Influence d'un macrocycle dans des architectures moléculaires [2]rotaxanes : application à l’étude des effets interdépendants entre un macrocycle et un foldamère dans de nouvelles structures foldarotaxanes

Influence of a macrocycle in [2]rotaxane molecular architectures : application to the study of interdependent effects between a macrocycle and a foldamer in new foldarotaxane structures

• Auteur / Autrice : Maxime Gauthier
• Direction : Frédéric Coutrot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie biomoléculaire
• Date : Soutenance le 09/12/2021
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Biomolécules Max Mousseron (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Matthieu Sollogoub
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Coutrot, Matthieu Sollogoub, Nathan McClenaghan, Gwénaël Rapenne, Ivan Huc, Yann Ferrand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathan McClenaghan, Gwénaël Rapenne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rotaxanes

Foldamères

Machines moléculaires

Mots clés libres

Machine moléculaire

Rotaxane

Foldamère

Foldarotaxane

Protection non-Covalente

Db24c8

Molecular machine

Rotaxane

Foldamer

Foldarotaxane

Non-Covalent protection

Db24c8

Résumé

Les molécules entrelacées sont des espèces séduisantes car leurs propriétés sont intimement liées à leur topologie. Depuis l’avènement de la chimie supramoléculaire, l’accès à ces structures est devenu plus aisé grâce à l’utilisation d’interactions faibles entre les composants à assembler. Les différents projets développés dans ce manuscrit visent à élargir nos connaissances, en développant de nouvelles machines moléculaires complexes et inédites dans lesquelles un macrocycle jouerait un rôle sur la réactivité (protection non-covalente temporaire ou permanente d’une fonction) ou la reconnaissance intermoléculaire de l’axe moléculaire de [2]rotaxanes.Mon manuscrit de thèse s’articule autour de trois chapitres. Un premier chapitre concerne l’utilisation d’un macrocycle DB24C8 comme groupement protecteur non-covalent d’une fonction amide de Weinreb et/ou cétone vis-à-vis d’un réactif organomagnésien. Au cours de cette étude, il a été montré que ces deux fonctionnalités pouvaient jouer le rôle de stations moléculaires secondaires pour la DB24C8. Ainsi, la localisation du macrocycle le long de l’axe entrelacé pourrait permettre une protection sélective permanente ou temporaire d’une de ceux deux fonctionnalités. Le deuxième chapitre rapporte dans un premier temps la synthèse d’une structure supramoléculaire inédite nommée « foldarotaxane » (i.e. combinaison entre architectures rotaxane et foldaxane). Dans un second temps, il a été montré que la localisation du macrocycle dans le [2]rotaxane précurseur avait une grande influence sur la constante d’association foldamère/rotaxane. En dernier lieu, il a été envisagé d’utiliser cette capacité du macrocycle à altérer l’affinité du foldamère pour envisager la préparation et l’étude de la première machine moléculaire foldarotaxane avec un mouvement contrôlé interdépendant entre le macrocycle et le foldamère. Enfin, le troisième et dernier chapitre est une extension des travaux antérieurs de l’équipe et concerne la préparation de molécules entrelacées ne possédant pas de « template » efficace pour permettre leur synthèse dirigée via les méthodes classiques. Afin de déplacer le macrocycle autour d’une région de l’axe d’un [2]rotaxane pour laquelle il n’a pas d’affinité, nous proposons l’utilisation d’un foldamère comme auxiliaire supramoléculaire capable de compartimenter l’axe, en séquestrant le macrocycle autour d’une section dénuée de tout site d’interaction. La présence d’un lien clivable au sein de l’axe moléculaire permet par la suite la libération du [2]rotaxane « improbable ». Il a également été envisagé d’utiliser un auxiliaire foldamère pour permettre : (a) le franchissement et/ou la séquestration d’un macrocycle autour d’une section de l’axe pour laquelle il aurait de la répulsion (i.e. chaîne alkyle perfluorée), (b) la séquestration d’un macrocycle autour d’un axe moléculaire dépourvus d’extrémités volumineuses (i.e. de bouchons stériques covalents).

Interlocked molecules are attractive species because their properties are intimately linked to their topology. Since the advent of supramolecular chemistry, access to these structures has become easier thanks to the use of weak interactions between the components to be assembled. The various projects developed in this manuscript aim to broaden our knowledge, by developing new complex molecular machines in which a macrocycle would play a role in the reactivity (temporary or permanent non-covalent protection of a function) or the intermolecular recognition of the molecular thread of [2]rotaxanes.My thesis manuscript is organized around three chapters. A first chapter concerns the use of a DB24C8 macrocycle as a non-covalent protective group for a Weinreb amide and / or ketone function with respect to an organomagnesium reagent. During this study, it was shown that these two functionalities could play the role of secondary molecular stations for DB24C8. Thus, the localization of the macrocycle along the interlaced axis could allow permanent or temporary selective protection of one of these two functionalities. The second chapter first reports on the synthesis of a novel supramolecular structure called "foldarotaxane" (i.e. combination between rotaxane and foldaxane architectures). Secondly, it was shown that the localization of the macrocycle in the [2]rotaxane precursor had a great influence on the foldamer / rotaxane association constant. Finally, it was considered to use this ability of the macrocycle to alter the affinity of the foldamer to consider the preparation and study of the first foldarotaxane molecular machine with a controlled interdependent movement between the macrocycle and the foldamer. Finally, the third and final chapter is an extension of the team's previous work and concerns the preparation of interlocked molecules that do not have an efficient "template" to allow their directed synthesis via classical methods. In order to move the macrocycle around a region of the thread of a [2]rotaxane for which it has no affinity, we propose the use of a foldamer as a supramolecular auxiliary able to compartmentalized the thread, by sequestering the macrocycle around a section devoid of any interaction site. The presence of a cleavable bond within the molecular thread subsequently allows the release of the "improbable" [2]rotaxane. It was also considered to use a foldamer auxiliary to allow: (a) the crossing and / or the sequestration of a macrocycle around a section of the thread for which it would have repulsion (ie perfluorinated alkyl chain) , (b) the sequestration of a macrocycle around a molecular thread devoid of bulky ends (ie steric and covalent stoppers).