Synthèses, propriétés et applications des glyco-hydrogélateurs

Syntheses, properties and applications of glyco-hydrogelators

• Auteur / Autrice : Shun Yao
• Direction : Sami Halila
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance le 16/11/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherches sur les macromolécules végétales (Grenoble ; 1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Corinne Ravelet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Djedaïni-Pilard, Julien Bernard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrocolloïdes

Autoassemblage

Mots clés libres

Réaction de Knoevenagel

Gel

Chimie chimio-Selective

Glycoamphiphiles

Auto-Assemblage

Hydrogels supramoléculaires

Biomimétisme

Knoevenagel condensation

Site-Selective modifications

Gel

Glycoamphiphiles

Self-Assembly

Supramolecular Hydrogels

Biomimetic

Résumé

Ce travail de thèse s’inscrit dans un vaste programme de recherche relatif à la synthèse et l’auto-assemblage contrôlé de glycoamphiphiles pour de nombreuses applications comme dans le biomédical, le diagnostic, la catalyse, la cosmétique, etc. Nous avons particulièrement ciblé certains glycoamphiphiles ou glyco-hydrogélateurs qui ont la capacité à s’auto-assembler hiérarchiquement en solution aqueuse pour former des glyco-nanostructures interpénétrées et in-fine des hydrogels supramoléculaires. Ainsi, deux familles de glycoamphiphiles ont été préparées selon un schéma de synthèse incluant pour la famille des β-C-glycosylbarbiturates la réaction de condensation de Knoevenagel avec des dérivés d’acides barbituriques dans l’eau et pour la famille des β-O-glycosylcarbamates la réaction β-stéréosélective de carbamatation entre des sucres possédant la fonction hydroxyle anomère libre et des isocyanates à chaîne grasse. Après un screening de dérivés de sucres, faisant varier la balance hydrophile/hydrophobe (HLB), nous avons trouvé des molécules permettant la gélification de solutions aqueuses. Les sels de sodium de β-C-glycosylbarbiturates permettent la gélification de l’eau en milieu acide et en présence d’ions calcium, pour donner différents glyco-nanostructures auto-assemblées selon leurs paramètres de forme. Une hydroxylation oxydative sélective du carbone en C-5 du cycle barbiturique dans l’eau oxygénée a permis la gélification de l’eau à pH neutre. De plus, nous avons montré la possibilité d’induire la gélification par l’action d’une α-glucosidase, permettant ainsi d’imaginer une utilisation dans le traitement du cancer du pancréas. Quant aux β-O-glycosylcarbamates, nous avons pu identifier le bon rapport HLB afin de former des hydrogels supramoléculaires où les glyco-nanostrcutures présentant à leur surface du maltose ou du mélibiose. L’hydrogel à base de mélibiose a été considéré comme un mime du biofilm bactérien de Pseudomonas aeruginosa. Nous avons montré que la lectine soluble LecA produite par P. aeruginosa qui a déstabiliser l’hydrogel à plus forte concentration. Ce travail n'est pas encore terminé et certaines propriétés physiques seront examinées ultérieurement.

This thesis is part of a large research program related to the synthesis and controlled self-assembly of glycoamphiphiles for numerous applications such as biomedical, diagnostic, catalysis, cosmetic, etc. Here, we targeted glycoamphiphiles or glyco-hydrogelators which have the ability to hierarchically self-assemble in aqueous solution to form interpenetrating glyco-nanostructures and in-fine supramolecular hydrogels. Thus, two families of glycoamphiphiles were prepared according to a synthesis scheme including, for the β-C-glycosylbarbiturates family, the Knoevenagel condensation reaction with barbituric acid derivatives in water and, for the β-O-glycosylcarbamates family, the β-stereoselective carbamation reaction between sugars possessing the free anomeric hydroxyl function and fatty chain isocyanates. After a screening of carbohydrate derivatives varying the hydrophilic/hydrophobic balance (HLB), we found molecules allowing the gelation of aqueous solutions. Sodium salts of β-C-glycosylbarbiturates enabled the gelation of water in acidic medium and in the presence of calcium ions, to give different self-assembled glyco-nanostructures according to their shape parameters. Selective oxidative hydroxylation of the C-5 carbon of the barbiturate ring with hydrogen peroxide led to gelation of water at neutral pH. Moreover, we have shown the possibility of inducing gelation by the action of an α-glucosidase, thus giving perspectives in the treatment of pancreatic cancer. For β-O-glycosylcarbamates, we identified the right HLB ratio to form supramolecular hydrogels where glyco-nanostructures display maltose or melibiose on their surfaces. The melibiose-based hydrogel was considered as a mimic of the bacterial biofilm of Pseudomonas aeruginosa. We showed that the soluble lectin LecA produced by P. aeruginosa which destabilized the hydrogel at high concentration. This work has not been fully achieved and some physical properties will be examined later.