Propriété photosensible applicable en optique, électronique et à des appareils capteur

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Synthèse de nanomatériaux et applications.

Après avoir résumé brièvement l’approche top-down, on s’attardera sur les différents nanomatériaux issus des approches bottom-up dont l’auto-assemblage fait partie (méthode envisagée pour la synthèse de nouveaux matériaux hybrides) et des exemples d’applications seront présentés.

L’approche Top-down consiste en la synthèse de nanomatériaux à partir de matériaux massifs, soit par lithographie, soit par découpage ou gravure. La microélectronique en tire de nombreuses applications. Nous ne rentrerons pas dans les détails ici.

Par contre, on peut se poser la question de savoir en quoi l’échelle nanométrique est ici si importante.

Les recherches actuelles ont pu mettre en évidence que les propriétés d’un même matériau dépendaient de la taille des particules, ce qui est surtout vrai à l’échelle nanométrique. Ces différences peuvent intervenir sur les propriétés mécaniques, électroniques, magnétiques, optiques ou encore chimiques. Deux raisons peuvent expliquer cela. La première est que bon nombre de propriétés chimiques comme physiques sont dépendantes du nombre d’électrons disponibles à la surface d’un matériau. L’augmentation de la surface spécifique entraîne le fait que les nanomatériaux vont présenter des caractéristiques spécifiques à l’échelle nanométrique. La seconde raison est due au fait que les effets quantiques deviennent dominants lorsque les dimensions diminuent, ce qui a un effet sur les propriétés optiques, électriques et magnétiques.2

Approches Bottom-up.

Les approches Bottom-up permettent de réaliser des nanomatériaux à partir d’atomes ou de molécules. On peut les séparer en deux grandes familles, soit par synthèse chimique, soit par auto-assemblage.

La synthèse chimique.

Le principe consiste à prendre des particules ou molécules et d’en faire un nanomatériau avec une étape faisant intervenir une réaction chimique. Le précurseur peut être indifféremment à l’état solide, liquide ou gazeux. Un changement d’état permet alors à une réaction chimique de se faire pour donner naissance aux nanoparticules.

C’est ainsi que la préparation des nanotubes de carbone, ou plus anciennement des fullerènes, ont pu être développées.3 En effet, les fullerènes sont synthétisés par vaporisation du graphite sous atmosphère d’hélium.4 On retrouve par exemple des applications de nanomatériaux dans la limitation optique5 ou l’électrochimie.6

Les nanotubes de carbone, à l’origine produit secondaire de la synthèse de fullerènes7, sont aujourd’hui fabriqués par deux procédés différents respectant le principe de synthèse chimique bottom-up.8. Le premier dit de haute température consiste à sublimer le graphite, avec différentes méthodes : arc électrique9, vaporisation par ablation laser10 ou four solaire11. Le second procédé dit de moyenne température fait intervenir des réactions chimiques de décomposition catalytique, par CVD12 (Chemical Vapor Deposition) ou par HiPCO13 (High Pressure Dismutation of CO).

Les nanotubes de carbone ont des propriétés de conduction électrique, mécaniques, thermiques et chimiques. Ces propriétés résultent directement de leur filiation structurale avec le graphite mais également des conditions imposées par l’enroulement.14

L’auto-assemblage.

Cette technique Bottom-up consiste à réaliser des nanoobjets par interactions non covalentes de particules ou molécules. Le terme d’auto-assemblage se défini par un procédé réversible dans lequel des parties préexistantes, ou bien des composants désordonnés d’un système préexistant, forment des structures avec un plus haut degré d’organisation.

L’autoassemblage nécessite des composants moléculaires qui contiennent au moins deux sites d’interactions.15 De plus, la réversibilité d’un tel système implique la nécessité d’avoir des interactions faibles (comparées aux liaisons covalentes), celles-ci pouvant être de différents types. L’élément de cohésion entre les molécules peut être électrostatique, induit par des liaisons hydrogène, par des interactions entre dipôles (fixes ou induits) par π-stacking ou interactions hydrophobe. Une organisation peut résulter de plusieurs types d’interactions en même temps. Par exemple, la structure quaternaire d’une protéine résulte entre autres d’interactions hydrophobes et d’un réseau de liaisons hydrogène.

Les interactions les plus importantes ici sont sans doute les liaisons hydrogène. En effet, les énergies de liaisons hydrogène intermoléculaires (10 à 40 kJ.mol-1) sont seulement 20 fois plus faibles que les énergies de la plupart des liaisons covalentes (200 à 800 kJ.mol-1), et sont plus fortes que celle des liaisons de Van der Waals habituelles (1 à 4 kJ.mol-1).16

On définit une liaison hydrogène comme un type de force dipôle-dipôle qui existe entre un atome électronégatif et un atome d’hydrogène, lui-même porté par un atome électronégatif.17

Les liaisons de Van der Waals sont des forces électriques attractives ou répulsives entre deux entités moléculaires ou groupes de molécules. Ces liaisons n’entrent pas dans le cadre des liaisons chimiques en ce sens qu’il n’y a pas d’échange d’électrons entre les atomes. Dans la perspective de l’auto-assemblage, ce type d’interaction est trop faible et ne peut constituer l’essentiel des forces d’assemblage. On définit trois types de liaisons de Van der Waals : les forces de Keesom ou effet d’orientation dipôle-dipôle, les forces de Debye ou effet d’induction dipôle-dipôle induit et les forces de London ou effet de dispersion dipôle induit-dipôle induit. Il existe tout de même une exception pour les interactions π-stacking, que l’on peut considérer comme des interactions dipôle-dipôle, qui font intervenir des orbitales p des liaisons π. Elles sont nettement plus fortes en énergie que les liaisons de Van der Waals classiques et sont suffisamment importantes pour permettre un auto-assemblage stable.

De la même manière que les liaisons de Van der Waals, les liaisons ioniques aident à l’assemblage de l’édifice mais sont trop faibles à elles seules pour permettre la stabilité de l’assemblage.

Enfin, et dans le cas de conditions aqueuses uniquement, les interactions hydrophobes peuvent être considérées comme importantes pour l’auto-assemblage. Les solutés dits hydrophobes sont constitués de molécules neutres non polaires (alcanes, hydrocarbures, huiles, composés fluorocarbonés). Lors de l’hydratation, les molécules d’eau s’organisent autour des entités hydrophobes en structure quasiment cristalline, ce qui explique la forte diminution de l’entropie. La vitesse de diffusion des molécules hydrophobes se retrouve alors très ralentie par cette couche d’hydratation, ces dernières possèdent alors une très forte affinité mutuelle qui les pousse à s’auto-assembler et former des amas au sein du milieu.

Ainsi, il faut considérer en priorité les interactions les plus énergiquement favorisées pour l’auto-assemblage, comme les liaisons hydrogène, les interactions hydrophobes ou les π-stacking. Les autres interactions sont à considérer comme participant à la stabilité de l’édifice.

Auto-assemblage et propriétés.

Le but de ce chapitre est de développer plus en détail cette partie de la chimie supramoléculaire afin de mettre en évidence l’intérêt que peut porter la synthèse de nouveaux nanomatériaux par cette voie.

Le procédé d’auto-assemblage est utilisé dans bien des domaines, la nature en étant le premier utilisateur avec la bicouche lipidique, les fibres amyloïdes, l’enroulement de l’ADN, les interactions des protéines et bien d’autres. Les techniques de formation de nanoobjets peuvent se diviser en deux parties : à partir de molécules linéaires ou à partir de molécules non linéaires.

Auto-assemblages formés à partir de molécules linéaires.

A partir de lipides.

L’exemple le plus ancien d’auto-assemblage de lipides est la bicouche lipidique.

Ces derniers peuvent prendre des formes différentes: vésicules, micelles, bicouches ou micelles inverse (Schéma 1) en fonction des paramètres utilisés: température, pression, densité de matière. Schéma 1: Représentation schématique des différentes formes d’assemblage de lipides dans l’eau : micelle, bicouche, micelle inverse ou vésicule.

Ces assemblages sont régis par des interactions hydrophobes qui proviennent de la présence dans la molécule d’une partie faiblement soluble dans l’eau.

Depuis quelques années, des laboratoires s’intéressent à un nouveau type d’assemblage sous la forme de nanotube (sous forme de phase hexagonale18, hexagonale inverse19, etc.).

L’intérêt des lipides pour la conception d’assemblages supramoléculaire réside dans la grande variété de type d’assemblage possible et dans le caractère amphiphile des lipides. Leur biocompatibilité est un atout majeur pour leurs applications, ce qui permet de les utiliser fréquemment. Entre autre, les lipides sont souvent utilisés pour l’encapsulation.

A partir de polymères

Les différentes études décrites dans la littérature montrent que l’assemblage de ce type de nanotube repose sur les propriétés hydrophobes des polymères. Si l’assemblage se fait le plus souvent en solvant organique, en présence20 ou non21 d’eau, on trouve tout de même un exemple d’assemblage stable dans l’eau22. Mais quelques soient les exemples de la littérature, les nanotubes sont de diamètres prédéfinis par la longueur du polymère et sont généralement accompagnés par des sphères ou vésicules.

On leur trouve des applications potentielles dans l’électronique comme nanocomposites23, mais également des propriétés biologiques d’excipients24 ou de microélectrodes25.

A partir de peptides ou analogues.

Les exemples d’assemblage de peptides sont nombreux. Les éléments de cohésion pouvant être les liaisons hydrogène26, l’hydrophobicité27, le π-stacking28, et montrent la richesse des possibilités d’auto-assemblage. Ils peuvent se présenter sous forme d’hélices29, de fibres30, de nanotubes31.

On ne s’attardera dans cette partie que sur deux exemples d’auto assemblage sous forme de nanotubes.

Le laboratoire de Matsui a mis au point des nanotubes de peptides à partir du dicarboxylate de bis(N,α-amino-glycylglycine)-1-7-heptane.32 (Schéma 2) La présence des deux fonctions carboxyliques dans la structure permet un contrôle de l’assemblage par le pH. En effet, l’assemblage des monomères entre eux décrit une courbure. Cette courbure est accentuée lorsque les liaisons hydrogène entre les monomères sont fortes donc à pH acide (pH 5). L’assemblage se retrouve alors sous forme de tube (Matsui compare cet assemblage aux cigares enroulés). En revanche, lorsque les liaisons hydrogène sont perturbées par des contre-ions s’insérant dans la maille ou à pH basique (pH 8), la courbure est faible et l’auto-assemblage se retrouve sous forme de fibre.

Schéma 2 : a/ Structure semi développée du dicarboxylate de bis(N,α-amino-glycylglycine)-1-7-heptane, b/ Représentation schématique de l’auto-assemblage des monomères en nanotubes.32

Les nanotubes ont une grande polydispersité de taille (de 1 à 200 nm) et ont tendance à s’assembler entre eux. Il a tout de même été possible d’individualiser les nanotubes par ajout de quantité contrôlé d’ions 33 et de contrôler leur diamètre par croissance dans des pores membranaires.34

Les applications possibles de ce type d’assemblage sous forme tubulaire, se trouvent en microélectronique. En effet, il est possible de fonctionnaliser ces nanotubes et de capturer des particules métalliques telles que Pt, Pd, Cu, Co et Ni.35 Il est possible également de capturer ou incorporer des molécules biologiques comme l’ADN, des protéines ou des porphyrines via les liaisons hydrogène.36

Le laboratoire de Gazit a quant à lui mis en évidence la formidable facilité pour un tout petit peptide, le diphényle alanine, à s’auto-assembler en nanotube.37 (Schéma 3) La découverte résulte de l’observation qu’une grande partie des peptides contenant ces deux acides aminés adjacents avaient une facilité pour former des fibres. C’est en effet en étudiant les fibres β-amyloïdes de la maladie d’Alzheimer qu’ils en sont venus à cette conclusion.

Le mécanisme d’auto assemblage n’est pas encore totalement élucidé mais il semblerait que ce soient les interactions de π-stacking qui engendreraient la structure tubulaire.39 Ces nanotubes ont une grande stabilité thermique et chimique40, et sont particulièrement rigides.41 Il est possible de contrôler l’assemblage en nanotubes à l’aide de dendrimers42 puis de les aligner sous l’effet d’un champ magnétique lorsque les tubes sont recouverts de particules métalliques43.

De nombreux analogues ont été ensuite synthétisés44 et métallisés en surface45, ce qui confère à ces nanotubes de remarquables applications en micro et nanoélectronique46, mais également en électrochimie comme bio-capteurs47.

En conclusion, les peptides linéaires permettent d’obtenir une grande variété d’assemblages supramoléculaires, fibres, hélices, nanotubes, mettant en jeu différents types d’interactions, liaisons hydrogène, interactions hydrophobes, π-stacking.

En choisissant les acides aminés, il est possible d’ajuster ces différents types d’interactions et de contrôler l’assemblage de manière plus fine que dans le cas des lipides ou des polymères l’assemblage tridimensionnel.

Nanostructures formés à partir de molécules cycliques.

A partir de molécules variées.

On trouve quelques exemples d’auto assemblage de molécules cycliques faisant intervenir des interactions π-stacking48, 49,50 ou des liaisons hydrogène51.

A partir de peptides ou analogues.

La bibliographie sur les peptides cycliques montre la variété d’auto-assemblage possible avec ce type de substrat. On peut ainsi former des fibres, des nanotubes de tailles et d’organisation très différentes52.

Un exemple remarquable que constituent le Lanréotide et ses dérivés est développé au laboratoire. Le Lanréotide, inhibiteur de l’hormone de croissance, est un octapeptide qui forme des hydrogels sous forme de nanotubes monodisperses53. La synthèse de dérivés de ce composé a permis de réaliser des fibres ou des nanotubes de diamètres très différents.

Ce type d’assemblage fait intervenir un ensemble d’interactions comme les liaisons hydrogène, des interactions hydrophobes et des π-stacking. Quatre ordres hiérarchiques sont mis en évidence au sein du nanotube. (Schéma 4) Par recouvrement entre les zones aliphatiques de deux peptides (effet hydrophobe) et les zones aromatiques (interactions π-π), le monomère lanréotide est assemblé sous forme de dimères. Son positionnement « face à face » permet de minimiser les forces répulsives entre les charges positives (Schéma 4, a/).

Deux molécules de lanréotide forment donc l’épaisseur de la paroi du tube. Des liaisons hydrogène intermoléculaires stabilisent l’assemblage des dimères sous forme de filaments hélicoïdaux (Schéma 4, b/). L’effet hydrophobe stabilise les interactions latérales des filaments entre eux. Le tube peut donc être considéré comme constitué de filaments de dimères (Schéma 4, c/). Les nanotubes monodisperses, de 3 à 28 % de Lanréotide en masse, sont organisés spatialement avec une maille hexagonale (Schéma 4, d/).

Il existe également d’autres types de nanotubes formés par des cyclopeptides et développés par Ghadiri54. Ces cyclopeptides sont constitués d’un nombre pair d’acide aminés alternés D et L capables de s’auto-assembler par liaisons hydrogène en feuillet β antiparallèles. Le diamètre du nanotube est cette fois-ci déterminé par le nombre d’acides aminés dans le cyclopeptide.

Les applications sont nombreuses dans le domaine biologique et dans les nanomatériaux.

Ces nanotubes sont décrits de manière détaillée dans la partie suivante.

Les nanotubes de peptides de type Ghadiri.

Description des nanotubes de peptides.

Introduction.

L’assemblage tubulaire basé sur l’empilement de peptides cycliques (appelé également sous-unités ou bagues) a été suggéré pour la première fois en 1972 par Hassal.55(Schéma 5) Cette prédiction a été validée en 1974 par des études cristallographiques du tétrapeptide cyclo[-(L-Ser(OtBu)-β-Ala-Gly-β-Asp(OMe))-]. D’après les analyses théoriques de DeSantis, les peptides cycliques constitués d’un nombre pair d’amino acides alternés D et L, ont la possibilité de s’associer entre eux par des liaisons hydrogène afin de former une structure tubulaire.56

En 1989, des études cristallographiques (RX) par Lorenzi des hexapeptides cyclo[(-L-Phe-D-Phe)3-] et cyclo[(-L-Val-D-Val)3-] n’ont pas permis pas de mettre en évidence des interactions entre les sous-unités mais simplement l’association de bagues et de molécules d’eau cocristallisées.57 Ils n’ont ainsi pu mettre en évidence la formation tubulaire de leurs cyclopeptides.

La même année, le laboratoire de Heitz a étudié le cas du cyclo[-(Ala-D-Ala-Ala-D-Pro)2-] parmi d’autres peptides cycliques.58 Malgré des résultats intéressants, la possibilité d’assemblages supramoléculaires de ce peptide n’a pas été abordée alors.

C’est en 1993 que le laboratoire de Ghadiri a démontré la formation de tels nanotubes en solution avec un octapeptide le cyclo[(-D-Ala-Glu-D-Ala-Gln)2-] et envisagé le potentiel que pouvait avoir ce type d’assemblage.59 Un grand nombre de nanotubes de peptides a été depuis synthétisé et de nombreuses propriétés ont été démontrées, s’appliquant à une grande variété de domaines.

Composition du nanotube de peptides.

Nombre et nature des acides aminés.

D’après les calculs théoriques de Hassal, le cyclopeptide doit être constitué d’un nombre paire d’acides aminés alternés D et L. (Schéma 6) Dans ce cas, le peptide est considéré comme plan (ψ = 180°)60, les liaisons C=O et N-H de la liaison peptidique sont approximativement perpendiculaires au plan de la bague, mais de manière diamétralement opposée. Cet arrangement permet une distribution homogène des liaisons hydrogène de part et d’autre des bagues (au total 16 liaisons hydrogène par bagues). Les chaînes latérales sont en position équatoriale permettant de ne pas intervenir dans l’édifice.61

Schéma 6 : Représentation schématique de l’auto-assemblage de cyclopeptides. Pour simplifier, les chaînes latérales ne sont pas représentées.

La distance, calculée par modélisation moléculaire, entre deux bagues est de 4,73 Å.62

En se basant sur cette théorie, de nombreux peptides ont été synthétisés et ont démontré la véracité de ces données (soutenus par des analyses tels que la RMN, l’ATR-FTIR et différentes techniques de Microscopie).

En 2005, le laboratoire de Takera a démontré en théorie comme en pratique que le cyclo[-(L-Gln)5] formait des nanotubes alors qu’il est constitué d’un nombre impair d’acides aminés et qu’ils sont tous L.63 La répétition des motifs identiques dans l’espace permet un rapprochement optimal des bagues entre elles. Le réseau de liaisons hydrogène qui se crée alors est suffisant pour permettre l’auto-assemblage.

Le nombre d’acides aminés possible est borné entre 6 et 12. En effet, les bagues constituées de moins de six aminoacides alternés D, L ont un diamètre interne trop petit. La planéité ne peut pas être respectée du fait des contraintes de cycle et cela ne favorise pas l’interaction des sous-unités entre elles.64 Cette non planéité n’étant pas identique sur chaque bague, le réseau de liaisons hydrogène ne peut alors pas se créer. De même pour les bagues trop larges, une trop grande flexibilité du peptide conduit à un réseau de liaisons hydrogène trop faible. Les bagues ne peuvent pas s’auto-assembler en nanotube de manière stable. De plus, les modélisations moléculaires et les études expérimentales ont montré que les cyclopeptides de huit résidus possèdent une taille optimale pour former des nanotubes.

A titre indicatif, les diamètres internes des nanotubes sont de 5,9 Å pour les hexacyclopeptides, 8,1 Å pour les octacyclopeptides, 10,8 Å pour les decacyclopeptides et 13,1 Å pour les dodecacyclopeptides.65

Assemblage en feuillets β antiparallèles

Les interactions dues aux liaisons hydrogène intermoléculaires peuvent résulter d’arrangements parallèles ou antiparallèles des cyclopeptides. (Schéma 7, a/)

De Santis a démontré que les arrangements parallèles sont comparables à ceux d’une hélice α selon les calculs théoriques (tels que la DFT (Density Fonctional Theory).59 (Schéma 7, b/)

Or, les différentes observations expérimentales suggèrent une préférence marquée pour l’arrangement antiparallèle. En effet, dès la description du premier nanotube de peptides de Ghadiri, les analyses ATR-FTIR réalisées sur les cristaux montrent un déplacement de la bande amide I, caractéristique des carbonyles, correspondant aux feuillets β antiparallèles.

De plus, d’autres travaux de Ghadiri ont montré que l’arrangement était très majoritairement antiparallèle. L’arrangement antiparallèle est thermodynamiquement favorisé.

Ainsi, les cyclopeptides de type Ghadiri s’auto-assemblent en nanotube par un réseau de liaisons hydrogène en feuillets β antiparallèles.

Variété de cyclopeptides constituant les nanotubes.

S’il existe des règles établies permettant à des cyclopeptides de s’auto-assembler en nanotubes il est tout de même possible de réaliser des modifications sans altérer ses propriétés d’assemblage. Ces modifications peuvent être portées sur deux parties du peptide, la chaîne principale ou les chaînes latérales. Après une description des modifications possibles, quelques exemples significatifs seront présentés.

Modification du squelette de base.

Des acides aminés naturels peuvent être utilisés pour la synthèse de nanotubes de type Ghadiri. L’utilisation d’acides aminés non naturels comme les amino acides N-méthylés, les β3 aminoacides ou encore les α ou γ aminoacides cycliques ont permis d’obtenir également des nanotubes. Dans le cas de la N-méthylation des acides aminés, le cyclo[(D-MeN-Ala-Phe)4] est décrit par Ghadiri.67 Les analyses montrent que ce peptide s’auto-assemble en solution sous la forme d’un dimère et que l’assemblage supramoléculaire est stable en solution dans le temps. (Schéma 8)

La séquence du peptide implique la présentation des méthyles sur la même face de la bague. A cause de l’encombrement stérique, aucune liaison hydrogène ne peut avoir lieu sur cette face. Les feuillets β sont en arrangement antiparallèle et le réseau de liaisons hydrogène est maintenu sur la face disponible de la bague. Les conditions permettant l’auto-assemblage en feuillets β sont donc remplies dans ce cas.

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Table des matières

Introduction : Introduction aux nanotechnologies et assemblages supramoléculaires
A. Synthèse de nanomatériaux et applications
I/ Approches Bottom-up
1. La synthèse chimique.
2. L’auto-assemblage
II/ Auto-assemblage et propriétés
1. Auto-assemblages formés à partir de molécules linéaires
a. A partir de lipides
b. A partir de polymères
c. A partir de peptides ou analogues
2. Nanostructures formés à partir de molécules cycliques
a. A partir de molécules variées
b. A partir de peptides ou analogues
B. Les nanotubes de peptides de type Ghadiri
I/ Description des nanotubes de peptides
1. Introduction
2. Composition du nanotube de peptides
a. Nombre et nature des acides aminés
b. Assemblage en feuillets β antiparallèles
3. Variété de cyclopeptides constituant les nanotubes
a. Modification du squelette de base
b. Modification au niveau des chaînes latérales
4. Conclusion
II/ Applications des nanotubes de Ghadiri
1. Introduction
2. Utilisation comme pores ou canaux transmembranaires
3. Propriétés optiques et électroniques
4. Propriété de biocapteur
5. Propriétés antibactérienne et antivirale
6. Propriété photosensible applicable en optique, électronique et à des appareils capteur
7. Matériaux hybrides
8. Conclusion
Partie I : Synthèse de matériaux hybrides en solution
A. Introduction générale
B. Synthèse de peptides sur support solide
I. La synthèse peptidique
1. Couplage peptidique
2. La synthèse sur support solide
3. Comparaison avec la synthèse en solution
4. Choix de la stratégie
5. Choix de l’agent de couplage pour les couplages peptidiques
II. Synthèse sur support solide, description générale des étapes
1. Présentation du projet
2. Schéma de synthèse
3. Fonctionnalisation de la résine
4. Couplage peptidique
5. Tests de suivi de réaction
a. Test UV permettant de suivre la déprotection de la fonction amine
b. Suivi de réaction de couplage par test de Kaiser
6. Les groupements protecteurs
7. Cyclisation
8. Clivage de la résine
9. Conclusion
III. Description des synthèses de cyclopeptides
1. Le cyclo[(-D-Ala-Glu-D-Ala-Gln)2-]
a. Synthèse
10b. Purification
c. Caractérisations
i. RMN1H et LC/MS
ii. Solubilité
d. Conclusion
2. Le cyclo[-D-Ala-Glu-(D-Ala-Gln)3-]
a. Description générale du cyclopeptide
b. Synthèse et purification
c. Conclusion
3. Le cyclo[(-D-Ala-Lys-D-Ala-Gln)2-]
a. Description générale
b. Synthèses
c. Conclusion
4. Les cyclo[(-D-Phe-Glu-D-Phe-Gln)2-] et cyclo[-D-Phe-Glu-(D-Phe-Gln)3- ]
a. Description générale des cyclopeptides
b. Synthèse
c. Conclusion
5. Les cyclo[(-D-Ala-Glu-D-Ala-Gln)2-D-Ala-Glu-] et cyclo[-(D-Ala-Glu-D-AlaGln)3-]
a. Description générale des cyclopeptides
b. Synthèse
c. Conclusion
6. Le cyclo[-(D-NMe-Ala-Glu-D-NMe-Ala-Gln)2]
a. Description générale du cyclopeptide
b. Synthèse
c. Conclusion
7. Conclusions
IV. Caractérisation de l’auto-assemblage
1. Introduction
2. Caractérisations possibles (ATR, TEM, SAXS, Diffusion de la lumière)
a. ATR-FTIR (Attenuated Total Reflection-Fourier Transform InfraRed spectroscopy)
b. MET (Microscopie Electronique à Transmission)
11c. Diffusion de la lumière
d. SAXS (Small Angle X-ray Scatering)
3. Cas du cyclopeptide [1]
a. Introduction
b. Formation de l’auto-assemblage
c. Solubilité aqueuse des nanotubes de peptides
d. Caractérisation de l’assemblage
e. Peut-on isoler un nanotube ?
f. Conclusion
4. Cas du cyclopeptide [2]
a. Introduction
b. La modification d’un acide aminé change-t-elle la taille des cristaux ?
c. Conclusion
5. Conclusion
V. Conclusion
C. Les nanostructures carbonées
I. Description des nanostructures carbonées
II. Les Fullerènes
1. Introduction
2. Fullerènes fonctionnalisés par bras espaceurs contenant une amine primaire terminale
a. Bras espaceurs envisagés
b. Fonctionnalisation du fullerène C60
c. Conclusion
3. Fullerènes fonctionnalisés par bras espaceurs contenant un acide carboxylique terminal
4. Conclusion
III. Les nanotubes de carbones
1. Introduction
2. Description de la synthèse des bras espaceurs
3. Fonctionnalisation des nanotubes de carbone
124. Conclusion
IV. Conclusion
D. Couplages en solution
I. Introduction
II. Couplages entre peptides et fullerènes
1. Couplage avec le cyclo[-(D-Ala-Gln)3-D-Ala-Glu-] [2]
2. Couplage avec le cyclo[-(D-Ala-Gln-D-Ala-Glu)2-] [1]
III. Conclusion
Partie II : Voie alternative envisagée
A. Introduction
B. Les cyclopeptides
I. Introduction
II. Synthèse du cyclopeptide sur support solide [42]
1. Synthèse
2. Conclusion
III. Synthèse du cyclopeptide sur support solide [46]
1. Description générale
2. Synthèse
a. Synthèse classique
b. Synthèse à l’aide des micro-ondes
3. Conclusion
IV. Conclusion
C. Couplages sur support solide
I. Introduction
II. Couplages du cyclopeptide [42] avec un fullerène
1. Introduction
2. Réactions
a. Première stratégie
b. Seconde stratégie
3. Conclusion
III. Couplage à l’aide du cyclopeptide [46]
131. Introduction
2. Couplages
3. Caractérisations de l’essai réalisé à l’aide de PyAOP
a. Par UV
b. Par Microscopie TEM
c. Conclusion
3. Conclusion
IV. Analyse de la nature des organisations supramoléculaires en branches
1. Introduction
2. Réaction de couplage sans fullerène
3. Etude TEM
a. Sur support solide
b. Cyclopeptides
4. Conclusion
D. Conclusion
Partie III : Nouvelles architectures supramoléculaires à base de cyclopeptides
A. Introduction
B. Organisations supramoléculaires en fonction des contre-ions alcalins portés par le cyclopeptide [1]
I. Introduction
II. Le sodium
1. Utilisation de solution de soude
2. Étude de la formation du mono-sel et du di-sel de sodium du cyclopeptide [1]
a. Stratégies
b. Salification lente
c. Salification rapide
3. Étude de la dynamique de cristallisation
4. Conclusion
III. Les autres alcalins
1. Le lithium
a. La salification
b. Dynamique de cristallisation
c. Conclusion
2. Le potassium, le rubidium et le césium
3. Conclusion
IV. Caractérisation des assemblages supramoléculaires
1. Introduction
2. Analyse des solutions
a. ATR-FTIR
b. Par diffusion de la lumière
3. Etudes des solutions cristallisées
a. Analyse par ATR-FTIR
i. Analyse du cyclopeptide sous forme de poudres lyophilisées
ii. Cristallisation sur l’appareil d’ATR-FTIR
iii. Analyse de la cristallisation sur plaques de verres
iv. Conclusion
b. Analyse par diffraction des électrons
4. Conclusion
C. Les contre-ions organiques
I. Introduction
II. La quinuclidine
III. Conclusion
D. Le groupe II du tableau périodique
I. Introduction
II. Le magnésium
III. Le calcium
IV. Conclusion
E. Les autres groupes du tableau périodique
I. Introduction
II. Les bases envisagées
III. Conclusion
F. Conclusions et perspectives
I. Conclusion
15II. Perspectives
Conclusions et perspectives
A. Conclusions
B. Perspectives
Partie expérimentale
I. Généralités
II. Partie 1
1. Détermination du loading
2. Tests de suivi de réaction
a. Test UV permettant de suivre la déprotection de la fonction amine
b. Suivi de réaction de couplage par test de Kaiser
3. Le cyclo[(-D-Ala-Glu-D-Ala-Gln)2-] [1]
a. Fonctionnalisation de la résine
b. Détermination du loading
c. Couplages peptidiques du peptide linéaire protégé
d. Déprotections de la chaîne principale donnant le peptide linéaire déprotégé
e. Cyclisation et clivage de la résine donnant le cyclopeptide [1]
f. Traitement acido basique pour la purification du cyclopeptide [1]
4. Le cyclo[-D-Ala-Glu-(D-Ala-Gln)3-] [2]
a. Fonctionnalisation de la résine
b. Détermination du loading
c. Couplages peptidiques du peptide linéaire protégé
d. Déprotections de la chaîne principale donnant le peptide linéaire déprotégé
e. Cyclisation et clivage de la résine donnant le cyclopeptide [2]
f. Traitement acido basique pour la purification du cyclopeptide [2]
5. Le cyclo[(-D-Ala-Lys-D-Ala-Gln)2-] [3]
a. Fonctionnalisation de la résine
b. Détermination du loading
c. Couplages peptidiques du peptide linéaire protégé
d. Clivage de la résine
e. Cyclisation pour donner le cyclopeptide [3]
6. Les cyclo[(-D-Phe-Glu-D-Phe-Gln)2-] [4] et cyclo[-D-Phe-Glu-(D-Phe-Gln)3- ] [5]
Synthèse commune
a. Fonctionnalisation de la résine
b. Détermination du loading
c. Couplages peptidiques du peptide linéaire protégé
Synthèse du cyclopeptide [4]
a. Couplages peptidiques
b. Déprotections de la chaîne principale donnant le peptide linéaire
déprotégé
c. Essais de cyclisation
Synthèse du cyclopeptide [5]
a. Couplages peptidiques
b. Déprotections de la chaîne principale donnant le peptide linéaire déprotégé
c. Essais de cyclisation
7. Les cyclo[(-D-Ala-Glu-D-Ala-Gln)2-D-Ala-Glu-] [6] et cyclo[-(D-Ala-Glu-DAla-Gln)3-] [7]
Synthèse du cyclopeptide [6]
a. Couplages peptidiques du peptide linéaire protégé
b. Déprotections de la chaîne principale donnant le peptide linéaire déprotégé
c. Cyclisation
d. Traitement acido basique pour la purification cyclopeptide [6]
Synthèse du cyclopeptide [7]
a. Couplages peptidiques du peptide linéaire protégé
b. Déprotections de la chaîne principale donnant le peptide linéaire déprotégé
c. Cyclisation
d. Traitement acido basique pour la purification du cyclopeptide [7].205
8. Le cyclo[-(D-NMe-Ala-Glu-D-NMe-Ala-Gln)2] [8]
a. Fonctionnalisation de la résine
b. Détermination du loading
17c. Couplages peptidiques du peptide linéaire protégé
d. Déprotections de la chaîne principale donnant le peptide linéaire déprotégé
e. Essais de cyclisations
9. Fullerènes fonctionnalisés par des bras espaceurs contenant une amine primaire terminale
Synthèse du bras espaceur [11]
a. Première étape : composé [9]
b. Seconde étape : composé [10]
c. Seconde et troisième étapes : composé [12]
d. Quatrième étape : composé [13]
e. Cinquième étape : composé [11]
Synthèse du bras espaceur [17]
a. Première étape : composé [14]
b. Seconde et troisième étapes : composé [15]
c. Quatrième étape : composé [16]
d. Cinquième étape : composé [17]
10. Fonctionnalisation du fullerène C60
Synthèse du fullerène fonctionnalisé [19]
a. Première étape : composé [18]
b. Seconde étape : composé [19]
Synthèse du fullerène fonctionnalisé [21]
a. Première étape : composé [20]
b. Seconde étape : composé [21]
11. Fullerènes fonctionnalisés par bras espaceurs contenant un acide carboxylique terminal
Synthèse du composé [23]
a. Première étape : composé [22]
b. Seconde étape : composé [23]
Synthèse du composé [25]
a. Première étape : composé [24]
b. Seconde étape : composé [25]
12. Synthèse des bras espaceurs pour les nanotubes de carbone
Synthèse du 4-hydroxyphényle carbamate de méthyle [26]
Description du bras espaceur à x=2 [32] réalisé par Haiyan Li
a. Première étape : composé [27]
b. Seconde étape : composé [28]
c. Troisième étape : composé [29]
d. Quatrième étape : composé [30]
e. Cinquième étape : composé [31]
f. Sixième étape : composé [32]
Description du bras espaceur à x=7 [36]
a. Première étape : composé [33]
b. Seconde étape : composé [34]
c. Troisième étape : composé [35]
13. Fonctionnalisation des nanotubes de carbone
Synthèse du composé [40]
a. Première étape : composé [39]
b. Seconde étape : composé [40]
c. Détermination du taux de chargement
14. Analyses
a. Analyse RMN1H du cyclopeptide [1]
b. Analyse ATR-FTIR de l’assemblage du cyclopeptide [1] en nanotubes de peptides par interactions de liaisons hydrogène en feuillets β antiparallèles
c. Analyse de spectrométrie de masse MALDI-TOF du cyclopeptide [1]
d. Analyses SAXS des cyclopeptides [1] et [2]
III. Partie 2
1. Synthèse du cyclopeptide [42]
a. Fonctionnalisation de la résine
b. Détermination du loading
c. Couplages peptidiques du peptide linéaire protégé
d. Déprotections de la chaîne principale donnant le peptide linéaire déprotégé
e. Cyclisation pour l’obtention du cyclopeptide [41]
f. Déprotection de la lysine
2. Synthèse du cyclopeptide [46]
a. Fonctionnalisation de la résine
b. Détermination du loading
c. Couplages peptidiques du peptide linéaire protégé
d. Déprotections de la chaîne principale donnant le peptide linéaire déprotégé
e. Cyclisation pour l’obtention du cyclopeptide [45]
f. Déprotection de la lysine
3. Synthèse du composé [47]
4. Caractérisation du couplage fullerène [19] avec le cyclopeptide [46]
IV. Partie 3
1. Cristallisation sur grille de TEM des assemblages supramoléculaires de sels alcalins du cyclopeptide [1]