Synthèse et caractérisation de nouveaux dérivés de phénalénone pour des applications environnementales et antimicrobiennes

Synthesis and characterization of new phenalenone derivatives for environmental and antimicrobial applications

• Auteur / Autrice : Jérémy Godard
• Direction : Vincent Sol, Frédérique Bregier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 15/12/2020
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie, écologie, géosciences et agrosciences Théodore Monod (Poitiers ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Agroressources, Biomolécules et Chimie pour l'Innovation en Santé (Limoges ; 2018-)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Chaleix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Sol, Frédérique Bregier, Véronique Rosilio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Lemercier, Sébastien Richeter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Épuration

Biotechnologie appliquée à l'environnement

Photosensibilisants

Mots clés libres

Phénalénone

Photodépollution

Antimicrobien

Greffage

Fonctionnalisation

Phenalenone

Photodepollution

Antimicrobial

Grafting

Functionalization

Résumé

Un photosensibilisateur est un composé capable de capter les rayonnements lumineux et de transférer cette énergie à des molécules voisines. En particulier, l'oxygène moléculaire peut capter cette énergie pour aboutir à de l’oxygène singulet, une forme de l’oxygène extrêmement réactive capable de détruire une grande variété de composés organique dont les constituants cellulaires et les polluants environnementaux. Avec un rendement quantique de production d'oxygène singulet proche de 1 dans tous les solvants, la phénalénone est un excellent photosensibilisateur qui présente l'avantage d'être synthétisé de manière relativement simple. Cependant, les fonctionnalisations décrites affectent parfois de manière drastique le rendement en oxygène singulet et l’utilisation de la phénalénone s’en trouve par conséquent limitée. Ainsi, au cours de ce travail, nous avons proposé dans un premier temps une série de fonctionnalisations de la phénalénone avec des fonctions aussi diverses qu’un azoture, un propargyle, un acide, une amine, un alcool et bien d’autres, permettant d’élargir son domaine d’utilisation sans perte d’efficacité du photosensibilisateur. Dans une seconde partie, certaines de ces fonctions ont été utilisées pour de nouvelles utilisations de la phénalénone. Celle-ci a ainsi pu être greffée sur des matériaux cellulosiques (bois et papier) et siliceux (verre et sable). Les propriétés antifongiques du bois ainsi fonctionnalisé sont actuellement à l'étude, tandis que les premiers tests de photodégradation du tébuconazole dans l'eau par du sable fonctionnalisé par la phénalénone ont donné des résultats prometteurs laissant entrevoir la possibilité d'utiliser ce matériau dans la photodépollution des eaux. La phénalénone a par ailleurs été greffée à une ou plusieurs chaines d’acide stéarique et l'étude de ces composés a mis en évidence la possibilité de former des assemblages supramoléculaires. Enfin, la phénalénone a été associée à des sels de triazolium pour une utilisation antibactérienne, et a montré une excellente activité de photoinhibition de la croissance, en particulier sur les bactéries à Gram positif.

A photosensitizer is a compound capable of capturing photons of light and transferring this energy to neighboring molecules. In particular, molecular oxygen can absorb this energy to lead to the formation of singlet oxygen, a very reactive oxygen species that can react with a large variety of organic compounds, cellular constituents and environmental pollutants. With a singlet oxygen quantum yield near unity in all of the most common solvents, phenalenone is an excellent photosensitizer which has the advantage of facile synthetic accessibility. However, chemical modification of this molecule drastically impacts the singlet oxygen quantum yield, thus limiting its use. Hence, during this work, we have proposed a series of phenalenone functionalizations with various functional groups like azide, propargyle, carboxylic acid, amine, alcohol and much more, enabling the expansion of its use without any loss of efficacy. In a second part, some of these derivatives were used for new applications of phenalenone. It was grafted on lignocellulosic materials (wood, paper) and siliceous materials (glass, sand). Antifungal properties of grafted wood are currently under study, while some preliminary tests of tebuconazole photodegradation of grafted sand in water gave promising results leaving open the possibility to use this material in water photodepollution. Phenalenone was also linked to one or two stearic acid chains and analysis of these derivatives highlighted their capacity to form supramolecular structures. Lastly, phenalenone was coupled to triazolium salts, and several derivatives have shown excellent photo-inhibition against microbial growth, in particular against Gram positive strains.