Étude sur l'utilisation de liquides ioniques à base imidazolium pour l'extraction sélective de phosphopeptides

La phosphorylation des protéines constitue l’une des plus importantes modifications post-traductionnelles (PTMs) et intervient dans de multiples processus physiologiques tels, la croissance, la différenciation cellulaire, l’apoptose, etc. En dépit de son importance, l’analyse des phosphoprotéines demeure une tâche difficile en raison de leur nature dynamique (car la phosphorylation des protéines est un processus réversible) et de leur faible abondance relative. En effet, la détermination des sites de phosphorylation est souvent difficile car les phosphopeptides sont souvent difficiles à détecter par des méthodes d’analyse chromatographique classique et par spectrométrie de masse (MS). De récentes études ont démontré que les nombreuses méthodes d’enrichissement de phosphopeptides existantes ne sont pas complètes, et que le nombre total de phosphopeptides détectés ne chevauchent pas complètement ces méthodes. C’est pour cela qu’il existe une nécessité de combler les lacunes des méthodes d’enrichissement existantes afin d’avoir des analyses phosphoprotéomiques plus complètes. Dans cette étude, nous avons utilisé les liquides ioniques (LI), plus particulièrement les sels d’imidazolium, comme une technique d’enrichissement alternative, dans le but de favoriser une extraction sélective de phosphopeptides présents en solution. Les sels d’imidazolium ont donc été utilisés en raison de leurs propriétés physico-chimiques "facilement" ajustables selon la nature des substituants sur le noyau imidazolium et la nature de l’anion. Les sels de monoimidazolium et de bis-imidazolium possédant respectivement des chaînes linéaires à 4, 12 et 16 atomes de carbone et ayant différents anions ont été synthétisés et utilisés pour effectuer des extractions liquide-liquide et solide-liquide des phosphopeptides en solution. Dans un premier temps, des extractions liquide-liquide ont été réalisées en utilisant un liquide ionique (LI) ayant une chaine linéaire de 4 atomes de carbone. Ces extractions réalisées avec le bis(trifluoromethanesulfonyl) amide de 3-butyl-1-methylimidazolium (BMIM-NTf2) et l’hexafluorophosphate de 3-butyl-1-methylimidazolium (BMIM-PF6) n’ont pas montré une extraction notable du PPS comparativement au PN. Dans un deuxième temps, des extractions solide-liquide ont été réalisées en fonctionnalisant des particules solides avec des sels d’imidazolium possédant des chaines linéaires de 12 ou 16 atomes de carbone. Ces extractions ont été faites en utilisant un phosphopentapeptide Ac-Ile-pTyr-Gly-Glu-Phe-NH2 (PPS) en présence de 2 analogues acides non-phosphorylés. Il a été démontré que les sels d’imidazolium à chaine C12 étaient meilleurs pour extraire le PPS que les deux autres peptides PN (Ac-Ile-Tyr-Gly-Glu-Phe-NH2) et PE (Ac-Glu-Tyr-Gly-Glu-Phe-NH2) L’électrophorèse capillaire (CE) et la chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS) ont été utilisées pour quantifier le mélange des trois peptides avant et après extraction ; dans le but de mesurer la sélectivité et l’efficacité d’extraction de ces peptides par rapport à la composition chimique du liquide ionique utilisé.

Développement de nouveaux sels Binol-imidazoliums : de la catalyse asymétrique aux applications biologiques

Le 1,1'-bi-2-naphtol ou Binol, présentant une chiralité axiale, est un ligand très utilisé en catalyse asymétrique. Au cours des vingt dernières années, le Binol a servi de synthon à l’élaboration de très nombreux ligands permettant la catalyse asymétrique de tous types de réactions, allant de l’hydrogénation, à l’alkylation, en passant par diverses réactions péricycliques. Le grand intérêt pour ce ligand vient de sa versatilité et des nombreuses possibilités de fonctionnalisation qu’il offre, permettant d’altérer ses propriétés catalytiques à volonté, aussi bien en modifiant son caractère électronique, qu’en introduisant des facteurs stériques autour du site catalytique. Parallèlement aux développements de la catalyse par des dérivés de Binol, le domaine des liquides ioniques a connu un intérêt croissant ces dernières années. Les liquides ioniques, sels dont le point de fusion est inférieur à 100°C, cumulent de nombreuses qualités convoitées : faible pression de vapeur, stabilité thermique et chimique et fort pouvoir de solvatation. Dû à ces propriétés, les liquides ioniques ont principalement été étudiés dans l’optique de développer une gamme de solvants recyclables. Alors que les propriétés des liquides ioniques sont facilement modulables en fonction de l’anion et du cation choisi, le concept de liquide ionique à tâche spécifique va plus loin et propose d’introduire directement, sur le cation ou l’anion, un groupement conférant une propriété particulière. En suivant cette approche, plusieurs ligands ioniques ont été rapportés, par simple couplage d’un cation organique à un ligand déjà connu. Étonnamment, le Binol a fait l’objet de très peu de travaux pour l’élaboration de ligands ioniques. Dans cette thèse, nous proposons l’étude d’une famille de composés de type Binol-imidazolium dont les unités Binol et imidazolium sont séparées par un espaceur méthylène. Différents homologues ont été synthétisés en variant le nombre d’unités imidazolium et leur position sur le noyau Binol, la longueur de la chaîne alkyle portée par les unités imidazolium et la nature du contre-anion. Après une étude des propriétés thermiques de ces composés, l’utilisation des Binol-imidazoliums en tant que ligands dans une réaction asymétrique d’éthylation d’aldéhydes aromatique a été étudiée en milieu liquide ionique. La réaction a été conduite en solvant liquide ionique dans le but de recycler aussi bien le ligand Binol-imidazolium que le solvant, en fin de réaction. Cette étude nous a permis de démontrer que la sélectivité de ces ligands ioniques dépend grandement de leur structure. En effet, seuls les Binols fonctionnalisés en positions 6 et 6’ permettent une sélectivité de la réaction d’éthylation. Alors que les dérivés de Binol fonctionnalisés en positions 3 et 3’ ne permettent pas une catalyse énantiosélective, il a déjà été rapporté que ces composés avaient la capacité de complexer des anions. D’autre part, il a déjà été rapporté par notre groupe, que les composés comportant des unités imidazolium pouvaient permettre le transport d’anions à travers des bicouches lipidiques en fonction de leur amphiphilie. Ceci nous a amenés à la deuxième partie de cette thèse qui porte sur les propriétés ionophores des Binols fonctionnalisés en positions 3 et 3’ par des unités imidazoliums. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’étude de la relation structure-activité et au mécanisme de transport de ces composés. Le transport d’anions étant un processus clé dans la biologie cellulaire, l’activité biologique des composés présentant une activité ionophore dans des systèmes modèles (liposomes) a été étudiée par la suite. L’activité antibactérienne des nos composés a été testée sur quatre souches de bactéries. Il s’est avéré que les composés Binol-imidazolium sont actifs uniquement sur les bactéries Gram positives. Finalement, la cytotoxicité des composés présentant une activité antibactérienne a été étudiée sur des cellules humaines.

Electrochemical single-molecule transistors with optimized gate coupling

Electrochemical gating at the single molecule level of viologen molecular bridges in ionic liquids is examined. Contrary to previous data recorded in aqueous electrolytes, a clear and sharp peak in the single molecule conductance versus electrochemical potential data is obtained in ionic liquids. These data are rationalized in terms of a two-step electrochemical model for charge transport across the redox bridge. In this model the gate coupling in the ionic liquid is found to be fully effective with a modeled gate coupling parameter, ξ, of unity. This compares to a much lower gate coupling parameter of 0.2 for the equivalent aqueous gating system. This study shows that ionic liquids are far more effective media for gating the conductance of single molecules than either solid-state three-terminal platforms created using nanolithography, or aqueous media.

Effect of solvent on the adsorption behavior and on the surface properties of Sterculia striata polysaccharide

Characterization of Sterculia striate polysaccharide (SSP) films adsorbed onto Si wafers from solutions prepared in ethyl methyl imidazolium acetate (EmimAc), water or NaOH 0.01 mol/L was systematically studied by means of ellipsometry, atomic force microscopy and contact angle measurements. SSP adsorbed from EmimAc onto Si wafer as homogeneous monolayers (similar to 0.5 nm thick), while from water or NaOH 0.01 mol/L SSP formed layers of similar to 4.0 nm and similar to 1.5 nm thick, respectively. Surface energy values found for SSP adsorbed from EmimAc or water were 68 +/- 2 mJ/m(2) and 65 +/- 2 mJ/m(2), respectively, whereas from NaOH it amounted to 57 +/- 3 mJ/m(2). The immobilization of lysozyme (LYS) onto SSP films was also investigated. The mean thickness of LYS (d(LYS)) immobilized onto SSP films adsorbed from each solvent tended to increase with the decrease of gamma(P)(S) and gamma(total)(S). However, the enzymatic activity of LYS molecules was higher when they were immobilized onto SSP films with higher gamma(P)(S) and gamma(total)(S) values. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Improving the enantioselective bioreduction of aromatic ketones mediated by Aspergillus terreus and Rhizopus oryzae: the role of glycerol as a co-solvent

The improvement of the enzymatic performance of Aspergillus terreus and Rhizopus oryzae in enantioselective bioreductions by using glycerol as a co-solvent has been studied. In the most of the bioreductions, glycerol has demonstrated its potential for improved conversions (up to >99%) and enantioselectivities (up to >99%) when compared to reactions in aqueous or other aqueous-organic media (THF, diethyl ether, toluene, DMSO and acetonitrile). Moreover, high isolated yields of the desired chiral alcohols have been obtained on a preparative scale showing the great potential of this green solvent in biocatalysis. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Chitosan, sisal cellulose, and biocomposite chitosan/sisal cellulose films prepared from thiourea/NaOH aqueous solution

Environmentally friendly biocomposites were successfully prepared by dissolving chitosan and cellulose in a NaOH/thiourea solvent with subsequent heating and film casting. Under the considered conditions, NaOH/thiourea led to chain depolymerization of both biopolymers without a dramatic loss of film forming capacities. Compatibility of both biopolymers in the biocomposite was firstly assessed through scanning electron microscopy, revealing an intermediate organization between cellulose fiber network and smoothness of pure chitosan. DSC analyses led to exothermic peaks close to 285 and 315 degrees C for the biocomposite, compared to the exothermic peaks of chitosan (275 degrees C) and cellulose (265 and 305 degrees C), suggesting interactions between chitosan and cellulose. Contact angle analyses pointed out the deformation that can occur at the surface due to the high affinity of the;e materials with water. T(2) NMR relaxometry behavior of biocomposites appeared to be dominated by chitosan. Other properties of films, as crystallinity, water sorption isotherms, among others, are also discussed. (C) 2010 Published by Elsevier Ltd.

Ion diffusion in molten salt mixtures

The molten salts, 1-methyl,3-ethylimidazolium trifluoromethanesulfonate (triflate salt, MeEtImTf) and 1-methyl,3-ethylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonimide) (imide salt, MeEtImNTf₂) are colourless ionic liquids with conductivities of the order of 10⁻² S cm⁻¹ at room temperature. DSC measurements revealed subambient melting and glass transition temperatures. Analysis of the anion and cation diffusion coefficients suggested that the cation was the dominant charge carrier and that the motion was largely independent of the anion. Haven ratios (H_Rs) of 1 and 1.6 were determined for the imide and triflate salts, respectively, at 30°C (303 K). Values greater than one imply some degree of ionic association, suggesting that aggregation is present in the triflate salt. Mixing of the salts to form binary systems resulted in enhanced conductivities which deviated from a simple law of mixtures. Thermal analysis showed no evidence of a melting point with only a glass transition observed. Corresponding diffusion measurements for the binaries appeared to show a weighted average of the diffusion coefficients of the pure components. The increased conductivity can be attributed to an increase in the number of charge carriers as a result of decreased ion association in the binary.

Aluminium speciation in 1-Butyl-1-Methylpyrrolidinium Bis(trifluoromethylsulfonyl)amide/AlCl3 mixtures

Aluminium speciation: Aluminium speciation in NTf₂ ionic liquids has a strong influence on its electrodeposition from the liquid mixture. This work probed the nature of these species and proposes that the electroactive species involved are either [AlCl₃(NTf₂)]⁻ or [AlCl₂(NTf₂)₂]⁻ (e.g., see figure).


Electrodeposition of aluminium is possible from solutions of AlCl₃ dissolved in the 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide (C₄mpyrNTf₂) ionic liquid. However, electrodeposition is dependant on the AlCl₃ concentration as it only occurs at concentrations >1.6 mol L⁻¹. At these relatively high AlCl₃ concentrations the C₄mpyrNTf₂/AlCl₃ mixtures exhibit biphasic behaviour. Notably, at 1.6 mol L⁻¹ AlCl₃, aluminium can only be electrodeposited from the upper phase. Conversely, we found that at 3.3 mol L⁻¹ aluminium electrodeposition can only occur from the lower phase. The complex chemistry of the C₄mpyrNTf₂/AlCl₃ system is described and implications of aluminium speciation in several C₄mpyrNTf₂/AlCl₃ mixtures, as deduced from Raman and ²⁷Al NMR spectroscopic data, are discussed. The ²⁷Al NMR spectra of the C₄mpyrNTf₂/AlCl₃ mixtures revealed the presence of both tetrahedrally and octahedrally coordinated aluminium species. Raman spectroscopy revealed that the level of uncoordinated NTf₂⁻ anions decreased with increasing AlCl₃ concentration. Quantum chemical calculations using density functional and ab initio theory were employed to identify plausible aluminium-containing species and to calculate their vibrational frequencies, which in turn assisted the assignment of the observed Raman bands. The data indicate that the electroactive species involved are likely to be either [AlCl₃(NTf₂)]⁻ or [AlCl₂(NTf₂)₂]⁻.

Recruitment of class I hydrophobins to the air : water interface initiates a multi-step process of functional amyloid formation

Class I fungal hydrophobins form amphipathic monolayers composed of amyloid rodlets. This is a remarkable case of functional amyloid formation in that a hydrophobic:hydrophilic interface is required to trigger the self-assembly of the proteins. The mechanism of rodlet formation and the role of the interface in this process have not been well understood. Here, we have studied the effect of a range of additives, including ionic liquids, alcohols, and detergents, on rodlet formation by two class I hydrophobins, EAS and DewA. Although the conformation of the hydrophobins in these different solutions is not altered, we observe that the rate of rodlet formation is slowed as the surface tension of the solution is decreased, regardless of the nature of the additive. These results suggest that interface properties are of critical importance for the recruitment, alignment, and structural rearrangement of the amphipathic hydrophobin monomers. This work gives insight into the forces that drive macromolecular assembly of this unique family of proteins and allows us to propose a three-stage model for the interface-driven formation of rodlets.

Control of biodegradation of a Mg alloy in simulated body fluid

Mg alloy AZ31 is an attractive candidate for coronary artery stents, as it possesses excellent biocompatibility in human body and good mechanical properties. However, AZ31 magnesium alloys generally have poor corrosion resistance in the body environment. This paper reports on the early stages of an investigation into the corrosion mechanism and the morphology of corrosion of AZ31 in simulated body fluid (SBF). The investigation will also consider ways of improving corrosion resistance of this alloy in SBF through the use of ionic liquids. The results to date have shown that AZ31 suffers severe localized pitting corrosion in SBF. The pits mainly develop adjacent to the Al-Mn intermetallic second phase in the α matrix. Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy results revealed the presence of Mg, O, Ca, and P in the layer of corrosion product. Treatment of the AZ31 alloy prior to corrosion testing in SBF with the ionic liquid trimethyl (butyl) phosphonium diphenyl phosphate (P1444DPP) produced some increase in the corrosion resistance of the alloy.

Tri-component bio-composite materials prepared using an eco-friendly processing route

We report on the blending of three natural polymers, raw cotton, silk and wool, using ionic liquids as the dissolving media. We find that with increased content of wool and silk the thermal degradation temperature of the new bio films increases. This is due to an increase in the hydrogen bond network between the blended polymers. We also investigated the role of the coagulating solvent by coagulating the bio films using water, methanol or isopropanol. Again, we find the coagulating solvent impacts the final properties of the bio films with water shown to coagulated films with the best material properties.

Preliminary investigations into triazole derived androgen receptor antagonists

A range of 1,4-substituted-1,2,3-N-phenyltriazoles were synthesized and evaluated as non-steroidal androgen receptor (AR) antagonists. The motivation for this study was to replace the N-phenyl amide portion of small molecule antiandrogens with a 1,2,3-triazole and determine effects, if any, on biological activity. The synthetic methodology presented herein is robust, high yielding and extremely rapid. Using this methodology a series of 17 N-aryl triazoles were synthesized from commercially available starting materials in less than 3h. After preliminary biological screening at 20 and 40 μM, the most promising three compounds were found to display IC50 values of 40-50 μM against androgen dependent (LNCaP) cells and serve as a starting point for further structure-activity investigations. All compounds in this work were the focus of an in silico study to dock the compounds into the human androgen receptor ligand binding domain (hARLBD) and compare their predicted binding affinity with known antiandrogens. A comparison of receptor-ligand interactions for the wild type and T877A mutant AR revealed two novel polar interactions. One with Q738 of the wild type site and the second with the mutated A877 residue.

Exploring zinc coordination in novel zinc battery electrolytes

The coordination of zinc ions by tetraglyme has been investigated here to support the development of novel electrolytes for rechargeable zinc batteries. Zn(2+) reduction is electrochemically reversible from tetraglyme. The spectroscopic data, molar conductivity and thermal behavior as a function of zinc composition, between mole ratios [80 : 20] and [50 : 50] [tetraglyme : zinc chloride], all suggest that strong interactions take place between chloro-zinc complexes and tetraglyme. Varying the concentration of zinc chloride produces a range of zinc-chloro species (ZnClx)(2-x) in solution, which hinder full interaction between the zinc ion and tetraglyme. Both the [70 : 30] and [50 : 50] mixtures are promising electrolyte candidates for reversible zinc batteries, such as the zinc-air device.