Synthesis of [1]rotaxanes by active metal template for the conception of an autonomous and adaptative artificial polymerase

Cette thèse est consacrée à la mise au point d'une machine moléculaire artificielle sous la forme d'un [1]rotaxane, capable de synthétiser différents polymères de façon autonome. Au cours de cette étude, nous avons réalisé la première synthèse hautement diastéréosélective de [1]rotaxanes par la méthode de reconnaissance active catalysée au cuivre(I). Nous avons montré qu'un frein moléculaire est nécessaire pour assurer la stabilité de l'architecture entrelacée. De plus, l'utilisation d'un macrocycle avec une chaine latérale courte est indispensable pour favoriser la synthèse de lassos moléculaires. Enfin, le centre asymétrique du frein moléculaire guide la stéréosélectivité de la réaction. Ceci permet de faire la synthèse stéréodivergente de [1]rotaxanes à partir de macrocycles énantiomériquement purs. La seconde partie du projet concerne et de la processivité potentielle de ce type d'architecture moléculaire. Dans ce cadre, nous avons construit un [2]rotaxane présentant un stoppeur labile et une fonction thiol protégée sur la chaine latérale du macrocycle. La libération contrôlée du thiol induit la formation d'un [1]rotaxane piégé in situ par un nucléophile indiquant le potentiel de cette approche pour la conception de machines moléculaires fonctionnant de façon itérative.This thesis is devoted to the development of an artificial molecular machine in the form of [1]rotaxane, designed to synthesize different kind of polymers autonomously. During this study, we accomplished the first highly diastereoselective synthesis of [1]rotaxanes by the copper(I)-catalysed active template method. We showed that a molecular brake was necessary to ensure the stability of the interlocked architecture. Moreover, the use of a short lateral chain of the macrocycle is essential to promote the synthesis of molecular lassos. Finally, the asymmetric center of the molecular brake induces the stereoselectivity of the reaction. This allows us to accomplish the stereodivergent synthesis of [1]rotaxanes from enantiomerically pure macrocycles. The second part of this project concerns the study of the potential processivity of this kind of molecular architecture. In this context, we built a [2]rotaxane which has a labile stopper and a protected thiol moiety on the lateral chain of the macrocycle. The controlled release of the thiol leads to the formation of a [1]rotaxane trapped in situ by a nucleophile, showing the potential of this approach for the design of molecular machines working processively

Rotaxane-based architectures for biological applications

International audienceRécemment, le développement de rotaxanes pour des applications biologiques a suscité un intérêt grandissant. Dans cette mise au point, nous résumons les principaux progrès qui ont été réalisés dans ce domaine, en décrivant successivement les rotaxanes encapsulant des squaraines pour l'imagerie biologique, les rotaxanes hôtes comme agents de transport cellulaire, les rotaxanes enzymo-sensibles et les nanoparticules de silice mésoporeuse revêtues de « nanovalves » pour la délivrance de médicaments

Absolute configuration of a [1]rotaxane determined from vibrational and electronic circular dichroism spectra

International audienceThe experimental vibrational circular dichroism (VCD) and electronic circular dichroism (ECD) spectra were measured for the enantiomers of [1]rotaxane 1. These experimental spectra have been analyzed using predicted VCD and ECD spectra for (S, Rmp) or (S, Smp) diastereomers using density functional theory. This comparison allowed for a definitive assignment of the absolute configuration of 1

Diastereoselective synthesis of [1]rotaxanes via an active metal template strategy

International audienceDespite the impressive number of interlocked molecules described in the literature over the past 30 years, only a few stereoselective syntheses of mechanically chiral rotaxanes have been reported so far. In this study, we present the first diastereoselective synthesis of mechanically planar chiral [1]rotaxanes, that has been achieved using the active template Cu-mediated alkyne-azide cycloaddition reaction. This synthetic method has been applied to the preparation of a [1]rotaxane bearing a labile stopper that can then be substituted without disruption of the mechanical bond. This approach paves the way for the synthesis of a wide variety of mechanically planar chiral [1]rotaxanes, hence allowing the study of the properties and potential applications of this class of interlocked molecular architectures