Functionalization of polyisoprene : toward the mimic of natural rubber

par Jérémie Grange

Thèse de doctorat en Polymères

Sous la direction de Frédéric Peruch et de Stéphane Grelier.

Soutenue le 23-01-2018

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale des Sciences chimiques (Talence ; Gironde) , en partenariat avec Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux) (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Fonctionnalisation de polyisoprène : vers un modèle du caoutchouc naturel


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte, de manière globale, sur une meilleure compréhension du caoutchoucnaturel (NR). En effet, bien que ce matériau soit fortement utilisé dans l’industrie et ce depuisdes dizaines d’années, plusieurs de ses propriétés restent à ce jour mal comprises.Antérieurement à nos travaux, il a été fait un lien entre la biosynthèse du polymère et cespropriétés et il a été proposé que le caoutchouc naturel était constitué d’une chaînepolyisoprène (PI) 100% 1,4-cis de forte masse molaire (> 500 000 g/mol) fonctionnalisée en αet ω par une protéine et un motif phospholipidique respectivement. Ces bouts de chaîneseraient capables de s’auto-assembler pour créer un réseau physique qui confère au NR sespropriétés si intéressantes. L’objet de cette thèse a donc été de synthétiser un copolymère triblocProtéine/PI/Lipides afin de confirmer cette hypothèse en produisant en laboratoire unhomologue de NR. Pour ce faire, un PI hétéro-téléchélique cétone/aldéhyde a été obtenu pardégradation chimique de NR. Cette méthode a permis d’obtenir un PI 100 % 1,4-cis possédantdeux fonctions chimiques différentes en bout de chaine permettant ainsi le greffage sélectifd’une protéine où d’un motif lipidique. Ces deux couplages ont ensuite été étudiés séparément(PI/Protéine puis PI/Lipides) révélant des propriétés intéressantes dans le cas du copolymèredi-bloc PI/Lipide. Le couplage PI/Protéine s’est avéré plus compliqué et seul des copolymèresdi-blocs PI/Polypeptide ont pu être obtenus avec certitude, en utilisant des synthons PI commemacro-amorceurs. Une voie de synthèse a également été dégagée pour un tri-blockPolypeptide/PI/Lipide présentant une structure très proche du modèle de Tanaka.


  • Résumé

    This PhD work focuses on a better comprehension of natural rubber (NR). Indeed, despite thefact that this material has been used for a long time in industry, some properties remainunclear. Previous works of Tanaka allowed to make a link between the biosynthesis of thematerial and its properties. It was thus suggested that NR was composed of a high molar masschain of polyisoprene (PI, > 500 000 g/mol) functionalized at the α and ω chain-end by aprotein and a phospholipidic moiety respectively. These chain-ends would be able to selfassembleinto a pseudo-physical network which would explain some of the superior propertiesof NR. The goal of this PhD work is to synthesize a Protein/PI/Lipid tri-block copolymer inorder to check this hypothesis and to synthesize hybrid material close to NR. First, a 1,4-cishetero-telechelic (ketone/aldehyde) PI of 10 000 g/mol was obtained by chemical degradationof NR, yielding a polymeric chain bearing two different functions at the chain-ends, allowingto perform a selective functionalization with both a lipidic moiety and a protein. Both di-blockcopolymers (PI/Lipid and PI/Protein) were synthesized and studied separately. The PI/Lipiddi-block copolymer revealed interesting properties. The synthesis of PI/Protein di-blockcopolymer revealed more difficult and only PI/Polypeptide di-block copolymer could havebeen obtainded. To this end, PI macro-initiator allowed the Ring-Opening Polymerization odN-carboxyanhydride. Finally, a chemical pathway was established, allowing to synthesize aPolypeptide/PI/Lipid tri-block close to Tanaka’s model.


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