Dissertationen zum Thema „Radicaux phénoxy“

La lignine est le deuxième biopolymère le plus abondant sur la planète, bien que son mécanisme de création et ses structures restent inconnus. Dans cette étude, la lignine et la lignification ont été étudiées en utilisant trois différentes approches. La première technique a été développée pour étudier les différentes liaisons constituant la lignine par couplage radicalaire pour former un dimère en présence de riboflavine comme photosensibilisateur sous lumière UV (395 nm), en utilisant la photochimie en flux continu dans des micro-réacteurs. La deuxième technique a été conçue pour étudier les connexions interunités de la lignine créées par une simple molécule monomère de lignine, c'est-à-dire des enzymes immobilisées permettant la simulation de l'environnement hydrophobe pour la production de lignine. La troisième technique, qui impliquait l'utilisation de monolignols contenant des alcynes, a permis aux chercheurs d'étudier le comportement des peroxydases lors de l'oxydation des monomères de lignine. Il a également permis aux chercheurs d'étudier la lignification en analysant la désactivation ou l'identification des peroxydases de lignification via des processus de chimie de clic.La première stratégie consistait la dimérisation de différents monomères de la lignine naturelle. Un rendement de dimérisation élevé de tous les dimères couplés a été obtenu, y compris les liaisons C-C, C-O ou β-β'. Des enzymes immobilisées ont été utilisées dans la deuxième stratégie pour étudier la polymérisation de la vanilline en tant que matrice de lignine. Après dérivatisation en solution acide ou basique, la réaction d'oxydation de la vanilline catalysée par HRP immobilisé a entraîné la synthèse de polyvanilline jusqu'à 15 unités, principalement liées par des liaisons C-O, comme les études MALDI-FT-ICR démontrent. Dans la troisième stratégie, la modulation de l'activité HRP lors de l'oxydation de ses substrats a été explorée en utilisant des monolignols modifiés portant des étiquettes alcynes. En présence de H2O2, HRP crée des radicaux phénoxyles lors de l'oxydation du phénol. Ces radicaux réagissent avec HRP, changeant son hème ou apoprotéine par plusieurs voies. Les composés dérivés de l'acide coumarique ont inhibé la HRP avec une efficacité et une spécificité variables selon les sondes de lignification utilisées dans ce travail. Une analyse cinétique a démontré que deux sondes, le coumarate de propargyle et le coumarate de méthyle, étaient responsables de la perte complète de l'activité HRP
Lignin is the second most abundant biopolymer on the planet, although its creation mechanism and structures remain unknown. In this study, lignin and lignification were investigated using three different approaches. The first technique was developed to study the different linkages constitute lignin by radical coupling to form a dimer in presence of riboflavin as a photosensitizer under UV-light (395 nm), using continuous-flow photochemistry in micro-reactors. The second technique was devised to investigate the lignin interunit connections created by a simple lignin monomeric molecule, meaning immobilized enzymes that allowed for the simulation of the hydrophobic environment for lignin production. The third technique, which involved the use of alkyne-containing monolignols, allowed researchers to investigate the behavior of peroxidases during the oxidation of lignin monomers. It also enabled researchers to investigate lignification by analyzing the deactivation or identification of lignification peroxidases via click-chemistry processes.The first strategy consisted of the dimerization of different monomers of natural lignin. High dimerization yield of all coupled dimers was achieved including C-C, C-O or β-β' linkages. Immobilized enzymes were employed in the second strategy to investigate vanillin polymerization as a lignin template. After derivatization in either acidic or basic solution, the oxidation reaction of vanillin catalyzed by immobilized HRP resulted in the synthesis of polyvanillin with up to 15 units, primarily linked by carbon-oxygen bonds, as demonstrated by MALDI-FT-ICR studies. In the third strategy the modulation of HRP activity during oxidation of its substrates was explored utilizing modified monolignols bearing alkyne tags. In the presence of H2O2, HRP creates phenoxyl radicals during phenol oxidation. These radicals react with HRP, changing its heme or apoprotein via several routes. Coumaric acid-derived compounds inhibited HRP with varying effectiveness and specificity across the lignification probes utilized in this work. A kinetic analysis demonstrated that two probes, propargyl coumarate and methyl coumarate, were responsible for the full loss of HRP activity

La lignine est le deuxième biopolymère sur terre mais le mécanisme de sa formation et ses structures sont encore mal compris. Dans ce travail, la lignine et la lignification ont été étudiées selon trois stratégies. La première stratégie a été développée pour étudier les liaisons inter-unités de la lignine formées par l'action d'enzymes immobilisées qui permettent de mimer l'environnement hydrophobe de la synthèse de la lignine en utilisant un composé monomère modèle de la lignine. La deuxième stratégie s'est concentrée sur l'identification des peroxydases spécifiques de la lignine, grâce à l'isolement des peroxydases à partir des feuilles et des tiges de plantes modèles. La troisième stratégie a consisté en l'utilisation de monolignols porteurs de groupement alcynes. Cette stratégie a permis d'étudier le comportement des peroxydases lors de l'oxydation des monomères de lignine et d'aborder la lignification en étudiant l'inactivation ou l'identification des peroxydases de lignification via des réactions de chimie_clic.La première stratégie a consisté en l'immobilisation d'oxydoréductases modèles comme la peroxydase de raifort (HRP) et la laccase de Myceliophthora thermophila (MtL) sur des billes de résine hydtophobes Immobeads®150P. Un rendement d'immobilisation élevé (≥75 %) des deux enzymes a été atteint. Les enzymes immobilisées ont été utilisées pour l'étude de la polymérisation de la vanilline comme modèles de lignine. La réaction d'oxydation de la vanilline catalysée par la HRP immobilisée a entraîné la formation de polyvanilline avec jusqu'à 15 unités principalement liées par des liaisons carbone-oxygène comme montré par les analyses MALDI-FT-ICR après dérivatisation en milieu acide ou basique. Dans la deuxième stratégie les peroxydases d'eucalyptus et d'épinards ont été partiellement purifiées à l'aide d'une précipitation au sulfate d'ammonium dans un taux de saturation de 80% et d'une chromatographie par échange d'ions DEAE avec un facteur de purification de 3 pour les peroxydases d'eucalyptus et de 2 et 7 pour les peroxydases de la tige et des feuilles d'épinard, avec une récupération enzymatique de 6%, 5% et 13% respectivement. Les peroxydases purifiées ont été identifiées par protéomique grâce à la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (analyse nano LC-MS/MS). Dans la troisième stratégie, la modification de l'activité de la HRP lors de l'oxydation de ses substrats a été étudiée à l'aide de monolignols modifiés porteurs de fonctions alcynes. Lors de l'oxydation des phénols, la HRP génère des radicaux phénoxy en présence de H2O2. Ces radicaux modifient la HRP en réagissant avec l'hème ou l'apoprotéine suivant différentes voies. Parmi les sondes de lignification utilisées dans cette étude, les composés dérivés de l'acide coumarique inhibent efficacement la efficacement et spécifiquement. Des études cinétiques ont montré que deux sondes en particulier, le coumarate de propargyle et le coumarate de méthyle conduisent à une perte complète de l'activité de la HRP x. Les analyses de protéomique et de spectrométrie de masse ont permis de déchiffrer les raisons de cette inactivation en permettant d'identifier les modifications de l'hème et les altérations des acides aminés de la fraction protéique de la HRP.L'ensemble de ces résultats montre que les techniques avancées de spectrométrie de masse et de protéomique contribuent à une meilleure compréhension du devenir des radicaux phénoxy lors de la lignification
Lignin is the second biopolymer on earth but the mechanism of its formation and its structures are still poorly understood. In this work, lignin and lignification were studied following three strategies. The first strategy was developed to study lignin interunit linkages formed using a simple lignin monomeric compound implying immobilized enzymes that allowed to mimic the hydrophobic environment for lignin synthesis. The second strategy focused on the identification of lignin-specific peroxidases, through the isolation of peroxidases from the leaves and stems of model plants. The third strategy, which consisted of the usage of alkyne-bearing monolignols allowed to study the behavior of peroxidases during the oxidation of lignin monomers. It also allowed to tackle lignification through studying the inactivation or the identification of lignification peroxidases via click-chemistry reactions.The first strategy consisted of the immobilization of model oxidoreductases including horseradish peroxidase (HRP) and laccase from Myceliophthora thermophila (MtL) on hydrophobic beads. High immobilization yield (≥75%) of both enzymes was achieved. The immobilized enzymes were used for the investigation of vanillin polymerization as a template of lignin. Oxidation reaction of vanillin catalyzed by immobilized HRP resulted in the formation of polyvanillin with up to 15 units, mainly linked by carbon-oxygen linkages as revealed by MALDI-FT-ICR analyses after derivatization in either acidic or basic medium. In the second strategy peroxidases from eucalyptus and spinach plants were partially purified using ammonium sulfate precipitation in a saturation ratio of 80% and DEAE-ion exchange chromatography with a purification fold of 3 for eucalyptus peroxidases and 2 and 7 for spinach stem and leaves peroxidases, with an enzyme recovery of 6%, 5% and 13% respectively. Purified peroxidases were identified by proteomics using liquid chromatography coupled to mass spectrometry (nano LC-MS/MS analysis). In the third strategy, the modification of the activity of HRP during the oxidation of its substrates was studied using modified monolignols bearing alkyne tags. During phenol oxidation, HRP generates phenoxyl radicals in the presence of H2O2. These radicals react with HRP affecting its heme or its apoprotein following different pathways. Among the ligninication probes used in this study, coumaric acid-derived compounds efficiently inhibited HRP with different efficiency and specificity. Particularly two probes, propargyl coumarate and methyl coumarate were responsible for a complete loss of HRP activity as revealed by a kinetic study. Proteomics and mass spectrometry analyses helped decipher the reasons behind this inactivation including modifications of heme and amino acid alterations of the HRP protein moiety.Altogether these results show that advanced mass spectrometry techniques and proteomics contribute to better understanding of the fate of phenoxyl radicals during lignification

L'objet de cette thèse est l'étude du mécanisme des réactions d’O- et C-phénylation de différents substrats par les réactifs pentavalents du bismuth. La première partie est consacrée à la détection du radical phényle au moyen de la spectroscopie RPE et du piégeage de radicaux dans les réactions de phénylation par les réactifs du bismuth, du plomb, de l'iode, du soufre et de l'antimoine. Dans la seconde partie, une étude cinétique de certaines réactions de Q- et f-phénylation, suivies par HPLC et/ou spectroscopie UV-visible est décrite. Quelques conclusions générales sur le mécanisme de f-phénylation sont avancées. Dans la troisième partie, différents mécanismes sont présentés, permettant d'expliquer la formation des produits de couplage lors de la réaction des phénols encombrés avec les réactifs du bismuth V. Une nouvelle réaction, la para-C-phénylation des phénols encombrés est mise en évidence
This thesis deals with some mecanistics studies on the-O and C-phenylation reactions of different substrates by pentavalent organobismuth compounds. The first part is devoted to the detection of phenyl radical by ESR and spin trapping in the phenylation reaction by bismuth, lead, iodine, sulfur and antimony reagents. In the second part, kinetic studies of some O- and C-phenylations followed by HPLC and/or UV-visible spectroscopy are described. Some general conclusions are drawn on the C-phenylation reaction mechanisms. In the third part, different mechanisms are depicted ta explain the formation of coupling products during the reaction of hindered phenols with bismuth V reagents. A new reaction, the para-C-phenylation of hindered phenols is described

Ce travail de thèse a pour but l’étude de l’influence du nanoconfinement sur le comportement du radical phénoxyle. Une nouvelle méthodologie de génération des radicaux phénoxyle à l’état solide a été mise au point. Elle fait intervenir la fragmentation de motifs diazène et ne nécessite ni solvant ni co-réactif. Une étude de spin-trapping a permis de valider cette approche. Ainsi a été synthétisée une grande variété de matériaux hybrides organique-inorganiques, de type silice mésoporeuse (SBA 15, MCM-41) et de type polysilsesquioxane lamellaire ou poreux, fonctionnalisés par différents précurseurs de radicaux phénoxyle. Les propriétés spectroscopiques du radical phénoxyle confiné dans ces matériaux ont été étudiées par RPE en onde continue ou pulsée. Ces matériaux permettent d’augmenter de manière remarquable la durée de vie des radicaux phénoxyle. Dans ces conditions, ces derniers peuvent être qualifiés de persistants et dans certains cas de stables. L’influence du confinement a également pu être mis en évidence sur les propriétés de relaxation du radical. Enfin, une application de ces matériaux en tant que photo-initiateurs de polymérisation radicalaire a été développée
Abstract : The aim of this study is to explore the influence of nanoconfinement on the phenoxyl radical behavior. A new methodology allowing the traceless solid state generation of phenoxyl radical was developed. It relies on the fragmentation of a diazene moieties and no solvent nor co-reagent are needed. A spin-trapping study was used to validate this approach. A wide variety of organic-inorganic hybrid materials, like mesoporous silica (SBA-15, MCM-41) and lamellar or porous polysilsesquioxane, functionalized with various phenoxyl radical precursors was synthesized. The spectroscopic properties of the phenoxyl radical contained in these materials were studied by EPR. These materials enable an amazing increase of the phenoxyl radical lifetime, they transform transient phenoxyl radical into persistent and even stable ones. The influence of the confinement has also been observed on the radical relaxation properties. Finally, an application of these materials as polymerization photo-initiator was successfully developed

Ce travail de thèse a pour but l’étude de l’influence du nanoconfinement sur le comportement du radical phénoxyle. Une nouvelle méthodologie de génération des radicaux phénoxyle à l’état solide a été mise au point. Elle fait intervenir la fragmentation de motifs diazène et ne nécessite ni solvant ni co-réactif. Une étude de spin-trapping a permis de valider cette approche. Ainsi a été synthétisée une grande variété de matériaux hybrides organique-inorganiques, de type silice mésoporeuse (SBA 15, MCM-41) et de type polysilsesquioxane lamellaire ou poreux, fonctionnalisés par différents précurseurs de radicaux phénoxyle. Les propriétés spectroscopiques du radical phénoxyle confiné dans ces matériaux ont été étudiées par RPE en onde continue ou pulsée. Ces matériaux permettent d’augmenter de manière remarquable la durée de vie des radicaux phénoxyle. Dans ces conditions, ces derniers peuvent être qualifiés de persistants et dans certains cas de stables. L’influence du confinement a également pu être mis en évidence sur les propriétés de relaxation du radical. Enfin, une application de ces matériaux en tant que photo-initiateurs de polymérisation radicalaire a été développée
Abstract : The aim of this study is to explore the influence of nanoconfinement on the phenoxyl radical behavior. A new methodology allowing the traceless solid state generation of phenoxyl radical was developed. It relies on the fragmentation of a diazene moieties and no solvent nor co-reagent are needed. A spin-trapping study was used to validate this approach. A wide variety of organic-inorganic hybrid materials, like mesoporous silica (SBA-15, MCM-41) and lamellar or porous polysilsesquioxane, functionalized with various phenoxyl radical precursors was synthesized. The spectroscopic properties of the phenoxyl radical contained in these materials were studied by EPR. These materials enable an amazing increase of the phenoxyl radical lifetime, they transform transient phenoxyl radical into persistent and even stable ones. The influence of the confinement has also been observed on the radical relaxation properties. Finally, an application of these materials as polymerization photo-initiator was successfully developed

Les plantes constituent des agents utiles dans la prophylaxie et le traitement des maladies dues aux radicaux libres en raison de leurs potentialites antioxydantes. Pour evaluer ces capacites, nous utilisons un test de resistance a l'oxydation. Il permet d'avoir une approche globale de la capacite protective d'un extrait ou d'une substance (pouvoir antioxydant et antilipoperoxydant) vis-a-vis d'une agression radicalaire. Dans un premier temps, nous evaluons l'influence de la qualite du substrat biologique (sang) sur les resultats ainsi que celle de la concentration de l'echantillon analyse. Puis nous determinons le pouvoir antioxydant relatif de plantes appartenant a diverses familles. Ceci nous conduit a selectionner une lamiacee d'origine mediterraneenne pour definir, apres fractionnement de son extrait aqueux, les fractions les plus antioxydantes. Nous tentons alors d'identifier les molecules de nature polyphenolique responsables de cette activite. Nous mettons a profit la sensibilite du test pour comparer les capacites antioxydantes de plantes selon leur origine ou traitees par ionisation. Il nous permet aussi d'aborder la relation entre la structure et l'activite de divers aglycones phenoliques et de certains de leurs heterosides

Nous avons étudié d'un point de vue fondamental l'activité antioxydante de composés phénolitiques. En chimie théorique l'approche DFT s'avère la plus efficace pour comprendre au niveau fondamental quels sont les mécanismes intimes HAT (H Atom Transfer) et ET (Electron Transfer) qui se produisent dans les réactions entre les flavonoïdes et les radicaux libres. Nous avons étudié la réactivité de plusieurs séries de composés phénoliques pour établir les relations structure activité. Ce travail a porté sur onze flavonoïdes, onze chalcones et trois lignanes, plus des composés phénoliques modèle (phénol, catéchol, biphényls substitués). Le calcul des BDEs (Bond Dissociation Enthalpies) a montré une très bonne corrélation avec les résultats expérimentaux et semble confirmer l'importance du mécanisme HAT pour expliquer l'activité de piégeur de radicaux libres des composés phénoliques au sens large. L'estimation des barrières du processus HAT et la prise en compte des effets de solvant ont également confirmé l'importance du mécanisme HAT, plaçant le mécanisme ET au rang de mécanisme secondaire. Par ailleurs dans la continuité des travaux expérimentaux sur la radiolyse gamma d'une série de flavonoïdes effectués au sein de l'équipe "Biomolécules" EA4021, nous avons étudié leur réaction avec les radicaux libres issus de la radiolyse des solvants (i. ,e. , les alcools dans le cas des flavonoïdes), et en particulier le mécanisme réactionnel permettant la transformation des flavonols en depsides. La même étude a été menée avec un acide phénolique, l'acide férulique. Les résultats théoriques concordent et valident les résultats expérimentaux et les chemins réactionnels proposés pour décrire la réctivité des flavonoïdes
We studied from a fondamental point of view the antioxydant activity of phenolic compounds. In quantum chemistry approach DFT proves to be most effective to understand at the fundamental level wich are the intimate mechanisms HAT (H Atom Transfer) and ET (Transfer Electron) wich occur in the reactions between the flavonoid and free radicals. We studied the reactivity of several series of phenolic compounds to establish the activity relationship. This work concerned eleven flavonoids, eleven chalcones and three lignanes, and some of the phenolic compounds model. The calculation of BDEs (Bond Dissociation Enthalpies) showed a very good correlation with the experimental results and seems to confirm the importance of mechanism HAT to explain their capacity to scavage the free radicals. The estimate of the HAT barriers process and the solvation effects also confirmed the importance of HAT mechanism, placing the ET mechanisme as a secondary mechanims. In addition in the continuity of experimental work on the gamma radiolysis of a series of flavonoids carried out within the team "Biomolécules" EA4021, we studied their reaction with the three radicals resulting from the radiolyse of solvents (i. E. , alcohols in the case of the flavonoids), and in particular the reactional mechanism allowing the transformation of flavonoids into depsides. The same study was undertaken with a phenolic acid, the ferulic acid. The theoretical results agree and validate the experimental results and the reactional pathway prposed to describe the reactivity of the flavonoids

La galactose oxydase est une metalloenzyme du cuivre qui catalyse l'oxydation aerobique des alcools primaires en aldehyde avec reduction concomitante d'une molecule de dioxygene en peroxyde d'hydrogene. Son site actif renferme l'association originale cuivre(ii)-radical tyrosinyle qui emmagasine deux equivalents oxydants. A partir de complexes du cuivre modeles, nous avons reproduit cette association et l'avons etendue a des structures plus complexes pouvant emmagasiner trois et quatre equivalents oxydants. En premier lieu, nous avons prepare des complexes du cuivre a partir de ligands tripodaux a sphere de coordination de type n3o. Les complexes radical phenoxyle-cuivre ont ete engendres par oxydation electrochimique des complexes precedents. Nous avons pu observer des effets de la structure du ligands sur l'environnement autour du cuivre et sur la stabilite des complexes radicalaires correspondants. Dans un second temps, la chimie en solution des ligands en presence de cuivre(i) ou (ii), sous des conditions aerobiques ou anaerobiques, a ete etudiee afin de mimer et comprendre le processus de maturation de l'enzyme. Une etude par rmn du fluor 19 a permis d'apporter une contribution nouvelle a la comprehension de cette chimie en solution: differents type de marquage par le fluor ont ete utlilises: marquage par f ou cf3 sur un phenol ou f sur une quinoleine. Dans la derniere partie, des complexes destines a stocker plus de deux equivalents oxydants ont ete mis au point: pour le stokage de trois equivalent oxydants, nous avons obtenu les deux premiers complexes comportant un radical phenoxyle pontant deux ions cuivriques
GALACTOSE OXIDASE IS AN EXTRACELLULAR COPPER-CONTAINING ENZYME THAT CATALYSES THE OXIDATION OF PRIMARY ALCOHOLS TO THEIR CORRESPONDING ALDEHYDES WITH CONCOMITANT REDUCTION OF MOLECULAR DIOXYGEN TO HYDROGEN PEROXIDE. ITS ACTIVE SITE CONTAINS A COPPER ATOM MAGNETICALLY COUPLED TO A TYROSYL RADICAL: THIS ORIGINAL ASSOCIATION ALLOWS THE STORAGE OF TWO OXIDAZING EQUIVALENT. With SYNTHETIC COPPER COMPLEXES, WE HAVE REPRODUCED THIS ASSOCIATION AND EXTENSED IT TO MORE COMPLEX STRUCTURES WHICH CAN CONTAIN THREE AND FOUR OXIDAZING EQUIVALENTS. FIRST, WE HAVE PREPARED THE PRECURSOR COPPER COMPLEXES FROM SEVERAL LIGANDS. THE PHENOXYL COPPER(II) COMPLEXES HAVE BEEN OBTAINED BY ONE- ELECTRON OXYDATION. OUR RESUTS DEMONSTRATE THAT THE LIGAND STRUCTURE INFLUENCES THE GEOMETRY ARROUND THE METAL CENTER AND ALSO THE STABILITY OF THE RADICAL SPECIES. IN A SECOND PART, WE HAVE INVESTIGATED THE SOLUTION CHEMISTRY OF THE LIGAND UNDER VARIOUS COPPER AND DIOXYGEN STATUS IN ORDER TO MIMIC AND UNDERSTAND THE MATURATION OF GALACTOSE OXIDASE ; 19 FLUORINE NMR SPECTROSCOPY PROVED TO BE A POWERFUL TOOL IN THIS STUDY : 19F LABELING HAS BEEN REALIZED BY INCORPORATED A F ATOM IN A QUINOLIN OR A F ATOM AND A CF3 GROUP IN A PHENOL. IN THE LAST PART, THE SYNTHESIS OF BIO-INSPIRED COMPLEXES WHICH CAN CONTAIN THREE AND FOUR OXIDAZING EQUIVALENT HAVE BEEN INVESTIGATED: THE FIRST BRIDGING PHENOXYL COPPER COMPLEXES HAVE BEEN OBTAINED AND CHARACTERIZED

Les espèces réactives de l'oxygène (ROS) générées dans la paroi vasculaire génèrent un stress oxydant à l'origine de l'oxydation des lipoprotéines de basse densité (LDLs), de la peroxydation lipidique, et du stress carbonyle. Ces événements sont impliqués dans l'athérogenèse. Des familles de nouveaux composés possédant des activités antioxydantes ont été synthétisées autour des systèmes phénoliques phosphonates ou hydrazones dérivés de l'acide cinnamique, du syringaldéhyde, ou de la bis-vanilline. Dans un premier temps, le but de ce travail a été d'étudier les effets biologiques des molécules déjà synthétisées au laboratoire et qui sont des monomères hydrazones/hydrazides dérivés du syringaldéhyde, ainsi que les propriétés antiathérogènes d'un dimère résultant du couplage de la bisvanilline avec deux hydralazines, la bisvanillylhydralazone ou BVH. Les hydrazones syringiques bloquent efficacement l'oxydation des LDLs. Nous avons plus particulièrement étudié l'effet du bisvanillylhydralazone (BVH) et nos résultats montrent qu'il i) inhibe fortement l'oxydation des LDL induite par le cuivre et les cellules endothéliales microvasculaires humaines (HMEC-1), et prévient la formation des cellules spumeuses, ii) réduit la génération extracellulaire des ROS (anion superoxyde et peroxyde d'hydrogène) induits par les oxLDLs, le stress oxydant intracellulaire, l'activation du protéasome, l'activation de NF-kappa B et la signalisation pro inflammatoire induite par les oxLDLs, iii) empêche la carbonylation des protéines et bloque la cascade apoptotique des cellules endothéliales, iv) réduit la formation de plaques athéromateuses chez les souris apoE-/- de plus de 50%. En se basant sur deux résultats essentiels précédents concernant les relations structure activité (bis aryl phosphonates : pas d'activité, BVH : activité importante), nous avons développé une autre famille de composés en se basant sur une structure de diaryl éther. Une étude méthodologique extensive de synthèse a été menée pour trouver des conditions de couplage entre une hydroxyvanilline judicieusement protégée et l'halogénure correspondant. Le couplage a pu être réalisé à travers une réaction d'Ullmann conduisant au diaryl éther souhaité, ou à travers une réaction d'Ullmann modifiée entre ces deux partenaires et en présence d'une quantité catalytique du Cu(OTf) et une base. Les composés symétriques phosphonates et hydrazones ont été par la suite synthétisés et évalués en montrant pour les deux familles de composés de très bonnes activités antioxydantes et cytoprotectrices. Les diaryl éthers constituent donc une nouvelle brique moléculaire pour développer des composés avec les activités souhaitées
Reactive oxygen species (ROS) generated within the vascular wall trigger LDL oxidation, lipid peroxidation and carbonyl stress that are involved in atherogenesis. New families of compounds with antioxidant activities have been developed around the phenolic phosphonates or hydrazones derived from cinnamic acid, syringaldehyde, or bis-vanillin. The aim of this work was first focused on the biological evaluation of molecules previously synthesized in the laboratory. These molecules are monomers deriving from syringaldehyde/hydrazones coupling réaction, and a dimer (Bisvanillylhydralazone or BVH) resulting from the coupling of two hydralazines equivalents with bisvanilline. The syringic hydrazones demonstrated a good antioxidant activity against the oxidation of LDLs. More gratifyingly, the bisvanillylhydralazone (BVH) showed that it i) strongly inhibited LDL oxidation induced by copper and human endothelial cells (HMEC-1), and prevented the formation of foam cells, ii) reduced the generation of extracellular ROS (anion superoxide and hydrogen peroxide) induced by oxLDLs, intracellular oxidative stress, activation of proteasome, of NF-kappa B and of the proinflammatory signaling induced by oxLDL, iii) prevented protein carbonylation and blocked the apoptotic cascade initiated by oxLDLs in endothelial cells, iv) reduced by more than 50% the formation of atherosclerotic plaques in apoE-/ - mice. Based on previous results on structure activity relationships (bis aryl phosphonates: no activity, BVH: important activity), we have developed another family of compounds based on bis aryl ether structure. An extensive synthetic methodological study was overtaken in order to find the conditions for coupling between a carefully protected hydroxyvanilline and the corresponding halide. The coupling was rendered possible by the Ullmann reaction leading to the desired bis aryl aldehyde, but also through "Ullmann modified reaction" i. E coupling of two partners in the presence of a catalytic amount of copper triflate and base. Symmetrical phosphonate compounds and hydrazones were then synthesized and tested, with very good antioxidant and cytoprotective activities for both families. The diaryl ether constitutes therefore a new scaffold to elaborate compounds with the desired activities

La dégradation des parfums constitue une préoccupation essentielle pour les formulateurs car elle occasionne une perte des propriétés olfactives. Nous nous sommes donc efforcés d'identifier les principaux processus chimiques et photochimiques à l'origine de la dégradation oxydante des molécules parfumantes. Dans une première partie, nous nous intéressons à la réactivité des molécules parfumantes vis-à-vis de l'oxygène singulet (1O2) en mesurant par photolyse éclair les constantes de réactivité globale (kr + kq) et en déterminant les propriétés photosensibilisatrices des colorants utilisés en parfumerie. Dans le second chapitre, nous démontrons l'intérêt du potentiel d'oxydation comme indice d'oxydabilité des molécules parfumantes. Le troisième chapitre est consacré à l'élucidation du mécanisme de dégradation des aldéhydes dans une matrice complexe à base de silicone. La dernière partie visait à déterminer les propriétés antioxydantes des molécules parfumantes de type phénol
Perfumes degradation is a problem of major concern in the perfumery industry because it is responsible for the loss of the odoriferous properties. The aim of this study was to identify the main chemical and photochemical processes, which result in the oxidative degradation of perfumed molecules. The first part was dedicated to the determination of the reactivity of perfumed molecules towards singlet oxygen(1O2) by measuring their global reactivity constants (kr + kq) by resorting to flash photolysis. The photosensitizing properties of dyes commonly used in perfumed composition were also assessed. The second part focuses on the interest of the oxidation potential as an oxidability index for the perfumed molecules. The third part deals with the elucidation of the aldehydes degradation mechanism in a silicone based complex matrix. The last part aimed at determining the antioxidant properties of phenolic perfumed molecules

Dans un contexte de réchauffement climatique, une compréhension des mécanismes atmosphériques influençant le bilan radiatif terrestre est nécessaire. Les nuages peuvent participer à un refroidissement mais des incertitudes demeurent sur ces systèmes qui sont encore mal connus (notamment la composition de leur fraction organique). Depuis toujours, seules les réactions chimiques et surtout celles radicalaires sont considérées comme importantes pour jouer sur la composition des nuages. Cependant la découverte de microorganismes métaboliquement actifs pose la question de leur rôle en tant que biocatalyseurs. Ces microorganismes sont en effet à même d'utiliser des molécules carbonées comme nutriments, de dégrader des molécules précurseur des radicaux (H2O2) et de se prémunir contre le stress oxydant. L'objectif de ce travail est de mesurer l'impact des processus photochimiques et biologiques sur la composition chimique du nuage. Pour cela, la quantification de •OH, le radical responsable de la réactivité diurne, et l’évaluation de l’impact des microorganismes sur cette concentration à l’état stationnaire ont été entreprises. Après un développement en milieu modèle, la méthode a été appliquée à des eaux atmosphériques (eaux de pluies et eaux de nuages). Les concentrations obtenues sont de l'ordre de 10-17 à 10-15 M et ne sont pas modifiées en présence de microorganismes. Ces concentrations sont plus faibles que celles obtenues dans les modèles de chimie atmosphérique, ceci peut s’expliquer par un manque de connaissance sur la matière organique. Pour mieux caractériser cette dernière, des composés aromatiques simples présents dans des eaux de nuages ont été identifiés, le phénol a été retrouvé dans les 8 échantillons analysés. Une étude approfondie sur sa dégradation a donc été entreprise. Nous avons montré que des transcrits d’enzymes intervenant dans sa biotransformation sont synthétisés par les bactéries in situ dans l’eau de nuage. De plus, 93% des souches bactériennes testées, isolées de ce milieu, dégradent le phénol. Pour évaluer l'impact relatif des processus de dégradation biotique et abiotique du phénol, une expérience de photobiodégradation avec une souche modèle (Rhodococcus erythropolis PDD-23b-28) a été entreprise. Ces deux processus interviennent avec une importance de même ordre de grandeur. Ces résultats suggèrent que les microorganismes et les radicaux interviennent dans la remédiation naturelle de l'atmosphère
In the context of global warming, more precise knowledge of atmospheric processes is needed to evaluate their impact on the Earth radiative budget. Clouds can limit the increase of temperature but this retroaction is not well understood due to a lack of knowledge of cloud media (like organic fraction composition). From the beginning of atmospheric studies, only chemical, especially radical, reactions was taken into account. However microorganisms metabolically active were found in cloud water arising questions about their role as biocatalyst. They are able to use carboxylic acids as nutriments, to degrade radical precursor (like H2O2) and to survive oxidative stress. The aim of this work is to quantify the impact of photochemical and biological processes on cloud chemistry composition. First, the concentrations of •OH, the most reactive radical, were evaluated and the influence of microorganisms on the concentrations were studied. A new method was developed in artificial medial before direct quantification of steady state •OH concentration in atmospheric waters (rain and cloud waters). Concentrations ranged from 10-17 to 10-15 M and did not change in presence of microorganisms. These measures were lower than concentrations estimated by chemical atmospheric models. A possible explanation was an underestimation of the main sink of this radical (organic matter). To better characterize this fraction, simple aromatic compounds were identified in cloud waters, phenol was found in the 8 samples analyzed. To go further, we studied phenol degradation in detail. Enzyme transcripts involved in phenol degradation were present in cloud water samples showing in situ activity of native bacteria. 93% of tested cultural strains, isolated from cloud waters, were able to degrade phenol. To quantify the relative contribution of radical versus microbial processes allowing phenol degradation, we performed photo-biodegradation experiment with a model strain (Rhodococcus erythropolis PDD-23b-28). Our results showed that these two processes participated equally to phenol degradation, suggesting that microorganisms and radicals can be involved in atmospheric natural remediation

Le stress oxydant dans les systèmes biologiques est contrôlé par un équilibre entre les espèces pro- et antioxydantes. L'activité des molécules antioxydantes est cruciale pour préserver les fonctions des biomolécules qui peuvent être dégradées par le stress oxydant. L'ADN, les protéines et les lipides en sont les cibles privilégiées. L'efficacité des antioxydants peut dépendre du substrat oxydable et de la localisation cellulaire : sur le lieu de production d'EROs ou à proximité des cibles moléculaires de l'attaque oxydante. Les polyphénols sont des antioxydants naturels très abondants dans le règne végétal et dans notre alimentation. Leur rôle dans la prévention de maladies liées au stress oxydant constitue un domaine de recherche émergent. Nous avons étudié cinq polyphénols de différentes classes (acides phénoliques, flavonoïdes, lignanes), afin d'établir une relation entre leur structure chimique, leur insertion membranaire et leur efficacité antioxydante contre la peroxydation lipidique. Nous avons étudié l'interaction des polyphénols avec des membranes lipidiques à l'aide de modèles tels que les liposomes et les monocouches de Langmuir. Nous avons mis en évidence les différents paramètres impliqués dans leur activité. Grâce à leur structure, les polyphénols piègent efficacement les radicaux libres. Ils sont capables de s'insérer spontanément dans des vésicules lipidiques. Ainsi, leur localisation au niveau des têtes polaires des phospholipides ainsi que leur capacité à augmenter l'ordre lipidique en phase fluide leur permettrait d'améliorer leur efficacité. De plus, les polyphénols seraient capables de s'insérer dans les membranes biologiques sans modifier leurs propriétés physico-chimiques et présentent une plus grande affinité pour les lipides insaturés, cibles de l'oxydation. Enfin, nous avons montré que l'efficacité antioxydante des polyphénols contre la peroxydation lipidique s'expliquait généralement par une complémentarité des fractions membranaires et extramembranaires
Oxidative stress in biological systems is controlled by the balance between pro- and antioxidants. The protective effect of antioxidant molecules is crucial to preserve the functions of biomolecules that can be degraded by an oxidative stress. DNA, proteins and lipids are the major targets. The protective efficiency of antioxidant may then depend on the oxidizable substrate and their cellular location : near areas where prooxidants are produced or near the biomolecular targets of oxidant attacks. Polyphenols are natural antioxidants commonly distributed in the plant-kingdom and our diet. Their role in the prevention of degenerative diseases associated with oxidative stress constitutes an emerging field of research. We studied some polyphenols belonging to different classes (phenolic acids, flavonoids, lignans) to establish a relationship between structure, membrane insertion and antioxidant activity. To better understand their biological activity, we investigated the ability of polyphenols to interact with lipid membranes by using models such as liposomes and Langmuir monolayers. We highlighted the different parameters involved in their activity. Thanks to their structure, polyphenols scavenge free radicals efficiently. They are able to insert spontaneously into lipid vesicles. Thus, their location at the polar headgroups of phospholipids and their ability to increase lipid order in fluid phase would enable them to improve their efficacy. Furthermore, polyphenols would insert into biological membranes without altering their physicochemical properties and exhibit a greater affinity for unsaturated lipids, which are the targets of the oxydation. Finally, the antioxidant efficacy of polyphenols against lipid peroxidation would be explained by the activty of molecules found both in the membrane and in the external compartment

Dans la première partie de ce manuscrit, je résume l'étude que j'ai réalisée sur des complexes dinucléaires du fer, modèles structuraux voire fonctionnels du site actif de la méthane monooxygénase. Le chapitre 1 traite des connaissances biochimiques actuelles sur cette enzyme. Dans le chapitre 2 sont étudiés deux complexes dinucléaires du Fe(III) synthétisés avec le ligand tétradente azote bis(MeIm)Me₂en: [L(H₂O)Fe(μ-O)Fe(H₂O)L]⁴⁺ et [L(H₂O)Fe(μ-O)Fe(OH)L]³⁺. Dans le chapitre 3 est présentée la structure du complexe [L(H₂O)Fe(μ-O)Fe(OH)L]³⁺ (L = bispic(Me)₂en; ligand tétradente azoté). En milieu anhydre, ce compose perd spontanément la molécule d'eau ligandant un des deux Fe(III) et le ligand hydroxyde se réarrange en second pont. L’ajout d'eau sur [LFe(μ-O)( μ-OH)FeL]³⁺ permet de réobtenir le composé initial avec une constante d'équilibre de 5,4 M⁻¹. C'est la première fois qu'un tel équilibre est mis en évidence. Le chapitre 4 est consacré à l'étude d'un complexe dinucléaire du fer et de deux précurseurs mononucléaires synthétisés avec un ligand hydrophobe, également tétradente azoté (LBzl₂). Le complexe LFe(μ-O)( μ-OH)FeL]³⁺a été isolé et caractérisé. Dans la deuxième partie, j'expose les résultats de mon étude concernant des complexes dinucléaires du fer et du manganèse, possédant des ligands contenant un groupement phénolate. Nous voulions comparer les propriétés redox de ces complexes à celles de systèmes biologiques analogues : le site actif de la ribonucléotide réductase et le centre de dégagement du dioxygène des plantes. Le chapitre 5 dresse un bilan des connaissances actuelles sur ces deux métalloprotéines. Le chapitre 6 concerne l'étude de deux complexes dinucléaires du fer, synthétisés avec deux ligands pentacoordinants (LaH et LbH, coordination de type N₄O). On a pu montrer que l'oxydation de ces entités conduit à la formation d'un radical phénoxyle qui reste lié à l'entité dinucléaire. Dans le chapitre 7, les deux produits d'oxydation du complexe de manganèse [Lb’Mn(III)(μ-O)Mn(III)Lb’] ²⁺, où Lb’H est la base de Schiff du ligand LbH précédent, ont été étudiés. Le premier est lié à l'oxydation d'un des ions Mn(III). De récentes études (EXAFS, XANES) ont montré que la seconde oxydation concernait le deuxième Mn(III), en formant le premier complexe dinucléaire de Mn(IV) de ce genre. Un intermédiaire possédant un radical phénoxyle a pu être détecté lors de cette seconde oxydation.

Lors de cette thèse, la dégradation atmosphérique de trois COV (composé organique volatil), l'acétone, le phénol et le catéchol, a été étudiée. Ces composés sont considérés comme des composés d'intérêt atmosphérique majeurs du fait de l'importance de leurs sources d'émissions primaires (biogéniques, échappements automobiles ...) ou secondaires (oxydation d'autres COV). Ce travail a été réalisé dans deux laboratoires en utilisant deux dispositifs expérimentaux complémentaires (PC2A- Université de Lille 1, Département Chimie - Environnement – Douai). Les dispositifs utilisés sont le tube à écoulement rapide couplé à la fluorescence induite par laser et la chambre de simulation atmosphérique couplée à la chromatographie en phase gazeuse associée à plusieurs détecteurs (FID, IRTF, SM). L'utilisation conjointe de ces deux dispositifs a permis de mettre en évidence le chemin réactionnel prépondérant de la réaction d'oxydation de l'acétone par le radical OH°. Les études en chambre de simulation atmosphérique des réactions du phénol et du catéchol initiées par les radicaux OH° ont permis de déterminer les constantes de vitesse et de proposer des mécanismes réactionnels aboutissant à la formation des produits observés. Il s'agit de la première étude mécanistique de la réaction catéchol + OH°. Les résultats obtenus ont permis d'évoquer les implications atmosphériques de ces composés (durée de vie et impact environnemental).

De nos jours, un grand nombre d'études suggère qu'en marge des défenses antioxydantes endogènes, les antioxydants alimentaires sont impliqués dans la protection de molécules d'importance biologique contre le stress oxydant. Parmi eux, les composés phénoliques semblent particulièrement prometteurs en raison de leur ubiquité dans le règne végétal. Dans ce contexte, se pose avec acuité la question de leur réelle efficacité et des outils analytiques nécessaires à leur évaluation. L'un des objectifs de ce travail a été de mieux comprendre les propriétés antioxydantes de ce type de composé, ce qui suppose de disposer de systèmes de tests variés mis en œuvre en milieux homogène, émulsionné et cellulaire. Pour l'étude en système homogène, les méthodes oxygen radical absorbance capacity (ORAC) et 2,2-diphényl-1-picrylhydrazyl (DPPH) ont été choisies, tandis que pour les deux autres types de milieux, de nouvelles méthodologies ont été développées. Concernant les émulsions, nous avons mis au point un test spectrophotométrique appelé test des triènes autoxydables conjugués (CAT), lequel se fonde sur les propriétés d'absorption de l'acide éléostéarique, un acide gras triénoïque conjugué constitutif de l'huile d'Aleurites fordii également appelée huile de tung. Concernant les milieux naturels pluri-compartimentés, des lignées cellulaires de fibroblastes caractérisées par une production endogène importante d'espèces antioxydantes ont été employées. Le deuxième objectif a été de caractériser les motifs structuraux impliqués dans le déterminisme de la capacité antioxydante. Pour cela, des composés simples de type acides phénoliques et flavonoïdes purs ou en mélange au sein d'extraits végétaux ont été utilisés. Il a ainsi été constaté que le nombre d'hydroxyles phénoliques pris indépendamment de leur position sur le cycle aromatique n'exerçait aucune influence significative sur la capacité antioxydante. En revanche, il a été démontré que la structure catéchol jouait un rôle majeur dans le déterminisme de la capacité antioxydante pour les méthodes ORAC et CAT, mais semblait peu influente sur l'activité antiradicalaire telle que mesurée par la méthode DPPH. En marge de l'étude de composés phénoliques simples, des molécules fonctionnalisées par greffage de chaînes aliphatiques de différentes longueurs sur l'acide 5-caféoylquinique ont également été employées. Il est apparu qu'en systèmes émulsionné et cellulaire, un effet antioxydant maximal a été obtenu pour les esters dodécyliques d'acide 5-caféoylquinique. Ces résultats témoignent de l'influence de la longueur de la chaîne aliphatique dans la modulation de la capacité antioxydante de molécules phénoliques au sein de systèmes hétérogènes impliquant des phases aqueuse et lipidique
To date, growing evidences suggest that, in addition to organism antioxidant defences, intake of dietary antioxidants may protect important biological molecules from oxidative stress. Among these, phenolics are particularly promising, owing to their ubiquity in the plant kingdom. However, this purpose suggests many crucial questions, regarding the real antioxidant capacity of these compounds, and how to evaluate it. One of the aims of this work was to obtain a better understanding of the antioxidant properties of such compounds, what supposes to have access to various test systems including homogeneous, emulsified and cellular media. Concerning the study in homogeneous system, oxygen radical absorbance capacity (ORACFL) and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) methods were chosen, whereas for emulsified and cellular systems, specific methodologies were developed. Concerning emulsified media, we developed a new spectrophotometric method called conjugated autoxidizable triene (CAT) assay, which is based on the absorption properties of eleostearic acid, a conjugated trienoic fatty acid found in Aleurites fordii seed oil (also called tung oil). For natural pluri-compartimented media, we employed cellular lines of fibroblasts, which are characterized by an important production of endogeneous oxydative species. The second objective was to characterize structural moities involved in the antioxidant capacity determinism. For this purpose, simple compounds including pure phenolic acids and flavonoids or plant phenolic extracts have been used. It appeared that the number of phenolic hydroxyl did not exert a significant effect on the antioxidant capacity when it was taken independently to their position on the aromatic ring. On the opposite, it has been noticed that the catechol structure has been mainly involved in the antioxidant capacity determinism for ORACFL and CAT assays, but seemed to be far less influent on the antiradical capacity as measured by the DPPH method. Besides the study of simple phenolics, functionalized molecules resulting from the esterification of 5-cafeoylquinic acid by various aliphatic alcohols have also been employed. It has been shown in emulsified and cellular systems that a maximal antioxidant effect was obtained for the dodecylic ester. These results underline the influence of the aliphatic chain length on the antioxidant properties of phenolic molecules in heterogeneous systems involving aqueous and lipidic phases

La molécule X6TMPA, constituée d’une unité TMPA (tris(2-pyridylméthyl)amine) greffée de façon covalente à trois des six unités aromatiques du calix[6]arène, permet de coordiner et stabiliser un ion cuivre (Cu+ et Cu2+) dans un environnement mononucléaire. Ces composés possèdent des propriétés uniques en chimie hôte-invité ainsi qu’en réactivité redox. De tels systèmes présentent cependant des limitations car : – le macrocycle et les complexes métalliques associés ne sont solubles qu’en milieu organique ; – le complexe cuivreux obtenu avec un tel macrocycle n’est réactif vis-à-vis de l’oxygène qu’à l’état solide. Le présent travail de thèse décrit les modifications introduites dans la structure du composé X6TMPA pour faire face à ces restrictions, détaillant ainsi les études conduites afin d’évaluer l’impact des modifications sur les propriétés des molécules résultantes. Le chapitre 2 présente la stratégie synthétique de « trifonctionnalisation » du grand col du macrocycle. Elle a été employée pour l’introduction de groupements hydrophiles, qui rendent le calix[6]arène et les complexes métalliques associés solubles en milieu aqueux. Des études de reconnaissance moléculaire en solution aqueuse ont été ainsi menées. Une propriété très remarquable en chimie hôte-invité est la forte affinité du complexe cuivrique pour l’anion fluorure en milieu aqueux. Le chapitre 3 présente la stratégie synthétique de « hexafonctionnalisation » du grand col du macrocycle. Elle a permis d’obtenir des composés qui ont été utilisés pour des applications telles que l’immobilisation sur surface et la réaction de monoclick. Le chapitre 4 présente la stratégie synthétique de « trifonctionnalisation » du petit col du macrocycle. Elle a permis d’obtenir des systèmes réactifs en solution, notamment un composé contenant trois unités phénol qui donne un radical stable à température ambiante ainsi qu’un composé contenant trois unités quinone dans lequel la cavité est devenue une unité redox-active. Ainsi, des études concernant les macrocycles et leurs complexes monométalliques à base de Zn2+, Cu+ et Cu2+ sont exposées et discutées
The X6TMPA molecule is composed by a tris(2-pyridylmethyl)amine (TMPA) cap covalently linked to the small rim of the calix[6]arene. This compound can coordinate and stabilize a Cu(I)/Cu(II) ion in a mononuclear environment. These compounds possess unique properties in host-guest and redox chemistry.This PhD thesis work describes some synthetic strategies employed in order to modify the scaffold of the macrocycle, either at the large or the small rim. Moreover, the studies conducted in order to evaluate the impact of each structural modification on the reactivity of the resulting system are detailed. Chapter 2 describes the “large rim tri-functionalization” strategy. It has been employed to introduce three hydrophilic moieties on the calix[6]arene unit. These groups enable the water-solubilization of the molecule, as well as the Cu(I)/Cu(II) monometallic complexes. For these systems, host-guest chemistry in aqueous media has been explored: a remarkable property is the high affinity of the cupric complex for fluoride anion. Chapter 3 describes the “large rim hexa-functionalization” strategy. The obtained compounds have been employed for novel applications, as surface functionalization or “monoclick” reaction. Chapter 4 describes the “small rim tri-functionalization” strategy. The obtained compounds are reactive in solution. A phenol-containing macrocycle, that gives a stable radical species at room temperature, and a quinone-containing macrocycle, in which the calix[6]arene moiety is a redox-active unit, are presented. Moreover, the reactivity of the monometallic complexes (Zinc, Copper) has been explored and discussed

Plus de 30% des enzymes présentent un ion métallique dans leur site actif qui est la clé pour les réactions de catalyse. Une sous-famille d’enzymes comporte un site actif où un seul ion métallique (Zn2+ ou Cun+) est coordiné à un cœur polyhistidine. L’élaboration de composés modèles est important pour la compréhension des mécanismes fondamentaux impliqués dans le cycle biocatalytique de ces enzymes mononucléaires. Dans ce contexte, nous avons développé des ligands basés sur des calix[6]arènes présentant un chapeau polyazoté lié de manière covalente au macrocycle. Ces ligands offrent un site de coordination pour le métal et une cavité hydrophobe bien définie. Cet assemblage permet et contrôle la liaison d’un ligand exogène dans la cavité. Afin de moduler les propriétés des complexes métalliques calixaréniques basés sur une unité coordinante tren (tris(2-aminoéthyl)amine), nous avons synthétisé avec succès et étudié plusieurs nouveaux récepteurs calix[6]aréniques. La synthèse de récepteurs bisétagés, le calix[6]amido-tren et le calix[6]amido-tacn, a permis de modifier la seconde sphère de coordination par incorporation de groupements amide entre la cavité et le site de coordination. Cette stratégie s’est avérée efficace. En effet, la coordination d’anions au centre métallique a été mise en évidence et en particulier celle simultanée de deux Cl¯ pour le Cu-calix[6]amido-tren. Cette coordination d’un ou plusieurs invités anioniques était impossible dans le cas du calix[6]tren parent qui présente une seconde sphère de coordination électroniquement dense et un chapeau trop petit pour y accueillir plusieurs invités. La présence de groupements carbonyle entre la chapeau tren et le calixarène modifie également le comportement des complexes : leur coordination au centre métallique entre en compétition avec celle d’invités exogènes. L’oxydation d’amines encombrées sous O2 en hydroxylamines et oximes a été réalisée par la réduction du complexe cuivrique du calix[6]amido-tren par électrochimie. Ce type d’amines n’est pas oxydable par l’adduit superoxo du complexe parent, dû à la taille de la cavité qui empêche la coordination d’invités encombrés. De plus, la formation d’un adduit superoxo a été mise en évidence qualitativement au départ du complexe cuivreux isolé de ce même composé. Ces résultats permettent d’envisager des études de réactivité mimant le site actif des enzymes PHM et DβM par exemple. Enfin, une comparaison des propriétés hôte-invité et de la réactivité des complexes du calix[6]amido-tren avec celles des complexes du calix[6]amido-tacn a été réalisée afin d’évaluer l’impact de la nature du chapeau polyazoté sur les propriétés hôte-invité et la réactivité de ces complexes. Une méthodologie de déméthylation assistée de manière supramoléculaire a été développée pour différents calix[6]azacryptands chapeautés. Celle-ci a ensuite été appliquée avec succès à la déméthylation du calix[6]tren pour obtenir le calix[6]trentrisPhOH. Ce récepteur a montré un comportement très différent de celui du récepteur parent. En effet, la complexation d’anions et d’ammoniums biologiquement pertinents a été possible par ce récepteur protonné. L’interaction entre le centre métallique et les phénates en présence de base a conduit à la réalisation d’un switch moléculaire multi-étapes entre différents états de protonation du récepteur et du complexe zincique. Son complexe cuivrique a montré la présence d’un radical phénoxyle après oxydation du phénate. Cette espèce CuII-radical phénoxyle mime la forme oxydée du site actif de la galactose oxydase, catalysant l’oxydation d’alcools en aldéhydes. Ces résultats ouvrent donc la voie à de nouvelles perspectives pour les études de réactivité de ce composé. Un analogue du calix[6]tren, porteur d’un bras avec une fonction réactive sur le chapeau, a été synthétisé et complexé au cuivre avant d’être immobilisé sur surface via la formation de monocouches. (...)
More than 30% of all enzymes present a metal ion in their active site. Interesting sub-families present a mononuclear active site where a single metal ion (Zn2+ or Cun+) is coordinated to a polyhistidine core. The elaboration of model compounds is important for understanding the fundamental mechanisms involved in their bio-catalytic cycles. In this context, we have developed calix[6]arene based ligands presenting an aza cap covalently linked to the calixarene moiety. These supramolecular assemblies present several advantages: they offer a coordination site for a metal ion through the nitrogen donor atoms of the cap, the small rim of the calixarene moiety defines the second coordination sphere, and the hydrophobic cavity presents an access channel for exogenous ligands. In these systems the coordinating nitrogen atoms are separated from the oxygen rich small rim by two carbon atoms, which allows the controlled coordination of one single guest inside the cavity. Wanting to modulate the properties of the calix[6]arene tren-based (tris(2-aminoethyl)amine) ligand, we successfully synthetized several new receptors and studied their reactivity. The synthesis of “two-story” receptors, the calix[6]amido-tren and calix[6]amido-tacn, allowed the modification of the first and second coordination sphere of a coordinated metal ion by introducing an additional spacer between the tripodal aza-cap and the calixarene macrocycle. The complexes of CuI, CuII and ZnII of these new ligands were synthesized and their reactivity was studied. The presence of three potentially coordinating carbonyl groups changed the host-guest reactivity of these metal complexes as they are in competition with exogenous ligands. A comparative study of the host-guest properties and of the reactivity of the metal complexes of both ligands, calix[6]amido-tren and calix[6]amido-tacn was realized. The cavity of these “two-story” ligands is larger than the one of the parent calix[6]tren and more flexible, allowing not only the coordination of an anion, but the simultaneous coordination of two Cl¯ ligands. The oxidation of sterically hindered amines into hydroxylamines and oximes in the presence of O2 was electrochemically realized by the reduction of the cupric center forming a CuII-superoxo adduct as the reactive species. Amine oxidation has been shown for the parent complex, however, the scope of this reaction was limited due to the smaller cavity. The formation of a CuII-superoxo adduct of the calix[6]amido-tren complex was qualitatively evidenced at low temperature upon addition of O2 to the isolated cuprous complex. This type of adduct has attracted much attention in recent years since it is considered to be a reactive intermediate in the catalytic cycle of copper monooxygenases, such as PHM and DβM. A supramolecular assisted demethylation methodology was developed for different capped calix[6]azacryptands. This methodology was then successfully applied to the demethylation of calix[6]tren in order to obtain calix[6]trentrisPhOH. This receptor showed a very different behavior in comparison to the parent one. Indeed, the complexation of anions and biologically relevant ammonium ions was evidenced by the monoprotonated receptor. The metal complexes of CuII and ZnII were synthesized. The interaction between the metal center and the phenate groups in presence of base has been evidenced and has conducted to a multi-step molecular switch. The cupric complex showed the presence of a phenoxyl radical resembling the oxidized form of galactose oxidase, catalyzing the oxidation of alcohols into aldehydes. These results open the way to new perspectives in reactivity studies. An analog of calix[6]tren, bearing a functionalized reactive arm on the tren cap, was synthesized and the corresponding CuII complex was immobilized on a gold surface through a monolayer formation. (...)

Les travaux de recherche présentés ici ont pour objectif la synthèse de fongicides innovants de la manière la plus éco-compatible qu’il soit. Pour cela, plusieurs axes de réflexion ont été étudiés. Tout d’abord, la synthèse d’un intermédiaire de fongicides bien connu, l’o-crésol1, a été réalisée à partir d’un substrat naturel, le salicylaldéhyde2. Les conditions expérimentales ont été éco-conçues afin de correspondre au mieux aux exigences de la chimie verte. Des solvants et des réactifs classés verts ont été utilisés, comme l’éthanol, l’eau et l’acide acétique3 par exemple, ainsi que des techniques alternatives comme l’activation par micro-ondes (Schéma 1). Dans un second temps, des synthèses éco-compatibles de nouveaux fongicides ont été réalisées. Le salicylaldéhyde, substrat naturel de référence, a été mis à réagir avec différents alcools afin de réaliser des réactions d’éthérifications réductrices. Les molécules obtenues sont composées d’une partie phénolique portant un groupement alcoxyle en position 2. Ce groupement alcoxyle se compose d’une longueur de chaîne variable ayant une influence sur les propriétés fongicides des produits synthétisés (Schéma 1). Troisièmement, des réactions d’homo- et d’hétéro-couplages pinacoliques ont été réalisées entre divers aldéhydes, aromatiques et aliphatiques, afin d’obtenir des diols vicinaux, appelés pinacols, symétriques ou non (Schéma 1). Dernièrement, les propriétés fongicides et anti-oxydantes de toutes les molécules obtenues de manière stable, référencées ou non, ainsi que les substrats de départ, ont été testés. Les tests microbiologiques ont été réalisés sur une gamme de diverses souches fongiques
The purpose of this research is to synthesize innovative fungicides by the most ecocompatible way. Several hypotheses have been investigated. First, an extensively studied molecule, intermediate of fungicides, o-cresol1, has been achieved from a natural substrate, salicylaldehyde2. The experimental conditions have been eco-designed in the aim to best match green chemistry requirements. Green solvents and reactants have been used, as ethanol, water and acetic acid3 for example, as well as alternative technologies like microwaves activation (Schema 1). Secondly, novel fungicides green syntheses have been carried out. Salicylaldehyde, a natural substrate model, reacted with various alcohols in the aim to perform reductive etherification reactions. In this way, products were composed of phenolic part with an alkoxyl group at the 2nd position. These alcoxyl groups have various chain lengths, playing a key role in fungicidal ability (Schema 1). Then, homo and hetero pinacol coupling reactions have been achieved with various aromatic or aliphatic aldehydes to obtain symmetrical and asymmetrical vicinal diols, called pinacols (Schema 1). At last, fungidal and antioxidant properties of all stable obtained molecules, referenced or not, as well as starting materials, have been evaluated. Microbiological studies have been carried out with various fungal strains

LA GALACTOSE OXYDASE EST UNE METALLOENZYME DU CUIVRE QUI CATALYSE L'OXYDATION AEROBIQUE DES ALCOOLS PRIMAIRES EN ALDEHYDE AVEC REDUCTION CONCOMITANTE D'UNE MOLECULE DE DIOXYGENE EN PEROXYDE D'HYDROGENE. SON SITE ACTIF RENFERME L'ASSOCIATION ORIGINALE CUIVRE(II)-RADICAL TYROSINYLE QUI EMMAGASINE DEUX EQUIVALENTS OXYDANTS.
A PARTIR DE COMPLEXES DU CUIVRE MODELES, NOUS AVONS REPRODUIT CETTE ASSOCIATION ET L'AVONS ETENDUE A DES STRUCTURES PLUS COMPLEXES POUVANT EMMAGASINER TROIS ET QUATRE EQUIVALENTS OXYDANTS.
EN PREMIER LIEU, NOUS AVONS PREPARE DES COMPLEXES DU CUIVRE A PARTIR DE LIGANDS TRIPODAUX A SPHERE DE COORDINATION DE TYPE N3O. LES COMPLEXES RADICAL PHENOXYLE-CUIVRE ONT ETE ENGENDRES PAR OXYDATION ELECTROCHIMIQUE DES COMPLEXES PRECEDENTS. NOUS AVONS PU OBSERVER DES EFFETS DE LA STRUCTURE DU LIGANDS SUR L'ENVIRONNEMENT AUTOUR DU CUIVRE ET SUR LA STABILITE DES COMPLEXES RADICALAIRES CORRESPONDANTS.
DANS UN SECOND TEMPS, LA CHIMIE EN SOLUTION DES LIGANDS EN PRESENCE DE CUIVRE(I) OU (II), SOUS DES CONDITIONS AEROBIQUES OU ANAEROBIQUES, A ETE ETUDIEE AFIN DE MIMER ET COMPRENDRE LE PROCESSUS DE MATURATION DE L'ENZYME. UNE ETUDE PAR RMN DU FLUOR 19 A PERMIS D'APPORTER UNE CONTRIBUTION NOUVELLE A LA COMPREHENSION DE CETTE CHIMIE EN SOLUTION: DIFFERENTS TYPE DE MARQUAGE PAR LE FLUOR ONT ETE UTLILISES: MARQUAGE PAR F OU CF3 SUR UN PHENOL OU F SUR UNE QUINOLEINE.
DANS LA DERNIERE PARTIE, DES COMPLEXES DESTINES A STOCKER PLUS DE DEUX EQUIVALENTS OXYDANTS ONT ETE MIS AU POINT: POUR LE STOKAGE DE TROIS EQUIVALENT OXYDANTS, NOUS AVONS OBTENU LES DEUX PREMIERS COMPLEXES COMPORTANT UN RADICAL PHENOXYLE PONTANT DEUX IONS CUIVRIQUES