Glycosidation avec protection minimale en solution et sur support solide

Les glycosides sont reconnus pour leur potentiel pharmaceutique tels que les antibiotiques, les agents anticancéreux et antiviraux. Ils sont impliqués dans plusieurs processus biologiques entre autres la reconnaissance cellulaire, l’inflammation, la réponse immunitaire, la croissance, le transport cellulaire, l’adhésion cellulaire et les groupes sanguin. Notre groupe excelle dans la glycosidation stéréocontrôlée avec un minimum de protection suivant le concept d’activation à distance d’aglycones hétérocycliques anomériques. La présence d’une quantité sous stoechiométrique d’acide de Lewis, les (2-pyridyl)-β-D-glycosides déprotégés sont d’excellents donneurs permettant de haute sélectivité pour l’anomère- α-D de glycosides simples et complexes. Inversement, (2-pyridyl)-α-D-glycosides donnent les β-D-glycosides avec de bonne sélectivité. Des exemples de formation stéréocontrôlée de glycosides sont présentés dans cette thèse avec des accepteurs tels que les phénols, les stéroïdes, les terpènes et les acides hydroxyaminés. Cette méthodologie de glycosidation a été appliquée sur support solide.

Synthesis and evaluation of a solid supported molecular tweezer type receptor for cholesterol

A new macroporous stationary phase bearing 'tweezer' receptors that exhibit specificity for cholesterol has been constructed from rigid multifunctional vinylic monomers derived from 3,5-dibromobenzoic acid, propargyl alcohol and cholesterol. The synthesis of the novel tweezer monomer that contains two cholesterol receptor arms using palladium mediated Sonogashira methodologies and carbonate couplings is reported. The subsequent co-polymerisation of this tweezer monomer with a range of cross-linking agents via a 'pseudo' molecular imprinting approach afforded a diverse set of macroporous materials. The selectivity and efficacy of these materials for cholesterol binding was assessed using a chromatographic screening process. The optimum macroporous stationary phase material composition was subsequently used to construct monolithic solid phase extraction columns for use in the selective extraction of cholesterol from multi-component mixtures of structurally related steroids.

Solid supported micellar analysis: some syntheses and characterisations

A synthetic method for chemically tethering organic based surfactant molecules and fluorous surfactant molecules onto a high surface and pore volume silica has been developed. It is shown that heterogenisation of a simple water-soluble ions (i.e. molybdate ion and Co2+) can be accomplished onto these composite materials. They display an excellent activity and selectivity for oxidation of organic molecules in bulk organic solvent or in supercritical CO2. Characterisations indicate that catalysis occurs within the surface supported surfactant assemblies (chemically tethered reversed micelles) in the porous silica structure. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Solid-supported boronic acid conjugates for sugar and glycopeptide recognition

The Fmoc synthetic strategy was employed to synthesise two identical combinatorial peptide libraries on a hydrophilic PEG-PS resin. One library was appended with boronic acid moieties at two positionally-fixed locations. Successful inclusion of the boronic acid units was confirmed using a novel UV fluorescent colorimetric assay employing carminic acid as the dye compound. A study of the effect had by the resin-bound peptides bearing boronic acid groups on the binding characteristics of vancomycin, a medically relevant antibiotic glycoprotein, was conducted. In all, 132 library compounds were tested for their binding affinity with vancomycin, via immobilisation of the glycopeptide onto the solid support through hydrogen bonding or complexation with the boronic acid moieties. Subsequent cleavage via acidolysis afforded vancomycin containing solutions which were quantified by growth inhibition of methicillin susceptible Staphylococcus aureus. Comparison of the diameters of the resultant zones of inhibition and those produced by vancomycin of known concentrations afforded a means of calculating the vancomycin concentration of the cleavage solutions, and thereby determining the binding affinity of vancomycin to each peptide sequence. Five peptide sequences and twenty one of the peptidyl-boronic acid sequences showed zones of inhibition, demonstrating their reversible affinity for vancomycin. Three peptide sequences showed zones of inhibition in both libraries. The presence of boronic acid was therefore shown to impart, enhance, detract and remove the affinity of vancomycin to a range of resin-bound peptide sequences.

Synthesis of well-dispersed nanoparticles within porous solid structures using surface-tethered surfactants in supercritical CO2

We have developed a new method for the synthesis of Pd nanoparticles with controllable sizes within a silica matrix using solid-supported surfactants in supercritical CO2. XRD, HRTEM and CO chemisorption data show that unformly sized Pd nanoparticles are evenly distributed within the porous silica and are chemically tethered by surfactant molecules [poly(oxyethylene stearyl ether) and fluorinated poly(oxyethylene)]. It is postulated that tiny solid-supported surfactant assemblies act as nano-reactors for the template synthesis of nanoparticles or clusters from the soluble precursors therein.

Artificial Ribonucleases: Oligonucleotides Conjugated with Metal Ion Chelates of Azacrowns

Ribonucleic acid (RNA) has many biological roles in cells: it takes part in coding, decoding, regulating and expressing of the genes as well as has the capacity to work as a catalyst in numerous biological reactions. These qualities make RNA an interesting object of various studies. Development of useful tools with which to investigate RNA is a prerequisite for more advanced research in the field. One of such tools may be the artificial ribonucleases, which are oligonucleotide conjugates that sequence-selectively cleave complementary RNA targets. This thesis is aimed at developing new efficient metal-ion-based artificial ribonucleases. On one hand, to solve the challenges related to solid-supported synthesis of metal-ion-binding conjugates of oligonucleotides, and on the other hand, to quantify their ability to cleave various oligoribonucleotide targets in a pre-designed sequence selective manner. In this study several artificial ribonucleases based on cleaving capability of metal ion chelated azacrown moiety were designed and synthesized successfully. The most efficient ribonucleases were the ones with two azacrowns close to the 3´- end of the oligonucleotide strand. Different transition metal ions were introduced into the azacrown moiety and among them, the Zn2+ ion was found to be better than Cu2+ and Ni2+ ions.

Nanopatterning and functionalization of phospholipid-based Langmuir-Blodgett and Langmuir-Schaefer films

Durant les dernières décennies, la technique Langmuir-Blodgett (LB) s’est beaucoup développée dans l’approche « bottom-up » pour la création de couches ultra minces nanostructurées. Des patrons constitués de stries parallèles d’environ 100 à 200 nm de largeur ont été générés avec la technique de déposition LB de monocouches mixtes de 1,2-dilauroyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DLPC) et de 1,2-dipalmitoyl-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DPPC) sur des substrats de silicium et de mica. Afin d’amplifier la fonctionnalité de ces patrons, la 1-palmitoyl-2-(16-(S-methyldithio)hexadécanoyl)-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DSDPPC) et la 1-lauroyl-2-(12-(S-methyldithio)dodédecanoyl)-sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (DSDLPC) ont été employées pour la préparation de monocouches chimiquement hétérogènes. Ces analogues de phospholipide possèdent un groupement fonctionnel méthyldisulfide qui est attaché à la fin de l’une des chaînes alkyles. Une étude exhaustive sur la structure de la phase des monocouches Langmuir, Langmuir-Schaefer (LS) et LB de la DSDPPC et de la DSDLPC et leurs différents mélanges avec la DPPC ou la DLPC est présentée dans cette thèse. Tout d’abord, un contrôle limité de la périodicité et de la taille des motifs des stries parallèles de DPPC/DLPC a été obtenu en variant la composition lipidique, la pression de surface et la vitesse de déposition. Dans un mélange binaire de fraction molaire plus grande de lipide condensé que de lipide étendu, une vitesse de déposition plus lente et une plus basse pression de surface ont généré des stries plus continues et larges. L’addition d’un tensioactif, le cholestérol, au mélange binaire équimolaire de la DPPC/DLPC a permis la formation de stries parallèles à de plus hautes pressions de surface. La caractérisation des propriétés physiques des analogues de phospholipides a été nécessaire. La température de transition de phase de la DSDPPC de 44.5 ± 1.5 °C comparativement à 41.5 ± 0.3 °C pour la DPPC. L’isotherme de la DSDPPC est semblable à celui de la DPPC. La monocouche subit une transition de phase liquide-étendue-à-condensée (LE-C) à une pression de surface légèrement supérieure à celle de la DPPC (6 mN m-1 vs. 4 mN m-1) Tout comme la DLPC, la DSDLPC demeure dans la phase LE jusqu’à la rupture de la monocouche. Ces analogues de phospholipide existent dans un état plus étendu tout au long de la compression de la monocouche et montrent des pressions de surface de rupture plus basses que les phospholipides non-modifiés. La morphologie des domaines de monocouches Langmuir de la DPPC et de la DSDPPC à l’interface eau/air a été comparée par la microscopie à angle de Brewster (BAM). La DPPC forme une monocouche homogène à une pression de surface (π) > 10 mN/m, alors que des domaines en forme de fleurs sont formés dans la monocouche de DSDPPC jusqu’à une π ~ 30 mN m-1. La caractérisation de monocouches sur substrat solide a permis de démontrer que le patron de stries parallèles préalablement obtenu avec la DPPC/DLPC était reproduit en utilisant des mélanges de la DSDPPC/DLPC ou de la DPPC/DSDLPC donnant ainsi lieu à des patrons chimiquement hétérogènes. En général, pour obtenir le même état de phase que la DPPC, la monocouche de DSDPPC doit être comprimée à de plus hautes pressions de surface. Le groupement disulfide de ces analogues de phospholipide a été exploité, afin de (i) former des monocouches auto-assemblées sur l’or et de (ii) démontrer la métallisation sélective des terminaisons fonctionnalisées des stries. La spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X (XPS) a confirmé que la monocouche modifiée réagit avec la vapeur d’or pour former des thiolates d’or. L’adsorption de l’Au, de l’Ag et du Cu thermiquement évaporé démontre une adsorption préférentielle de la vapeur de métal sur la phase fonctionnalisée de disulfide seulement à des recouvrements sub-monocouche.

Heterogenisation of Os species on MCM-41 structure for epoxidation of trans-stilbene

Metal organic chemical vapour deposition technique (MOCVD) has been used to immobilise Os species onto the internal porous structure of MCM-41. Evidence suggests that volatile Os-3(CO)(12) cluster reacts with surface silanol groups of the MCM-41 via an oxidative addition reaction to yield a trinuclear HOs3(CO)(10)(OSi-) surface species. After heat treatment in air or at their very low surface coverage, these triangular sites break up to partially oxidised mononuclear surface species. In the presence of tert-butyl hydroperoxide (TBHP) as an oxidant, we demonstrate that the mononuclear species form extremely active species that catalyse the oxidation of trans-stilbene selectively to the corresponding epoxide. By carefully controlling the parameters of the MOCVD method (loading and calcination temperature), we report a new class of optimised MCM-41 porous heterogeneous catalysts carrying isolated but active Os sites for the selective oxidation of trans-stilbene in liquid phase. The reaction selectivity of the solid supported Os is apparently higher than the soluble homogeneous Os-3(CO)(12) cluster. It is envisaged that our solid supported catalysts not only facilitate separation from products but also offer an excellent utilisation of Os for catalysis. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

New magnetic nano-absorbent for the determination of n-octanol/water partition coefficients

A novel and generic miniaturization methodology for the determination of partition coefficient values of organic compounds in noctanol/water by using magnetic nanoparticles is, for the first time, described. We have successfully designed, synthesised and characterised new colloidal stable porous silica-encapsulated magnetic nanoparticles of controlled dimensions. These nanoparticles absorbing a tiny amount of n-octanol in their porous silica over-layer are homogeneously dispersed into a bulk aqueous phase (pH 7.40) containing an organic compound prior to magnetic separation. The small size of the particles and the efficient mixing allow a rapid establishment of the partition equilibrium of the organic compound between the solid supported n-octanol nano-droplets and the bulk aqueous phase. UV-vis spectrophotometry is then applied as a quantitative method to determine the concentration of the organic compound in the aqueous phase both before and after partitioning (after magnetic separation). log D values of organic compounds of pharmaceutical interest (0.65-3.50), determined by this novel methodology, were found to be in excellent agreement with the values measured by the shake-flask method in two independent laboratories, which are also consistent with the literature data. It was also found that this new technique gives a number of advantages such as providing an accurate measurement of log D value, a much shorter experimental time and a smaller sample size required. With this approach, the formation of a problematic emulsion, commonly encountered in shake-flask experiments, is eliminated. It is envisaged that this method could be applicable to the high throughput log D screening of drug candidates. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Preparation of nanomagnetic absorbent for partition coefficient measurement

In this paper, we report a new method based on supercritical carbon dioxide (scCO(2)) to fill and distribute the porous magnetic nanoparticles with n-octanol in a homogeneous manner. The high solubility of n-octanol in scCO(2) and high diffusivity and permeability of the fluid allow efficient delivery of n-octanol into the porous magnetic nanoparticles. Thus, the n-octanol-loaded magnetic nanoparticles can be readily dispersed into aqueous buffer (pH 7.40) to form a homogenous suspension consisting of nano-sized n-octanol droplets. We refer this suspension as the n-octanol stock solution. The n-octanol stock solution is then mixed with bulk aqueous phase (pH 7.40) containing an organic compound prior to magnetic separation. The small-size of the particles and the efficient mixing enable a rapid establishment of the partition equilibrium of the organic compound between the solid supported n-octanol nano-droplets and the bulk aqueous phase. UV-vis spectrophotometry is then applied to determine the concentration of the organic compound in the aqueous phase both before and after partitioning (after magnetic separation). As a result, log D values of organic compounds of pharmaceutical interest determined by this modified method are found to be in excellent agreement with the literature data. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Micellar catalysis for partial oxidation of toluene to benzoic acid in supercritical CO2: effects of fluorinated surfactants

One of the key hindrances on development of solid catalysts containing cobalt species for partial oxidation of organic molecules at mild conditions in conventional liquid phase is the severe metal leaching. The leached soluble Co species with a higher degree of freedom always out-performs those of solid supported Co species in oxidation catalysis. However, the homogeneous Co species concomitantly introduces separation problems. We have recently reponed for the first time, a new oxidation catalyst system for the oxidation of organic molecules in supercritical CO2 using the principle of micellar catalysis. [CF3(CF2)(8)COO](2)Co.xH(2)O (the fluorinated anionic moiety forms aqueous reverse micelles carrying water-soluble Co2+ cations in scCO(2)) was previously shown to be extremely active for the oxidation of toluene in the presence of sodium bromide in water-CO2 mixture, giving 98% conversion and 99% selectivity to benzoic acid at 120 degreesC. In this study, we show that the effects of varying the type of surfactant counterions and the length of the surfactant chains on catalysis. It is found that the use of [CF3(CF2)(8)COO](2)Mg.yH(2)O/Co(II) acetate is as effective as the [CF3(CF2)(8)COO](2)Co.xH(2)O and the fluorinated chain length used has a subtle effect on the catalytic rate measured. It is also demonstrated that this new type of micellar catalyst in scCO(2) can be easily separated via CO2 depressurisation and be reused without noticeable deactivation. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Festkörperunterstützte Lipid-Modellmembranen auf Gold zur Rekonstitution von Membranproteinen

Festkörperunterstützte Lipid-Modellmembranen auf Goldzur Rekonstitution von Membranproteinen Ziel der Arbeit war der Aufbau von Lipid-Modellmembranen auf Goldelektroden in welchen die funktionelle Aktivität von rekonstituierten Membranproteinen über elektrochemische Methoden nachgewiesen werden kann.Im Rahmen der Arbeit wurden Lipidbilayer mit und ohne hydrophile Ethylenglykol-Spacer durch Kombination von Selbstorganisation, Langmuir-Blodgett-Kuhn-Techniken und Vesikelfusion aufgebaut. Dabei dienten Thiolipide zur Verankerung der Membranen auf der Goldelektrode und es wurden diverse Wege verfolgt, deren Ankerdichte auf dem Substrat einzustellen.Eine Studie zum Aufbau von festkörperunterstützten Lipidbilayern durch Fusion von Vesikeln auf binäre Alkanthiol-/Hydroxythiol-Monolagen mit definierter Oberflächenenergie zeigte, daß eine minimale Grenzflächenenergie (Monolayer/Wasser) existiert, unterhalb welcher die Fusion nicht mehr zu einer zusätzlichen Monolage, sondern lediglich zur Ausbildung von adsorbierten oder teilgespreiteten Vesikeln führt.Zur Charakterisierung der Membranen wurden Oberflächenplasmonenresonanz, Impedanzspektroskopie, zyklische Voltammetrie, elektrochemische reduktive Desorption, Rasterkraftmikroskopie und Kontaktwinkelmessungen herangezogen.In die Modellmembranen wurden Membranproteine (Porin, Annexin V, H+-ATPase) sowie ganze Membranfragmente (Bande 3 aus roten Blutzellen) rekonstituiert und mittels elektrochemischer Methoden auf ihre funktionelle Aktivität überprüft.

Kontaktmechanik und Strukturierung von festkörperunterstützen Lipidmembranen

Die vorliegende Arbeit beschreibt unter anderem die Realisierung eines Assays aus mikrostrukturierten und selektiv funktionalisierten künstlichen Membransegmenten auf einem Chip. Die Strukturierungsmethode kombiniert die softlithographische Technik des Mikroformens in Kapillaren mit der Vesikelspreittechnik und bietet ein elegantes Verfahren, einzeln adressierbare Lipidsegmente im Mikrometer Regime zu erzeugen. Unter Berücksichtigung des hydrodynamischen Fließverhaltens und der Stabilitätskriterien für PDMS-Elastomere wurden außerdem neue Strukturen entwi-ckelt, die für den kombinierten Einsatz von Rasterkraftmikroskopie und Fluoreszenz-mikroskopie optimiert sind. Die Anwendbarkeit des Lab-On-A-Chip-Devices als Bio-sensor wurde durch zwei prominente Protein-Rezeptor-Bindungsstudien fluores-zenzmikroskopisch und rasterkraftmikroskopisch belegt. Im zweiten Teil der Arbeit sind die mechanischen und adhäsiven Eigenschaften aus-gewählter Lipidsysteme mit einer neuen Charakterisierungstechnik untersucht wor-den, die die Kontaktmechanik von Rastersonden und Lipidmembranen auf Basis der Digitalisierung von Hochgeschwindigkeitskraftkurven und einer automatisierten Multi-parameteranalyse quantitativ erfasst. Dabei konnte die Korrelation zwischen der Ad-häsion und den materialspezifischen Durchbruchlängen und Durchbruchkräften, die charakteristische Stabilitätsparameter der Lipidmembran darstellen, auf Systemen mit variierenden Kopfgruppen und Kettenlängen analysiert werden. Das Verfahren erlaubte zudem die simultane Quantifizierung der elastischen Eigenschaften der Li-piddoppelschichten. Zu den Kraftkurven wurden Simulationen der Systemantwort durchgeführt, die ein tieferes Verständnis der Kontrastentstehung ermöglichen.

Photofixierung von Lipidmembranen aus Glykolipopolymeren auf Goldoberflächen

Ziel war Herstellung und Charakterisierung festkörperunterstützter Membransysteme aus Glykolipopolymeren auf Goldoberflächen, mit elektrischen Eigenschaften, die denen der Schwarzfilmmembranen entsprechen. Um diese Eigenschaften mit impedanzspektroskopischen Techniken messen zu können, ist die Präparation der Membranen auf Goldfilmen notwendig. Eine direkte Verankerung der Glykolipopolymermoleküle (GLP) auf der Goldoberfläche ist nicht möglich, daher werden die untersuchten GLP mit Hilfe von photoreaktiven Molekülen kovalent auf der Goldoberfläche immobilisiert. Untersuchten Abstandhalter waren Thio-Polyethylenglykol und eine Mischung zweier Alkanthiole, bestehend aus 1-Thiohexanol und Bis-(Aminododecyl)-disulfid. Thio-PEG-Monoschichten zeigten sehr unterschiedliche Schichtdicken, weil die Moleküle auf der Oberfläche sehr unterschiedliche Konformationen annehmen können, die eine regelmässige Anordnung erschweren. Langmuir-Blodgett Übertrag sowie die durchgeführte photochemische Fixierung der GLP-Moleküle auf Thio-PEG Schichten führte zu Eigenschaften, die auf den Aufbau einer Lipidmonolage hinweisen. Diese stellte jedoch im Bereich der Lipidmoleküle keine geschlossene Schicht dar. Es kommen als Abstandhaltermoleküle für die Photofunktionalisierung nur Moleküle in Frage, die aufgrund ihrer Eigenschaften eine regelmässige Anordnung auf der Goldoberfläche anstreben. Diese Voraussetzung erfüllt am besten die Gruppe der Alkanthiole. Terminal funktionalisierte Alkanthiole müssen jedoch mit nicht oder anderweitig funktionalisierten Alkanthiolen verdünnt assembliert werden, um weitergehende Funktionalisierungen einzugehen. Die untersuchten GLP lassen sich aufgrund ihrer amphiphilen Struktur an der Wasser-Luft Grenzfläche vororientieren. In allen Fällen gelingt auch der Langmuir-Blodgett Übertrag der komprimierten Schicht, sowie, nach der für die Anbindung notwendigen Trocknung, die photochemisch kovalente Fixierung der Monoschicht durch Bestrahlung mit UV-Licht. Damit konnte erstmals die photochemisch kovalente Fixierung von GLPs auf der Goldoberfläche gezeigt werden. Untersuchungen erfolgten an einem Copolymer sowie zwei unterschiedlichen Homopolymermolekülen. Der unterschiedliche molekulare Aufbau der GLP spiegelt sich in ihrem Verhalten an der Wasser-Luft Grenzfläche sowie in den Eigenschaften der gebildeten Monoschichten wieder. Die Copolymer-Schichten zeigten sehr unterschiedliche Schichtdicken. Auch die EIS-Daten sind schlecht reproduzierbar. Dies ist auf die molekulare Struktur des Copolymers zurückzuführen. Gänzlich unterschiedlich verhalten sich die Homopolymere. Aufgrund ihrer Struktur lassen sie sich zu dichten Schichten komprimieren. Messungen der Fluoreszenzerholung nach Photobleichung (FRAP) zeigen homogene aber nicht fluide Schichten. Die photochemisch kovalente Fixierung des Moleküls auf der Goldoberfläche konnte durch SPR- sowie EIS-Messungen nachgewiesen werden. Die EIS-Messungen zeigen Werte, die sich in Bereichen der idealen Modellmembran bewegen. Der erfolgreiche Einbau von Valinomycin konnte bestätigt werden. FRAP Untersuchungen zeigten die Bildung homogener Schichten. Diese sind jedoch im Bereich der proximalen Lipidschicht nicht fluide. Um die Fluidität in Anlehnung an die Eigenschaften der natürlichen Membranen zu erhöhen, wurden die photochemisch kovalent fixierten Anker-Glykolipopolymer-Moleküle durch Mischung mit freien Lipiden lateral verdünnt. Auch die kovalente Fixierung der GLP-Bausteine innerhalb gemischten Schichten konnte erfolgreich demonstriert werden. Die Schichten zeigten sich jedoch, mit Ausnahme der Schichten aus 50mol% Homopolymer und 50mol% Lipid, inhomogen. Nach Photobleichung durch den Laserblitz kam es nur bei den 50mol%:50mol% -Schichten (Ho: Lipid) zur Erholung der Fluoreszenz, was auf das Vorliegen von beweglichen Lipidmolekülen innerhalb der Membran schliessen lässt. Der Versuch der Inkorporation von Valinomycin gelang ebenfalls. Alle genannten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die molekulare Architektur der hergestellten Schichten durch die unterschiedlichen Längendimensionen des Homopolymer-Moleküls einerseits, sowie des Lipids andererseits nicht für alle Mischungsverhältnisse ausreichend stabil ist. Die für die kovalente Fixierung erforderliche Trocknung der Schicht führt zu einer deutlichen Verminderung des Wassergehaltes des Systems und einer daraus resultierenden starken Destabilisierung der aufgebauten Schichten. Insgesamt gesehen stellt somit die photochemische Fixierung der glykosidischen Homopolymer-Membranen ein vielversprechendes Modellsystem dar.