Academic literature on the topic 'Structures hélicoïdales'

Ce travail de thèse est consacré à la synthèse et la caractérisation structurale par spectroscopies RMN, IR, CD et RX de nouveaux oligomères non naturels qui s'inscrivent dans la famille des foldamères. Ils sont construits en particulier à partir d'un β-aminoacide bicyclique chiral original: l'acide (S)- ou (R)-aminobicyclo[2.2.2]octane-2-carboxylique ((S)- et (R) ABOC) que nous avons développé. Ce motif est issu d'une synthèse stéréocontrollée, dont l'étape clef est une réaction de Diels-Alder asymétrique. Après avoir montré que ce motif est un mime de coude peptidique il a été utilisé pour la synthèse de plusieurs séries d'oligomères. Deux grandes familles ont été développées: des oligourées et des oligoamides. A l'intérieur de ces familles, des homo- et des hétéro-oligomères ont été synthétisés et leur préférence conformationnelle a été définie. Les analyses RMN et les études cristallographiques ont permis de montrer qu'en fonction de leur séquence ils sont capables d'adopter plusieurs types d'hélices. Les homo-oligourées d'ABOC et des hétéro-oligourées alternant l'ABOC et des β3-aminoacides ont conduit à des hélices-12/14. Les oligoamides construits par des alternances d'ABOC et de β3-aminoacides dans un rapport 1/1 et des alternances d'ABOC et d'α-aminoacides dans un rapport 1/1 ou 1/2 ont conduit respectivement à des hélices 10/12, 16/18 et 12/14
This thesis is devoted to the synthesis and FT-IR, CD, NMR and X-ray structural characterization of new unnatural oligomers belonging to the family of foldamers. In particular they are constructed from an original chiral bicyclic β-amino acid: (S)- and (R)-aminobicyclo[2.2.2]octane-2-carboxylic acid ((S) - and (R) ABOC ) that we have developed. This motive was obtained via a stereocontrolled synthesis using an asymmetric Diels-Alder reaction as key step. Firstly, this motive was shown to induce turn in peptide sequence and then it was used for the synthesis of several series of oligomers. Two main families were developed: oligoureas and oligoamides. Within these families, homo-and hetero-oligomers were synthesized and their conformational preferences were defined. NMR analysis and crystallographic studies have shown that depending on their sequence they are able to adopt several types of helices. ABOC homo-oligoureas and hetero-oligoureas containing both ABOC residue and β3-amino acid favor a 12/14-helix. Oligoamides with 1/1 alternation of ABOC and β3-amino acids, and heterogeneous backbones with 1/1 and 1/2 ABOC/α-amino acid residue patterns adopt 10/12-, 16/18- and 12/14-helix, respectively

Les hélicènes sont des composés polyaromatiques générant un squelette hélicoïdal. Si ces structures ont trouvé de nombreuses applications en chimie des matériaux, les résultats en catalyse asymétrique sont moins nombreux, surtout en ce qui concerne les hélices phosphorées. Au cours de cette thèse, nous avons développé des nouvelles voies d'accès à des phosphines possédant une chiralité hélicoïdale, et où le phosphore est inclus dans l'hélice elle-même, à son extrémité. Les structures hélicoïdales souhaitées ont été synthétisées par deux méthodologies différentes, faisant intervenir soit une étape de photocyclisation diastéréosélective ou soit une réaction de cyclotrimérisation [2+2+2] d'alcynes. Les deux voies synthétiques développées font intervenir le même motif phosphindole. Les phophahélicènes synthétisés ont été évalués en tant que ligand en catalyse énantiosélective à l'or. Une bonne activité catalytique et des excès énantiomériques atteignant 96% ont été mesurés dans des réactions de cycloisomérisation d'énynes ou de cycloadditions [2+2] et [4+2].Les phosphahélicènes ont aussi été testés dans des réactions d'organocatalyse par les phosphines. Dans ce cas, des excès énantiomériques allant jusqu'à 97% ont été obtenus dans une réaction de cyclisation [3+2] entre une oléfine activée et un allénoate
Helicenes are ortho-fused polyaromatic compounds in which benzene rings are angularly annulated to give helically-shaped molecules.Molecular scaffolds with helical chirality have been rarely used for building phosphorus ligands and catalysts. In this context, with the purpose of accessing unprecedented chiral auxiliaries for organo- and organometallic catalysis, we have synthesized new series of phosphahelicenes. These compounds have been prepared via two differents procedures: a diastereoselective photochemical cyclization and a [2+2+2] cyclotrimerisation of alkynes, starting from phosphindole as a key building block. These phosphahelicenes have been evaluated as chiral ligand in gold promoted cyclisation reactions. These helical gold complexes proved to be highly efficient both in terms of catalytic activity and enantioselectivity in enyne cycloisomerizations, [2+2] and [4+2] cycloaddition reactions. Phosphahelicenes have also been used in phosphine organocatalysis. Good yields and enantiomercic excesses up to 97% have been obtained in [3+2] cyclizations between olefins and allenoates

Des oligoamides constitués d'unités dérivées de la quinoline ont été conçus pour adopter des conformations hélicoïdales bien définies et très stables. Dans une première partie, la stabilité de ces structures a été modulée par l'incorporation d'unités pyridines présentant une fonction aminométhyle. La structure cristalline d'un hybride aromatique-aliphatique synthétique a révélé un repliement original en hélice non canonique. Des études par RMN approfondies ont confirmé l'existence de cette conformation en solution, mais celle-ci n'est vraisemblablement pas l'unique conformation présente. Dans une seconde partie, des structures tertiaires protéomimétiques en faisceaux d'hélices ont été conçues et synthétisées à partir de foldamères d'oligoamides aromatiques. Dans ces structures, les hélices sont connectées par différents liens qui imposent des géométries et des symétries diverses. Des interactions tertiaires entre les chaînes latérales de certains résidus ont pu être caractérisées dans le solide et en solution. Les composés obtenus ressemblent tant par leur taille (4-8kDa) que par leur complexité structurale à de petites protéines. D'autres structures tertiaires ont été obtenues dynamiquement en utilisant la chimie de coordination. Pour ce faire, des foldomères ont été fonctionnalisés à leur extrémité C ou N terminale par une fonction amine. Au cours d'une seule étape de synthèse, des ligands imines, issus de la condensation de ces amines sur différents aldéhydes ont été formés autour de cuivre I. Une forme de communication entre les hélices et le métal central a alors pu être mise en évidence par RMN et dans un cas par diffraction des rayons X.

L'auto-assemblage dynamique est une méthode puissante pour accéder à des édifices moléculaires fonctionnels complexes. Son application à la construction de moteurs moléculaires par le biais de la maîtrise des échelles de temps ouvre la voie à des générations de nano-machines de plus en plus sophistiquées pouvant spontanément renouveler leurs composants ou les changer pour d'autres. La première partie de ce manuscrit est axée sur le design d’hélices d’oligoamides aromatiques qui peuvent s’enrouler le long d’un axe et glisser rapidement le long de celui-ci avant de se dérouler. Le second volet de cette thèse est consacré à la mise en évidence d’un mouvement qui est caractérisé pour la première fois à l’échelle moléculaire: le vissage. Le dernier axe de recherche développé dans ce manuscrit concerne la mise en évidence d’un intermédiaire cinétique de type foldaxane se transformant progressivement en un complexe hôte-invité 2:2 thermodynamiquement stable
Dynamic self-assembly is a powerful method for fabricating complex, functional molecular structures. Its application to the construction of molecular motors through the control of timescales paves the way for new generations of nano-machines, in which sophisticated components can be spontaneously renewed or changed by others. The first part of this thesis focuses on the design of aromatic oligoamides that can slowly wind along an axis and shuttle along it before unfolding. The second chapter is devoted to the detection of a movement that is characterized for the first time at the molecular level: the screwing motion. The last line of research developed in this manuscript concerns the identification of a long-lived kinetic supramolecular by-product based on foldaxane architecture, which gradually transforms into a thermodynamically favored 2:2 host-guest complex

La fonction d’une protéine dépend dans une large mesure de sa structure tridimensionnelle, c’est pourquoi de nombreux chercheurs se sont passionnés pour la synthèse des foldamères, molécules de synthèse, bioinspirées, capables d’adopter des structures repliées bien définies. Parmi les différentes classes de foldamères, les oligourées aliphatiques étudiées dans notre laboratoire s’organisent pour former des structures hélicoïdales voisines de l’hélice α des polypeptides naturels. Pour développer des hélices fonctionnelles mimes de structures biologiques, il est intéressant de mieux comprendre les règles de leur repliement, par exemple en modifiant la nature des unités monomériques. Au cours de cette thèse, nous avons donc testé la compatibilité de la géométrie de l’hélice d’oligourée avec des résidus comportant de fortes contraintes stériques comme des groupements gem-diméthyles et des cycles pyrrolidines. En utilisant les résidus pyrrolidine, nous avons ensuite développé une nouvelle stratégie de synthèse par condensation de segments permettant de concevoir des hélices de grande taille (jusqu’à 4 nm). Grâce à cette nouvelle stratégie de synthèse et aux informations obtenues sur la stabilité des hélices nous avons pu concevoir des architectures plus complexes (structures quaternaires) résultant de l’assemblage programmé d’hélices hydrosolubles
The biological functions of proteins are mainly correlated to their tridimensional structure. For this reason a large number of chemists are interested in the synthesis of foldamers, which are bioinspired artificial molecules possessing well-defined folded conformations. In particular, in our laboratories we focused on the study of oligourea foldamers, which form well-defined and remarkably stable helical structures, analogous to the natural polypeptides α-helix. In order to develop artificial functional helices able to mimic biological structures, it is interesting to understand the rules governing their folding, for example by comparing different residues substitution patterns. During this thesis we have investigated the compatibility of the helix geometry with residues containing steric constraints, such as gem-dimethylated units or pyrrolidine cycle. We have developed a new segment condensation strategy based on these residues, which enabled the facile synthesis of long helical segments (up to 4 nm). The use of this novel approach, combined with the information acquired on helical stability allowed us to produce more complex architectures (quaternary structures) resulting from the controlled assembly of water soluble helices

Ces travaux de recherches s'articulent autour de la synthèse et de l'étude des propriétés de nouvelles architectures moléculaires hélicoïdales. La première partie concerne la synthèse d'une nouvelle plateforme moléculaire à motif diarylnaphtalene et son utilisation pour la synthèse de plusieurs molécules hélicoïdales polysubstituées. Ainsi a partir de ces briques moléculaires, des 6,11-diamino-[6]-hélicènes et des cyclooctahélicènes ont été prépares, selon une séquence réactionnelle simple et courte. Une seconde partie est dédiée à l’évolution de cette sequence réactionnelle dont l’étape clé est une substitution électrophile aromatique. En effet, a partir d’un motif binaphtyle ou ortho-terphényles, il a été possible d’orienter sélectivement l’accès a des molécules planes ou hélicoïdales. Ce chapitre est conclu par leur utilisation dans la construction de nouveaux clusters de bores dérives de l’ortho-carborane. En plus de la synthèse et de la caractérisation, les propriétés de ces nouvelles molécules ont été étudiées (arrangement a l'état solide, conformation en solution) et de nombreux calculs théoriques ont été entrepris afin d'expliquer certaines sélectivités observes ou de déterminer les barrières de racémisation des édifices synthétises
This work is dealing with the synthesis and properties of new helical molecular architectures. The first part is dedicated to the synthesis of a new molecular platform based on diarylnaphthalene compounds and their use as key starting material new polysubstituted molecules such as 6,11-diamino-[6]-helicenes and cyclooctahelicenes have been elaborated using a short and facile reaction sequence;. In the second part the study aims to control the aromatic electrohpilic subtitution key step. In this context, starting from binaphthyl or terphenyl patterns, we were able to selectively control the outcome of the reaction and obtain planar or helical architectures. Finally, novel architectures have been obtain by mixing some of these molecules with valuable boron cluster derivatives. In addition to the synthesis, physical properties of these new architectures have been studied (crystal packing, conformation in solution…) and theorical calculations investigated in order to explain some of the observed selectivities and to determine racemization barriers

Au cours des 15 dernières années, la structure canonique de nombreux foldamères peptidomimétiques (peptoides, -, -, -peptides) ou abiotiques a été résolue dans l’état solide. Le remplacement de la liaison amide par une liaison urée dans un squelette 4-peptidique introduit une modification isostère et quasi isostructurale. En effet, les oligourées N,N’-liés résultants adoptent en solution un repliement en hélice 2,5 proche de l’hélice 2,6 décrite pour les -peptides. Nous avons caractérisé la structure canonique du squelette des oligourées N,N’-liés à l’état solide avec une résolution atomique. Comme attendu, cette structure a montré un repliement en hélice 2,5 stabilisée par des liaisons hydrogène intramoléculaires fermant des pseudocycles à 12 et 14 atomes (Hélice 2,512-14). De plus, la formation de liaisons hydrogène intermoléculaires donne à ces foldamères une tendance à s’hybrider de manière axiale pour former des colonnes d’hélices infinies dans le cristal. La découverte d’une différence importante d’activité antibactérienne entre oligourées et -peptides isostères a montré la singularité des propriétés de déstabilisation des membranes bactériennes des oligomères d’urée amphipathiques. Afin de mieux comprendre cette différence d’activité biologique qui confère des propriétés antibactériennes aux seuls oligourées, nous avons eu recours à des méthodes de caractérisation physico-chimiques. Des études préliminaires ont également été réalisées en vue du développement d’anticorps capables de reconnaître des différences de structure fines
Over the last 15 years, the canonical structure of many peptidomimetic (peptoides, -, -, -peptides) and abiotic foldamers has been solved in solid state. The replacement of an amide bond by a urea bond in a -peptide backbone introduces and isosteric and quasi isostructural modification. Resulting N,N’-linked oligoureas indeed fold in solution into a 2. 5 helix close to the 2. 6 helix described for -peptides. We have caracaterized the canonical structure of the N,N’-linked oligoureas with an atomic resolution in solid state. As expected, this structure has shown a folding into a 2. 5 helix stabilized by hydrogen bonds forming 12- and 14-membered pseudocycles (2. 512-14 Helix). Moreover, the formation of intermolecular hydrogen bonds give to these foldamers a trend to hybridize axially, thus forming infinite helices columns in the crystal. The discovery of an important antibacterial activity difference between oligoureas and isosteric -peptides equivalents showed the uniqueness of the membrane destabilizing properties of amphipathic oligoureas. In order to get a better understanding about this activity difference that provides an antibacterial activity only to oligoureas, we have used various physico-chemical characterization studies. Preliminary studies have also been performed in preparation for the development of antibodies able to differentiate slight structural differences

Les interactions fluide-structure sont d'un grand intérêt en ingénierie et pour des applications industrielles et médicales. Comprendre les interactions entre des particules aux formes complexes et des écoulements peut mener à de nouveaux projets pour l'administration ciblée de médicaments, pour des micro capteurs de débit et à une meilleure compréhension du comportement des micro-organismes. Dans cette thèse, nous étudions l'interaction fluide-structure de particules chirales de taille microscopique à bas nombres de Reynolds. Les particules sont rigides et confinées dans une géométrie 2D ou flexibles avec une forme hélicoïdale. Combiner des techniques de microfabrication, comme des méthodes d'assemblage multi-échelles et la microfluidique, permet d'avoir un excellent contrôle à la fois sur les propriétés géométriques et mécaniques des fibres et aussi sur les caractéristiques de l'écoulement comme ses propriétés Newtoniennes et non Newtoniennes, sa vitesse et sa géométrie. Dans un premier temps, nous avons étudié des fibres rigides, 2D et asymétriques, i.e. des fibres en L. Les confinements latéral et transversal ont été étudiés tout comme la forme de la fibre. Lorsque la particule est transportée dans un écoulement visqueux, elle tourne jusqu'à atteindre une orientation d'équilibre. Dans cette orientation particulière, la fibre se décale vers les murs latéraux du canal. Une étude complète des trajectoires de la fibre a été réalisée et des comparaisons avec des particules symétriques ont été faites. Ce sujet de recherche pourrait aider à concevoir des dispositifs pour trier des particules à des fins médicales. Dans un second temps, nous avons étudié des fibres hélicoïdales flexibles de taille micrométrique. La dynamique de formation de l'hélice a été analysée. Les hélices se forment à partir de rubans droits 2D qui, de façon spontanée, s'enroulent quand ils sont libérés dans l'eau. La forme hélicoïdale est obtenue seulement quelques minutes après la libération des rubans mais l'hélice continue à rétrécir pendant plusieurs heures jusqu'à ce qu'elle atteigne une courbure préférentielle. Deux temps caractéristiques sont identifiés dans cette dynamique de formation. Un modèle a été développé pour comprendre le complexe équilibre entre les forces élastiques, de tension de surface et visqueuses aux temps courts. Après avoir analysé plusieurs hypothèses, comme l'impact d'une couche sacrificielle, une possible modification du module du matériau et la présence de fluage, l'évolution du rayon de l'hélice aux temps longs s'explique probablement par du fluage. La dynamique d'extension et de relaxation de la fibre flexible a aussi été étudiée dans des fluides Newtonien et non Newtonien. L'étude dans des solutions de polymères est pertinente et intéressante car la taille des micro hélices est comparable à celle des flagelles des micro-organismes et à celle de chaînes de polymères de grande masse moléculaire. Il s'agit donc d'un problème mutli-échelles complexe car la viscosité locale au niveau du ruban pourrait être différente de la viscosité globale de l'écoulement
Fluid-structure interactions are of wide interest in engineering, industrial and medical applications. Understanding the interactions between complex shaped particles and flows might lead to new designs for targeted delivery, microflow sensors and to a better understanding of the behavior of microorganisms. In this thesis, we study the fluid-structure interaction of microscale chiral particles at low Reynolds numbers. The particles are rigid and confined in a 2D geometry or flexible with a helical shape. The combination of microfabrication techniques, such as multiscale assembly methods and microfluidics, enables to have a perfect control on both the geometrical and mechanical properties of the fibers and the flow features such as Newtonian or non Newtonian properties, the flow velocity and the flow geometry. First we studied asymmetric 2D rigid fibers, i.e. L-shaped fibers. Both lateral and transversal confinements have been investigated, as well as the shape of the fiber. When the particle is transported in viscous flows, it rotates until reaching an equilibrium orientation. In this specific orientation, the fiber drifts towards the lateral walls of the channel. A full investigation on the trajectories of the fiber has been performed and comparisons with symmetric particles have been done. Such research may help design devices to sort particles for medical purposes. Secondly we studied flexible microscale helical fibers. The dynamics of the helix formation has been investigated. The helices are formed from straight 2D ribbons, which spontaneously coil when released in water. The helical shape is reached only several minutes after the release but the helix keeps shrinking during several hours until reaching a preferred curvature. Two different timescales are identified in this formation dynamics. A model has been developed to understand the complex balance between elastic, surface tension and viscous forces at short times. After investigating several assumptions such as the impact of a sacrificial layer, a possible change in the modulus of the material and a creep behavior, the evolution of the radius at long times is most likely explained by creep. The extension and relaxation dynamics of the flexible fiber has also been studied in Newtonian and non Newtonian fluids. The study in polymer solutions is relevant and interesting because the size of the microhelix is comparable to the flagella of microorganisms and to the chains of high molecular weight polymers. Complex multiscale problems are then involved as the local viscosity at the scale of the ribbon might differ from the global viscosity at the scale of the flow

Les détonations des mélanges gazeux CnHm/O2 (n ≥ 0) fortement dilués par un gaz inerte ainsi que les mélanges CnHm (n ≥ 0) avec l'oxydant NO2 présentent une loi de libération d'énergie chimique non monotone constituée de deux étapes réactionnelles globales plus ou moins séparées. A chaque longueur chimique caractéristique L est associée une structure cellulaire dont la largeur de cellule lambda est proportionnelle à L. L'objectif de ce travail est de comprendre, pour les applications en lien avec la sécurité d'utilisation de ces compostions notamment, l'influence de la loi de libération de l'énergie chimique de ces mélanges sur le régime hélicoïdal (limite) de propagation stationnaire des détonations dans les tubes de diamètre d obtenu lorsque lambda ≈ pi d. L'étude expérimentale, concernant les combustibles H2, CH4 et C2H6 mélangés avec O2 dilués ou non par N2 ou Ar, montre que la plage de pression initiale où le régime hélicoïdal est établi dépend étroitement de l'importance relative de la deuxième étape exothermique par rapport à la première. Les simulations numériques 3D utilisant un code hydrodynamique Eulérien et une modélisation de la loi de production chimique en une ou deux étapes globales s'accordent qualitativement aux résultats expérimentaux en obtenant le régime hélicoïdal pour chaque structure cellulaire (lambda pour les mélanges où la libération d'énergie chimique s'effectue en une seule étape ; lambda_1 et lambda_2 dans le cas d'une double structure).

Les foldamères de type oligopyridine biscarboxamide constituent une famille d’oligomères synthétiques pouvant adopter une structure hélicoïdale et s’hybrider pour former des hélices doubles. Ce travail a eu pour objectif de synthétiser une nouvelle génération de foldamères π-fonctionnels porteurs de groupements photoactifs ou électroactifs, d’étudier les facteurs gouvernant l’équilibre entre hélice simple et hélice double, d’analyser l’impact de cet équilibre sur les propriétés optiques, et enfin de mettre en place un nouveau type de stimulus permettant de contrôler cet équilibre. Deux foldamères photoactifs dotés d’unités Disperse Red, ont été synthétisés. Leurs structures cristallographiques confirment la formation de structures hélicoïdales. Un choix précis du solvant permet d’orienter sélectivement l’équilibre vers la formation d’une hélice simple ou double.Le contrôle de l’équilibre d’hybridation par dilution permet de moduler l’activité en Génération de Seconde Harmonique du foldamère. En outre, la cavité générée par l'hélice permet la reconnaissance de divers anions. Enfin, les premiers efforts fournis pour induire une hélicité donnée à ces foldamères par voie supramoléculaire sont décrits. Par ailleurs, un foldamère électroactif fonctionnalisé par deux unités tétrathiafulvalène (TTF) a été synthétisé selon une méthodologie originale. La présence des unités TTF permet un contrôle redox inédit de la structuration du foldamère, par dimérisation de cations radicaux. Le concept a été élargi via l’immobilisation d’un foldamère sur surface d’or (SAMs). Enfin, une capsule électroactive capable de complexer l’acide tartrique a également été synthétisée et caractérisée
Oligopyridine biscarboxamide-based foldamers constitute a family of synthetic oligomers that can fold into helical structures and hybridize to form double helices. This work aims at synthesizing a new generation of π-functionalized foldamers featuring photoactive and electroactive moieties, in order: to study the factors governing the equilibrium between simple and double helices, to analyze the impact of this equilibrium on the optical and recognition properties, and to set up a new type of stimulus to control this equilibrium. Two photoactive foldamers of different lengths and bearing two Disperse Red units were synthesized. Their crystallographic structures confirm the formation of helical structures. A precise choice of the solvent allows to drive the equilibrium towards the single or the double helix selectively.The cavity generated within the helix presents a good affinity for anions. The control over the hybridization equilibrium allows modulating the Second Harmonic Generation activity. Eventually, our first efforts to control the helicity of these foldamers through supramolecular chiral induction are described. On the other hand, an electroactive foldamer featuring two tetrathiafulvalene (TTF) units was synthesized according to an original methodology. The presence of TTF units allows an unprecedented redox control of the structure of foldamer, by dimerization of radical cations. The concept has been extended by immobilizing a foldamère on a gold surface (SAMs). Finally, an electroactive capsule capable of complexing tartaric acid has also been synthesized and characterized