H-Si. Le précatalyseur Ba[CH(SiMe3)2]2(THF)3 s'est montré le plus efficace pour le couplage d'amines avec des hydrosilanes, présentant une activité catalytique parmi les plus élevées à ce jour (TOF jusqu' 3600 h-1 ; TON jusqu'à 396). La combinaison de résultats théoriques (calculs DFT en collaboration avec le Dr. Sven Tobisch) et expérimentaux ont permis de comprendre les mécanismes opératoires de ces réactions. Le développement de procédés de synthèse pour la production d'oligo- ou polysilazanes a été mené par l'intermédiaire de ces couplages déshydrogénants. Des structures macromoléculaires linéaires ou cycliques de type polycarbosilazane, présentant de nombreuses applications en chimie des matériaux, ont notamment été synthétisées par polycondensation catalysée par Ba[CH(SiMe3)2]2(THF)3. Dans un dernier temps, la synthèse de complexes innovants de métaux des groupes 12 (Zn, Cd, Hg) et 14 (Pb) a été effectuée en collaboration avec l'équipe du Pr. Silvestru de l'université de Babeş-Bolyai (Cluj-Napoca, Roumanie).

Durant ma thèse, j’ai recherché des conditions pour l'activation / fonctionnalisation de liaisons C-H pour l’arylation d’hétérocycles viables pour l’industrie. Par rapport aux protocoles de couplage classiques tels que les réactions de Suzuki, Stille ou Negishi, la fonctionalisation de liaisons C-H fournit des procédures moins coûteuses et plus écologiques si elle tolère des groupements utiles en synthèse et si elle utilise des solvants peu ou non toxiques. Nous avons observé que le thiophène peut être arylé en C2 avec de nombreux bromures d'aryle en présence de seulement 0.2 mol% de Pd(OAc)2. Ensuite, nous avons démontré que des solvants de type alcool tels que le pentan-1-ol permet le couplage de thiazoles ou d’imidazoles avec des bromures d’aryle. Ce type de solvant est certainement plus viable pour l’industrie que les solvants usuellement utilisés pour ces couplages tels que le DMF ou le DMAc. Nous avons ensuite montré que certains de ces couplages peuvent même être effectués sans aucun solvant. Finalement, nous avons démontré que de nombreuses fonctions sur des bromopyridines sont tolérées lors de ces couplages, permettant l’accès à des pyridines arylées fonctionnelles utiles pour l’industrie pharmaceutique en une étape.