Synthèse et modulation des propriétés de nouveaux polymères dégradables fonctionnels par le contrôle fin de leur structure

Synthesis and Properties modulation of novel functional degradable polymers by means of fine tuning of their structure

• Auteur / Autrice : Kamolchanok Sarisuta
• Direction : Blanca Martin-Vaca, Hiroharu Ajiro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie macromoléculaire et supramoléculaire
• Date : Soutenance le 23/07/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....) en cotutelle avec Nara institute of science and technology (Japon)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hétérochimie Fondamentale et Appliquée (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de délivrance conjointe : Université Toulouse 3 Paul Sabatier (1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Gwénaël Rapenne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Lefay
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Véronique Celton, Colin Bonduelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Copolymérisation radicalaire

Polycarbonates

Polyesters aliphatiques

Mots clés libres

Polyesters aliphatiques

Copolymérisation

Polycarbonates aliphatiques

Modification post-polymérisation

Réaction thiol-ène

Polymérisation par ouverture de cycle

Ionomère

Aliphatic polyesters

Aliphatic polycarbonates

Thiol-ene Reaction

Post-polymerization modification

Ring-opening Polymerization

Ionomer

Résumé

Les polyesters aliphatiques (APE) et les polycarbonates (APC) biodégradables sont des candidats prometteurs pour des applications cliniques en raison de leur faible toxicité, de leur biocompatibilité et de leur biodégradabilité. La polymérisation par ouverture de cycle (ROP) est largement utilisée pour synthétiser une large gamme d'APE et d'APC avec des structures bien contrôlées. Afin d'améliorer les fonctionnalités et d'étendre les applications dans le domaine biomédical, cette thèse se concentre sur la conception structurelle précise de nouveaux APE et APC comportant des groupes fonctionnels pendants introduits sur la chaîne polymère ou les extrémités de la chaîne, dans le but d'évaluer les propriétés qui pourraient améliorer leur potentiel dans diverses applications biomédicales. Notre stratégie comprend d'une part la synthèse de polylactides sensibles au pH avec des extrémités de chaîne fonctionnelles en utilisant des amorceurs fonctionnalisés pour déclencher l'agrégation. D'autre part, la copolymérisation du triméthylène carbonate (TMC) et du 5-méthylène-1,3-dioxane-2-one (exTMC) a été réalisée pour obtenir de copolymères à caractère aléatoire parfait avec la fonctionnalisation des chaînes latérales grâce à des réactions thiol-ène post-polymérisation. Cette approche permet d'ajuster les types, les quantités et les distributions de groupes fonctionnels dans un processus rationalisé en trois étapes, de la synthèse du monomère au polymère fonctionnalisé. En outre, l'étude de diverses structures de copolymères TMC et exTMC ou exTMC fonctionnalisés pour des applications de biomatériaux a été menée. Cette étude a exploré la possibilité d'accorder les types et les quantités de fonctionnalités des copolymères pour gérer efficacement les propriétés des polymères (équilibre hydrophile/hydrophobe, dégradabilité, biocompatibilité...). En outre, la conception structurelle précise par le biais de la réticulation via des carboxylates métalliques a été examinée. La réticulation dynamique pour former des ionomères aux propriétés élastiques a été facilitée par la coordination d'ions métalliques aux groupes carboxylates pendants du PTMC-co-PexTMCCOOH, étendant ainsi l'application des copolymères dans des domaines biomédicaux appropriés. Dans l'ensemble, cette thèse présente une approche complète de la synthèse de polymères biodégradables fonctionnalisés, fournissant des matériaux polyvalents et réglables pour des applications biomédicales avancées.

Biodegradable aliphatic polyesters (APEs) and polycarbonates (APCs) are promising candidates for clinical applications due to their low toxicity, biocompatibility, and biodegradability. Ring-opening polymerization (ROP) is widely employed to synthesize a wide range of APEs and APCs with well-controlled structures. In order to improve functionalities and expand applications in the biomedical field, this thesis focuses on the precise structural design of novel APEs and APCs featuring pendant functional groups introduced on the polymer chain or the chain ends, with the aim of evaluating properties that could enhance their potential in various biomedical applications. Our developed strategy includes on one hand, the synthesis of pH-responsive polylactides with functional chain ends using functionalized initiators to trigger aggregation. On the other hand, the copolymerization of trimethylene carbonate (TMC) and 5-methylene-1,3-dioxane-2-one (exTMC) was carried out to achieve perfect randomness in side-chain functionalization through post-polymerization thiol-ene reactions. This approach allows for adjustable types, amounts, and distributions of functional groups in a streamlined three-step process from monomer synthesis to functionalized polymer. Additionally, the investigation of various TMC and exTMC or functionalized exTMC copolymer structures for biomaterial applications was conducted. This study explored the tunability of copolymer functionality types and amounts to manage polymer properties effectively (hydrophilic/hydrophobic balance, degradability, biocompatibility ...). Furthermore, precise structural design through crosslinking via metal-carboxylates was examined. Dynamic crosslinking to form ionomers with elastic properties was facilitated by coordinating metallic ions to the pendant carboxylate groups of PTMC-co-PexTMCCOOH, thereby extending the application of copolymers in appropriate biomedical fields. Overall, this thesis presents a comprehensive approach to the synthesis of functionalized biodegradable polymers, providing versatile and tunable materials for advanced biomedical applications.