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U S A Runité support de l’ANR

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Chimie (CSD 3)

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Chimie (CSD 3)

le programmeblanc

Empreinte moléculaire, capteur bio-mimétique de l’activation cellulaire des nucléosides

par l’ump-cmp kinase : synthèse et criblageLuigi Agrogoglio

Photooxidation of organic substrates coupled to the reduction of protons: Sustainable hydrogen production

Ally Aukauloo

Conducteurs organiques à symétrie contrôlée

Patrick Batail

Functionally important motions in folded and unfolded proteins from residual dipolar couplings

Martin Blackledge

Dynamique de biomolécules en phases solide et liquide

Geoffrey Bodenhausen

Auto-organisation, rythmes et formes dans des gels chimio-sensibles

Jacques Boissonade

Nanostructuration des surfaces de diamant hydrogéné et dopé au bore : applications en biosciences

Rabah Boukherroub

Research and Education in Glass and Laser Interaction Science

Thierry Cardinal

Polymérisation radicalaire contrôlée initiée à la surface de silices mésoporeuses

Bernadette Charleux

Réactivité basique de matériaux inorganiques : du solide modèle à l’application

Michel Che

Conception de systèmes lipidiques pour administrer et transporter des analogues

nucléosidiques à activité antitumorale et antiviralePatrick Couvreur

Résolution et contrôle conformationnels par mobilité ionique : une dimension nouvelle pour l’étude fondamentale

et fonctionnelle des protéinesPhilippe Dugourd

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le programmeblanc

3

le programmeblanc

Etudes des lésions de l’ADN par Résonance ParamagnétiqueElectronique (RPE) impulsionnelle

Serge Gambarelli

Concept de Solubilité : Relations thermodynamique et structurelleentre la solubilité et les propriétés des sites de surface,

étudiées à titre d’exemple pour des solides radioactifsBernd Grambow

Mimes abiotiques de protéines : conception, synthese, structure et reactivite chimique

Ivan Huc

Réactions en solution et aux surfaces ; transfert de proton contrôlé et transfert

d'électron important pour l'environnementJames Hynes

Synthèse et étude structurale de foldamères pseudopeptidiques azotés

Brigitte Jamart-Grégoire

Lithium Battery AnodesPhilippe Knauth

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le programmeblanc

Les calix-complexes du cuivre, modèles supramoléculairesde cupro-protéines : études fondamentales

et applications en bioélectrochimieYves Le Mest

Phospholipides localement perfluorés : de nouveaux vecteurs synthétiques de transfert

de gènes pour la thérapie géniqueLuc Lebeau

Structure électronique et magnétique d’oxydes magnéto-électriques

Marie-Bernadette Lepetit

Etude de microactionneurs photobiologiques à l’échelle moléculaire : Photodéclenchement

ultrarapide de la motilité cellulaireMonique Martin

RMN Solide Haute Résolution Hauts ChampsDominique Massiot

Métallocavitands hydrosolubles pour la transformation d'oléfines

Dominique Matt

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le programmeblanc

Complexes de lanthanides pour l’optique non linéaire : aspects fondamentaux et applications en imagerie biologique

Olivier Maury

Nouveaux Catalyseurs Hybrides Bio-Inorganiques pour l’OxydationAsymétrique : vers des Métalloenzymes Artificielles originales

Stéphane Ménage

Conception à façon, par évolution moléculaire dirigée,de transglucosidases pour la synthèse

chimio-enzymatique d’antigènes osidiquesLaurence Mulard

Design and synthesis of molecular devices for photoinduced cumulative electron transfers

Fabrice Odobel

Réactivité et Dégradation de l’Interface Métal-Oxyde - Polymère

Kevin Ogle

Elaboration de revêtements nanométriques conducteurs pour une lubrification sèche appliquée à la connectique

Serge Palacin

Transition metal mediated controlled radical polymerization and new polymeric materials derived therefrom

Rinaldo Poli

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le programmeblanc

Développement de nouveaux matériaux à base de chalcogénure pour applications avancées

dans le domaine du stockage de l’informationAnnie Pradel

Systèmes Mixtes associant Polymères et Nanoparticules

Michel Rawiso

Synthèse et évaluation des propriétés pharmacologiques de molécules bipolaires modulant la transmission

synaptique adénosinergique et opioïdergiqueJean-Antoine Rodriguez

Long range distance measurement by solid state tritium NMR.Observing the structure and dynamics of biological complex systems at work

Bernard Rousseau

Contrôle de la polymérisation de l’actine par des peptides exogènes :

du moléculaire à l’in vivoSandrine Sagan

Validation de l’ecto-NAD+glycohydrolase de Schistosoma mansoni,une nouvelle cible pour le traitement de la bilharziose

Francis Schuber

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le programmeblanc

Réactivité des surfaces vis-à-vis de cations et d’anions :mécanismes d’interaction, modélisation et prédiction de la

dynamique de migration (ANR MIDIS).Eric Simoni

Synthèse sous haute pression de nouvelles phases binaires et ternaires ultra-dures dans le système B-C-N-O

Vladimir Solozhenko

Etude de l’oxydation de polluants organiques associés aux particules atmosphériques : développements analytiques,

réactivité et toxicité ; Application aux composés aromatiquespolycycliques (CAP), aux poly-bromo-diphényl-éthers (PBDE)

et à leurs produits d’oxydationEric Villenave

Reconnaissance sélective et détection électrochimique d’ions métalliques par des macrocycles

immobilisés sur supports mésoporeuxAlain Walcarius

Analyse des réseaux de kinases par génétique chimique

Nicolas Winssinger

La reconnaissance biomoléculaire est à la base de nombreux procédésbiologiques. Comme une main dans un gant, des structures telles que les

anticorps, les récepteurs hormonaux et les enzymes ont une grande affinité vis àvis de leurs substrats naturels. Depuis une dizaine d’années maintenant, desrécepteurs créés « sur mesure », capables de reconnaître et de capturer unemolécule (substrat) cible avec une grande sélectivité et affinité, ont été générés demanière artificielle par impression moléculaire polymérique (MIP). Ce concept a été

appliqué à la réalisation d’une empreinte moléculaire polymérique pouvant jouerle rôle d’un capteur bio-mimétique (par mesure d’une variation de fluorescence)de l’activation cellulaire par l’UMP-CMP kinase (enzyme importante de ladiphosphorylation des nucléosides), dont le cidofovir (acyclophosphononucléosideactif contre la variole). Ce concept ayant été validé, nous avons pu effectuer unesynthèse et un criblage sur des kinases cellulaires et virales et avons obtenu denouvelles molécules améliorées pour leur métabolisme cellulaire.

Résumé

Empreinte moléculaire, capteur bio-mimétique de l’activation cellulaire des nucléosides par

l’ump-cmp kinase : synthèse et criblageLuigi Agrofoglio

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Acronyme MIPKinase Edition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 400 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR :

Autres IT : Recrutés : 51

Discipline Chimie

Mots clés • Empreinte moléculaire polymérique• Nucléosides• Kinases humaines et virales• Screening• Poxvirus

AGROFOGLIO Luigi, ICOA UMR CNRS 6005 - DEVILLE-BONNE Dominique FRE2852 - VIDAL Richard - MERCK Estapor

le programmeblanc

The crystal structure of the vaccinia virus TMP kinase (green) compared to the humanenzyme (light purple) as revealed unexpected differences in their oligomeric and active sitegeometry that can be exploited for the rational design of antiviral nucleoside analogs

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLa principale difficulté était la synthèse d’une empreinte polymérique moléculaire d’un nucléoside substrat d’une kinase de diphosphorylation humaine. Nous avons dû nousformer à cette technologie et avons réussi à atteindre les objectifs fixés.

Résultats majeurs• Synthèse de plus de 100 nouvelles molécules testées pour leur aptitude à être phosphorylées par les thymidine kinases humaines (TK) 1 et 2 ou par la déoxyadénosine kinase

bactérienne (dAK) possédant une spécificité similaire à la déoxycytidine kinase humaine. Quelques molécules présentent des activités anti-pox très intéressantes (demande devalorisation en cours).

• Sythèse d’acyclonucléosides à base pyrimidinique testées pour leur aptitude à être phosphorylées par les thymidine kinases humaines UMP-CMP, TMP et la TMP kinasedu virus de la vaccine. Mise en évidence de la configuration absolue sur l’activité antivirale. Certaines prodrogues sont actives sur des virus à herpès (herpes simplexviruses et varicella zoster virus) in vitro (IC50 = 3 µM). Dépôt d’une demande de brevet en cours.

• Structures aux rayons-X de la thymidylate kinase du virus de la vaccine en présence de ligands (TDP ou brivudin (BVDU) monophosphate) qui ouvre la voie à undéveloppement rationnel d’agents anti-pox utilisables aussi en thérapie génique de cancers.

• Synthèse d’une empreinte moléculaire polymérique (MIP) et screening de dérivés comme substrats potentiels de AMPK.

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Production scientifique depuis le début du projet

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vets • Topalis D, Kumamoto H, Amaya Velasco MF, Dugue L, Haouz A, Alexandre JA, Gallois-Montbrun S, Alzari PM, Pochet S, Agrofoglio, L.A. et al. Nucleotide binding to human UMP-

CMP kinase using fluorescent derivatives - a screening based on affinity for the UMP-CMP binding site. Febs J 2007, 274, 3704-3714.• Alexandre JA, Roy B, Topalis D, Pochet S, Perigaud C, Deville-Bonne D. Enantioselectivity of human AMP, dTMP and UMP-CMP kinases. Nucleic Acids Res 2007, 35, 4895-4904.• Kumamoto H, Topalis D, Broggi J, Pradere U, Roy V, Berteina-Raboin S, Nolan SP, Deville-Bonne D, Andrei G, Snoeck R, Garin D, Crance JM, Agrofoglio, L.A. Preparation of acyclo

nucleoside phosphonate analogues based on cross-metathesis. Tetrahedron 2008, 64, 3517-3526.• Topalis D, Alvarez K, Barral K, Munier-Lehmann H, Schneider B, Véron M, Guerreiro C, Mulard L, El-Amri C, Canard B. et al. Acyclic phosphonate nucleotides and human adenylate

kinases: impact of a borano group on alpha-P position. Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids 2008, 27, 319-331.• Breton F, Delépée R, Jégourel D, Deville-Bonne D, Agrofoglio LA. Selective adenosine-5'-monophosphate uptake by water-compatible molecularly imprinted polymer. Anal. Chim.

Acta 2008, 616, 222-229.• Roy V, Mieczkowski A, Topalis D, Berteina-Raboin S, Deville-Bonne D, Nolan SL, Agrofoglio LA. Microwave-assisted silylation-amination of uracil acyclonucleosides to 4-

alkylamino-2(1H)-pyrimidinone analogues. Synthesis 2008, 13, 2127-2133.• Caillat C, Topalis D, Agrofoglio LA, Pochet S, Balzarini J, Deville-Bonne D, Meyer P. Crystal structure of poxvirus thymidylate kinase: a dimerization with implications for antiviral

therapy. PNAS 2008, 105, 16900-16905.• Carnrot C, Wang L, Topalis D, Eriksson S. Mechanism of substrate selectivity for Bacillus anthracis thymidylate kinase. Protein science 2008, 17, 1486-1489.• Broggi J, Joubert N, Aucagne V, Zevaco Th, Berteina-Raboin S, Nolan SP, Agrofoglio LA. “Study of different copper(I) catalysts for the “click chemistry” approach to

carbanucleosides” Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids, 2007, 26, 779-783.

Brevet : DI2507- 01Colloques : 25

Ce projet est basé sur la recherche de nouvelles voies pour la production d’uncarburant à partir d’énergie renouvelable. La stratégie que nous suivons est

basée sur l’utilisation de la lumière solaire et de l’eau pour mener à bien, d’unepart, la photooxydation de substrats organiques conduisant à des composés àgrande valeur ajoutée et, d’autre part, la récupération des électrons obtenus dansce processus pour réduire des protons en dihydrogène. Le projet est divisé en deuxgrandes parties, d’une part, nous élaborons de nouveaux assemblagesmoléculaires constitués d’un chromophore photoactif et d’une unité catalytiqueoxydante et d’autre part nous développons des complexes de métaux de transition

de la première ligne pour la réduction de protons en hydrogène.2 Le challenge decette approche réside en la mise au point de photocatalyseurs pour l’oxydationdes substrats organiques. Nous réalisons en ce sens l’assemblagesupramoléculaires d’un chromophore photoactif et l’unité catalytique duprocessus d’oxydation. Sous irradiation,3 on génère le motif métal-oxo à partir decelui du métal-eau du centre catalytique à travers des réactions de transfertd’électrons et protons. La réaction catalytique peut ainsi avoir lieu avec transfertde l’atome d’oxygène venant de l’eau aux substrats et régénération du complexeavec le motif métal-eau.4

Résumé

Photooxidation of organic substrates coupled to the reduction of protons:

Sustainable hydrogen productionAlly Aukauloo

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Acronyme HYPHOEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 365 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 90

Autres IT : 10Recrutés : 48

Discipline Chimie

Mots clés • Photocatalyse• Oxydation• Transfert d’électron• Hydrogène• Photosynthèse Artificielle

Ally AUKAULOO, Université Paris Sud, Laboratoire de Chimie Inorganique, ICMMO, Bât 420 - Winfried LEIBL, iBiTec-S, CEA Saclay - Serge PALACIN, Chimie des Surfaces et Interfaces, CEA Saclay

Etudes photophysiques des complexes Ruthénium-Manganèse.

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points durs• Maîtriser les processus d’accumulation de charges photoinduites au niveau du site catalytique. • Élaborer des sites catalytiques très robustes pour les réactions d’oxydation.• Développer de nouvelles tactiques synthétiques pour l’assemblage de photocatalyseurs.• Mettre en forme des photocatalyseurs sur des électrodes modifiées. • Réalisation de la photocatalyse en phase hétérogène.• Améliorer les performances des catalyseurs pour la réduction de protons en H2.• Améliorer le contact électrique entre le catalyseur de réduction et la surface de l’électrode.• Coupler les réactions de photooxydation et de réduction.

Résultats majeurs• Synthèse et caractérisation d’une nouvelle famille de ligands dans le rôle de relais électronique.• Etudes théoriques sur les comportements photophysiques de cette famille de complexes.• Synthèse d’un ligand pour contenir les ions métalliques dans de hauts degrés d’oxydation.• Elaboration d’un photocatalyseur à base d’un chromophore photoactif et d’une unité catalytique à base de manganèse (catalyseur de Jacobsen).• Caractérisation du photocatalyseur sur surface TiO2/ITO.• Réalisation de la photooxydation des alcènes en époxydes avec l’eau et l’énergie lumineuse.• Mise au point d’un nouveau catalyseur à base de cobalt pour la réduction de protons.

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ces• Cobalt Chlathrochelate Complexes as Hydrogen Producing Catalysts. Olivier Pantani,

Subhendu Naskar, Régis Guillot, Pierre Millet, Élodie Anxolabéhère-Mallart, Ally Aukauloo.Angewandte Chemie. Int. Ed., 2008 in press.

• Proton-Mediated Redox Control in a Nickel(II) Bisimidazolate Complex. SpectroscopicCharacterisation and Density Functional Analysis.” B. Lassalle-Kaiser, R. Guillot, J. Sainton,M-F. Charlot and A. Aukauloo. Chemistry. A European Journal., 2008, 4307-4317

• Artificial systems related to light driven electron transfer processes in PSII. C. Herrero, B.Lassalle-Kaiser, W. Leibl, A.W. Rutherford , GREETINGLINE _Con-3F1075161 \c \s \l A.Aukauloo. Coordination Chemistry Reviews., 2008, 252, 456-468 .

• Highlighting the Role of the Medium in DFT Analysis of the Photophysical Properties ofRuthenium(II) Polypyridine-type complex. Marie-France Charlot and Ally Aukauloo. .Journal of Physical Chemistry., A. 2007, 111, 11661-11672

• Influence of the Protonic State of an Imidazole containing ligand on the Electrochemicaland Photophysical Properties of a Ruthenium(II) Polypyridine type complex. AnnamariaQuaranta, Fabien Lachaud, Christian Herrero, Régis Guillot, Marie-France Charlot, WinfriedLeibl and Ally Aukauloo. Chemistry. A European Journal., 2007, 13, 8201-8211

Invitées•EMBO Fellow Meeting, Heidelberg. Water oxidation in

biology and chemistry. Juin 2007. Dr. A. W. Rutherford•ENI Meeting on Solar Energy: London. Artificial

Photosynthesis. July 2007. Dr. A. W. Rutherford•Photoinduced charge shifts in biomimetic models of

Photosystem II, Gordon Conference, Rhode Island USA.Juillet 2006. Pr. A. Aukauloo

•Synthetic models duplicating early events in PSII,American Society of Photobiology, Puerto-Rico. Juillet2006. Pr. A. Aukauloo

•En route towards biomimetic models of Photosystem IISFC - Eurochem Nancy. Sept. 2005. Pr. A. Aukauloo

Colloques : 18


L’exploration de la chimie et de la physique du solide (EDT-TTF-CONMe2)2Br aété au cœur du programme CHIRASYM. Des développements nouveaux d’égale

importance sont à créditer au programme CHIRASYM en synthèse de ciblesmoléculaires puis de matériaux de grande pureté à symétrie contrôlée, ainsi quedans le développement d’une “librairie” de nouveaux donneurs pi chiraux. La miseen œuvre du donneur dissymétrique o-Me2TTF conduit à la découverte d’une sérieoriginale de métaux à chaîne non-dimérisée (o-Me2TTF)2X, X = Br–, I–. Laquête d’opportunités visant à créer une partition de l’espace au sein de solidesmoléculaires ternaires et de moduler leur structure électronique s’est concrétisée

dans le premier exemple exploitant un nœud octaédrique hexa-accepteur de liaisonhalogène, [EDT-TTF•+]8[1,4-bis(iodoethynyl)benzene][Re6Se8(CN)6]4–.L’expertise en croissance cristalline par électrocristallisation, indispensable au bondéroulement de CHIRASYM, se trouve exploitée et rendue disponible en parallèle àcette action par notre participation active au réseau CRISTECH créé par le CNRS en2006, illustrée en particulier par l'organisation d'une formation àl'électrocristallisation (ANGD) à Angers en décembre 2007, qui a réuni unevingtaine de participants.

Résumé

Conducteurs organiques à symétrie contrôlée

Patrick Batail

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Acronyme CHIRASYMEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 390 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 90

Autres IT : 43,2Recrutés : 36

Discipline ChimieMots clés • Nouvelles synthèses organiques et ingénierie cristalline• Matériaux à propriétés magnétiques et nanomatériaux• Théorie• Matière condensée• Structure et propriétés électroniques

Patrick BATAIL - Laboratoire de Chimie, Ingénierie moléculaire et Matériaux d'AngersMarc FOURMIGUE, Sciences Chimiques de Rennes, UMR 6226 CNRS-Université de Rennes IClaude PASQUIER, Laboratoire de Physique des Solides, UMR 8502 CNRS-Université de Paris-Sud

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursNotons les difficultés rencontrées dans la synthèse des formes hybrides S/Se

Résultats majeursDans l’esprit interdisciplinaire de cette action, le programme CHIRASYM s’est traduit par l’approfondissement des concepts d’ingénierie des cibles moléculaires et des solides(manipulation des liaisons hydrogènes et halogènes), indissociables de leur traduction au plan expérimental et théorique dans l’exploration et l’interprétation du diagrammede phases de systèmes originaux, sièges de corrélations électroniques fortes en basse dimension, mais aussi au sein desquels l’ordre de charge (cristallisation de réseaux deWigner) est présent dans une large gamme de température et pression. La mise en œuvre d’expériences de constante diélectrique et de pouvoir thermoélectrique sous pressiona entraîné des développements expérimentaux importants. Le programme CHIRASYM valorise notre approche interdisciplinaire en communiquant nos résultats à unecommunauté élargie, ainsi qu’en étoffant notre consortium à l’occasion du programme non-thématique interdisciplinaire 3/4-filled 2009-2011.

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ces• M. Fourmigué, E. W. Reinheimer, K. R. Dunbar, P. Auban-Senzier, C. Pasquier, C. Coulon,

Dalton Trans 2008, 4652• A.-L. Barrès, A. El-Ghayouri, L. V. Zorina, E. Canadell, P. Auban-Senzier, P. Batail Chem.

Commun. 2194 - 2196 (2008)

Invitées•P. Batail, 9th Eurasia Conference on Chemical Science,

“Chemistry of Coordination Space” CoordinationChemistry Symposium, September 9-13, 2006, Antalya,Turkey

•P. Batail, NATO School “Engineering of CrystallineMaterials Properties: State-of-the-Art in Modeling,Design, Applications”, Ettore Majorana Center, Erice(Sicily, Italy), 7-17 June 2007.

•P. Batail, International Symposium on MolecularConductors, Juillet 2008, Okazaki, Japan

•C. Pasquier, ECRYS2008, Cargèse, Aout 2008•M. Fourmigué, International Workshop on Materials for

Frustrated Magnetism, ILL, Grenoble, 3–5 Mars 2008

Colloques : 15


The funding of this ANR allowed us to establish novel methodologies that haveprovided profound and entirely new insight into the relationship between

protein flexibility and function. We consider this project to be highly successful forthe following reasons: the work carried out on folded proteins has allowed us todevelop a detailed description of the conformational energy landscape of smallfolded proteins, and we are currently using the techniques and conclusionsdeveloped over the last three years to study the dynamic changes accompanying

interactions between proteins and to develop a model for molecular recognitionprocesses. The results concerning the description of conformational flexibility inintrinsically unfolded proteins have established our work as a reference in thefield, and we are currently building on these methodologies to study proteinfolding upon binding, the conformational behaviour of excited states and themolecular basis of protein folding.

Résumé

Functionally important motions in folded andunfolded proteins from residual dipolar couplings

Martin Blackledge

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Acronyme DYNAMIC RDCEdition 2005Durée du projet 42 moisFinancement 244 400 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 42


Discipline ChimieMots clés • Résonance Magnétique Nucléaire

• Couplages dipolaires résiduels• Dynamique moléculaire• Protéines intrinsèquement

désordonnées• Mouvements fonctionnels

Martin BLACKLEDGE - Protein Dynamics and Flexibility by NMR, Institut de Biologie Structurale Jean-Pierre EBEL, CEA; CNRS; UJF UMR 5075

Representative ensemble of the human tumor repressor protein p53 bound to DNA as des-cribed on the basis of RDC-based approaches developed during the course of ANR DYNA-MIC_RDC. (from Wells et al P.N.A.S. 2008).

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points durs

Résultats majeursWe achieved some new development of novel NMR approaches for the characterisation of intrinsic dynamics in folded proteins, and their relationship to molecular function.We have also developed an entirely novel approach using NMR and SAXS for describing intrinsically unfolded and chemically denatured proteins. In addition to enhancingthe understanding of the function of the Sendai virus phosphoprotein, the results allowed us to attract numerous international collaborations concerning the role of structuraland dynamic disorder for a-synuclein and tau, two intrinsically disordered proteins strongly implicated in the development of the human neurodegenerative diseasesParkinson’s and Alzheimer’s. We have also used these techniques to provide the first complete molecular description of the tumour suppressor protein p53.

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ces• Simultaneous Determination of Protein Structure and Dynamics using Residual Dipolar

Couplings. G. Bouvignies, R. Brüschweiler & M. Blackledge. J.Am.Chem.Soc. 128, 15100-15101(2006)

• Ultra-High Resolution Backbone Structure of Perdeuterated Protein GB1 using ResidualDipolar Couplings from Two Alignment Media. G. Bouvignies, S. Meier, S. Grzesiek & M.Blackledge. Angewandte Chemie International Edition. 45, 8166-8169 (2006).

• Exploring Multiple Timescale Motions in Protein GB3 using Accelerated Molecular Dynamicsand NMR. P. Markwick, G. Bouvignies & M. Blackledge J.Am.Chem.Soc. 129, 4724-4730(2007).

• Highly Populated Turn Conformations in Natively Unfolded Tau Protein Identified fromResidual Dipolar Couplings and Molecular Simulation. M.Mukrasch, P. Markwick, J. Biernat,M. von Bergen, P. Bernado, C. Griesinger, E. Mandelkow, M. Zweckstetter & M. BlackledgeJ.Am.Chem.Soc.. 129, 5235-5243 (2007).

• Mapping the Conformational Landscape of Urea-Denatured Ubiquitin using ResidualDipolar Couplings. S. Meier, S. Grzesiek & M. Blackledge J.Am.Chem.Soc. 129, 9799-9807 (2007).

• Structure of tumor suppressor p53 and its intrinsically disordered N-terminal transactivationdomain. M. Wells, H.Tidow, T. J. Rutherford, Phineus Markwick, Malene RingkjobingJensen, E.Mylonas, D.I. Svergun, M. Blackledge*, & A.R. Fersht*. Proc. Natl. Acad. Sci.(U.S.A.) 105, 5762–5767 (2008).

Invitées•Gordon Research Conference on Computational Aspects

of Biomolecular NMR, Aussois, France. 24th-29thSeptember, 2006. Guillaume Bouvignies

•International Conference on Magnetic Resonance inBiological Systems, ICMRBS Göttingen, Germany, 20-25th August 2006 M.Blackledge

•EUROMAR conference, Tarragona, Spain, July 2-62007, M.Blackledge.

•Gordon Research Conference on Computational Aspectsof Biomolecular NMR, Il Ciocci, Italy. 18-23 May, 2008M.Blackledge.

•ICMRBS, San Diego, USA. 26-30 August, 2008M.Blackledge.

Colloques : 25


Une meilleure description de la dynamique de biomolécules telles les protéineset les lipides doit éclairer la compréhension thermodynamique et

mécanistique de leur fonction. Nous avons utilisé la résonance magnétiquenucléaire pour mesurer la dynamique locale dans les protéines, les membraneslipidiques et les biomatériaux. En premier lieu, nous avons développé denouvelles méthodes de RMN en phase liquide et en phase solide. La RMN ensolution a été employée pour quantifier la dynamique des chaînes latérales,l’anisotropie des mouvements sub-nanoseconde du squelette des protéines et lanature des mouvements à l’échelle de la microseconde. En phase solide, unenouvelle approche permettant l’observation indirecte de l’azote-14 a été utilisée

pour la caractérisation des mouvements locaux. Ces approches expérimentales ontété menées en relation étroite avec des études théoriques de paramètresstructuraux et de modèles du mouvement.Des applications à une large sélection de systèmes biologiques ont été conduites.La dynamique de la protéine humaine centrine 2, cruciale lors de la duplicationdu centrosome, a été étudiée en grands détails. La dynamique du squelette et deschaînes latérales de systèmes modèles telle la calbindine a été étudiée. Ladynamique des têtes hydrophiles des lipides a été explorée à la fois dans desmembranes modèles, naturelles et dans des nanomatériaux composites.

Résumé

Dynamique de biomolécules en phases solide et liquide

Geoffrey Bodenhausen

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Acronyme BiodynamicsEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 575 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 129,6

Autres IT : 3,6Recrutés :

Discipline Chimie

Mots clés • Biomolécules • Spectroscopie• Biologie structurale• Relation structure/dynamique/fonction

BODENHAUSEN Geoffrey - UMR 8642, CNRS, Biomolécules : synthèse, structure et mode d’action ; ENSDEVAUX Philippe - UMR 7099, CNRS, Institut de Biologie Physico-ChimiqueBABONNEAU Florence - UMR 7475, CNRS, Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris, UPMCCRAESCU Constantin - Imagerie intégrative : de la molécule au petit animal - Unité INSERM/Institut Curie.

Groupes carboxyles et carbonyles des chaînes latérales de la protéine calbindine.

le programmeblanc

18

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursConception de méthodes fiables et exactes pour l’étude de la dynamique des biomolécules en phase liquide.Mise en œuvre d’une activité de RMN en phase solide chez le partenaire 1.Application de méthodes innovantes à des systèmes biologiques importants.Confrontation entre nouveaux modèles de mouvement et données expérimentales.Application de méthodes développées pour l’étude des biomolécules à la caractérisation de biomatériaux.

Résultats majeursRecord de mesure de la plus grande vitesse d’échange de protons dans les chaînes latérales de protéines.Première mesure de la dynamique locale des groupes carbonyle/carboxyle des chaînes latérales de protéine par RMN.Caractérisation fine de la dynamique du squelette d’une protéine.Prédiction de l’influence de la liaison d’un ion sur l’évolution de la dynamique rapide d’une protéine.Mise en évidence de l’influence de la liaison des ions calciums sur la dynamique de la centrine humaine.Mesure de la dynamique locale dans des nanomatériaux.

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ces• F. Ferrage, P. Pelupessy, D. Cowburn, G. Bodenhausen, Protein Backbone Dynamics through

13C’-13C? Cross-Relaxation in NMR Spectroscopy, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 11072.• F. Kateb, D. Abergel, Y. Blouquit, P. Duchambon, C. T. Craescu, G. Bodenhausen,

Slow Backbone Dynamics of the C-Terminal Fragment of Human Centrin 2 in Complex witha Target Peptide Probed by Cross-Correlated Relaxation in Multiple-Quantum NMRSpectroscopy, Biochemistry 2006, 45, 15011.

• A. Dhulesia, D. Abergel, G. Bodenhausen, Networks of Coupled Rotators: Relationshipbetween Structures and Internal Dynamics in Metal-Binding Proteins. Applications to apo-and holo-Calbindin, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4998.

• L. Duma, D. Abergel, P. Tekely et G. Bodenhausen, Proton chemical shift anisotropy ofhydrogen-bonded functional groups by fast magic-angle spinning solid-state NMRspectroscopy, ChemComm 2008, 2361.

• T. Segawa, F. Kateb; L. Duma, P. Pelupessy, G. Bodenhausen, Exchange rate constants ofinvisible protons in proteins determined by NMR spectroscopy, ChemBioChem; 2008, 9, 537.

• R. Paquin, F. Ferrage, F. A. A. Mulder, M. Akke, G. Bodenhausen, Multiple-TimescaleDynamics of Side-Chain Carbonyl and Carboxyl Groups in Proteins by 13C Nuclear SpinRelaxation, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 15805.

Invitées•G. Bodenhausen, International Conference on Magnetic

Resonance in Biological Systems (ICMRBS), Göttingen,Allemagne, août 2006.

•D. Abergel, Gordon Research Conference 'Computationalaspects of biomolecular NMR', Aussois, France,septembre 2006.

•G. Bodenhausen : Gordon Research Conferences onMagnetic Resonance, Biddeford, Maine, USA, juin 2007.

•G. Bodenhausen : Experimental NMR Conference (ENC),Daytona Beach, Floride, USA, avril 2007.

•G. Bodenhausen, Nitrogen NMR ; EUROMAR, SaintPétersbourg, Russie, juillet 2008.

Colloques : 9


Un gel polymère chimiosensible peut gonfler/dégonfler parabsorption/expulsion de solvant en fonction de la composition de ce solvant.

L'objectif est d'obtenir des phénomènes d'auto-organisation temporelle(oscillations mécaniques) ou spatiale (déformations et structures spontanées) degels chimiosensibles immergés dans un environnement chimique maintenu horsd'équilibre par un apport permanent de réactifs. On recherche plusparticulièrement ceux qu'entraînent des instabilités résultant du seul couplageentre réaction chimique et propriétés de gonflement du gel comme les oscillationsmécaniques d'un gel placé au sein d'un milieu réactif stationnaire. Pour ce faire,on utilise des réactions autocatalytiques, en exploitant entre autres le phénomènede bistabilité spatiale, et des gels sensibles au pH.

Les études à la fois théoriques et expérimentales portent sur:- la sélection de systèmes à autocatalyse acide et leurs propriétés de réaction-diffusion en vue de leur association avec des gels appropriés.- la sélection et l'amélioration des propriétés de gonflement de gels polyacidessensibles au pH.- la modélisation intégrant l'ensemble des processus physiques (cinétiquechimique, réaction-diffusion, processus de gonflement, dynamique de systèmesdéformés). - la démonstration expérimentale de l'existence de ces phénomèneschimiomécaniques.

Résumé

Auto-organisation, rythmes et formes dans des gels chimio-sensibles

Jacques Boissonade

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Acronyme ChimiomécaniqueEdition 2005Durée du projet 48 moisFinancement 200 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 90


Discipline Chimie

Mots clés • Auto-organisation• Gels polymères• Bistabilité• Réactions oscillantes• Dynamique non-linéaire

Jacques BOISSONADE - Centre de Recherches Paul Pascal Bordeaux

Séquence temporelle (durée 4h): oscillations et ondes périodiques spontanées dans un gelconique sensible au pH au sein d'un milieu réactionnel de composition stationnaire (bro-mate/sulfite).

le programmeblanc

20

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLa première difficulté est le caractère très pluridisciplinaire du projet, alliant une chimie particulière, une physique des gels polymères dont la modélisation reste mal comprisesurtout sur le plan dynamique, la dynamique non-linéaire et le traitement numérique de milieux déformables. L'interpénétration de ces processus étant très étroite, il estimpossible d'en séparer les tâches pour les répartir entre différents intervenants. Sur le plan expérimental, c'est la difficulté à obtenir des gels de propriétés satisfaisantes etreproductibles qui reste l'obstacle majeur et celui sur lequel nous avons le moins progressé.

Résultats majeursEn réaction-diffusion pour la chimiomécanique: étude dynamique et modélisation de la réaction bromate-sufite (BS), remarquable candidat pour les expériences de chimio-mécanique. Mise en évidence expérimentale de la seconde structure de Turing connue, la première qui présente une structure à pH, avec la réaction iodate-sulfite-thiourée.En chimiomécanique: modélisation du couplage gel/(réaction BS) intégrant le transport des charges (essentiel pour un gel polyacide) avec prévision de l'existenced'oscillations induites. Mise en évidence expérimentale de ces oscillations dans un gel conique. La validité des concepts est ainsi démontrée de la prévision théorique àl'expérience réelle.

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ces• I. Szalai and P. De Kepper, Phys. Chem. Chem. Phys., 8, 1105 (2006)

• V. Labrot , A. Hochedez, P. Cluzeau, P; De Kepper, J. Phys. Chem A, 14043 (2006)• J. Boissonade, P. De Kepper, F. Gauffre, and I. Szalai, Chaos, 16, 037110 (2006)• . Viranyi, I Szalai, J. Boissonade, and P; De Kepper, J. Phys. Chem A, 111, 8090 (2007)• J. Boissonade in « Morphogenesis through the Interplay of nonlinear Chemical Instabilities

and Elastic Active Media” , Springer, à paraître

Invitées•J. Boissonade: summer school « Morphogenesis

through the Interplay of nonlinear Chemical Instabilitiesand Elastic Active Media” (Cargèse, juillet 2007).

•P. De Kepper: ACS conference (colloque: « Nonlineardynamics in Polymeric systems » (Nouvelle Orléans,USA, 6-9 avril 2008).

•P. De Kepper: «5th Symposium on Engineering ofChemical Complexity (Berlin, 25-27 mai 2008).

•P. De Kepper: Gordon Conference « Oscillation andDynamics Instabilities in Chemical Systems.»(Waterville, USA, 13-18 juillet 2008).

•J. Horvath: Gordon Conference « Oscillation andDynamics Instabilities in Chemical Systems.»(Waterville, USA, 13-18 juillet 2008).

Colloques : 6


Le projet proposé concerne la modification et la structuration de surfaceshydrogénées de diamant dopé au bore pour des applications en biosciences.

Le projet proposé comporte plusieurs volets :

- Fonctionnalisation chimique, photochimique et électrochimique des électrodesde diamant hydrogénées dopées au bore.

- Structuration de surface (à l’échelle micronique et nanométrique). - Immobilisation de molécules biologiques sur la surface. - Détection d’interactions biomoléculaires.

Résumé

Nanostructuration des surfaces de diamanthydrogéné et dopé au bore : applications en biosciences

Rabah Boukherroub

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Acronyme BIODIAMEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 217 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 31,8


Discipline ChimieMots clés • Diamant dopé au bore

• Fonctionnalisation• Structuration• Immobilisation de biomolécules• Détection d’évènements

biomoléculaires

BOUKHERROUB Rabah, Institut de Recherche Interdisciplinaire (IRI), Lille - SZUNERITS Sabine, Laboratoired'électrochimie et de physico-chimie des matériaux et des interfaces (LEPMI), UMR CNRS 5631, InstitutNational Polytechnique Grenoble (INPG)

le programmeblanc

Image KAFM d’une surface de diamant hydrogéné structurée par exposition à une irradia-tion UV/ozone à travers un masque. Les lignes correspondent aux régions non oxydées (C-H) et les carrés aux régions oxydées.

22

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLe diamant est un semi-conducteur à grand gap (5.45 eV) possédant de bonnes propriétés mécaniques et caractérisé par ses propriétés de biocompatibilité. Son dopage luilui confère de bonnes propriétés de conduction électrique et donc ouvre des perspectives pour son utilisation en bioélectronique. Pour cette fin, il est devenu urgent dedévelopper une chimie de surface spécifique pour introduire des fonctions chimiques ou biologiques sur la surface. Notre projet s’inscrit dans cette perspective. D’un point devue technologique, le diamant cristallin est très cher et donc notre étude a été limitée au diamant polycristallin.

Résultats majeursDepuis le démarrage de ce programme de recherche, nous avons obtenu de nombreux résultats concernant les différentes facettes du projet. Nous avons démontré quel’oxydation de BDD-H par UV/ozone conduit à une surface riche en groupements hydroxyles qui peuvent être facilement couplés à d’autres molécules telles que : lesalkyltrichlorosilanes, l’acide azidobenzoïque pour incorporer la fonction –N3, et l’acide 3-benzoylbenzoïque pour introduire la fonction « benzophénone ». L’utilisation del’irradiation UV a permis de réaliser la structuration de surface à l’échelle micronique en utilisant les techniques de lithographie optique. Par ailleurs, le traitement de lasurface hydrogénée par un plasma NH3 à froid a permis de préparer une surface terminée par des groupements « NH2 » en une seule étape. La fonction « NH2 » a étéexplorée pour l’immobilisation de peptides de façon covalente. Une autre voie originale qui consiste en l’irradiation UV d’une surface renfermant les motifs « benzophénone »en présence de molécules d’ADN ou de protéines a été exploitée pour greffer ces biomolécules sur la surface. Enfin, nous avons exploité la réactivité des surfaces terminéespar « N3 » avec des molécules renfermant un alcyne terminal en utilisant la « click chemistry ».

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ces• Direct amination of hydrogen-terminated boron doped diamond. S. Szunerits, C. Jama, Y. Coffinier,

B. Marcus, D. Delabouglise, R. Boukherroub. Electrochem. Commun. 8 (2006) 1185–1190• Raman Imaging and Kelvin probe microscopy for the examination of the heterogeneity of doping in

polycrystalline boron doped diamond electrodes. S. Szunerits, M. Mermoux, A. Crisci, B. Marcus, P.Bouvier, D. Delabouglise, J.-P. Petit, S. Janel, R. Boukherroub, L. Tay, J. Phys. Chem. B 110 (2006)23888-23897

• Peptide immobilization on aminated diamond BDD surfaces. Y. Coffinier, C. Jama, S. Szunerits, B.Marcus, R. Desmet, O. Melnyk, L. Gengembre, E. Payen, D. Delabouglise, R. Boukherroub,Langmuir 23 (2007) 4494-4497.

• Photografting and patterning of oligonucleotides on benzophenone modified boron-dopeddiamond. S. Szunerits, N. Shirahata, P. Actis, J. Nakanishir and R. Boukherroub. Chem. Commun.(2007) 2793-2795.

• Influence of the surface termination on the electrochemical properties of boron doped diamond(BDD) interfaces. Paolo Actis, Alain Denoyelle, Rabah Boukherroub, Sabine Szunerits. Electrochem.Commun.10 (2008) 402–406

• Different strategies for chemical functionalization of diamond surfaces. S. Szunerits and R.Boukherroub, Invited Review J. Solid-State Electrochem. 12 (2008) 1205-1218

Invitées• Telluride Workshop on Functional Modification of

Semiconductor Surfaces - July 31 to August 4, 2006,Telluride, USA

• Ecole thématique en Nanosciences, 21-25 mai 2007 /Roscoff

• 2nd Ecole d’été France-Allemande sur l’Electrochimie etles Nanotechnologies, 2-7 Sep. 2007, Lozari, Corsica(France)

• The 3rd International Workshop and the XVIInternational Meeting of the Electrochemical Section ofthe Polish Chemical Society, SMCBS 2007, November 4-8/2007, Wlodowice, Poland

Colloques : 10


Le projet a porté sur la création d’un super groupe trans-laboratoires et d’unprogramme international de formation (REGLIS) avec une forte visibilité

internationale sur les matériaux vitreux et nano-composites (vitreux/cristallisé). Il s’insère dans le pôle « route des lasers » et dans le pôle 4N. En étroitecollaboration avec des groupes de recherche reconnus à l’étranger, nousproposons de développer un super groupe dans le domaine de la science desmatériaux, de la caractérisation structurale, de la modélisation et de nouvellesapproches pour la mise en forme et la structuration de matériaux vitreux enutilisant l’écriture Laser. L’objectif est d’élaborer et d’adapter ces matériaux à dessystèmes optiques fonctionnels intégrés en se servant des propriétés optiques non

linéaires et de l’interaction avec un faisceau laser. Ce super groupe s’est proposéd’apporter à la communauté scientifique et à la société une connaissance et unebase technique complète pour une caractérisation optique étroitement couplée àla science des matériaux. Un effort particulier a été mené sur la structurationassistée par laser et sur la caractérisation structurale et optique des matériauxainsi obtenus en développant des techniques microscopiques adaptées. Le supergroupe a eu une volonté de formation d’étudiants par un programme d’échangeinternational, pour permettre le développement de compétencespluridisciplinaires dans un domaine d’avenir à fort potentiel industriel.

Résumé

Research and Education in Glass and LaserInteraction Science

Thierry Cardinal

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Acronyme REGLISEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 520 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 280,8


Discipline Chimie

Mots clés • Verre• Optique non linéaire, • Nano composite• Structuration Laser• Programme bilatéral France USA

CARDINAL Thierry, Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux CNRS - UPR9048 - Université Bordeaux - CANIONI Lionel, Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne Université BordeauxUMR5798 - RODRIGUEZ Vincent, Institut des Sciences Moléculaires Université Bordeaux UMR5255 - THOMAS Philippe, Sciences des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface Université Limoges

Inscription par Laser Femtoseconde de structure nano et micrométrique au sein de verres

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLa synthèse et le développement de matériaux originaux à fonction spécifique optique. Le développement d’une équipe leader i) dans la structuration de verre assistée parlaser, ii) dans la polarisation thermique (thermal poling) de verre pour la structuration de surface. Meilleure compréhension des propriétés optiques des matériaux vitreux(linéaires et non linéaires) en analysant les relations structure/propriétés physiques. Développement de techniques et d’outils théoriques pratiques pour la spectroscopie nonlinéaire optique et vibrationnelle sous microscope (hyper Raman, hyper Rayleigh, génération de troisième harmonique). Organisation de la communauté autour de lathématique Laser Matériaux inorganiques à l’Université Bordeaux I.

Résultats majeurs•Développement de compositions de verres (inscription par laser, génération de second harmonique, amplification Raman, effet Kerr optique…).•Equipe franco-américaine dans le domaine de la structuration de verre assistée par laser. •Développement d’une équipe leader dans le poling de verre. (collaboration France - Russie - Grèce).•Apport du point de vue fondamental sur la compréhension des propriétés optiques des matériaux vitreux (linéaires et non linéaires), analyse vibrationelle multipolaire, etc.•Approche expérimentale unique au monde de spectroscopie optique et vibrationnelle non linéaire sous microscope (mode confocal). •Obtention d’un financement européen (Atlantis) et de l’ambassade de France aux USA pour la mise au point d’un master International « Interaction Laser Matériaux ».

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ces• "Large second order optical nonlinearity in thermally poled amorphous niobium

borophosphate films", M. Dussauze, A. Malakho, E. Fargin, J. P. Manaud, V. Rodriguez, F. Adamietz, B. Lazoriak, J. Appl. Phys. 100, 013108 (2006)

• ”Hyper-Raman macro- and micro-spectroscopy in materials: towards high quality signalsand good spatial resolution”, V. Rodriguez, D. Talaga, F. Adamietz, J.L. Bruneel, M. Couzi., Chem. Phys. Lett. (2006), 431, 190.

• "Ab initio study of non-linear optical susceptibility of TeO2-based glasses”. A.P.Mirgorodsky, M. Smirnov, M. Soulis, P. Thomas, T. Merle-Méjean. Phys. Rev. B, 73,(2006), 134206-1 – 134206-13.

• “High nuclear contribution to the Kerr effect in niobium oxide containing glasses”, A. Royon, L. Canioni, B. Bousquet, M. Couzi, V. Rodriguez, C. Rivero, T. Cardinal, E. Fargin,M. Richardson, G. Stegeman and K. Richardson, Phys. Rev. B 75, 104207 (2007)

• “Preparation and characterization of germanium oxysulfide glassy films for optics”, C. Maurel, T. Cardinal, P. Vinatier, L. Petit, K. Richardson, N. Carlie, F. Guillen, M. Lahaye,M. Couzi, F. Adamietz, V. Rodriguez, F. Lagugné-Labarthet, V. Nazabal, A. Royon and L. Canioni, Materials Research Bulletin, Volume: 43 Issue: 5 (2008) pp 1179-1187.

Brevet : 1 en cours.

Invitées :• Matthieu Bellec, 8th International Symposium on Laser

Precision Microfabrication, April 24-28, 2007, Universityof Vienna, Austria.

• V. Rodriguez, International Conference of ComputationalMethods in Sciences and Engineering 2006 (ICCMSE2006), Computational spectroscopy session, Chania,Crete, 27 Oct-1 Nov. 2006, Grece.

• V. Rodriguez, 9th International Conference on OrganicNonlinear Optics (ICONO'9)/International Conference onOrganic Photonics and Electronics 2006 (ICOPE 2006),Brugge, 24-28 Sept. 2006, Belgium.

• International Symposium on Structure-PropertyRelationships in Solid State Materials, June 27-30,2006, Pessac, France

• Glass and Optical Materials Division Meeting, ACerS,Greenville, USA, May 16-19, 2006.

Colloques : 29


L’objectif du projet PRISME était d’une part d’étudier la polymérisationradicalaire contrôlée au sein de silices mésoporeuses ordonnées (SMO) puis,

dans un second temps, d’élaborer de nouvelles structures hybrides combinant lespropriétés des silices mésoporeuses avec celles des polymères fonctionnels. Dansles premiers temps, nous avons travaillé sur des SMO dont nous avons fait varierle diamètre des pores sans contrôler la morphologie globale des particules degrandes dimensions (micrométriques). L’étude des cinétiques de polymérisation amontré un effet important du confinement du système sur le contrôle de lacroissance des chaînes de polymère, avec une augmentation très nette de laproportion de chaînes prématurément désactivées. Par la suite nous avons

travaillé avec des SMO bien définies de dimensions submicrométriquescontrôlées : des particules cylindriques (200 nm x 100 nm) dont les pores dediamètre 2.5 nm sont parallèles à l’axe des cylindres et présentent uneorganisation hexagonale, des particules cœur-écorce avec un cœur de silice denseet une écorce mésoporeuse dont les canaux sont orientés perpendiculairement àla surface et finalement des capsules à paroi de silice mésoporeuse ordonnée avecégalement des pores radiaux, traversant la capsule et assurant ainsi uneconnexion entre la cavité centrale et le milieu extérieur. Nous avons ensuite grefféavec succès des chaînes macromoléculaires à la surface (interne et externe) detoutes ces nanoparticules afin de modifier leurs propriétés.

Résumé

Polymérisation radicalaire contrôlée initiée à lasurface de silices mésoporeuses

Bernadette Charleux

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Acronyme PRISMEEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 260 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 32,4


Discipline Chimie

Mots clés • Silice mésoporeuse ordonnée• Nanocapsules de silice mésoporeuse• Polymérisation radicalaire vivante / contrôlée• Mécanisme et cinétique de polymérisation• Greffage

CHARLEUX Bernadette Laboratoire de Chimie des Polymères, UMR 7610 (UPMC – CNRS) - Clément SANCHEZLaboratoire de Chimie de la Matière Condensée, UMR 7574(UPMC - CNRS)

Particules cylindriques de silice mésoporeuse ordonnée (cliché de microscopie électroniqueen transmission)

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes principales difficultés ont été d’ordre expérimental car liées au grand nombre de manipulations nécessaires pour synthétiser les particules de silice, les caractériserparfaitement, greffer l’amorceur de polymérisation puis le polymère et enfin dégreffer ce dernier en vue d’effectuer toutes les analyses permettant de conclure quant au bonfonctionnement de la polymérisation vivante. La compréhension des causes réelles conduisant à un mauvais contrôle de la croissance des chaînes dans les silicesmicrométriques est également d’une très grande difficulté : nous n’avons pas encore identifié avec précision s’il s’agit d’un problème de diffusion des différentes espècesréactives ou de réactions secondaires impliquant par exemple la surface de silice (nature et forme).

Résultats majeursNous avons synthétisé des nanocapsules de silice mésoporeuse dont le diamètre du cœur et l’épaisseur de l’écorce peuvent être variés et dont le réseau de pores de l’écorcede diamètre 2.5 nm est ordonné et orienté de l’extérieur vers l’intérieur assurant ainsi la connexion entre la cavité interne et le milieu externe. Nous avons greffé des chaînesmacromoléculaires bien définies sur l’ensemble de la surface des nanoparticules générant ainsi des matériaux hybrides multicouches bien contrôlés.

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ces• Structured Hybrid Nanoparticles via Surface-Initiated ATRP of Methyl Methacrylate from

Ordered Mesoporous Silica• F. Audouin, H. Blas, P. Pasetto, P. Beaunier, C. Boissière, C. Sanchez, M. Save, B. Charleux• Macromol. Rapid Commun. 29, 914-921 (2008)• Elaboration of monodisperse spherical hollow particles with ordered mesoporous silica shell

via dual latex/surfactant templating: radial orientation of mesopore channels.• H. Blas, M. Save, P. Pasetto, C. Boissière, C. Sanchez, B. Charleux• Langmuir 24(22), 13132-13137 (2008)

Invitées•Functionalised Advanced Materials and Engineering of

Hybrids and Ceramics, Cursos de Verano, UniversidadComplutense Madrid, El Escorial, 26 - 30 Juin 2006.Conférence invitée. “Gender Action” dans le cadre duréseau d’excellence européen FAME. “Introduction to theconcept of Controlled Radical Polymerization for theelaboration of hybrid materials based on polymer andmesoporous silica”. M. Save, G. Granvorka, H. Blas, J.Bernard, F. Audouin, B. Charleux, C. Boissière, D.Grosso, C. Sanchez

•SML’06 - INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON RADICALPOLYMERIZATION: KINETICS AND MECHANISM - 3-8SEPTEMBER, 2006 (IL CIOCCO, LUCCA – ITALY).Communication orale invitée. Atom Transfer RadicalPolymerization of Styrene and Methyl Methacrylate fromMesoporous Ordered Silica Particles. M. Save, G.Granvorka, H. Blas, J. Bernard, B. Charleux, C.Boissière, D. Grosso, C. Sanchez

Colloques : 6


L’objectif du projet vise une rationalisation du fonctionnement des catalyseurshétérogènes basiques. La complémentarité des domaines de compétence des

4 partenaires a permis : i) la description au niveau moléculaire des sites basiques O2- et OH- de MgO pardes techniques spectroscopiques complémentaires couplées à la modélisationmoléculaire (FTIR, 1HRMN, et photoluminescence), ii) la prise en compte de l’influence du cation sur le fonctionnement de la paireMn+-O2- par la diversification des matériaux, (CaO, MgO dopé par Li+, Na+

et Ca2+, et zéolithes basiques alcalines échangées par Mg2+ ou imprégnéespar MgO),

iii) l’étude qualitative et quantitative des propriétés basiques de Brxnsted ausens thermodynamique (équilibre de déprotonation vis-à-vis du méthanol ou dupropyne), leur comparaison avec les propriétés basiques de Lewis (sonde CO2), etla mise en perspective des résultats de réactivité catalytique vis-à-vis de ladécomposition du 2-methyl-3-butyn-2-ol (MBOH). iv) une rationalisation de la grande réactivité des surfaces de MgO hydroxylées endépit de leur faible pouvoir déprotonant, avec l’identification des OH actifs parRMN, une étude cinétique et une tentative de diversification des réactions. Sur labase de l’ensemble des caractérisations, certains matériaux ont été évalués pourl’oxydation de COV (Composés organiques volatiles).

Résumé

Réactivité basique de matériaux inorganiques :du solide modèle à l’application

Michel Che

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Acronyme BASICATEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 480 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 127,08


Discipline Chimie

Mots clés • Basicité• Paire acide base• MgO• Zéolithes• Spectroscopies

CHE Michel, Laboratoire Réactivité de Surface, UMR 7609, Paris VI - Jean Pierre JOLIVET, Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée, UMR 7574, Paris VI - MAUGÉ Françoise, Laboratoire de Catalyse et Spectrochimie, UMR 6506, Caen - MAGNOUX Patrick, Laboratoire de Catalyse en Chimie Organique, UMR 6503, Poitiers

Représentation schématique de la surface de MgO exposant des sites de basse coordinence.

le programmeblanc

28

Verrous scientifiques et technologiques, ou points durs•La synthèse de certains matériaux s’est révélée délicate à contrôler : instabilité de CaO, contrôle de la quantité d’hétéroatomes introduits par dopage dans MgO.•La molécule d’allylbenzène, trop encombrée stériquement, a été remplacée par l’heptène pour la réaction test d’isomérisation.•Pour combler le gap de température et de pression entre certaines caractérisations statiques, une cellule IR haute température a été développée, et 2 températures de

prétraitements des échantillons, 350 et 900°C ont été définies.

Résultats majeursi) Les paramètres gouvernant les signatures spectroscopiques IR, H RMN et photoluminescence des OH superficiels de MgO ont été identifiés. ii). La nature des OH impliquésdans l’acte catalytique a été identifiée grâce à une corrélation RMN- conversion (MBOH) iii) La détermination des coefficients d’extinction molaire des bandes IR du MeOHadsorbé sur MgO permet une quantification du pouvoir déprotonant et une analyse comparative avec les données de microcalorimétrie. iv) L’influence de l’environnement dela paire Mg2+-O2- sur ses propriétés acido basiques a été mise en évidence, avec un comportement basique dans les matériaux massiques de type MgO, et acide dans leszéolithes faujasite échangées par du magnésium.

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ces• Assignment of photoluminescence spectra of MgO powders: TD-DFT cluster calculations

combined to experiments. Part I : structure effects on dehydroxylated surfaces. C. Chizallet,G. Costentin, H. Lauron-Pernot, J.M. Krafft, M. Che, F. Delbecq, P. Sautet. J. Phys Chem C,112, 16629-16637 (2008).

• Assignment of photoluminescence spectra of MgO powders: TD-DFT cluster calculationscombined to experiments. Part II: Hydroxylation effects. C. Chizallet, G. Costentin, H.Lauron-Pernot, J.M. Krafft, M. Che, F.Delbecq, P. Sautet. J. Phys Chem C (sous presse)(2008)

• Infra red characterization of hydroxyl groups on MgO: a periodic DFT study. C. Chizallet, G.Costentin, M. Che, F. Delbecq, P. Sautet. J. Am. Chem. Soc. 129, 6442-6452, (2007).• Study of the structure of OH groups on MgO by 1D and 1D 1H MAS NMR combined with

DFT cluster calculations. C. Chizallet, G. Costentin, H. Lauron-Pernot, M. Che, C.Bonhomme, J. Maquet, F. Delbecq, P.Sautet. J. Phys. Chem. C, 111, 18279-18287,(2007).

•Catalytic oxidation of volatile organic compounds (VOCs) mixture (isopropanol/o-xylene) onzeolite catalysts. R. Beauchet, P. Magnoux, J. Mijoin. Catal. Today, 124, 118-123, (2007).

•1H MAS NMR study of the coordination of hydroxyl groups generated upon adsorption ofH2O and CD3OH on clean MgO surfaces. C. Chizallet, G. Costentin, H. Lauron-Pernot, J.Maquet, M. Che. Appl. Catal. A 307, 239-244, (2006).

Invitées•La photoluminescence, un outil pour la caractérisation

des catalyseurs hétérogènes, G. Costentin*, C. Chizallet,H. Lauron-Pernot, J.M. Krafft, M. Che GFP-JA2008,Ecole Polytechnique, Palaiseau, 27-19 novembre 2008

•MgO, un oxyde basique bien complexe…G. Costentin*,C. Chizallet, H. Lauron-Pernot, J.M. Krafft, M. Che,Journée de la Section Ile de France, SFC, Paris, 4 juin2008

Colloques : 29


Le squalène est une molécule acyclique d’origine naturelle qui a la propriété uniquede se cycliser en lanostérol (lui-même précurseur du cholestérol) en adoptant

spontanément en milieu aqueux une conformation moléculaire enroulée et trèscompacte. C’est une molécule naturelle et totalement atoxique. Ce projet ANR est né de l’idée de tirer profit de la conformation moléculaire compactedu squalène pour obtenir des sytèmes nanoparticulaires en couplant à cette moléculedes composés à activité anticancéreuse ou antivirale (comme par exemple desanalogues nucléosidiques). Ces nanomédicaments (gemcitabine-squalène) ont

donné lieu à des résultats spectaculaires sur des tumeurs expérimentales in vitro et invivo (leucémies, cancers du sein, cancers du nasopharynx etc.); ils sont aussibeaucoup plus efficaces que les thérapeutiques existantes (gemcitabine) sur destumeurs résistantes. La « squalénisation » (ddI-squalène et ddC-squalène) permetégalement d’avoir une meilleure activité antivirale sur lymphocytes infectés par leVIH, y compris sur les souches résistantes. La « squalénisation» peut donc êtreconsidérée comme une approche totalement nouvelle pour la conception de nouveauxnanomédicaments anticancéreux et antiviraux.

Résumé

Conception de systèmes lipidiques pour administrer et transporter des analogues

nucléosidiques à activité antitumorale et antiviralePatrick Couvreur

29

Acronyme SYLIANNUEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 500 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 81,2


Discipline Chimie

Mots clés • Nanomédicaments• Squalène• Anticancéreux• Infection par le VIH• Résistance

COUVREUR Patrick UMR CNRS 8612 (Université Paris-Sud, Chatenay-Malabry) - DESMAEL Didier, UMRCNRS 8076 BIOCIS (Université Paris-Sud, Chatenay-Malabry) - VASSAL Gilles et PACI Angelo, EA 3535(Institut Gustave Roussy) - CLAYETTE Pascal, SPI-BIO

L’assemblage supramoléculaire des bioconjugués de Squalenoyl-gemcitabine (haut),conduit à des nanoparticules d’une centaine de nanomètres (gauche) qui injectées à desanimaux porteurs d’une tumeur solide permet de faire disparaître celle-ci (droite).

le programmeblanc

30

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLe traitement du cancer et des infections virales (VIH) par les analogues nucléosidiques (gemcitabine, cytarabine, AZT, ddI etc.) se heurte : (i) à la métabolisation rapide deces molécules après administration, (ii) à leur faible pénétration intracellulaire souvent dépendante de l’expression de transporteurs de nucléosides, (iii) à leur manque despécificité tissulaire et/ou cellulaire et (iv) à l’émergence de résistances. La « squalénisation » permet de résoudre ces problèmes en améliorant le transport intracellulairedu médicament et en le protégeant de la métabolisation.

Résultats majeursGrâce au programme ANR nous avons pu montrer que les nanomédicaments squalénés sont beaucoup plus efficaces que les molécules-mères. Ces nanosystèmes : (i) peuventêtre administrés par voie intraveineuse ou orale, (ii) favorisent la pénétration intracellulaire des nucléosides, (iii) facilitent leur passage transmembranaire, (iv) les protègentde la dégradation/ métabolisation et (v) permettent de contourner certains mécanismes de résistance.

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s• 1. Couvreur P, Stella B, Harivardhan Reddy L, Hillaireau H, Dubernet C, Desmaële D, Lepêtre-Mouelhi S, Rocco F, Dereuddre-Bosquet N, Clayette P, Rosilio V, Marsaud V, Renoir M, Cattel L“Squalenoyl nanomedicines as potential therapeutics” Nano Letters, 6, 2544-2548 (2006) (IF:9,96)

• 2. Reddy LH, Dubernet C, Mouelhi SL, Marque PE, Desmaele D, Couvreur P “A new nanomedicine ofgemcitabine displays enhanced anticancer activity in sensitive and resistant leukemia types.” JControl Release. 124, 20-27 (2007) (IF: 4,01)

• 3. Harivardhan Reddy, L., Marque P-E , Dubernet C, Lepêtre Mouelhi S., Desmaële D., Couvreur P.,“Preclinical toxicology (sub-acute and acute) and efficacy of a new squalenoyl gemcitabineanticancer nanomedicine”, J Pharm Exp Therapeut., 325, 484–490 (2008) (IF: 4,06)

• 4. Couvreur P, Harivardhan Reddy L., Mangenot S, Poupaert JH., Desmaële D, Lepêtre-Mouelhi S,Pili B, Bourgaux C, Amenitsch H., Ollivon M, « Discovery of new hexagonal supramolecularnanostructures formed by squalenoylation of an anticancer nucleoside analogue » , Small, 4, 247 –253 (2008) (IF: 6,40)

• 5. Harivardhan Reddy L., Khoury H, Paci A, Deroussent A, Ferreira H, Dubernet C, Declèves X,Besnard M, Chacun H, Lepêtre-Mouelhi S, Desmaële D, Rousseau B, Laugier C, Cintrat J-C, Vassal G,Couvreur P, ” Squalenoylation favourably modifies the in vivo pharmacokinetics and biodistribution ofgemcitabine in mice”, Drug Disposit. Metab., 36, 1570-1577 (2008) (2008) (IF: 3,63)

• 6. Bekkara-Aounallah F, Gref R, Othman M, Reddy LH, Pili B, Allain V, Bourgaux C, Hillaireau,Lepêtre-Mouelhi S, Desmaële D, Nicolas J, Chafi N, Couvreur P “Novel PEGylated nanoassembliesmade of self-assembled squalenoyl nucleoside analogues”

• Adv. Funct. Materials, sous presse (2008) (IF: 7,49)

Invitées•P. Couvreur, « squalenoylation : a new concept for the

design of efficient anticancer and antiviral nanomedicines», FIP 2007 World Congress of Pharmacy, HOST MADSENMEDAL LECTURE, Pékin, 31 août-6 septembre (2007).

•P. Couvreur, “Nanotechnologies for the discovery of newanticancer agents”, European NanoSystems 2007, Paris,FRANCE, 3 Décembre (2007).

•P. Couvreur, « Nanomedicine: intelligent design to treatcomplex diseases », MAURICE JANOT AWARD LECTURE 6thWorld Meeting on Pharmaceutics, Biopharmaceutics andPharmaceutical Technology, Barcelone, Espagne, 7-10Avril (2008).

•P. Couvreur, « Nanoparticles for Medicine, 1st EuropeanConference on Clinical nanomedicine », Bale, Suisse, 19-21 Mai (2008).

•189. P. Couvreur, « Nanotechnology for the conception ofnew medicines: from where are we coming and where arewe going ? ». Plenary Lecture- 7th Central EuropeanSymposium on Pharmaceutical Technology and BiodeliverySystems. Lubjliana (Slovénie), 18-20 Septembre (2008)

Colloques : 17


Ce projet concerne la conception et l’assemblage d’un spectromètre de masseinnovant combinant la mobilité par diffusion ionique et la photodissociation.

En apportant à la spectrométrie de masse analytique un nouveau principe deséparation des ions basé sur leur conformation, la mobilité ionique constitue unerévolution pour accroître la capacité de résolution de la spectrométrie de masse dansle cadre d’échantillons complexes ou de structures isomères. L’instrument combineune source d’ionisation électrospray à une géométrie hybride de type mobilité

ionique/temps de vol. Cet instrument constitue un nouveau support dedéveloppement de stratégies analytiques de qualification, de caractérisationstructurale et de quantification dynamique des modifications post-traductionnellesdes protéines. D’un point de vue plus fondamental, cet instrument permet de sonderet contrôler (par faisceau laser) la conformation et la dynamique de systèmes isolésà grand nombre de degrés de liberté et d’identifier ainsi des concepts généraux quigouvernent la conformation de complexes moléculaires et le repliement de protéines.

Résumé

Résolution et contrôle conformationnels par mobilité ionique : une dimension nouvelle pour

l’étude fondamentale et fonctionnelle des protéinesPhilippe Dugourd

31

Acronyme MS PlusEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 530 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 72

Autres IT : 30Recrutés : Doctorants : 36

Discipline Chimie

Mots clés • Mobilité Ionique • Spectrométrie de masse• Protéines et complexes protéiques • Polysaccharides• Cibles et médicaments

DUGOURD Philippe, Laboratoire de Spectrométrie Ionique et Moléculaire, UMR 5579, CNRS et UniversitéLyon 1 - LEMOINE Jérôme, Unité des Sciences Analytiques, UMR 5180, CNRS et Université Lyon 1

Schéma de l’expérience

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLe verrou technologique que ce projet cherche à lever concerne la séparation de mixtures complexes et d’isomères par mobilité ionique/spectrométrie de masse. La principale difficulté est d’arriver à combiner haute résolution en mobilité et haute sensibilité. D’un point de vue technologique il a fallu arriver à coupler un instrumentcommercial à un tube de mobilité construit au laboratoire. Un autre point dur a concerné la construction d’un piège à ions pouvant fonctionner à une pression de l’ordre de 10 Torrs.

Résultats majeursConstruction du premier montage mobilité ionique – spectrométrie de masse en France : La première phase du projet, d’environ deux ans, a été dédiée à la simulation, àla conception et au montage d’un ensemble source électrospray + tube de diffusion + spectromètre de masse à temps de vol de type réflectron. La seconde phase de ce travail a été consacrée aux tests et à la calibration de l’instrument. Les résolutions obtenues avec l’instrument sont, pour la masse de l’ordre de20000 et de 60 pour la mobilité. Ces résolutions sont en accord avec les prédictions initiales. L’instrument a ensuite été calibré avec les données disponibles dans lalittérature. Des expériences sont en cours sur des protéines et des polysaccharides.

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P. Dugourd. Société Bruker Daltonique, IXe réunionutilisateurs Paris (France) - 2007 (28 novembre)

Colloques : 3


Ce projet vise à déterminer les changements de conformation à grande échelleinduits par différentes lésions de l’ADN. Pour cela, il est nécessaire de

synthétiser des oligonucléotides doublement marqués par des sondes nitroxydeset incorporant une lésion. Ensuite, il faut étudier ces systèmes par RPEimpulsionnelle (séquence DEER) pour obtenir les distances entre les deux sondes.Par comparaison entre les distances des systèmes lésés et non lésés, il est doncpossible d’analyser les changements de conformations induits par différentesmodifications chimiques. Pour cela, la modélisation moléculaire de chaque

système est très importante afin de corréler au mieux des changements dedistances avec des changements de géométrie dans les structures.Le but de ce projet est de tester de nombreuses lésions afin de mesurer pourchacune d’elle les modifications géométriques qu’elle induit et donc obtenir un trientre systèmes très modifiés, moyennement modifiés et peu modifiés. On peutensuite étendre ces problématiques à des systèmes faisant intervenir des protéinesde réparation des lésions

Résumé

Etudes des lésions de l’ADN par RésonanceParamagnétique Electronique (RPE) impulsionnelle

Serge Gambarelli

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Acronyme RPE de l’ADNEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 340 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 84,6


Discipline Chimie

Mots clés • ADN• RPE• Lésions• Synthèse molécules marquées• Modélisation moléculaire

GAMBARELLI Serge : CEA-Grenoble - BOULARD Yves : CEA-SaclayObservation de la transition B/A dans l’ADN par RPE

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursSynthèse d’oligonucléotides doublement marqués et incorporant une lésion en une position spécifique.Choix des méthodes de marquage afin d’obtenir la liaison marqueur-ADN la plus rigide possible.Analyse par RPE impulsionnelle de ces systèmes avec comme principale difficulté la mesure de variations faibles de distance.Détermination des changements de conformations induits par différentes lésions grâce à l’analyse des résultats de RPE et à des simulations de modélisation moléculaire.

Résultats majeursNous avons prouvé la faisabilité de l’observation de changement de conformation d’oligonucléotides par RPE impulsionnelle. L’exemple le plus marquant a été l’observationde la transition B/A dans un oligonucléotide doublement marqué. Nous avons ensuite observé les changements de conformation induits par différentes lésions. Elles ont étéclassées en fonction des distorsions qu’elles induisent dans la structure double brin.

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ces•M. Flaender, G. Sicoli, T. Fontecave, G. Mathis, C. Saint-Pierre, Y. Boulard, S. Gambarelli,

D. Gasparutto. “Site-specific insertion of nitroxide-spin labels into DNA probes by clickchemistry for structural analyses by ELDOR spectroscopy”. Nucleic Acids Symposium Series(Oxford), 52, 147-148, 2008.

•G. Sicoli, G. Mathis, O. Delalande, Y. Boulard, D Gasparutto, S. Gambarelli. “DoubleElectron-Electron Resonance (DEER): A convenient method to probe DNA conformationalchanges”. Angewandte Chemie International Edition, 47, 735-737, 2008.

Invitées•8th Winter Conference “Oxidative DNA damage: from

chemical aspects to biological consequences”, Les Houches, Janvier 2009

Colloques : 4


Le projet consiste au développement d’une approche méthodologique permettantd’étudier d’une manière systématique la liaison entre les propriétés

cristallographiques des sites de surface des solides et la solubilité du solide dansl’eau. Cette approche consiste dans la mise en équilibre d’un solide bien caractériséavec une solution aqueuse bien contrôlée. Le critère d’atteinte d’un équilibreapparent était la constance des concentrations sur une certaine période.Typiquement, pour s’assurer de l’établissement d’un véritable équilibrethermodynamique, il faut comparer des états d’équilibres apparents atteints via unchemin de sur-saturation avec un autre atteint par sous-saturation. Pour un certain

nombre de solides, cette démarche n’est pas possible parce que le solide formé parsur-saturation via précipitation est souvent métastable et il n’est pas le même quele solide bien caractérisé, utilisé en sous-saturation. Nous avons utilisé une autreapproche, consistant à tester l’hypothèse d’équilibre dynamique par ajouts à lasolution d’un isotope radioactif d’un élément chimique constituant le solide et àsuivre si l’échange isotopique montre l’établissement des équilibres dynamiquesentre la solution et le solide. L’approche a augmenté la compréhension de la basescientifique des incertitudes sur les données thermodynamiques pour des solides defaible solubilité, notamment des oxydes des métaux tétravalents.

Résumé

Concept de Solubilité : Relations thermodynamiqueet structurelle entre la solubilité et les propriétés

des sites de surface, étudiées à titre d’exemplepour des solides radioactifs

Bernd Grambow

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Acronyme SOLRADEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 268 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 47,6

Autres IT : 9,6Recrutés : 50Doctorants : 36

Discipline Chimie

Mots clés • Thermodynamique• Solubilité• Adsorption• Radioactivité• Surface

SUBATECH, Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées UMR 6457 (Ecole des Mines de Nantes, Université de Nantes, IN2P3-CNRS)JOBIC Stéphane - Institut des Matériaux Jean Rouxel, Laboratoire de Chimie des Solides, UMR 6502 (Université de Nantes-CNRS)

le programmeblanc

36

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLa vitesse de dissolution de certains solides, en particulière de ThO2 est tellement lente que la solubilité apparente est entièrement dominée par des défauts de surface situésdans les joints des grains.La synthèse de Coffinite (USiO4) a échoué via plusieurs voies testées (la difficulté est connue !).

Résultats majeursPour les carbonates simples ou mixtes alkali/terre rare carbonates, l’équilibre de solubilité est caractérisé par un échange dynamique entre la solution et la surface du solide.Pour les oxydes de thorium et de zirconium la vitesse de dissolution est trop lente et il ne s’établit pas un équilibre dynamique de surface. Les données de solubilité dans lalittérature correspondent à la solubilité des phases amorphes ou aux états stationnaires. Souvent, des concentrations stables en solution de Zr ou de Th correspondent auxéchanges avec des sites de surface énergétiquement favorables ou aux surfaces endommagées comme dans des joints des grains. Très peu de sites de surface participentdans un échange isotopique ou de solubilité avec la solution.

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ces• VANDENBORRE, ABDELOUAS, GRAMBOW. Discrepancies in thorium oxide solubility

values : a new experimental approach to improve understanding of oxide surface atsolid/solution interface Radiochimica Acta (2008). Vol : 96. p. : 515 - 520.

• ALLIOT LLORENS, DENIARD, GAUTRON, OLICARD, FATTAHI, JOBIC, GRAMBOW; Structuralinvestigation of coprecipitation of technetium-99 with iron phases. Radiochimica Acta(2008). Vol : 96. p. : 569 - 574.

• MURPHY, GRAMBOW. Thermodynamic interpretation of neptunium coprecipitation inuranophane for application to the Yucca Mountain repository, Radiochimica acta (2008)Vol : 96. p. : 563 - 567.

• MAYANT, GRAMBOW, ABDELOUAS, RIBET, LECLERCQ, “Surface site density, silicic acidretention and transport properties of compacted magnetite powder”, Physics and Chemistryof the Earth, Parts A/B/C, Volume 33, Issues 14-16, 2008, Pages 991-999

• LLORENS, FATTAHI, GRAMBOW, New Synthesis route and characterization of siderite(FeCO3) and Coprecipitation of Tc99. Scientific Basis for Nuclear Waste Management XXX,edited by Darrell Dunn, Christophe Poinssot, Bruce Begg (Mater. Res. Soc. Symp. Proc.985, Warrendale, PA, 2007)

• GRAMBOW, Nuclear waste glasses – How durable? Elements, 2, 357-364, 2006

Invitées•MIGRATION 2007, Munich, B. Grambow •Materials Reserach Societies Annual Meeting 2006 in

Boston, B. Grambow•Scientific Basis For Nuclear Waste Management Meeting

2007 in Sheffield, UK, Invité B. Grambow

Colloques : 6


Le projet « protéomimes » vise premièrement à mettre au point des méthodesde conception, de préparation, et de caractérisation de molécules polymériques

nommées « foldamères » possédant une séquence définie de monomèresdifférents des acides α-aminés naturels mais qui, à l’instar des protéines, sereplient pour adopter des conformations tertiaires stables de très grande taillecomprenant plusieurs motifs structuraux secondaires comme des hélices, descoudes ou des feuillets. Un deuxième objectif est d’explorer comment la réactivitéchimique peut être augmentée ou diminuée au sein de ces structures repliées

artificielles comme elle l'est dans les enzymes. A long terme, nous espérons tirerparti de la robustesse des structures et des spécificités chimiques des« protéomimes » pour obtenir que des transformations chimiques inconnues dansles systèmes naturels puissent être effectuées avec autant de rapidité et autant despécificité que les réactions enzymatiques.Ce projet réunit des compétences en chimie biomimétique et supramoléculaire, encristallographie, et en synthèse organique et réactivité chimique.

Résumé

Mimes abiotiques de protéines : conception, synthèse, structure

et réactivité chimiqueIvan Huc

37

Acronyme PROTEOMIMESEdition 2005Durée du projet 39 moisFinancement 305 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 96


Discipline Chimie

Mots clés • Foldamères• Chimie Supramoléculaire• Synthèse et réactivité organique• Analyse structurale• Cristallographie

HUC Ivan - Institut Européen de Chimie et Biologie - Université Bordeaux 1 - CNRS UMR5248 (CBMN)LÉGER Jean-Michel - Laboratoire de Pharmacochimie (EA2962) - Université Bordeaux 2

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLa recherche dans le domaine des foldamères a depuis dix ans permis de montrer que de multiples motifs oligomériques de synthèse distincts des biopolymères possèdenteux aussi une capacité à adopter des conformations repliées. Cependant, ces foldamères ont jusqu’à présent été limités à des motifs structuraux secondaires isolés et de massemodeste (< 4 Da) : une hélice, un brin linéaire… L’élaboration à long terme de foldamères fonctionnels, notamment comme catalyseurs, requiert la mise au point deméthodes de conception, de synthèse et de caractérisation de structures repliées plus grandes (4 < M < 40 kDa) et plus complexes (motifs tertiaires et quaternaires), ainsique la maîtrise de la réactivité chimique au sein de ces structures.

Résultats majeursLe projet a permis d’élaborer et de caractériser par cristallographie les plus grandes molécules de synthèse (> 8 KDa) adoptant une conformation repliée connue à ce jour. Il valide la conception et la synthèse chimique comme une méthode viable et complémentaire des synthèses biologiques comme le « SELEX », le « Phage Display », ou le « proteindesign » pour l’élaboration de motifs repliés non naturels. De nouveaux motifs de repliement et des réactions d’une régiosélectivité inattendue ont été caractérisés. Ces résultatsdémontrent tout l’intérêt des systèmes biomimétiques : ceux-ci présentent des propriétés apparentées à celles des biomolécules, mais néanmoins inédites.

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ces• K. Srinivas, B. Kauffmann, C. Dolain, J.-M. Léger, L. Ghosez*, I. Huc*, Remote substituent

effects and regioselective enhancement of electrophilic substitutions in helical aromaticoligoamides, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13210.

• C. Bao, B. Kauffmann, Q. Gan, K. Srinivas, H. Jiang, I. Huc*, Converting sequences ofaromatic amino acid monomers into functional three-dimensional structures: second-generation helical capsules, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 4153

• E. Berni, C. Dolain, B. Kauffmann, J.-M. Léger, C. Zhan, I. Huc*. Expanding the registry ofaromatic amide foldamers: folding, photochemistry and assembly using diaza-anthraceneunits, J. Org. Chem. 2008, 2687

• E. Berni, B. Kauffmann,, C. Bao, J. Lefeuvre, D. M. Bassani, I. Huc*, Assessing themechanical properties of a molecular spring, Chem. Eur. J. 2007, 13, 8463

• N. Delsuc, F. Godde, B. Kauffmann, J.-M. Léger, I. Huc*, The herringbone helix: anoncanonical folding in aromatic-aliphatic peptides, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11348

• N. Delsuc, J.-M. Léger, S. Massip, I. Huc*, Proteomorphous objects from abiotic backbones,Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 214

Invitées•I. Huc. Helical nanomolecules: structure and functions,

invited lecture, International Symposium on Macrocyclicand Supramolecular Chemistry, July 13-17 2008, LasVegas (USA).

•I. Huc. Synthetic helical nanomolecules, invited lecture,International Symposium on Chirality, July 6-9 2008,Geneva (Switzerland).

•I. Huc. Protein-sized Synthetic Folded Architectures,invited lecture, 3rd STIPOMAT conference, October 14-18 2007, Les Diablerets (Switzerland).

•I. Huc. Protein-sized Synthetic Folded Architectures,invited lecture, IV French-Russian InternationalSymposium “Supramolecular systems in chemistry andbiology”, September 23-26 2007, Moscow (Russia).

•I. Huc. Chirality in helical nanomolecules, invitedlecture, International conference on “Chirality at theNanoscale”, September 17-21 2007, Sitges (Spain).

Colloques : 30


The project has two parts. The first part is the theoretical demonstration, in arealistic system, of the possibility of inducing an acid-base proton transfer

reaction in aqueous solution via infrared (IR) excitation of the proton stretchvibration in the acid. In a standard view, this would not be possible, due to therapid vibrational energy transfer from the excited proton stretch to solvent watermolecules. We predicted on a simplified model system that in fact the solventcould actually assist the reaction. The system selected for study is hydrofluoric acid(HF) in water. The study requires electronic structure calculations, quantization ofthe proton and FO hydrogen bond vibrations, molecular dynamics (MD)simulations, and treating the nonadiabatic vibrational transitions. The second part

(changed from the original proposal) is examination of whether nitric acid HNO3dissociates at an aqueous surface, producing the nitrate ion NO3

-, a topicimportant in a wide range of atmospheric contexts. While nitric acid is a strongacid in aqueous solution, its acidity at an aqueous interface is uncertain. It alsoinvolves study of the dynamic solvation of NO3

-, including symmetry-breakingaspects of its charge distribution and vibrational motion, of fundamentalimportance for spectroscopically identifying the ion and probing its local aqueousenvironment. It requires electronic structure calculations, and classical and abinitio MD simulations.

Résumé

Réactions en solution et aux surfaces; transfert de proton contrôlé et transfert

d'électron important pour l'environnementJames Hynes

39

Acronyme TCPTEEEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 210 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 18

Autres IT : Recrutés : 49,5

Discipline Chimie

Mots clés • Chimie théorique • Transfert de proton contrôlé • Acide fluorhydrique• Dissociation de l’acide nitrique• L’anion nitrate

HYNES James - CNRS UMR 8640 PASTEUR, Ecole Normale SupérieureSolvent Assisted IR Induced Proton Transfer.

le programmeblanc

40

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursBoth parts of the project are frontier research topics. The calculations involved are not at all standard and have required a difficult combination of theoretical techniques, aswell as important new ideas concerning the likely microscopic level phenomena involved. Both parts have presented very significant scientific and technical challenges. Thevibrationally induced acid-base proton transfer problem has presented the most difficult technical challenges, due to the required combination of electronic structurecalculations, nuclear quantization of proton and hydrogen bond motions, nonadiabatic transition technology, all coupled with dynamics simulations ; these challenges arenot yet completely mastered, but the considerable progress made promises ultimate success.

Résultats majeurs(1)Theoretical demonstration that hydrofluoric acid dissociation in water can be induced by infrared excitation of the HF vibration. Current work is testing this conclusion withimproved potentials and HF –hydrogen bond vibration quantization . (2) Characterization of (a) dynamic solvation properties of the nitrate ion NO3

- in water, includinghydration shell water reorientation, (b) symmetry-breaking of the electronic charge distribution and (c) symmetry-breaking of the degenerate asymmetric stretch vibration.(Items (a) and (b) are completed, with MSS in preparation ; for item (c), one paper published and several other MSS in preparation. (3) Demonstrated difficulty of nitricacid dissociation at a water surface, with detailed characterization of the proton transfer mechanism.

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ces• S.G.Ramesh, S.Re and J.T. Hynes, “Charge Transfer and Hydrogen-Bonded OH Frequency

Shifts in Nitrate Ion Water Clusters”, J. Phys. Chem. A, 112, 3391-3398 (2008).• R.Bianco, S.Wang and J.T. Hynes, “Theoretical Studies of the Dissociation of Sulfuric Acid

and Nitric Acid at a Model Aqueous Surface”, Adv. Quant. Chem., 55, 387-405 (2008).• R.Bianco, S. Wang and J.T. Hynes, « Infrared Signatures of HNO3 and NO-3 at a Model

Aqueous Surface. A Theoretical Study, » J. Phys. Chem. A, 112, 9467-9476 (2008).• S. Wang, R. Bianco and J.T. Hynes, “Depth-Dependent Dissociation of Nitric Acid at an

Aqueous Surface: Car-Parrinello Dynamics”, J. Phys. Chem. A, sous presse, 2008

Invitées•3/06 J.T.Hynes, « Heterogeneous Reactions in the

Atmosphere », Symposium on Atmospheric Chemistry,Amer. Chem. Soc. Meeting, Atlanta, GA, USA

•5/06 D. Laage and J.T.Hynes, "On Infrared InducedProton Transfer in Solution" CECAM Workshop "Newdevelopments for first principle Molecular Dynamics incondensed matter and molecular physics" Lyon, France

•9/06 D. Laage and J.T.Hynes, “ Infrared-InducedProton Transfer in Solution”, Symposium on 50 Years ofElectron Transfer and RRKM Theory, Amer.Chem. Soc.Meeting, San Francisco,CA, USA

•1/08 D. Laage and J.T.Hynes,, International Meeting onProton Transfer, Transport and Solvation, Eliat, Israel

•1/08 J. T. Hynes, « Acid Dissociation at AqueousInterfaces » ,Univ. California Irvine InternationalWorkshop on Interfacial Processes Relevant for theAtmosphere, Newport Beach, CA. USA

Colloques : 1


La notion de foldamère a été définie en 2000 par Samuel Gellman comme toutoligomère capable de s’autostructurer en solution. Parmi les différents types de

molécules pouvant être douées de cette propriété, on trouve bien évidemment lespeptides et par déclinaison les oligomères pseudopeptidiques, qui présentent dessites donneurs et accepteurs de liaisons hydrogène, pouvant être à l’origine d’uneautostructuration. A la différence des chaines ·-polypeptidiques naturelles, laprédisposition d’un brin linéaire non naturel à se replier en une structurecompacte utilisant des interactions (typiquement des liaisons hydrogène) àlongue distance reste relativement difficile à prédire. Le projet SYNTEFOLDAME

concerne la synthèse et l’étude structurale de foldamères pseudopeptidiquesbisazotés linéaires ou cycliques. Ce projet se propose d’étudier et de comparerl’aptitude à s’autostructurer d’oligomères de type Aza-β3, hydrazino, uréido etN-amino dont la particularité est de posséder un azote supplémentaire dans lesquelette oligoamidique de base. Nous nous sommes fixés comme objectifs : 1)De développer des synthèses efficaces en solution et sur support solide permettantl’obtention d’oligomères pseudopeptidiques, linéaires ou cycliques, homogènesou hybrides. 2) D’établir une relation entre la nature du lien pseudopeptidique etle pouvoir de repliement et d’autoassemblage des composés synthétisés.

Résumé

Synthèse et étude structurale de foldamèrespseudopeptidiques azotés

Brigitte Jamart-Grégoire

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Acronyme SYNTEFOLDAMEEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 480 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 108


Discipline Chimie

Mots clés • Foldamère• N-aminopeptide• Hydrazinopeptide• Uréidopeptide• ß3-aza peptide

JAMART-GRÉGOIRE Brigitte, Laboratoire de chimie physique macromoléculaire UMR 7568 CNRS INPLGUICHARD Gilles, Immunologie et chimie Thérapeutique UPR 9021 CNRS - LE GREL Philippe, Ingéniérie chimique et molécules pour le vivant - UMR 6226 CNRS Université de Rennes - DIDIERJEAN Claude, Laboratoire de Cristallographie et Modélisation des Matériaux Minéraux et Biologiques. - UMR 7036 CNRS UHP Nancy 1

le programmeblanc

Structure cristalline d’un macrocycle hybride urée/amide

42

Verrous scientifiques et technologiques, ou points durs• Mettre au point les synthèses des unités de base et des oligomères linéaires ou cycliques correspondants• Trouver les outils physico-chimiques permettant la comparaison des différentes séries d’oligomères.• Etablir le lien entre la structure chimique et le pouvoir d’autostructuration

Résultats majeursNous avons démontré l’aptitude d’oligomères pseudopeptidiques bisazotés à s’autostructurer en solution. La comparaison des spectres RMN proton des trois sériesoligomères : Aza-ß3, α/Aza-ß3 et α/α-hydrazino a permis de conclure à une autostructuration en solution principalement due à la formation de pseudocycles 8, appeléshydrazinoturns. Les oligourées adoptent également une conformation repliée en C8. Dans le cas d’oligomères hybrides alternant liaisons amide et urée, nous avons pu vérifierla présence de repliements de type γ-turn précédant les urea turn. Dans le cas des oligomères hybrides α/N-amino, une structuration particulière en hydrazinoturn d’un typenouveau a été mise en évidence. Les macrocycliques correspondants ont été obtenus, les séries oligouées et Aza-ß3 ont été étudiés en diffraction des rayons X montrant uneassociation supramoléculaire dépendant du nombre et de la chiralité des unités.

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• Salaun, A.; Favre, A.; Le Grel, B.; Potel, M.; Le Grel, P. Conformation of N-SubstitutedHydrazino Acetamides in CDCl3, the Precious Help of the Analysis of interactions betweenAmidic Hydrogens, and Correlation to the Conformation of Aza-ß3-peptides. J. Org. Chem.2006; 71(1); 150-158,

• I. Bouillon, R. Vanderesse, N. Brosse, O. Fabre, B. Jamart-Grégoire. Solid phase synthesisof Hydrazinopeptides in Boc and Fmoc strategies monitored by HR MAS NMR. Tetrahedron2007, 63, 9635-9641

• Lucile Fischer, Vincent Semetey, Jose-Manuel Lozano, Arnaud-Pierre Schaffner, Jean-PaulBriand, Claude Didierjean, Gilles Guichard, Succinimidyl Carbamate Derivatives from N-protected alpha-Amino Acids and Dipeptides. Synthesis of Ureidopeptides andOligourea/peptide Hybrids. Eur. J. Org. Chem. 2007, 15, 2511-2525.

• Salaun, A.; Mocquet, C.; Lecorgne, A. ; Perrochon, R. ; Le Grel, B.; Potel. M. Le Grel, Aza-beta3-Cyclotetrapeptides. J. Org. Chem.; 2008, 73; 8579-8582.

Invitées•B. Jamart-Grégoire, Pseudopeptides bisazotés : Du

monomère au foldamère, Synthèse et Etudeconformationnelle. RICMED 3 Marrakesh 22-24Novembre 2007

•B. Jamart-Grégoire, The foldamers Bis-nitrogencontaining pseudopeptides as building- blocks for thedesign of new foldamers Universität des SaarlandesGermany 27 juin 2008

•G. Guichard, Architectures Protéomimétiques pour lareconnaissance (Bio)moléculaire. Conférence invitée aucongrès SFC Grand-Est.5 – Vandoeuvre les Nancy, 22-23 mai 2008

Colloques : 10


L’objectif du projet LIBAN est l’étude de nouveaux matériaux d’électrodenégative pour batteries lithium-ion à haute performance en associant une

approche expérimentale multi-spectroscopies (notamment Mössbauer etimpédance) et la modélisation par calculs DFT (Density Functional Theory).Cette approche a été suivie pour plusieurs nanomatériaux de haute importance.L’ensemble de notre travail permet un comparatif des dopants de l’oxyde detitane TiO2 nanocristallin, qui vont des accepteurs aux donneurs (série : Zn, Y, Zr,Sn, Nb) et l’interprétation dans le cadre du modèle de charge d’espace

d’équilibre. De plus, nous avions proposé de travailler sur des composites d’oxydede lithium. Nous avons aussi étudié les intermétalliques à base d’étain, qui ont été préconiséscomme matériaux d’électrodes négatives en raison de leurs fortes capacitésthéoriques mais qui présentaient une faible tenue en cyclage. Nous avons doncanalysé les mécanismes de réaction électrochimique à partir de différentesspectroscopies et analysé les résultats à l’aide de calculs DFT. L’étude a porté surles intermétalliques à base de cobalt, de nickel et de niobium.

Résumé

Lithium Battery AnodesPhilippe Knauth

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Acronyme LIBANEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 294 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 54


Discipline Chimie

Mots clés • Batteries Lithium-ion• Nanomatériaux• Dopage• TiO2• Intermétalliques d’étain

KNAUTH Philippe Laboratoire Chimie Provence (UMR 6264), Université de Provence-CNRS LIPPENS Pierre-Emmanuel, Institut Charles Gerhardt (UMR 5253), Université de Montpellier II-CNRSCHADWICK Alan V., School of Physical Sciences, University of Kent

le programmeblanc

Relaxation atomique théorique et densité d’états pour TiO2 avec substitution Ti/Zr etlacune d’oxygène (BV : bande de valence, BC : bande de conduction, EF: niveau deFermi).

44

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursEn raison de la grande hygroscopicité de l’oxyde de lithium, les travaux sur les composites avec l’oxyde de lithium ont été abandonnés. Les travaux sur l’oxyde de fer sonten cours à l’université du Kent, mais n’ont pas encore donné de résultats. Toutefois, des résultats extrêmement prometteurs ont été obtenus sur d’autres nanocompositesSn/TiO2 (voir ci-dessous).

Résultats majeursLes mécanismes de réaction électrochimique entre le lithium et les intermétalliques d’étain ont été élucidés, mettant en évidence l’importance de la première lithiation. Il a aussi été montré que la perte de capacité au cours du cyclage est due à la coalescence des particules et aux réactions d’interface avec l’électrolyte. L’association dedifférentes spectroscopies et des calculs DFT nous a permis de proposer une interprétation microscopique et macroscopique de l’effet des dopants sur les propriétés de TiO2.Les résultats de cette étude assez exhaustive ont fait l’objet de différents articles ou sont en cours de publication. Enfin, nous avons réussi à préparer des matériaux d’unnouveau type, combinant des nanotubes de TiO2 et des nanofils d’étain, qui semblent très prometteurs comme électrodes négatives.

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ces• 1. C.M. Bousquet, P.E. Lippens, L. Aldon, J. Olivier-Fourcade and J.C. Jumas, In situ 119Sn

Mössbauer-effect study of Li-CoSn2 electrochemical system, Chemistry of Materials 18,6442 (2006).

• 2. A. Weibel, R. Bouchet S.L.P. Savin, A.V. Chadwick, P.E. Lippens, M. Womes and P.Knauth, Local atomic and electronic structure in nanocrystalline Sn-doped anatase TiO2,ChemPhysChem 7, 2377 (2006).

• 3. Y. D. Premchand, T. Djenizian, F. Vacandio, P. Knauth, Fabrication of self-organized TiO2nanotubes from columnar titanium thin films sputtered on semiconductor surfaces,Electrochem. Comm., 8, 1840-1844 (2006)

• 4. K.K.D. Ehinon, S. Naille, R. Dedryvère, P.E. Lippens, J.C. Jumas, D. Gonbeau, Ni3Sn4Electrodes for Li-Ion Batteries: Li?Sn Alloying Process and Electrode/Electrolyte InterfacePhenomena, Chemistry of Materials 20, 5388 (2008).

• 5. T Djenizian, I Hanzu, Y D. Premchand, F Vacandio, P Knauth, Electrochemical fabricationof Sn nanowires on titania nanotube guide layers, Nanotechnology, 19, 205601 (2008)

• 6. P.E. Lippens, A.V. Chadwick, A. Weibel, R. Bouchet and P. Knauth, Structure andchemical bonding in Zr-doped anatase TiO2 nanocrystals, J. Phys. Chem. C, 112, 43 (2008).

Invitées•P. Knauth, Ionic and Mixed Conductors for Energy: Preparation

and Properties, MRS Fall Meeting 2006, Symposium AA: SolidState Ionics, Boston, USA, 27 novembre-1 décembre 2006.

•P. Knauth, Inorganic solid Li ion conductors: an overview,International Workshop Fundamentals of Lithium-basedBatteries, Schloss Ringberg, Tegernsee, Allemagne, 23-28novembre 2008.

•P.E. Lippens, J.C. Jumas, J. Olivier-Fourcade, The study ofelectron transfer in advanced materials (electrodes for Li-ionbatteries and catalysts), International Conference on theApplications of the Mössbauer Effect, ICAME 2007, Kanpur(Inde), 21-26 octobre 2007.

•P.E. Lippens, J. Olivier-Fourcade, J.C. Jumas, . Mössbauerspectroscopy and new Sn-based composite materials asnegative electrode for high energy Li-ion batteriesInternational Symposium on the Industrial Applications of theMössbauer Effect, ISIAME 2008, Budapest (Hongrie), 17-22août 2008.

Colloques : 45


Les effets créés par l'environnement protéique jouent un rôle primordial sur lecontrôle de la coordination et des propriétés redox du cuivre dans les cupro-

enzymes. Nous avons développé les premiers systèmes supramoléculaires, calix-aza-cryptants basés sur des calix[6]arènes, modélisant l’environnement du cuivredans une poche hydrophobe. Leur synthèse a été déclinée sur diverses séries deligands permettant de moduler de façon fine la nature et le nombre des atomesdonneurs, et les contraintes spatiales imposées au métal. Deux aspectscomplémentaires, fondamental et appliqué, ont été développés de manièresynergique. L'un permet d'accéder à la compréhension des propriétés des cupro-enzymes et des mécanismes de régulation de leur fonctionnalité par les effets

supramoléculaires, notamment les effets de 2nde sphère. Il s’attelle à une étudefondamentale jamais réalisée : explorer les propriétés de complexation (échangehôte-invité) et les comportements électrochimiques des complexes du cuivre danstrois environnements différents (organique, aqueux, liquide ionique). La réactivitévis-à-vis de substrats, notamment O2, a été étudiée. Le deuxième aspect a traità l'exploitation en terme fonctionnel des propriétés de ces syn-enzymes pour laconception de dispositifs d'électrodes modifiées. A plus long terme, l’ambition estde développer des applications en biologie/chimie/ nanotechnologies (détectiond'espèces biologiques, capteurs, médiateurs, catalyse).

Résumé

Les calix-complexes du cuivre, modèles supramoléculaires de cupro-protéines : études

fondamentales et applications en bioélectrochimieYves Le Mest

45

Acronyme CALIXZYME REDOXEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancementPersonnels (H-m) C + EC + IR : 214,5

Autres IT : 9Recrutés : 74,5

Discipline Chimie

Mots clés • Interface chimie-biologie• Chimie supramoléculaire• Cuivre, calix[6]arène• Electrochimie• Electrodes modifiées, nano-capteurs

LE MEST Yves, Chimie, Electrochimie Moléculaires et Chimie Analytique, UMR CNRS 6521, Université de Brest. - REINAUD Olivia, Laboratoire de Chimie et de Biochimie pharmacologiques et toxicologiques, CNRS UMR 8601, Université Descartes-Paris V. - HAPIOT Philippe, Sciences Chimiques de Rennes, UMR CNRS 6226, Université de Rennes 1.

Objectif du projet calixzyme redox.

le programmeblanc

46

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursL’introduction d’un bras de fixation sur ces ligands superstructurés a été plus difficile que prévue. Les méthodologies sont au point, mais il en a résulté un "retard" pour lamodification des électrodes testée par diverses méthodologies, également lié au manque d'expérience dans ce domaine. L’hydrosolubilisation des calix-complexes a, elleaussi, été très difficile à mettre au point; les études redox des complexes dans l’eau n’ont donc pas encore pu être réalisées. Par manque d’étudiants en thèse, les stagiairespostdoctoraux ne restant généralement pas plus d’un an, un travail suivi est difficile.

Résultats majeursLa synthèse des calix-cryptants et celle de ligands présentant un 2e site de coordination a ouvert la voie à l’étude de complexes aux sphères de coordination variées, subtileset parfaitement contrôlées. Des études, spectroscopiques et électrochimiques, des complexes du cuivre des ligands calix-tren, -PN3 et –tmpa, et comparative d'un ligand avecet sans calixarène, ont mis en évidence des spécificités remarquables vis-à-vis des systèmes classiques : contrôles supramoléculaires spectaculaires des propriétés redox, effetsde 2nde sphère, de cavité, de milieu. L'activation de O2 par un site Cu isolé valide ces modèles de mono-oxygénases à cuivre, et généralement le concept de "calixzyme redox".Les 1ers résultats de greffage sur électrodes ouvrent la voie au développement de cette démarche.

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ces• Efficient Synthesis of Calix[6]tmpa: a New Calix[6]aza-cryptand with Original

Conformational and Host-Guest Properties. X. Zeng, D. Coquière, A. Alenda, E. Garrier, T. Prangé, Y. Li, O. Reinaud, I. Jabin. Chem. Eur. J. 2006, 12, 6393-6402.

• Monocopper Center Embedded in a Biomimetic Cavity : From Supramolecular Control of Copper Coordination to Redox Regulation. N. Le Poul, M. Campion, B. Douziech, Y. Rondelez, L. Le Clainche, O. Reinaud and Y. Le Mest. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129,8801-8810.

• First insights into the electronic properties of a Cu(II) center embedded in the PN3 cap of acalix[6]arene-based ligand. G. Izzet, X. Zeng, D. Over, B. Douziech, J. Zeitouny, M. Giorgi,I. Jabin, Y. Le Mest, O. Reinaud. Inorg. Chem. 2007, 46, 375-377.

• Second generation of calix[6]aza-cryptands : synthesis of heteroditopic receptors for organicion pairs. Le Gac, M. Ménand, I. Jabin. Org. Lett. 2008, 10, 5195-5198

• Conducting Ferrocene Monolayers on Non Conducting Surfaces. F. Hauquier, J. Ghilane, B. Fabre, P. Hapiot. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2748-2749.

• Dioxygen Activation at a Mononuclear Cu(I) Center Embedded in the Calix[6]arene-TrenCore. G. Izzet, J. Zeitouny, H. Akdas-Killig, Y. Frapart, S. Ménage, B. Douziech, I. Jabin, Y. Le Mest, O. Reinaud. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9514-9523.

Invitées•Y. Le Mest, Gordon Research Conference, Inorganic Chemistry,

Salve Regina University, Newport, RI, USA, July 16-21, 2006.•P. Hapiot, Fifth Sino-French Workshop on Surface Electrochemistry

of Molecules of Biological Interest & Biosensor ApplicationsChangsha, China, 17-20 Mai 2008.

•O. Reinaud. Nitrogen Ligands 4th EuCheMs conference, Garmisch-Partenkirchen, Allemagne, 24-28 Août 2008.

•O. Reinaud, Calix 2007, Univ. of Maryland, USA, August 6-92007.

Colloques : 14


Le projet consiste à exploiter les propriétés particulières du fluor pour construiredes vecteurs synthétiques de transfert de gènes à efficacité accrue, notamment

en terme de stabilité en milieu biologique. Les fluoroalcanes étantsimultannément hydrophobes et lipophobes, l’insertion d’un segment fluoroalkyleentre la tête polaire et la région lipophile d’un lipide cationique doit permettre àcelui-ci de former des auto-assemblages qui présentent une résistance accrue aux

processus de dégradation qui procèdent, pour certains, par insertion d’élémentsamphiphiles dans l’assemblage et dissolution de ses éléments (action decomposés tensioactifs) ou recrutement d’éléments déstabilisateurs (opsonisation).Le projet consiste en la synthèse de différentes familles de lipides cationiquesfluorés, en la caractérisation de leurs propriétés d’auto-assemblage, et enl’évaluation de leur potentiel en transfection.

Résumé

Phospholipides localement perfluorés : de nouveaux vecteurs synthétiques de transfert

de gènes pour la thérapie géniqueLuc Lebeau

47

Acronyme PERFLUOSOMESEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 130 500 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 62


Discipline Chimie

Mots clés • Lipides cationiques fluorés• Vecteurs non viraux• Complexes lipide-ADN• Stabilité• Transfert de gènes

LEBEAU Luc, Laboratoire de Chimie Organique Appliquée. UMR 7175-LC1 du CNRS Université Louis Pasteur - PONS Françoise, EA 3771 - Inflammation et Environnementdans l’Asthme, Université Strasbourg 1 - KICHLER Antoine, UMR 8115 - Genethon III, Evry

le programmeblanc

48

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursUne première difficulté rencontrée au cours de la mise en œuvre de ce projet concerne la mise au point d’un accès synthétique aux composés visés permettant leur préparationà l’échelle de la centaine de mg. Cette difficulté résulte, d’une part, du faible éventail de synthons fluorés bifonctionnels commercialement disponibles et, d’autre part, de laréactivité très particulière des composés fluorés. Une autre difficulté, elle aussi liée aux propriétés intrinsèques du fluor, concerne l’analyse thermique des composés et l’étudede leur polymorphisme. En particulier, ceci a rendu délicat les opérations de formulation en liposomes, la règle empirique fondée sur les paramètres d’empilement et quipermet de prévoir le type d’auto-assemblage obtenu étant infirmée.

Résultats majeursLa méthodologie de synthèse permettant la préparation des composés lipidiques hémifluorés a été entièrement établie et a permis la préparation de près d’une quarantainede structures totalement originales. Les propriétés d’auto-assemblage de ces lipides ont été étudiées en détail et un certain nombre de relations structure-propriétés ont puêtre identifiées. Les différents composés fluorés préparés ont fait l’objet d’une évaluation de leur aptitude à complexer un brin d’ADN et à permettre son expression dansdifférentes cellules en culture. Les résultats obtenus in vitro montrent des activités en transfection comparables ou supérieures à celles de composés de référence (DOTAP,DOGS…). Les résultats préliminaires obtenus in vivo ne confirment pas cette tendance.

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ces• Enhanced selective immobilization of biomolecules onto solid supports coated with

semifluorinated self-assembled monolayers. Klein, E. ; Kerth, P. ; Lebeau, L. Biomaterials2008, 29, 204-214.

Invitées•Conception et application d’architectures lipidiques

fluorées : de l’étude structurale des protéinesmembranaires aux vecteurs de transfert de gènes(17/12/2008, ECPM, Strasbourg).

Colloques :


L'effet magnéto-électrique peut être défini comme le couplage entre la polarisationélectrique d'un matériau et son état magnétique. Dans un tel matériau, il est

possible de modifier la polarisation ou la constante diélectrique par l'applicationd'un champ magnétique et inversement l'état magnétique par un champ électrique.L'objet de ce projet est de synthétiser de nouveaux matériaux multiferroïques, sousforme de films minces ou de matériaux massifs, alternant couches ferroélectriques

et couches magnéto-élastiques, et d'étudier le couplage magnéto-électrique nonseulement dans ces systèmes, mais aussi dans des systèmes plus classiques. L'originalité de notre projet est d'associer en une interaction forte et quotidienne desthéoriciens (même laboratoire), des chimistes du solide, des cristallographes et desphysiciens du solide en un aller-retour permanent entre modélisation et expérience.

Résumé

Structure électronique et magnétique d’oxydes magnéto-électriques

Marie-Bernadette Lepetit

49

Acronyme SEMOMEEdition 2005Durée du projet 45 moisFinancement 400 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 96,2


Discipline ChimieMots clés • Matériaux multiferroïques

• Calcul de couplages magnéto-électrique• Couches minces et super-réseaux• Matériaux en intercroissance• Mesure de couplage magnéto-

électrique

Crismat

le programmeblanc

50

Verrous scientifiques et technologiques, ou points durs• synthèse de super-réseaux de qualité• détermination des structures cristallographiques des super-réseaux• calcul du couplage magnéto-électrique• mesure directe du couplage magnéto-électrique

Résultats majeurs• développement d'une méthode de mesure directe du couplage magnéto-électrique et de son anisotropie• mesure de l'anisotropie du couplage magnéto-électrique dans divers composés à ordres magnétiques complexes • développement d'une méthode fiable de calcul des intégrales d'échange magnétique entre des atomes à nombreuses couches ouvertes responsables des propriétésmagnétiques dans les composés multiferroïques• obtention de super-réseaux de qualité exceptionnelle pour les composés BaTiO3/La2/3Sr1/3MnO3

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ces• B. Kundys, C. Simon et C. Martin, Phys. Rev. {\bf B 77}, 172402 (2008)

• N. Bellido, C. Simon et A. Maignan, Phys. Rev. {\bf B 77}, 054430 (2008)• N. Bellido, Ch. Martin, Ch. Simon et A. Maignan, J. Phys.: Condens. Matter {\bf 19}, 7 (2007)• P. Murugavel and W. Prellier, J. Appl. Phys. {\bf 100}, 023520 (2006)• M. P. Singh, Ch. Simon, B. Raveau et W. Prellier, Phase Transitions {\bf 79}, 973 (2006)

Invitées•Charles Simon, « Les matériaux multiferroïques »

Société Française de Physique (Grenoble France 2007)•W. Prellier - EMRS Meeting, 29 Mai.-2 Juin 2006,

Nice, France.•B. Mercey, W. Prellier, M.P. Singh, D. Grebille,

Ch. Simon, “Ferroelectric – Ferromagnetic superlattices : A possible way to prepare artificial multiferroicmaterials” B réunion MACOMUFI 21-22 mars 2007Yvoire.

Colloques : 8


Ce projet aux interfaces entre chimie, biologie et optique/photonique reposaitsur un effort concerté entre trois équipes des départements de Chimie et de

Biologie de l’ENS : l’équipe de C. Bowler, experte de la photoperceptioncellulaire, l’équipe de J.-M. Mallet, spécialisée en synthèse organique desystèmes complexes et l’équipe de M. Martin spécialisée en spectroscopiefemtoseconde appliquée à la photochimie et à la photobiologie. Le projetcomportait deux volets: i) comprendre la conversion de l’énergie lumineuse par lesphotorécepteurs de microorganismes unicellulaires capables dephotomouvements, et ii) entamer une démarche vers la conception de photo-

microactionneurs artificiels. La photomotilité cellulaire (par activation de flagelles,cils, etc...) est déclenchée par l’absorption d’un photon au sein d’une protéinephotoactive ou photorécepteur. On se proposait d’étudier, par spectroscopied’absorption transitoire femtoseconde UV-Vis, la relation entre la structuremoléculaire et la photoactivité de trois types de photorécepteurs : cryptochromes,oxyblépharismine-protéine et protéine jaune photoactive (PYP). On envisageaitégalement la synthèse et l’étude photophysique d’un premier modèle artificiel ducœur photoactif de PYP où le chromophore serait relié à une cyclodextrinesubstituée mimant la poche protéique.

Résumé

Etude de microactionneurs photobiologiques à l’échelle moléculaire : Photodéclenchement

ultrarapide de la motilité cellulaireMonique Martin

51

Acronyme FEMTOMOTILEEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 295 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 89,4


Discipline Chimie

Mots clés • Photochimie• Photobiologie• Chimie Biologique• Chimie Supramoléculaire• Spectroscopie Femtoseconde

MARTIN Monique, UMR CNRS/ENS 8640 - BOWLER Chris, UMR CNRS/ENS 8186 - MALLET Jean-Maurice, UMR CNRS/ENS 8642

Algue verte Ostreococcus tauri, le plus petit eucaryoteautotrophe connu (FAD) flavine adénine dinucléotide

le programmeblanc

52

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes études à l’interface photochimie - biologie (Volet 1) nécessitait un effort important de l’équipe de biologistes pour exprimer et purifier les protéines photoréceptricesciblées. L’étude d’un cryptochrome de diatomée marine s’est heurtée au fait qu’il était exprimé sous une forme insoluble et l’étude a été réorientée sur des cryptochromesd’une algue verte. L’étude photodynamique nécessitait un effort important de l’équipe de photochimistes pour optimiser son dispositif de spectroscopie femtoseconde(résolution ~100 fs). Enfin la synthèse d’un système photoactif artificiel (Volet 2) nécessitait l’embauche d’un postdoc dès le début du projet, ce qui n’a pas été possible(1er versement ANR insuffisant).

Résultats majeurs1) Expression et purification de cryptochromes de l’algue verte, Ostreococcus tauri, par l’équipe Bowler et caractérisation spectroscopique par l’équipe Martin : démonstrationpour l’un d’eux d’une réponse photoinduite par capture d’électron d’un résidu tryptophane proche, en 500 fs. 2) Démonstration d’une conversion efficace de l’énergielumineuse au sein de l’oxyblépharismine-protéine et hypothèse de son fonctionnement comme un écran solaire. 3) Conception et synthèse d’un premier modèle artificiel ducœur photoactif de PYP basée sur une cyclodextrine par l’équipe Mallet et démonstration par l’équipe Martin d’un fonctionnement photoinduit approchant celui de la protéineet de trois protéines mutantes.

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ces• Primary photoprocesses involved in the sensory protein for the photophobic response of

Blepharisma japonicum. J. Brazard, C. Ley, F. Lacombat, P. Plaza, M. M. Martin, G.Checcucci, F. Lenci. J. Phys. Chem. B, 2008, publiée online, doi : 10.1021/jp805815e.

• Role of arginine 52 on the primary photoinduced events in the PYP photocycle.P. Changenet-Barret, P. Plaza, M. M. Martin, H. Chosrowjan, S. Taniguchi, N. Mataga, Y. Imamoto, M. Kataoka. Chem. Phys. Lett., 2007, 434, 320-325.

Invitées•150 Ans de la Société Française de Chimie, Paris, France,

Juillet 2007 Primary photochemical events in cellularphotoperception. M.M. Martin, et al.

•8th International Conference on Femtochemistry, Oxford, UK,Juillet 2007 Primary photoprocesses involved in the sensoryprotein for the photophobic response of the ciliateBlepharisma japonicum. P. Plaza et al.

•13th International Conference on Photochemistry, Cologne,Juillet 2007 Role of the chromophore photophysics and of thelocal environment on the primary steps of the PhotoactiveYellow Protein (PYP) photocycle. P. Changenet-Barret et al.

•25th Annual Missouri Symposium : Plant Photobiology,Missouri, USA, Mai 2008 Photoreceptors in marine diatoms.C. Bowler

Colloques : 35


RMN Solide Haute Résolution Hauts ChampsDominique Massiot

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Acronyme RMNSOLIDE-HR-HC Edition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 539 999,20 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 169,65

Autres IT : 7,2Recrutés : 48Doctorant : 90

Discipline Chimie

Mots clés • RMN Solide Haute Résolution• Hauts Champs magnétiques• Chimie du Solide• Matériaux inorganiques• Matériaux Hybrides Sol-Gel

MASSIOT Dominique, Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris - BABONNEAU Florence,LCMC Paris, CNRS Université Pierre et Marie Curie Paris 6 - CHARPENTIER Thibault, LSDRMN, CEA Saclay -AMOUREUX Jean-Paul, UCCS, CNRS - Université de Lille - Ecole de Chimie de Lille

Comprendre la structure des verres de borates à partir d’expériences de RMN et de calculsab-initio.

le programmeblanc

Le programme de recherche de l’ANR RMN-SOLIDE-HR-HC est centré sur ledéveloppement et l’application de nouvelles méthodes de Résonance Magnétique

Haute Résolution Solide, en particulier à hauts champs magnétiques, pour lacaractérisation de matériaux inorganiques ou hybrides, cristallins, amorphes ouvitreux, et l’interprétation fine à partir de simulations et de calculs ab-initio desparamètres mesurés. Il rassemble quatre équipes de recherche qui se situent à lapointe du domaine : LCMC Paris UMR7574 UPMC, IRAMIS/LSDRM CEA Saclay,UCCS UMR8181 Université de Lille (800MHz), et CEMHTI UPR3079 Orléans(750MHz). Ce programme de recherche présentait différents aspectscomplémentaires portant sur :

- la synthèse de matériaux modèles, l’enrichissement isotopique de composés ou dematériaux choisis,- le développement de nouvelles méthodes permettant la caractérisation dematériaux organisés ou désordonnés à l’échelle sub-nanométrique ou moléculaireen utilisant les couplages dipolaires ou indirects entre noyaux dipolaires etquadrupolaires,- la définition et la réalisation (par des tiers) de sondes permettant d’aborder denouvelles classes d’expériences impliquant plusieurs (3) hétéronoyaux,- le développement ou la participation au développement de codes de calculspermettant la modélisation quantitative des spectres RMN (Fit) et leurcompréhension en terme de structure (calculs ab-initio).

Résumé

54

Verrous scientifiques et technologiques, ou points durs•Développement, pour des solides, de la mesure des couplages indirects caractéristiques des liaisons chimiques.•Développement des méthodes de corrélation homo- et hétéronucléaires en particulier quand elles impliquent des noyaux quadripolaires. •Développement de méthodes impliquant trois hétéronoyaux en RMN du solide.•Modélisation quantitative des spectres haute résolution de RMN du solide.•Description de l’ordre et du désordre de la sphère de coordinence au motif moléculaire nanométrique.•Calculs ab-initio de paramètres RMN pour des solides périodiques et extension aux verres.

Résultats majeursLes travaux menés au cours du projet ont permis de répondre à l’essentiel des buts proposés pour le programme : les matériaux cristallins ou vitreux synthétisés ont permisde démontrer qu’il est maintenant possible de mesurer avec précision des couplages indirects et donc de caractériser la liaison chimique, même dans des solides inorganiques.Sur cette base nous avons développé un large ensemble de nouvelles expériences permettant de caractériser des motifs moléculaires étendus à l’échelle sub-nanométriquedans une grande variété de matériaux. Ces résultats ont participé notablement au développement des méthodes de calcul ab-initio appliquées aux solides périodiques puisaux systèmes vitreux avec des résultats très bien reconnus dans la communauté et la création de collaborations fortes avec les meilleurs spécialistes de ce domaine. En dépitdes difficultés techniques, nous disposons maintenant de sondes triple accord (uniques en leur genre) qui commencent à donner des résultats novateurs.

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ces• SEQ ref 1 J.P. Amoureux, Q. Wang, B. Hu, O. Lafon, J. Trébosc, F. Deng, Chem. Comm,

2008 : DOI : 10.1039/b816362f• SEQ ref 2 G.Ferlat, T.Charpentier, A.P.Seitsonen, A.Takada, M.Lazzeri, L.Cormier, G.Calas,

F.Mauri, Phys. Rev. Lett. 101 065504 2008; • SEQ ref 3 C.Coelho, T.Azais, L.Bonhomme-Coury, J.Maquet, D.Massiot, C.Bonhomme,

J. Magn. Reson., 179 106-111 2006; • SEQ ref 4 M.Deschamps, F.Fayon, J.Hiet, G.Ferru, M.Derieppe, N.Pellerin, D.Massiot,

Phys. Chem. Chem. Phys. 10 1298-1303 2008• SEQ ref 5 F.Angeli, M.Gaillard, P.Jollivet, T.Charpentier, Chem. Phys. Lett. 440 324-328

2007• SEQ ref 6 C.Gervais, C.Coelho, T.Azais, J.Maquet, G.Laurent, F.Pourpoint, C.Bonhomme,

P.Florian, B.Alonso, G.Guerrero, H.Mutin, F.Mauri, J. Magn. Reson. 187 131-140 2007

Invitées•P.Florian et al. 50th ENC Asilomar, California, USA 29/03-

03/04 2009 •C.Bonhomme heteronuclear decoupling and biological

applications of solid state NMR. ANZMAG 2008 BrisbaneAustralie 06-11/12/2008

•Christel Gervais Combined ab-initio computational andexperimental multinuclear solid-state NMR study of a silicamesophase and an amorphous silica surface CECAM-ETHZZurich 10-12/09/2008

•Indirect detection of quadrupolar nuclei through dipolarinteraction,16th ISMAR meeting Taiwan 14-19/10/2007

•D.Massiot Strategies for investigating ordered anddisordered inorganic solids: homo- and hetero-nuclearmethods using unresolved J coupling 2007 MagneticResonance Gordon Research Conference Biddeford, Maine,USA 17-22/06/2007


Ce projet avait pour objectif la mise au point de catalyseurs hydrocompatiblesde transformation d'oléfines (polymérisation, hydroformylation) construits sur

cavités moléculaires. Les deux principaux partenaires du projet avaient récemmentdémontré l'intérêt de catalyseurs dérivés de cavités de type cyclodextrine enpolymérisation d'éthylène. Ces catalyseurs n'étaient toutefois pas compatiblesavec un milieu aqueux. Par ailleurs, seul des cyclodextrines de type beta ou de

taille supérieure pouvaient déboucher sur un catalyseur d'intérêt industriel. Lesauteurs ont donc décidé d'élaborer de nouvelles βcyclodextrines pouvant répondreà l'objectif fixé. Par ailleurs, ils ont souhaité se tourner vers d'autres types decavités, en particulier des calix[4]arènes, ces derniers étant particulièrementadaptés à la construction de systèmes ouverts ou semi-ouverts.

Résumé

Métallocavitands hydrosolubles pour la transformation d'oléfines

Dominique Matt

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Acronyme WATERCATEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 324 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 90


Discipline Chimie

Mots clés • Cavités moléculaires • Catalyse par complexes de coordination• Hydroformylation• Polymérisation• Architectures macromoléculaires

MATT Dominique, UMR 7177, Institut de Chimie-Laboratoire de Chimie Inorganique Moléculaire,Strasbourg - LUTZ Pierre, Institut Charles Sadron, UPR CNRS, Strasbourg UMR 7177, Institut de Chimie-Laboratoire de Chimie Inorganique Moléculaire, Strasbourg

Hydroformylation d'octène avec un catalyseur confiné dans une poche moléculaire D. Sémeril, D. Matt, L. Toupet, Chem. Eur. J., 2008, 14, 7144-7155

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes principales difficultés du projet étaient : a) la confection de catalyseurs originaux et performants construits à partir d'une molécule cavitale; b) le passage à une versiondu catalyseur pouvant opérer dans l'eau; c) l'élaboration de procédés de polymérisation et d'hydroformylation conservant leur efficacité en milieu aqueux en termes d'activité,de sélectivité et de masse molaire.

Résultats majeursSynthèse de nouvelles cavités hydrosolubles: obtention des premières β-cyclodextrines comportant un groupement sulfoxyde chiral endo-orienté (liaison S=O localisée dans la cavité). - Découverte d'un catalyseur extrêmement actif en polymérisation par addition du norbornène (masses molaires supérieures à 106 g.mol-1). Ce catalyseur a également ététesté pour la polymérisation de macromonomères de polystyrène dotés d'une extrémité polymérisable norbornène ainsi que pour la polymérisation stéréospécifique du styrène.- Découverte d'une nouvelle classe de catalyseurs d'hydroformylation d'oléfines (calixarènes) ayant des sélectivités très élevées en aldéhyde linéaire (l:b = 100 pour l'octène).

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ces• M. Lejeune, D. Sémeril, C. Jeunesse, D. Matt, F. Peruch, P. J. Lutz, L. Toupet

Strained diphosphines built upon a calix[4]arene skeleton. Synthesis of a highly activenorbornene polymerisation catalyst. - Macromol. Rap. Comm. 27 (2006), 865-870

• B. Benmerad, P. Clair, D. Armspach, D. Matt, F. Balegroune, L. Toupet Sulfur-capped cyclodextrins: a new class of cavitands with extroverted as well as introverteddonor functionalities - Chem. Comm. (2006) 2678 - 2680

• D. Sémeril, C. Jeunesse, D. Matt, L. Toupet. Regioselectivity through hemisphericalchelators. Increasing the efficiency of diphosphanes with large bite angles. Angew. Chem.Int. Ed. 45 (2006) 5810 –5814

• L. Poorters, D. Armspach, D. Matt, L. Toupet, P. G. Jones. A metallocavitand functioning asa container for anions. Formation of non-covalent, linear assemblies mediated by acyclodextrin-entrapped NO3– anion. Angew. Chem. Int. Ed. 46 (2007) 2663-2665

• L. Poorters, D. Armspach, D. Matt, L. Toupet, S. Choua, P. Turek. Synthesis and properties ofTRANSDIP, a rigid chelator built upon a cyclodextrin cavity. Is TRANSDIP an authentic trans-spanning ligand ? - Chemistry, Eur. J., 13 (2007) 9448-9461

• D. Sémeril, D. Matt, L. Toupet. Highly regioselective hydroformylation with hemisphericalchelators Chem. Eur. J. 14 (2008) 7144-7155

Invitées•ADVANCES IN POLYOLEFINS 2007 September 23-26

(Sonoma, Californie)

Colloques : 4


Le projet LnOnL a permis de regrouper une force de travail importante autour dequelques objectifs précis et des avancées très significatives ont pu être réalisées

dans trois domaines : • Une nouvelle description des électrons f a été proposée et l’importance des effetsde champs de ligands dans ces composés a été clairement mise en évidence. Cenouveau modèle ouvre des possibilités très importantes afin d’expliquer les proprié-tés d’anisotropie magnétique observées en RMN ou encore les fluctuation fines desspectres de luminescence.• L’étude des propriétés ONL du troisième ordre a permis l’optimisation de l’effet

d’antenne à deux photons sur l’europium pour lequel des section efficaces record ontété obtenues, la généralisation de cet effet aux émetteurs dans le proche IR (Yb) etla réalisation des première images par microscopie à biphotonique. Une nouvellegénération de biosonde combinant propriétés intrinsèques des lanthanides et avan-tages de la microscopie non linéaire a donc été obtenue. • Enfin l’utilisation des complexes de lanthanide en biologie structurale, qui était,à l’origine du projet, une activité un peu marginale a donné des résultats inespérés.Un nouveau domaine de recherche vierge s’ouvre qui consiste à étudier les interac-tion entre complexes de lanthanides et protéines ou acide aminés modèles.

Résumé

Complexes de lanthanides pour l’optique non linéaire : aspects fondamentaux

et applications en imagerie biologiqueOlivier Maury

57

Acronyme LnOnLEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 300 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 79,8


Discipline Chimie

Mots clés • Lanthanide• Optique non linéaire• Imagerie• Chimie théorique • (bio)-Cristallographie

MAURY Olivier, laboratoire de chimie UMR CNRS-ENS Lyon 5182 - COSTUAS Karine, Sciences chimique deRennes- UMR CNRS 6226 - RABILLER Philippe, Groupe de la Matière condensée et Matériau - UMR CNRS - univRennes 1 6626 - Richard KAHN, Institut de biologie structurale - EBEL J.P. - UMR CEA CNRS UJF 5075

Fluorescence de cristaux de dérivés de protéine (lyzosime) contenant des complexes deTb (vert) et d’Eu (rouge).

le programmeblanc

58

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursDeux verrous technologiques en microscopie non linéaire restent à dépasser : il s’agit (1) de pouvoir exciter et détecter dans le proche infrarouge ce que les microscopesbiphotonique actuels sont incapable de réaliser et faire de la microscopie biphotonique résolue en temps.

Résultats majeurs•Première réalisation d’imagerie biphotonique avec des complexes de lanthanide. Ce travail a débouché sur un collaboration industrielle.•Nouvelle description des orbitales f et des effets de champ de ligand généralement négligés dans les lanthanides.•Découverte d’un complexe de lanthanide qui agit comme agent de cristallisation de protéine et qui permet la résolution de la structure grâce à ses propriétés dediffusion anomale. Ces composés sont en phase de commercialisation.

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ces• [1] Long-Lived, Two-Photon Excited Luminescence of Water Soluble EuIII Complexes. A.

Picot, A. D’Aléo, P.L. Baldeck, A. Grishine, A. Duperray, C. Andraud, O. Maury J. Am. Chem.Soc. 2008, 130, 1532-1533.

• [2] Two-photon Microscopy and Spectroscopy Of Lanthanide Bioprobes A. D’Aléo, G.Pompidor, B. Elena, J. Vicat, P.L. Baldeck, L. Toupet, R. Kahn, C. Andraud, O. MauryChemPhysChem., 2007, 8, 2125-2132.

• [3] On the Sensitivity of f Electrons to their Chemical Environment. E. Furet, K. Costuas, P.Rabiller, O. Maury J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2180-2183.

• [4] Protein Crystallography Through Supramolecular Interactions Between a LanthanideComplex and Arginine Amino Acid.Crystallography G. Pompidor, A. D’Aléo, J. Vicat, L.Toupet, N. Giraud, R. Kahn, O. Maury Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 3388 –3391.

• [5] Efficient sensitization process of europium, ytterbium and neodymium through charge-transfer excited state. A. D’Aléo, A. Picot, A. Beeby, J.A. G. Williams, B. Le Guennic, C.Andraud, O. Maury Inorg. Chem., 2008, 47, 10258-10268.

• [6] Design of Dipicolinic Acid Ligands for the Two-Photon Sensitized Luminescence ofEuropium Complexes with Optimized Cross-Sections. A. Picot, A. D’Aléo, P.L. Baldeck, C.Andraud, O. Maury Inorg. Chem., 2008, 47, 10269-10279.

Invitées•Séminaire à l’université de Duhram (UK) (Juillet 2007)

Lanthanide for nonlinear optics : from fundamentalconcept towards applications in biphotonic biologicalimaging.

•Séminaire à l’université de Manchester (UK) (Juillet2007) Lanthanide for nonlinear optics : fromfundamental concept towards applications in biphotonicbiological imaging.

•Séminaire à l’université de Genève (Suisse, Novembre2008) Lanthanide complexes for nonlinear optics : fromold complexes to new concepts.

Colloques : 21


La catalyse d’oxydation asymétrique est aujourd’hui un enjeu stratégique de larecherche fondamentale et appliquée. En effet, malgré les efforts des trois

dernières décennies, il faut reconsidérer de nombreux procédés au vu du contexteenvironnemental et économique. La catalyse chimique homogène et labiocatalyse représentent les meilleures solutions mais elles restent perfectibles.Globalement, ces deux approches chimiques et biochimiques sontcomplémentaires. Il existe alors une stratégie originale pour mettre en synergieces deux domaines de la catalyse. Cette stratégie repose sur la génération de

catalyseurs hybrides, à l’interface de la biologie et de la chimie inorganique.L’objectif de notre projet est de mettre au point des catalyseurs hydrides actifsdans le cadre d’oxydations en privilégiant les réactions de transferts d’oxygèneasymétriques, par l’insertion d’un site actif inorganique au sein d’une protéine. Lesite actif dicte la nature de la réaction catalysée et l’échafaudage fixe la sélectivitéde cette réaction. Aujourd’hui encore, il n’existe que très peu de solutionsappliquées pour l’oxydation d’alcanes, d’alcènes et de sulfures dans les deuxdomaines de la biocatalyse et de la catalyse chimique.

Résumé

Nouveaux Catalyseurs Hybrides Bio-Inorganiquespour l’Oxydation. Asymétrique : vers des

Métalloenzymes Artificielles originalesStéphane Ménage

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Acronyme BioInorgCatEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 360 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 90


Discipline Chimie

Mots clés • Chimie Bioinorganique• Catalyse homogène et hétérogène• Métalloenzymes artificielles• Ingénierie des protéines• Biologie structurale

MÉNAGE Stéphane, LCBM UMR5249 - FONTECILLA - CAMPS Juan, IBS/LCCP UMR 5075Exemple de cinétique chimique in cristallo

le programmeblanc

60

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLe principal verrou était lié au contrôle de la sélectivité de l’insertion du complexe inorganique au sein de la protéine. Dans un second temps, la nature du contrôleénantiosélectif de la catalyse d’oxydation restait à démontrer. Enfin, le dernier obstacle consistait à obtenir des cristaux de l’hybride inorganique/protéine.

Résultats majeursLes principaux résultats se déclinent en fonction de la nature des hybrides synthétisés. D’une part, une monooxygénase à Manganèse a montré une forte activité et une grandestabilité lors de l’oxydation de sulfures, associée à une grande spécificité de la réaction. D’autre part, un nouveau concept de mise en évidence d’une réaction chimique aété défini. Il est possible de suivre une réaction d’hydroxylation aromatique par activation du dioxygène au sein d’un cristal au sein d’une protéine de transport. Ce conceptde cinétique chimique « in protein » pourrait être a priori généralisé à toute réaction chimique. L’insertion d’autre complexes de fer a aussi démontré la versatilité de laprotéine NiKA . On a ainsi pu définir tous les paramètres structuraux qui favorisent la fixation via des liaisons supramolécules de complexes inorganiques.

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ces• A new chiral diiron catalyst for enantioselective epoxidation C. Marchi-Delapierre,

A. Jorge-Robin, A. Thibon, S. Ménage, Chem. Commun., 2007, 11,1166-1168.• Tricarbonylmanganese(I)-lysosyme complex: A structurally characterized organometallic

protein. Razavet M, Artero V, Cavazza C, Oudart Y, Lebrun C, Fontecilla-Camps JC andFontecave M. Chem Commun. 2007 19;(27):2805-7.

• Structural Characterization of a putative Endogenous Metal chelator in the periplasmictransporter NiKA. Cherrier, M. V ; Cavazza, C. ; Bochot, C. ; Lemaire, D. ; Fontecilla–Camps, J. C. J. Am. Chem. Soc. 2008, 47, 9937-43.

• The protein environment drives selectivity for sulfide oxidation by an artificialmetalloenzyme. Rousselot-Pailley, P; Bochot, C; Marchi-Delapierre,C; Jorge-Robin,A.; Martin, L; Fontecilla-Camps, J.; Cavazza, C; Ménage, C. accepté à ChemBioChem.

Invitées•ACS Meeting 2008 New Orleans ( S. Ménage)•Gecom-Concoord 2008 (S. Ménage)•Conférences de l’ISM2 (Université de Marseille)

(S. Ménage)•Conférences de l’ISM2 (Université de Marseille)

(C. Cavazza)

Colloques : 7


Ce projet est inscrit dans un programme consacré au développement de vaccinsglycoconjugués contre les entérobactéries Shigella flexneri 2a, 3a et 1b,

responsables de la forme endémique de la dysenterie bacillaire. Il repose surl’interdisciplinarité et aborde deux volets : - un volet chimique/immunochimique visant à identifier les épitopesimmunodominants portés par les antigènes polyosidiques (Ag-O) cibles de laprotection contre l’infection, à l’aide d’une panoplie de fragments synthétiquesdes Ag-Os impliqués et d’anticorps monoclonaux spécifiques de sérotype.- un volet chimique/biochimique, prospectif et interactif, visant à ouvrir un nouvelaccès aux sucres complexes via des voies de synthèse chimio-enzymatiques

originales impliquant de nouvelles glycoenzymes "façonnées à demande" selonun cahier des charges précis. Mettant en oeuvre deux techniques d'évolutionmoléculaire in vitro, cette stratégie est focalisée sur la conception de ramifications α-D-glucopyranosyles spécifiques de sérotype et s’appuie sur 7 systèmestransglucosidase/substrat peu coûteux représentatifs de deux familles d’enzymes(CGTase et glucane-saccharase).La synthèse enzymatique de quantités importantes des produits de glucosylationet leur utilisation dans la synthèse des haptènes de S. flexneri validera le conceptgénérique proposé, encore non exploré, à savoir la "conception de glyco-enzymesà façon".

Résumé

Conception à façon, par évolution moléculairedirigée, de transglucosidases pour la synthèse

chimio-enzymatique d’antigènes osidiquesLaurence Mulard

61

Acronyme OPTI-GLUCEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 570 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 86,4


Discipline Chimie

Mots clés • Ingénierie des protéines• Interface chimie biologie• Glycochimie• Polysaccharidiques bactériens• Transglucosidase

MULARD Laurence, Unité de Chimie des Biomolécules, Institut Pasteur (CNRS URA 2128) - PHALIPON Armelle, Unité de Pathogénie Microbienne Moléculaire, InstitutPasteur (INSERM U 786) - MONSAN Pierre, Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, INSA, UMR CNRS 5504, INRA 792, Equipe IngénierieEnzymatique - DRIGUEZ Hugues, CERMAV, CNRS UPR 5301

De l’antigène polyosidique aux épitopes immunodominants : synergie entreglycochimie et immunochimie.

le programmeblanc

62

Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursVolet 1 : A la complexité et au nombre des oligosides synthétiques cibles requis pour l’étude, s’est ajoutée l’immunogénicité particulièrement faible des souches 3a et surtout1b. Volets 2/3 : Principalement d’ordre scientifiques, les défis majeurs identifiés résident dans (i) la conception (sélection des substrats accepteurs, de la stratégie d’ingénierie,du mode de sélection/criblage…) et bien évidemment (ii) la validation chimique de stratégies de synthèse chimioenzymatique impliquant une étape enzymatique précoce.Sources de verrous anticipées, ces défis se sont avérés être également d’ordre technique (i) méthodes de criblage haut débit à développer et (ii) système de production desproduits de glucosylation nécessaires à l’étape de validation.

Résultats majeursDes épitopes immunodominants portés par l’Ag-O de S. flexneri 3a ont été identifiés à l’aide de 4 anticorps monoclonaux spécifiques de sérotype et des 18 oligosidesreprésentatifs de l’Ag-O homologue qui ont été synthétisés. De nouvelles transglucosidases capables de glucosyler régio- et stéréosélectivement des accepteurs osidiques nonnaturels en présence de donneurs peu coûteux ont été identifiées. Les acquis démontrent le potentiel de l'ingénierie des protéines, combiné à une sélection rigoureuse de substrats compatibles avec une stratégie d'élongation chimique et audéveloppement indispensable de tests de criblage à haut débit pour la synthèse chimio-enzymatique d'antigènes osidiques.

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ces• 1. J. Boutet, T.H. Kim, C. Guerreiro, L. A. Mulard. Efficient route to orthogonally protected

precursors of 2-acylamino-2-deoxy-3-O-substituted-‚-D-glucopyranose derivatives and usethereof. Tetrahedron Lett. (2008) 49, 5339-5342.

• 2. J. Boutet, C. Guerreiro, L. A. Mulard. Synthesis of branched tri- to pentasaccharidesrepresentative of fragments of Shigella flexneri serotypes 3a and/or X O-antigens. Tetrahedron(2008) 64, 10558-10572.

• 3. J. Boutet, L. A. Mulard. Synthesis of 2 tetra- and 4 pentasaccharide fragments of Shigellaflexneri serotypes 3a and/or X O-antigens from a common tetrasaccharide intermediate. Eur. J. Org. Chem. (2008) 5526-42.

• 4. Boutet, J.; Guerreiro, C.; Mulard, L. A., Efficient synthesis of six tri- to hexasaccharide fragmentsof Shigella flexneri serotypes 3a and/or X O-antigen: N-trichloroacetylglucosamine- versusNacetylglucosamine- containing acceptors. J. Org. Chem. (en révision).

• 5. E. Champion, I. André, L.A. Mulard, P. Monsan, M. Remaud-Siméon, S. Morel (2008).Synthesis of L-rhamnose and N-acetyl-D-glucosamine derivatives with glucansucrases. (Soumis)

Brevets : •1. CA2591253 (Canada, 05/06/07) / PCT/FR2008/000697 (16/05/08)•2.EP08 290 238.8 (12/03/08)•3. EP08 290 237.0 (12/03/08)

Invitées•1. J. Boutet, C. Guerreiro, L. A. Mulard. Convenient

synthesis of short oligosaccharide fragments ofbacterial polysaccharides: the example of Shigellaflexneri 3a ». Benzon Symposium No. 54,Glycosylation: Opportunities in Drug Development,Copenhagen, Danemark, 11-14 Juin 2007.

•2. Monsan P. Amylosucrase: How to optimize andredesign an enzyme. Société EZAKI GLICO, Osaka,Japon, 23 Juil. 2008.

•3. Monsan P. Semi-rationnal engineering of anamylosucrase. Chemical Science and EngineeringFaculty, Kobe University, Kobe, Japon, 25 Juil. 2008.

Colloques : 28


Le présent projet concerne la conception et la synthèse de systèmes moléculairesartificiels permettant de reproduire pour la première fois soit le double transfert

d’électrons photoinduits du schéma en Z ou bien le transfert d’électrons photo-accumulatifs. La possibilité de pouvoir photogénérer par la lumière plusieurséquivalents oxydants ou réducteurs sur une même molécule ou bien de produireun état à charges séparées à haut contenu énergétique représente deux propriétésphotochimiques fondamentales pour réaliser pratiquement la transformation del’énergie solaire en énergie chimique (photosynthèse artificielle). Les stratégies

proposées pour atteindre ces objectifs sont fondées sur l’utilisation d’états àcharges séparées résultant de sensibilisateurs immobilisés sur des nano-particulesd’un semi-conducteur (SC) (de type n : TiO2 ou de type p : NiO), des systèmesde type Donneur-Espaceur-Accepteur reliés par un long espaceur π -conjugué ouencore de réservoirs d’électrons reliés covalemment à plusieurs sensibilisateurs.

Résumé

Design and synthesis of molecular devices forphotoinduced cumulative electron transfers

Fabrice Odobel

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Acronyme PhotoCumElecEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 237 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 36

Autres IT : Recrutés : 48Doctorants : 36

Discipline Chimie

Mots clés • Séparation photoinduite de charges• Photosynthèse artificielle• Synthèse organique• Chimie de coordination• Dendrimères multichromophores

Fabrice ODOBEL, CEISAM-UMR CNRS 6230 Chimie et Interdisciplinarité, Synthèse, Analyse, Modélisation Université de Nantes - Leif HAMMARSTRÖM, Department of Photochemistry and Molecular Science Uppsala University, SUEDE - Franco SCANDOLA, Dipartimento di Chimica Università di Ferrara, ITALIE -Anthony HARRIMAN, Molecular Photonics Laboratory School of Natural Sciences, Bedson BuildingUniversity of Newcastle upon Tyne , ANGLETERRE

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes verrous de ce projet sont premièrement la synthèse d’architectures moléculaires complexes, deuxièmement la conception de systèmes qui permettent de générer deuxtransferts d’électron photoinduits distincts (issus de deux photons différents) mais sur le même édifice. Sous ce dernier volet, il est envisagé de mimer le schéma en Z et lestockage photoaccumulatif d’équivalents réducteurs. Il est important de noter que ces deux fonctions n’ont pas été étudiées avec des systèmes moléculaires abiotiques.

Résultats majeurs1- Synthèse d’une multitude d’architectures moléculaires élaborées. Par exemple, des dyades donneur-connecteur π -accepteur (ZnP-OPE-AuP+, ZnPc-OPE-SnP, Rubpy3-NBI, ZnP-PtTerpy, etc..), des dyades sensibilisateur-accepteur ou donneur qui se chimisorbent à la surface d’un semi-conducteur type p ou type n (perylène imide-NBI,complexe de Ru-TTF, complexe de Ru-dendron arylamine). 2- La synthèse de réservoirs d’électrons (polyoxométallates et naphtalènebisimide dicyano) ainsi qu’une méthode efficace pour les fonctionnaliser par plusieurs colorants.3-Des systèmes performants pour la séparation photoinduite de charges. 4- Les 1ers exemples de transfert photoinduit de trous interfaciaux avec SC-p.

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ces• “Very large acceleration of the photoinduced electron transfer in a Rubpy3-naphtalene

bisimide dyad bridged on the naphthyl core” Frédérique Chaignon, Magnus Falkenström,Susanne Karlsson, Errol Blart, Fabrice Odobel et Leif Hammarström ChemicalCommunication, 2007, 64-66.

• “Syntheses and properties of core-substituted naphthalene bisimides with aryl ethynyl orcyano groups” Stéphanie Chopin, Frédérique Chaignon, Errol Blart and Fabrice OdobelJournal of Material Chemistry, 2007, 17, 4139– 4146.

• “Synthesis of new azido porphyrins and their reactivity in copper(I)-catalyzed Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition reaction with alkynes” Marjorie Séverac, Loïc Le Pleux, AnnabelleScarpaci, Errol Blart, Fabrice Odobel Tetrahedron Letters, 2007, 37 (48), 6518-6522.

•“Electronically coupled zinc phthalocyanine-tin porphyrin dyad performing ultra-fast singlestep charge separation over a 34 Å distance” Jérôme Fortage, Erik Göransson, Errol Blart,Hans-Christain Becker, Leif Hammarström and Fabrice Odobel. Chemical Communications,2007, 44, 4629 - 4631

• “Improved Photon-to-Current Conversion Efficiency with a Nanoporous p-Type NiOElectrode by the Use of a Sensitizer-Acceptor Dyad” Morandeira, A.; Fortage, J.; Edvinsson,T.; Le Pleux, L.; Blart, E.; Boschloo, G.; Hagfeldt, A.; Hammarström, L.; Odobel, F. Journalof Physical Chemistry C; 2008; 112(5); 1721-1728.

Invitées• GDR « Voies Biologiques et Biomimétiques de

Synthèse et d'Utilisation de l'Hydrogène » à Agelonde(France) du 9 -12 Octobre 2007. «Dispositifs moléculairespour la séparation photoinduite des charges en vue de laphotosynthèse artificielle». Fabrice ODOBEL

• Université de York le 18 janvier 2008. “Bridge-mediatedelectron transfer in photomolecular systems. Developmentsof solar cells based on the sensitization of p-typesemiconductors”. Fabrice ODOBEL

• Université Louis Pasteur de Strasbourg le 15 mai 2008.« Conception et synthèse d’architectures moléculaires pourla conversion d’énergie solaire - Séparation photoinduitede charges sur de longues distances - Sensibilisationd’oxydes minéraux semi-conducteurs » Fabrice ODOBEL

• Université de Genève - 3 décembre 2008.« Towards artificial photosynthesis: photoaccumulativeelectron transfer and photosensitization of p-typesemiconductors » Fabrice ODOBEL


L’objectif de ce projet sera d’élucider les mécanismes de dégradation desinterfaces métal/oxyde/polymère. Ce projet porte plus particulièrement sur

l'étude de l’interface Zn/ ZnO / polymère, qui est d'un grand intérêt pour lesindustries de l’automobile et du bâtiment. La synthèse de ces diverses approchesexpérimentales nous permettra de proposer un mécanisme complet pour ladégradation d’une interface Zn/ZnO/ polymère. Ce modèle sera incorporédirectement dans une simulation numérique de propagation de la délamination.La stabilité chimique des couches de ZnO sera quantifiée en fonction des espècesagressives tels que H+, Cl-, et O2. Ces mesures seront effectuées par une nouvelle

technique, AESEC, (Atomic Emission Spectro-Electrochemistry) qui permet unemesure directe de la vitesse de dissolution de ZnO en fonction du temps. La sondede Kelvin à balayage sera utilisée pour cartographier l’activité électrochimiquesous le polymère et pour suivre l’évolution de la délamination avec le temps.L’environnement chimique à l’interface, le transport ionique, et le mécanisme (loicinétique) de réduction d’oxygène sous le polymère (étape limitante et forcemotrice de la délamination) seront caractérisés en utilisant des microsondesélectrochimiques incorporées dans le substrat métallique avant la déposition del’oxyde et du polymère.

Résumé

Réactivité et Dégradation de l’Interface Métal-Oxyde - Polymère

Kevin Ogle

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Acronyme ReaDegEdition 2005Durée du projet 42 moisFinancement 276 378 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 34


Discipline Chimie

Mots clés • Corrosion • Révêtements organiques• Couche mince d’oxyde• Electrochimie• Spectroscopie d’émission atomique

OGLE Kevin, Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - OLTRA Roland, Université Bourgogne, Institut Carnot - DOMINIQUE Thierry, Institute of Corrosion

Schematic diagram of atomic emission spectroelectrochemical (AESEC) system..

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursDéveloppement et installation d’un spectromètre ICP couplé avec l’électrochimie.Développement et installation des microélectrodes sous peinture.

Résultats majeursInstallation of ICP spectroelectrochemical system with investigation of ZnO reactivity.• Novel method of generating reactive species in situ under organic film was employed to directly characterize the chemical stability of the Zn/ZnO/polymer interface.• Investigation of molecular probe molecule adsorption on ZnO by XPS and DFT (quantum) modelling.• A novel microelectrode array was used to characerize interfacial conductivity and electron transfer kinetics under an organic film. Finite element modelling of current andpotential distributions.• The relationship between potential drop across the ZnO film and adhesion behaviour with epoxy layers was investigated as a function of film composition (Ce2O3, ZrO2,MgO, and FeO).

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ces• 1. J. Âwiatowska-Mrowiecka, S. Zanna, K. Ogle, P. Marcus, “Adsorption of 1,2-

diaminoethane on ZnO thin films from p-xylene”, Appl. Surf. Sci, 254(2008)5538.• 2. A. Rubin, R. Oltra, B. Vuillemin, K. Ogle, “Impedance characterization of the

electrochemical environment under a polymer film artificially delaminated”, Electrochim.Acta. 53 (2008) 6484–6488.

• 3. K. Ogle, J. Bayens, J. Swiatowska, P. Volovitch “Application of Atomic EmissionSpectroelectrochemistry to Dealloying Phenomena I. The formation and dissolution ofresidual copper films on 304 stainless steel”, in press, Electrochim Acta.

• 4. S. Irrera D. Costa; K. Ogle; P. Marcus “Molecular modelling by DFT of 1,2-diaminoethane adsorbed on the Zn-terminated and O-terminated, anhydrous andhydroxylated ZnO (0001) surface”, accepted, Superlattices and Microstructures.

• 5. A. Nazarov, T. Prosek and D.Thierry “Application of EIS and SKP methods for the studyof the zinc/polymer interface” Electrochim. Acta, 53 (2008) 7531-7538.

• 6. T. Prosek, A. Nazarov, U. Bexell, D. Thierry, J. Serak: Corrosion Mechanism of modelzinc-magnesium alloys in atmospheric conditions, Corr. Sci. 50 (2008) pp. 2216-2231.

Invitées•K. Ogle, J. Swiatowska, P. Volovitch, “Application of

Atomic Emission Spectroelectrochemistry to DealloyingPhenomena”, presented at the 2008 InternationalElectrochemical Society Fall Meeting, Seville, Spain

• A. Nazarov, T. Prosek, D. Thierry “Application of EIS andSKP for study of metal/polymer interface” 7th InternationalSymposium on Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS 2007, Argelès sur Mer, June 2007.

• D. Thierry and A. Nazarov, "Scanning Kelvin Probe toStudy the Atmospheric Corrosion of Metals," 212thElectrochemical Society Meeting - Washington DC -2007.

•A.-P. Romano, M.-G. Olivier, A. Nazarov « Influence ofthe curing conditions of a cataphoretic coatings on the mechanical properties and the corrosionperformances of metallic substrates » EUROCORR 2008,Edinburg, UK, 2008. Colloques : 5


L’objectif du projet est d’élaborer un film conducteur d’épaisseur nanométriquecapable de protéger son substrat de la corrosion tout en conservant un

frottement faible et une usure minimale. De tels films n’existent pas ; au delà decette innovation, cette étude a permis d’avancer dans la compréhension desmécanismes de lubrification moléculaire. Notre méthodologie repose sur troispoints forts . Dans un premier temps nous avons élaboré des revêtementsoriginaux associant des structures moléculaires semi-conductrices à desoligomères perfluorés greffés de façon covalente au matériau de contact. Dans undeuxième temps les propriétés conductrices et tribologiques de ces films

organiques greffés ont été étudiées, aux échelles macroscopiques etmicroscopiques. L’homogénéité de ces films est une condition essentielled’obtention de propriétés macroscopiques satisfaisantes. Elle ne peut êtremaitrisée que par la compréhension et le contrôle des propriétés moléculaires. Lespropriétés micro/nanométriques ont été étudiées grâce à des techniques dérivéesde la microscopie à force atomique. Le troisième point fort concerne l’AFM àpointe conductrice simulant un nanocontact et pour lequel une extension de nano-fretting sera mise en œuvre.

Résumé

Elaboration de revêtements nanométriquesconducteurs pour une lubrification sèche appliquée à la connectique

Serge Palacin

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Acronyme NanoconnectEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 375 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 39,6


Discipline Chimie

Mots clés • Connectique• Surface• Lubrification• Frottement• Conduction

Serge PALACIN, LCSI, IRAMIS/DSM/CEA - Sophie NOËL, LGEP/Supélec/UMR Supélec - CNRS 8507 - Marc SALLÉ, CIMA, UMR CNRS - Université Angers 6200

Cartes AFM regroupant 3 images simultanées (topographie, résistance force latérale)

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursVerrous à lever : un verrou important est d’élaborer un film conciliant des propriétés anti-adhésion et frottement, anti-corrosion et qui soit conducteur. Difficultés majeures : 1/ le rôle de la rugosité sur les études locales à l’échelle nanométrique réalisées par AFM à pointe conductrice. 2/ Corréler les études macroscopiquesmenées sur des substrats quasiment industriels et les études micro/nano sur échantillons de laboratoire (or évaporé sur verre). 3/ Concilier une étude exploratoire de grandeenvergure impliquant la mise en œuvre de différentes solutions telles que les nanocomposites à base de polyméthacrylates électrogreffés et charge conductrice (réseau 2 Dde nanotube de carbone, pedot fluoré), les films de type polyphénylène et des caractérisations nomées par rapport à une application.

Résultats majeursDe nouveaux sels de diazonium ont été créés pour ce programme. Leurs descriptions bénéficieront à l’ensemble de la communauté des chimistes des surfaces dans laquelleelles sont très appréciées. Ces molécules ont été associées avec des nanotubes de carbone ou des polymères pour constituer des édifices moléculaires très originaux. Les relations entre la structure moléculaire de ces édifices et leurs performances tant aux échelles microscopiques que nanoscopiques ont été faites dans les trois paramètresclefs de la connectique : le frottement, la conduction et l’anticorrosion. Certain des édifices créés ont montré au travers d’études mécaniques des potentialités importantescomme couches pour lubrifiantes sèches de connecteur.

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ces• A. Benedetto, P. Viel, S. Noël, S. Palacin; N. Izard, P. Chenevier “Carbon

nanotube/fluorinated polymers nanocomposite thin films for electrical contacts lubrication”Surface Science, 601, pp.3687-3692, 2007.

• D. Alamarguy, A. Benedetto, M. Balog, S. Noël, P. Viel, F. Le Derf, F. Houzé, M. Sallé, S. Palacin, " Tribological and electrical study of Fluorinated Diazonium Films as drylubricants for electrical contacts", Surface and Interface Analysis, 40, 2008, 802-805.

• M. Balog, H. Rayah, F. Le Derf, M. Sallé. “A versatile building block for EDOT or PEDOTfunctionalization”, New J. Chem., 32(7), pp.1183-1188, 2008.

• A. Benedetto, M. Balog, P. Viel, F. Le Derf, M. Sallé, S. Palacin, “Electro-reduction ofdiazonium salts on gold : Why do we observe multi-peaks ?”, Electrochimica Acta. 53, pp.7117-7122, 2008.

• P. Viel, X. T. Le, V. Huc, J. Bar, A. Benedetto, A. Le Goff, A. Filoramo, D. Alamarguy, S. Noël, L. Baraton,S. Palacin, “Covalent grafting onto self-adhesive surfaces based onaryldiazonium salt seeds layers”, J. Mater. Chem., 2008, published on line DOI: "Select for access options to this article (DOI:10.1039/b811299a)" 10.1039/b811299a

• S. Noël, D. Alamarguy, F. Houzé, A. Benedetto, P. Viel, S. Palacin, N. Izard, P. Chenevier,"Nanocomposite thin films for surface protection in electrical contact applications”, acceptéà IEEE Trans. Comp. Pack. Tech., nov. 2008.

Brevets : Demaende BD11088

Invitées

Colloques : 11


La recherche effectuée avec ce financement avait pour objectif de développer desméthodes efficaces pour la polymérisation radicalaire contrôlée d’alcènes peu

réactifs, en jouant sur la variation de l’énergie de dissociation métal-carbone parune modification intelligente de la nature du complexe métallique. Le projets’appuyait sur des études de synthèse et de caractérisation de composés de

coordination (réalisée dans le laboratoire de Toulouse), sur des études depolymérisation et caractérisation des polymères (réalisée dans les deuxlaboratoires de Bordeaux et de Toulouse), ainsi que sur des calculs théoriquesd’énergie de rupture homolytique de liaison par DFT (réalisés à Toulouse).

Résumé

Transition metal mediated controlled radicalpolymerization and new polymeric

materials derived therefromRinaldo POLI

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Acronyme Novel CRPEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 338 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 47,2

Autres IT : 26 Recrutés : 53

Discipline Chimie

Mots clés • Polymérisation radicalaire contrôlée• OMRP• Force de liaison métal-carbone• Modélisation par DFT• Poly(acétate de vinyle)

POLI Rinaldo - Laboratoire de Chimie De Coordination, UPR 8241, Toulouse - GNANOU Yves, LCPO (UMR 5629 CNRS-Université Bordeaux 1-ENSCPB)

Cinétique de la polymérisation du VAc contrôlée par Co(acac)2 en absence et en présencede ligands (py ou NEt3 ; 30 equiv. par Co).

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLe verrou scientifique majeur est l’extension ultérieure de la méthode à la polymérisation radicalaire contrôlée de monomères encore moins réactifs. L’ajustement de la sphèrede coordination du métal peut a priori permettre d’atteindre cet objectif, à condition de développer une sphère de coordination résistante à l’addition radicalaire sur lesligands, sur un métal donnant lieu à une liaison métal-carbone suffisamment faible. Le problème de l’activation du monomère vis-à-vis de l’addition radicalaire (parcoordination au métal) constitue également une inconnue.

Résultats majeursLes études réalisées ont permis la compréhension de l’effet stérique des ligands sur la force homolytique de la liaison métal-carbone. Les résultats marquants sont ledéveloppement d’un système utilisant le chrome capable de contrôler la polymérisation de l’acétate de vinyle grâce à l’augmentation de l’encombrement stérique des ligandset d’un système utilisant le cobalt où le changement de solvant permet le contrôle, par un seul système métallique, de la croissance radicalaire d’un monomère nucléophile(l’acétate de vinyle) et d’un monomère électrophile (l’acrylonitrile), permettant ainsi la synthèse d’un polymère à blocs inédit, le PVAc-b-PAN.

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ces• Debuigne, A.; Michaux, C.; Jérôme, C.; Jérôme, R.; Poli, R.; Detrembleur, C. : “Cobalt

Mediated Radical Polymerization (CMRP) of Acrylonitrile : Kinetic Investigations and DFTCalculations”, Chem. Eur. J. 2008, 14, 7623-7637.

• Champouret, Y.; Baisch, U.; Poli, R.; Tang, L.; Conway, J. L.; Smith, K. M.: “Homolytic bondstrengths and formation rates in half-sandwich chromium-alkyl complexes: relevance forcontrolled radical polymerization”, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2008, 47, 6069-6072.

• Debuigne, A.; Champouret, Y.; Jérôme, R.; Poli, R.; Detrembleur, C., « Mechanistic Insightsinto Cobalt Mediated Radical Polymerization (CMRP) of Vinyl Acetate via Cobalt(III)Adducts as Initiators. » Chem. Eur. J. 2008, 14, 4046-4059.

• S. Maria, H. Kaneyoshi, K. Matyjaszewski, R. Poli: “Effect of Electron Donors on the RadicalPolymerization of Vinyl Acetate Mediated by Co(acac)2: degenerative transfer versusreversible homolytic cleavage of an organocobalt(III) complex”, Chem. Eur. J., 2007, 13, 2480-2492.

Invitées•MACRO 2008 : Polymers at Frontiers of Science and

Technology, Taipei, Taiwan, June 29 – July 4, 2008.•236th ACS National Meeting, Controlled Radical

Polymerization Symposium, Philadelphia, PA, August 17-21,2008.

•MACRO Group UK International Conference on PolymerSynthesis, Warwick, England, 31 July - 3 August 2006.

•OBES Catalysis and Chemical Transformations ProgramContractor's meeting (US Department of Energy), HyattChesapeake Bay, May 21-24, 2006

Colloques : 14


Résumé

Développement de nouveaux matériaux à basede chalcogénure pour applications avancées

dans le domaine du stockage de l’informationAnnie Pradel

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Acronyme ChalcomemstoryEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 500 760 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 90


Discipline ChimieMots clés • Chalcogénure

• Stockage de l’information • Changement photostuctural• Diffraction neutronique• RX sous pression• Microscopie en champ proche

PRADEL Annie -Laboratoire de Physico-Chimie de la Matière Condensée - TOMINAGA Junji - Center for Applied Near-Field Optics Research (CANFOR) Advanced Optical Technology of National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) - LEVELUT Claire; Laboratoire des colloïdes, Verres et Nanomatériaux UMR 5587

Chalmemstory-ThermoDiff2D

le programmeblanc

L’objectif de ce projet était l’étude des processus fondamentaux qui interviennentà l’échelle nanométrique dans les chalcogénures sous application de pulses

intenses, optiques ou électriques et qui sont à l’origine de changements de phaseset modifications structurales utilisés pour la réalisation de mémoires optiques ouélectriques. Si ces phénomènes sont connus depuis longtemps, les mécanismes quiles génèrent ne sont toujours pas clairement élucidés. Tout l’enjeu du projet était donc de contribuer à une meilleure compréhension deces mécanismes. Dans le domaine des mémoires optiques, nous nous sommes attachés à reproduireles paramètres qui peuvent influencer la transition, notamment la pression. Toutesles techniques disponibles dans nos laboratoires ont été largement utilisées(hypertrempe, diffraction X et Raman sous pression). Une très large place a aussi

été donnée aux expériences réalisées sur les grands instruments qui par leurpuissance ont permis d’élargir la gamme des mesures possibles (XAFS souspression, étude résolue dans le temps pour aborder la dynamique des processus(sous la responsabilité de nos partenaires japonais)). Pour comprendre comment la diffusion de l’argent au sein d’une matricechalcogénure entraîne la commutation entre un état résistif et un état conducteur,nous avons entrepris des études structurales et électriques des verres chalcogénuresutilisés dans les mémoires électriques PMC. De nombreuses techniques disponiblesà l’Université Montpellier II ont été mises en oeuvre (en particulier les microscopiesqui permettent de sonder la matière à l’échelle nanométrique FE-SEM, EFM). Lesdiffraction et diffusion neutronique couplées à des études de simulation pardynamique moléculaire ont aussi contribué aux apports les plus décisifs.

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursL’étude des matériaux chalcogénures contenant de l’argent impliquant l’utilisation d’une source énergétique (électrons, X, laser) est toujours un challenge car l’argent diffusealors aisément et le matériau étudié n’est pas forcément le matériau initial.L’étude Raman des chalcogénures est, elle aussi, un défi du fait de la forte absorption de ces matériaux.

Résultats majeursNous avons démontré que la pression pourrait jouer un rôle très important dans le processus de changement de phase à l’origine des processus écriture-effacement des mémoiresoptiques. En effet, la phase cubique GST (celle qui est présente dans les mémoires) devient amorphe sous l’effet de la pression. Notons que les lacunes présentes dans la phasecubique jouent un rôle primordial dans les mécanismes à l’origine de l’amorphisation et que ce phénomène est indépendant de la température. En ce qui concerne les mémoires électriques, nous avons pu montrer qu’un saut de conductivité de 7 ordres de grandeur lorsqu’on ajoute de l’argent, était dû à un seuil de percolationentre deux zones électriquement hétérogènes, zones mises en évidence par des mesures de microscopie sous champ électrique. Les mesures de diffraction neutronique couplées à ladynamique moléculaire ont montré des corrélations Ag-Ag qui changent de façon importante avant et après le seuil de percolation. L’étude de la recristallisation des matériaux parthermodiffraction de neutron a confirmé la caractère métastable de ces chalcogénures avec apparition de phases instables qui se décomposent au bout de quelques heures.

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ces• “Pressure-induced site selective amorphization: a way to nanometer-scale optical

recording”, A.V. KOLOBOV, J. HAINES, A. PRADEL, M. RIBES, P. FONS, J. TOMINAGA,Phys.Rev. Letters 97 (2006) 035701

• “Phase separation and ionic conductivity: an Electric Force Microscopy investigation ofsilver chalcogenide glasses”, V. BALAN, A. PIARRISTEGUY, M. RAMONDA, A. PRADEL, M. RIBES; J. Optoelectr. Advanced Materials 8(6), 2112-2116 (2006).

• “Pressure-induced amorphisation of quasibinary GeTe-Sb2Te3: the role of vacancies”, A.V. KOLOBOV, J. HAINES, A. PRADEL, M. RIBES, P. FONS, J. TOMINAGA, C. STEIMER, G. AQUILANTI, S. PASCARELI, Appl. Phys. Lett. 91 (2007) 021911.

• “Structure of chalcogenide glasses by neutron diffraction”, G. J. CUELLO, A. A.PIARRISTEGUY, A. FERNÁNDEZ-MARTÍNEZ, M. FONTANA, A. PRADEL, J. Non-CrystallineSolids 353 (2007) 729-732.

• “Neutron thermodiffraction study of the crystallization of Ag-Ge-Se glasses: Evidence of anew phase”, A. A. Piarristeguy, G. J. Cuello, P. Yot, A. Pradel, M. Ribes, Journal of Physics:Condensed Matter 20 (2008) 155106-155113.

• Temperature independence of pressure-induced amorphization of the phase-changememory alloy Ge2Sb2Te5, M. Kbral, A. Kolobov, J. Haines, A. Pradel, M. Ribes, P. Fons, J. Tominaga, C. Levelut, R. Le Parc, M. Hanfland, Appl. Phys. Lett. 93, (2008) 031918

Invitées•8th Int. Workshop on Non-Crystalline Solids, Gijón, España, 20-

23 Juin 2006.•Int. Conf. On Optical and Optoelectronic Properties of Materials

and Applications ICOOPMA2006, Darwin, Australia, July 2006.• 7th Int. Conf. on Solid State Chemistry (SSC2006), Pardubice,

Republique Tcheque, 24 - 29 Septembre 2006.•Fundamentals of Laser-assisted Micro and Nanotechnologies

2007 (FLAMN2007), St Petersburg (Russie), June 2007.•Amorphous and Nanostructured Chalcogenide 3, Brasov

(Roumania), 2-6 juillet 2007.

Colloques : 16


Résumé

Systèmes Mixtes associant Polymères et Nanoparticules

Michel Rawiso

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Acronyme SMPNEdition 2005Durée du projet 24 moisFinancement 153 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 24


Discipline ChimieMots clés • Suspensions colloïdales dans des

solutions de polymères • Interaction de déplétion• Protein limit (petits colloïdes

associés à de longs polymères)• Nanoparticules de Fullerène (C60)• Longues chaînes de Polystyrène

Institut Charles Sadron (CNRS), Strasbourg (France)

Nanoparticules C60(PS)6

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Ce projet concerne la stabilité de certaines dispersions colloïdales dans dessolutions de polymères. Pour étudier l’interaction de déplétion, nous considérons

des systèmes pour lesquels l’adsorption des polymères sur les colloïdes estnégligeable. De surcroît, nous nous plaçons dans une limite correspondant à despetits colloïdes, ou des nanoparticules, et de longs polymères (« protein limit »).Les principales questions auxquelles nous souhaitons donner une réponse sont :-Que se passe-t-il lorsque l’on essaie de faire coexister des nanoparticules et delongues chaînes de polymère en solution ?-Quel est l’effet des polymères sur la stabilité ou l’état de dispersion desnanoparticules ?-Réciproquement, quel est l’effet des nanoparticules sur la conformation moyenneet l’état de dispersion des polymères ?

Le but est d’obtenir une description des phénomènes macroscopiques (équationsd’états, diagrammes de phases) à partir des propriétés des systèmes à l’échellemoléculaire (potentiels ou forces d’interactions moléculaires). Sur le planexpérimental, cela recouvre une étude des propriétés thermodynamiques etstructurales. Les fonctions de structure partielles sont ainsi déterminées en utilisantles techniques de diffusion de lumière ou de neutrons, et comparées aux résultatsdes approches théoriques les plus récentes. Les nanoparticules sont des fullerènes(C60) sur lesquels sont greffées six courtes chaînes de polystyrène (PS) assurant leursolubilité dans les solvants organiques usuels . Les polymères sont des longueschaînes de PS.

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLe système mixte constitué d’étoiles de PS à cœur de fullerène C60(PS)6 et de longues chaînes de PS présente l’avantage d’être modèle. Les nanoparticules et les polymèressont obtenus hydrogénés ou deutériés, ce qui est essentiel pour mesurer les fonctions de structure partielles par diffusion de neutrons. On contrôle aussi la solubilité desnanoparticules et l’on évite tout phénomène d’adsorption des longues chaînes de PS sur les nanoparticules en variant la longueur des greffons. Toutefois, la couronne diffusede PS rend les nanoparticules interpénétrables. Ce sont des particules dont les interactions mutuelles en absence de polymères ne sont plus décrites par un simple modèlede sphères dures. Les effets prédits par les théories lorsque l’on ajoute des longs polymères sont alors atténués. C’est ce que nous observons et ce qui rend difficile l’analysedes expériences. Pour disposer de particules plus proches des modèles théoriques, il faut considérer des nanoparticules dures comme, par exemple, des nanoparticules desilice. C’est une perspective. Mais, les théoriciens peuvent aussi généraliser leurs calculs en considérant des nanoparticules molles.

Résultats majeursLes nanoparticules C60(PS)6 sont solubles à toute concentration dans un bon solvant du PS lorsque le degré de polymérisation moyen des greffons est supérieur à 20.L’addition de longues chaînes de PS ne conduit alors à aucun phénomène de démixtion.Les expériences de diffusion de lumière, réalisées en combinant des mesures statiques et dynamiques, permettent d’obtenir la fonction de structure partielle SCC(q) desnanoparticules. Mais, elles ne permettent pas de déterminer la fonction de structure partielle SPP(q) des chaînes de PS. En négligeant les faibles variations de SPP(q) avecla concentration en nanoparticules, on peut toutefois déterminer le terme croisé SCP(q). Les fonctions de structure SCC(q) et SCP(q) sont aussi obtenues, en augmentant larésolution spatiale, par diffusion de neutrons via la méthode de variation de contraste.SCC(q) donne une information sur l’état de dispersion des nanoparticules et permet de déterminer leur second coefficient du viriel A2 et d’étudier sa variation en fonction dela concentration en polymères. Cette variation n’est effective que lorsque les greffons des nanoparticules sont suffisamment courts, avec un degré de polymérisation moyeninférieur à 50. Elle est alors monotone décroissante dans le régime dilué. Ce résultat montre que la présence des longues chaînes de PS dans la solution conduit à uneinteraction entre nanoparticules supplémentaire attractive, correspondant à l’interaction de déplétion.SCP(q) contient une information sur le volume de déplétion autour des nanoparticules. Sa forme dans l’espace réciproque et sa variation en fonction de la concentration ennanoparticules sont en accord qualitatif avec les prédictions théoriques.

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Résumé

Synthèse et évaluation des propriétés pharmacologiques de molécules bipolaires

modulant la transmission synaptique adénosinergique et opioïdergique

Jean-Antoine Rodriguez

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Acronyme NOVOPÏOIDESEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 543 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 58,8


Discipline Chimie

Mots clés • Nouvelles synthèses organiques • Synthèses totales• Biomolécules-cibles et médicaments• Interface chimie biologique• Physiopathologie

RODRIGUEZ Jean-Antoine, Institut des Sciences Moléculaires de Marseille-UMR-6263, Université Paul Cézanne - GUIEU Régis, Ingénierie des protéines CNRS FRE2738,Université de la Méditerranée, Faculté de Médecine Nord, Institut Fédératif Jean-Roche - VAN HIJFTE Luc, Johnson & Johnson Pharmaceutical Research & Development

le programmeblanc

L’adénosine participe à la modulation du contrôle synaptique via les récepteurspurinergiques à 7 domaines trans-membranaires couplés à une protéine G.

L’activation des récepteurs A1 conduit à l’inhibition de la libération deneurotransmetteurs rendant compte en particulier de puissants effets antalgiques.Ce mode d’action est tout à fait comparable aux effets cellulaires des opioïdes etil existe une synergie d’action entre opioïdes et adénosine. Par ailleurs lesrécepteurs µ des opioïdes et A1 de l’adénosine sont co-localisés. Les objectifsrecherchés et les résultats attendus seront :

- synthétiser des analogues bipolaires opioïdes-agonistes A1 de l’adénosine, à larecherche d’une potentialisation des effets pharmacologiques. Également seraenvisagée la synthèse de copolymères d’adénosine et d’un morphinique.- préciser les propriétés pharmacologiques des molécules (affinité pour lesdifférents types de récepteur).- tester sur l’animal les propriétés antalgiques de ces molécules bipolaires.- identifier et sélectionner les molécules têtes de série pour affiner chimiquementles activités biologiques dans l’optique d’une valorisation thérapeutique enpartenariat industriel.

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Résultats majeursA la suite d’un très gros travail de synthèse une partie importante des objectifs a pu être atteinte en mettant en évidence des effets antalgiques forts et l’identification d’unestructure avec une activité duale sur les récepteurs µ et A1 répondant au cahier des charges initial. Par la suite, la production d’AMPc sur culture cellulaire a permis de décelerune dualité (µ, A1) agoniste pour une des molécules bipolaires synthétisée. Parallèlement nous avons mis en évidence un effet antagoniste inédit pour deux nouvellesstructures possédant des modifications structurales sur la partie ribose. Parallèlement nous avons mis au point une forme retard inédite de N6-Cyclohexyladénosine (CPA) etdu fentanyl. Ces résultats encourageants et très originaux sont en cours de publication.

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Les changements conformationnels des systèmes biologiques multimériquespeuvent être suivis par des mesures de variation de distance entre atomes

(rapporteurs). Pour de telles études, la RMN du solide est devenue un outilindispensable. Aujourd’hui, les plus grandes distances que l’on peut mesurer, àl’aide de marquage 13C-15N et 13C-13C, sont de l’ordre de 5 à 6 Å. Pouraccéder à des distances supérieures une stratégie efficace consiste à changer lanature des atomes rapporteurs, par exemple en utilisant 1H ou 19F. Cependantl’utilisation de 1H nécessite de marquer par du deutérium l’ensemble du milieu

biologique (protéine, lipides…) à l’exception des deux positions dont on veutmesurer la distance. L’obtention d’un tel milieu marqué est rarement possible.L’utilisation du 19F n’est pas préférable puisque cet atome peut modifiersignificativement le système à étudier. Dans le cadre de ce projet, nous avonsdéveloppé une approche totalement nouvelle qui permet de mesurer des distancesjusqu’à 10 Å : la RMN du tritium en milieu solide. Les résultats obtenus sontremarquables et ouvrent de nombreuses perspectives.

Résumé

Long range distance measurement by solid statetritium NMR. Observing the structure and

dynamics of biological complex systems at work

Bernard Rousseau

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Acronyme MASTRITEdition 2005Durée du projet 42 moisFinancement 520 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 30


Discipline Chimie

Mots clés • Chimie Biologie• RMN du solide• Tritium

ROUSSEAU Bernard, Service de Marquage Moléculaire et de Chimie Bioorganique, CEA - ROBERT Bruno, SB2SM, Bâtiment 532, CEA-Saclay - CHARPENTIER Thibault,Service de Chimie Moléculaire, CEA-Saclay - RIMSKY Sylvie, Laboratoire de Biotechnologie et Pharmacologie génétique Appliquée, ENS Cachan.

Le spectromètre de RMN 500 MHz

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursUn verrou important a été la construction de la sonde de RMN nécessaire pour ces mesures de distances. La sonde a été fabriquée par la société DOTY (US) et est, à notreconnaissance, la première sonde MAS triple résonance 3H-1H-X (X=13C,31P,…). Elle a, en outre, été spécialement modifiée pour assurer un bon confinement del’échantillon et répondre aux exigences de sécurité pour la réalisation des expériences.

Résultats majeursLa RMN du tritium permet de mesurer les plus longues distances jamais déterminées en RMN du solide (jusqu’à 10 Å). De plus la méthode est remarquable puisque lesdistances sont mesurées avec une précision supérieure à 2%. Enfin la sensibilité de la méthode est inégalée puisque le tritium possède le plus fort moment giromagnétiquede tous les noyaux et que son bruit de fond est quasiment nul.

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Les peptides vecteurs ou peptides pénétrants (CPP : cell-penetrating peptides),généralement basiques (riches en Arg, Lys) et plus ou moins amphiphiles, sont desmolécules intéressantes pouvant cibler en intracellulaire l’actine et influencer sapolymérisation. Nous avons analysé plusieurs séquences peptidiques capables d’entrerdans les cellules pour leur capacité à influencer la polymérisation de l’actine,notamment dans la lignée cellulaire NIH-3T3 exprimant l’oncoprotéine de fusionEWS-Fli1 (lignée E/F). Ces cellules E/F ont un cytosquelette d’actine complètementdéstructuré et présentent des gènes sous-exprimés, notamment la zyxine. Nous avonsutilisé différents tests, de complexité croissante, pour évaluer la capacité de ces

peptides vecteurs à influencer directement ou indirectement la polymérisation d’actine:- Polymérisation d’actine purifiée in vitro suivie par fluorescence (actine-pyrène) ;- Analyse par RMN, SM et calorimétrie de l’interaction peptide / actine ;- Polymérisation d’actine dans des lysats cellulaires par anisotropie de

fluorescence ;- Morphologie des cellules par marquage actine et microscopie épifluorescence ;- Motilité cellulaire des cellules NIH-3T3 et NIH-3T3/E-F par vidéomicroscopie- Capacité des cellules NIH-3T3 et NIH-3T3/E-F à croître en indépendance

d’ancrage

Résumé

Contrôle de la polymérisation de l’actine par despeptides exogènes : du moléculaire à l’in vivo

Sandrine Sagan

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Acronyme ACTINEPOLEdition 2005Durée du projet 39 moisFinancement 213 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 61,2


Discipline Chimie

Mots clés • Peptide basique• Actine• Interactions peptide/protéine• Peptide vecteur• Cancer

SAGAN Sandrine, UMR 7613, Université Pierre et Marie Curie et CNRS Paris B - AUCLAIR Christian, UMR 8113, ENS Cachan et CNRS IDF Est - GUITTET Éric, UPR 2301, CNRS IDF Sud

Cytotoxicité et quantité internalisée des peptides étudiés

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursObtenir en très grandes quantités (>200 mG) des peptides basiques pas toujours faciles à synthétiser et purifier.

Résultats majeursLes résultats obtenus montrent que certains de ces peptides ont un effet sur l’actine, de manière différente suivant les tests décrits ci-dessus. Parmi ceux-ci, le plus marquantest la restructuration du réseau d’actine dans les cellules tumorales 3T3/E-F par ces peptides, alors qu’ils sont sans effet apparent sur les cellules 3T3 (réversion du phénotypetumoral). Une interaction directe de ces peptides qui passent les membranes biologiques avec l’actine a par ailleurs pu être montré. L’effet de ces peptides est à présent encours d’évaluation in vivo sur des souris « nude » xénogreffées avec les cellules 3T3/E-F.

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ces• Delaroche et al. Anal. Chem. 2007 79(5):1932-1938. Colloques : 5


La bilharziose est une maladie tropicale endémique, causée par le parasiteSchistosoma mansoni, qui frappe plus de 200 millions de personnes

principalement en Afrique subsaharienne. En l’absence de vaccins efficaces, sontraitement repose sur un seul médicament, le praziquantel, pour lequel desrésistances émergent. Il est donc urgent de trouver de nouvelles ciblespharmacologiques pour mettre au point des stratégies thérapeutiques innovantes(médicaments, vaccins). Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à laSmNACE («S. mansoni NAD+ catabolizing enzyme»), une nouvelle ecto-enzymeparasitaire de la famille des ADP-ribosyl cyclases, dont nous avons cloné le gène

et mis en évidence la localisation à la surface de la membrane externe (ancragepar GPI au tégument) des vers adultes. Cette topologie fait de la SmNACE l’unedes rares cibles identifiées et caractérisées sur la surface de ce parasite, la rendantextrêmement intéressante – du fait de son accessibilité aux médicaments et auxvaccins – pour la mise au point d’approches thérapeutiques. Dans le cadre de ceprojet nous avons cherché à valider cette nouvelle cible potentielle selon deuxapproches principales : i) identification d’inhibiteurs sélectifs par criblagesexpérimentaux et virtuels de chimiothèques, ii) identification d’épitopes majeurspour mettre au point de nouvelles formulations vaccinales.

Résumé

Validation de l’ecto-NAD+glycohydrolase de Schistosoma mansoni, une nouvelle cible

pour le traitement de la bilharzioseFrancis Schuber

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Acronyme SmNADase (NT05-1_41906)Edition 2005Durée du projet 24 moisFinancement 156 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 116,4


Discipline ChimieMots clés • ADP-ribosyl cyclase/NAD+

glycohydrolase• Schistosoma mansoni• Criblage à haut débit• Bioinformatique• Détermination d’épitopes

SCHUBER Francis, Département de Chimie Bioorganique - UMR 7175-LC1 ULP-CNRS - 67401 IllkirchROGNAN Didier, Bioinformatique du médicament - Laboratoire de pharmacochimie et de la communication cellulaire. UMR 7175-LC1 ULP-CNRS - 67401 Illkirch

Structure par homologie de la SmNACE – complexe avec le NAD+ .

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLa validation de la SmNACE a été plus longue/ardue que prévu pour diverses raisons : A – parasite: les techniques de génomique fonctionnelle (transgenèse, utilisationd’ARNi, etc…) se sont révélées très complexes à mettre en œuvre et n’ont pas abouti à ce jour. B – inhibiteurs: le criblage à haut débit a ouvert des pistes intéressantesmais, dans notre cas, il a buté sur des limites (coûts, taille réduite des chimiothèques, criblages secondaires coûteux en temps/main-d’oeuvre, obtention des moléculesd’intérêt validées en quantité/pureté suffisantes pour des tests sur les parasites,..). C –docking : l'échec du criblage in silico ainsi que la difficulté à prédire les modes deliaison des touches expérimentale sont liés aux propriétés intrinsèques du site actif de la SmNACE, aussi nous nous sommes orientés vers la production d’enzyme recombinantecristallisable.

Résultats majeursPour utiliser le criblage par haut débit de chimiothèques nous avons mis au point avec succès l’expression de SmNACE soluble recombinante ainsi qu’un test robotisé robusteet fiable. Le criblage de 3 chimiothèques académiques (environ 15.000 molécules) a livré ~10 inhibiteurs validés par criblage secondaire, le meilleur possédant un Ki ~µM, qui restent à tester sur des parasites. La détermination par homologie de la structure 3D de la SmNACE, et l’identification par mutagenèse dirigée de la nature/ionisationdes résidus du site actif a permis de définir un site de liaison des ligands de l'enzyme. L'optimisation des inhibiteurs nécessite à présent la détermination de leur structuretridimentionnelle en complexe avec la SmNACE (cristallographie aux rayons X).

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ces• Kuhn, I., Kellenberger, E., Rognan, R., Lund, F.E., Muller-Steffner, H. and Schuber,

F. (2006) Redesign of Schistosoma mansoni NAD+ catabolizing enzyme: the active siteH103W mutation restores ADP-ribosyl cyclase activity Biochemistry 45, 11867-11878

• Zhang, B., Muller-Steffner, H., Schuber, F. and Potter, B.V.L. (2007) Nicotinamide 2-fluoroadenine dinucleotide unmasks the NAD+glycohydrolase activity of Aplysiacalifornica adenosine 5 '-diphosphate ribosyl cyclase. Biochemistry 46, 4100-4109

Invitées•The CD38 Ectoenzyme Family Meeting (Turin, 8-10 juin

2006). Structural and catalytic properties of Schistosomamansoni NAD+-catabolizing enzyme, a new member ofthe ADP-ribosyl cyclase family (Schuber, F.)

•SmNACE Symposium (Trudeau Institute, Saranac Lake -NY, USA, 31 Mai-2 Juin 2007). Overview of SmNACEbiochemistry and screening (Schuber, F. & Muller-Steffner, H.)

•NAD2008 – Emerging role of NAD and NAD-metabolism in cell signaling (Hambourg, Allemagne,14-17 Septembre 2008). Schistosoma mansoniNAD+-catabolizing enzyme: mechanistic and structuralinsights for inhibitor design (Schuber, F.)

Colloques : 5


Ce projet traite de la problématique concernant l’évaluation de la migrationdes métaux dans l’environnement et plus particulièrement du stockage

géologique des déchets nucléaires. Plusieurs processus physicochimiquespeuvent contribuer aux retards à la migration et à la biodisponibilité de cesdifférents polluants: sorption/désorption, échange d’ions, précipitation,phénomènes redox sont les principaux. La méthodologie est fondée à la fois surune approche structurale permettant de définir les différentes composantes del’équilibre de sorption, une approche hydrodynamique des transferts liquide-solide et une étude théorique de la liaison métal-surface. Les substrats employéssont le rutile TiO2 et la gibbsite Al(OH)3. Les métaux d’intérêt sont un oxocation(UO2

2+), deux oxoanions (SeO32-, SeO4

2-) et un cation (Pa(V)).

Dans un premier temps, la surface des solides a été caractérisée en tenant comptede l’interaction de l’eau avec les substrats, pour définir les contributions des sitesréactifs d’un point de vue quantitatif et structural. Dans un deuxième temps, lesinteractions entre l’ion métallique et les substrats ont été étudiées d’une part àpartir d’expériences en réacteurs fermés et en colonnes et d’autre part à l’aide deplusieurs techniques spectroscopiques afin de caractériser correctement lescomplexes de surfaces formés. Enfin, la spéciation, de ces métaux à l’interfacesolide/solution étant ainsi déterminée, est comparée aux résultats obtenus parcalculs de chimie quantique ab initio.

Résumé

Réactivité des surfaces vis-à-vis de cations etd’anions : mécanismes d’interaction, modélisation

et prédiction de la dynamique de migration (ANR MIDIS)

Eric Simoni

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Acronyme MIDISEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 408 290 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 154,8

Autres IT : Recrutés : 48,5

Discipline Chimie

Mots clés • Surface• Ions métalliques• Sorption• Modélisation• Spectroscopies

Interaction SeO42-/TiO2(110)

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SIMONI Eric, Institut de Physique Nucléaire - HUMBERT Bernard, LCPME, UMR 7564 - SARDIN Michel, LSGC, UPR 6811 - DEN AUWER Christophe, CEA/DEN/DRCP/SCPS/LCAM

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursDes spectres EXAFS ont été enregistrés à l’aide du synchrotron SOLEIL pour le système sélénite/TiO2 rutile et sélénite/Al(OH)3 gibbsite. Dans le cas de TiO2, une photo-oxydation du Se(IV) en Se(VI) sous faisceau X a été observée, ce qui complique singulièrement l’analyse des résultats. Comme nous soupçonnons une intervention éventuellede la matière organique résiduelle issue de la contamination atmosphérique dans le mécanisme de photo-oxydation par piégeage des électrons photo-induits à la surfacede l’oxyde, nous envisageons de refaire une sorption d’ions sélénites sur TiO2 sous atmosphère d’argon avec maintien de l’échantillon dans une cellule sous argon avantl’analyse EXAFS. Nous espérons ainsi contourner cette difficulté inattendue.

Résultats majeursLes constantes intrinsèques d’équilibre acido-basique de TiO2 ont été calculées au moyen d’un modèle empirique. Quelle que soit l’orientation cristallographique considéréedu système U/TiO2, il y a deux complexes de surface (confirmés par les calculs DFT). Concernant la sorption du sélénium sur TiO2 les expériences en colonnes ont montré que les sélénites sont fixés d’une façon plus importante que les séléniates et que les

mécanismes de fixation sont différents pour les deux espèces. La sorption des ions hydratés SeO4(H2O)62-, HSeO3(H2O)3

3- et SeO3(H2O)32- sur TiO2 conduit à des

complexes bidentates.Les données EXAFS, concernant le Pa(V) sorbé, ont pu être ajustées avec deux sphères de coordination, ce qui semble corroborer un mode de liaison bidente avec la surfacede TiO2. L’étude des interactions entre l’ion uranyle et la surface de la gibbsite, étudiées par chimie quantique et par spectrofluorimétrie, a montré la formation d’un seul complexede surface de sphère interne.

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ces• 1- "Sorption of uranyl cations on a rutile (001) single-crystal monitored by surface second

harmonic génération" M. Dossot, S. Cremel, J. Vandenborre, J. Grausem, B. Humbert, R. Drot, E. Simoni Langmuir, 22, 140-148 (2006)

• 2- "Combined investigation of water sorption on TiO2 rutile (110) single crystal face: XPSvs. periodic DFT" H. Perron, J. Vandenborre, C. Domain, R. Drot, J. Roques, E. Simoni, J.-J. Ehrhardt, H. Catalette .Surface Science 601, 518 (2007).

• 3- “Structure of early actinides (V) in acidic media” M.V. Di Giandomenico, C. Lenaour, E. Simoni, D. Guillaumont, Ph. Moizy, C. Hennig, S. D. Conradson, C. Den Auwer. Acceptée à radiochimica Acta

• 4- "Comparison between batch and column experiments to determine the surface chargeproperties of rutile TiO2 powder." L. Svecova, S. Cremel, C. Sirguey, M.-O. Simonnot, M. Sardin, M. Dossot, F. Mercier-Bion. acceptée à J. of Colloid and Interface Sciences.

• 5- "Theoretical Investigation of the Uranyl Ion Sorption on the Rutile TiO2 (110) Face"H. Perron, J. Roques, C. Domain, R. Drot, E. Simoni, H. Catalette acceptée à Inorg. Chem.

Colloques : 7


La formation de nouvelles phases ultra-dures de type diamant à base decomposés binaires et ternaires dans le système B-C-N-O a été

systématiquement étudiée sur une large gamme de pression et de température(jusqu'à 50 GPa et 3000 K) à l'aide de plusieurs techniques complémentaires :les cellules à enclumes de diamant en chauffage laser, les presses multi-enclumesgros volume, la diffraction des rayons X sous rayonnement synchrotron, ainsi quepar onde de choc. La structure et les propriétés des échantillons récupérés ont étésoigneusement examinées par diffraction des rayons X sur poudre, spectroscopie

Raman, la microscopie électronique, la spectroscopie par perte d'énergie desélectrons, l’analyse thermique, les mesures de dureté, etc.Les résultats obtenus ont permis de mieux comprendre les problèmesfondamentaux liés au développement de nouveaux matériaux ultra-durs et ontfourni une base solide au développement et à la production de nouveaux superabrasifs thermiquement et chimiquement plus stables que le diamant, et plusdurs que le nitrure de bore cubique.

Résumé

Synthèse sous haute pression de nouvelles phases binaires et ternaires ultra-dures

dans le système B-C-N-OVladimir Solozhenko

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Acronyme BCNOEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 430 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 41,4


Discipline Chimie

Mots clés • Matériaux ultra-durs• Hautes pressions• Hautes températures• Système B-C-N-O• Diagramme de phase

SOLOZHENKO Vladimir, Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (CNRS UPR 9001) - de RESSEGUIER Thibaut, Laboratoire deCombustion et de Détonique (CNRS UPR 9028) - LE GODEC Yann, Institut de Minéralogies et de Physique des Milieux Condensés (CNRS UMR 7602)

Nouvelles phases ultra-dures synthétisées au cours du projet ANR " BCNO ".

le programmeblanc

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLa découverte de nouveaux matériaux ultra-durs est un domaine très concurrentiel avec plusieurs équipes universitaires ou industriels à travers le Monde. Notre équipe a misl’accent sur une méthodologie propre : la recherche et l’étude in situ par diffraction X sous rayonnement synchrotron des synthèses de nouveaux matériaux. Pour cela, nousavons aussi mis au point une technologie innovante (à l’ESRF). Le traitement des données de diffraction ainsi que la maîtrise de toutes les techniques de caractérisation, estun autre verrou scientifique que nous avons levé pour obtenir un corpus cohérent qui va de la compréhension des mécanismes de synthèse des nouvelles phases à leurspropriétés physico-chimiques.

Résultats majeurs• Synthèse du matériau massif ultra-dur et semi-conducteur B–C• Diagramme de phase du système B–B2O3 à haute pression et haute température• Synthèse, structure et équation d’état du nouveau sous-nitrure B13N2• Diagramme de phase du système B–BN à haute pression et haute température• Synthèse et propriétés d’une nouvelle phase ultra-dure : BC5 cubique• Synthèse et propriétés d’un nouveau nanomatériau de type nitrure de bore cubique• Synthèse d’une nouvelle phase haute pression du bore, la phase orthorhombique γ-B28

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ces• V.L. Solozhenko, O.O. Kurakevych, N.A. Dubrovinskaya, L.S. Dubrovinsky, Synthesis

of superhard composites in the B–C system, Journal of Superhard Materials, 28 [5], 3-8 (2006)

• V.L. Solozhenko, Y. Le Godec, O.O. Kurakevych, Solid-state synthesis of boron subnitride,B6N: myth or reality? Comptes Rendus Chimie, 9 [11-12], 1472-1475 (2006)

• N. Dubrovinskaya, V.L. Solozhenko, N. Miyajima, V. Dmitriev, O.O. Kurakevych, L. Dubrovinsky, Superhard nanocomposite of dense polymorphs of boron nitride: Noncarbonmaterial has reached diamond hardness, Applied Physics Letters, 90 [10], 101912 (2007)

• O.O. Kurakevych, V.L. Solozhenko, Rhombohedral boron subnitride, B13N2, by X-raypowder diffraction, Acta Crystallographica C, 63 [9], i80-i82 (2007)

• V.L. Solozhenko, O.O. Kurakevych, V.Z. Turkevich, D.V. Turkevich, Phase diagram of the B-B2O3 system at 5 GPa: Experimental and theoretical studies, Journal of PhysicalChemistry B, 112 [21] 6683-6687 (2008)

• V.L. Solozhenko, O.O. Kurakevych, New boron subnitride B13N2 : HP-HT synthesis, structureand equation of state, Journal of Physics: Conference Series, 121, 062001 1-7 (2008)Brevets : INPI FR 0803976

DNPI FR 0702637

Invitées•International Workshop on Crystallography at High

Pressures, Dubna, Russia, 28 September -1 October 2006

•5e Forum de Technologie d’Hautes Pressions,Montieux, France, 6-10 Novembre 2006

•International Workshop "Ways to new advancednitrides and those applications", Yokohama, Japan,9 February 2007

•International Conference on High Pressure Scienceand Technology, Catania, Italie, 17-21 September2007

•SNAP-COMPRES 2008 Conference, Oak Ridge,Tennessee, USA, 13-15 April 2008

Colloques : 19


Résumé

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Acronyme POPSTARTEdition 2005Durée du projet 42 moisFinancement 214 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 77,4


Discipline ChimieMots clés • HAP

• PBDE• Particules• Pollution• Atmosphère• Toxicité

VILLENAVE Eric, Institut des Sciences Moléculaires, CNRS UMR 5255 - Université Bordeaux I, groupe LPTC

le programmeblanc

Etude de l’oxydation de polluants organiques associés aux particules atmosphériques :

développements analytiques, réactivité et toxicité ;Application aux composés aromatiques polycycliques

(CAP), aux poly-bromo-diphényl-éthers (PBDE) et à leurs produits d’oxydation

Eric Villenave

Montage expérimental utilisé pour l’étude de la réactivité hétérogène des radicaux NO2et OH avec les hydrocarbures aromatiques polycycliques adsorbés sur des particulesatmosphériques

Ce projet interdisciplinaire s’inscrit dans la thématique environnement et réunitcinéticiens, analyticiens et toxicologues autour de l’étude des produits

d’oxydation des composés organiques adsorbés sur des particules d’intérêtatmosphérique. Il comprend principalement trois volets, basés sur i) la réactivitéhétérogène des principaux oxydants atmosphériques (OH, ozone, oxydes d’azote)avec différents hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP, issusprincipalement dans l’atmosphère de la combustion incomplète de la matière

organique) et polybromodiphénylethers (PBDE, utilisés comme retardateurs deflamme dans l’industrie), ii) le développement de méthodes analytiquespermettant l’extraction et l’analyse de ces composés et de leurs produitsd’oxydation lorsqu’ils sont associés à des particules, iii) la génotoxicité associée àchaque fraction organique extraite, afin de vérifier notamment si les produitsd’oxydation formés lors de leur évolution dans l’atmosphère ne sont pas plusnocifs que les composés dont ils sont issus.

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLes difficultés dans ce type de projet concernent l’ensemble des moyens mis en œuvre, qui est très conséquent et surtout varié, et l’interdisciplinarité des partenaires. Ce quifait que ce projet n’a pas ou peu d’équivalents en Europe. Il s’agit d’aller de la réactivité hétérogène de la molécule, domaine en plein essor actuellement dans lesthématiques liées à la pollution atmosphérique et au climat, à la maîtrise de la mesure de polluants adsorbés à des concentrations de type « ultra-traces », jusqu’àl’observation globale de la toxicité des particules à l’aide d’outils originaux de génotoxicité. Les verrous organisationnels ont été progressivement levés par le rassemblementau cours du projet des 3 principaux partenaires au sein du même groupe de recherche, ce qui est un plus indéniable.

Résultats majeursLes résultats obtenus sont très nombreux : • Mise en évidence pour certains composés de l’importance des processus hétérogènes dans l’atmosphère comparés à leurs réactions en phase gazeuse.• Mesures de temps de vie dans l’atmosphère de nombreux composés organiques adsorbés sur des particules.• Détermination de leurs produits d’oxydation et proposition de mécanismes réactionnels décrivant leur formation.• Mesures cinétiques de disparition hétérogène des réactifs adsorbés et d’apparition simultanée des produits correspondants, dans la phase particulaire.• Evolution de la génotoxicité des particules en fonction de leur évolution vis-à-vis des oxydants atmosphériques.• Mise en évidence de l’effet de la nature des particules et des concentrations en composés adsorbés sur leur devenir dans l’atmosphère.

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ces• Relative rate constants for the heterogeneous reactions of NO2 and OH radicals with

polycyclic aromatic hydrocarbons adsorbed on carbonaceous particles. Part 2 : PAHsadsorbed on diesel particulate exhaust SRM 1650a ; W. Estève, H. Budzinski, E. Villenave ; Atmos. Environ. (2006) 40, 201-211.

• Simultaneous analysis of oxygenated and nitrated polycyclic aromatic hydrocarbons onstandard reference material 1649a (urban dust) and on natural ambient air samples bygas chromatography-mass spectrometry with negative ion chemical ionisation ; A. Albinet,E. Leoz-Garziandia, H. Budzinski, E. Villenave ; J. Chromatogr. A (2006) 1121, 106-113.

• Kinetic study of the reactions of ozone with polycyclic aromatic hydrocarbons adsorbed onatmospheric model particles ; E. Perraudin, H. Budzinski, E. Villenave ; J. Atm. Chem.(2007) 56, 57-82.

• Identification and quantification of ozonation products of particulate phenanthrene andanthracene adsorbed on silica particles ; E. Perraudin, H. Budzinski, E. Villenave ; Atmos.Env. (2007) 41, 6005-6017.

• Sampling precautions for the measurement of nitrated polycyclic aromatic hydrocarbons inambient air; A. Albinet, E. Leoz-Garziandia, H. Budzinski, E. Villenave; Atmos. Env. (2007)41, 4988-4994.

Invitées•Heterogeneous reactivity of polycyclic aromatic

hydrocarbons of atmospheric interest: an Overview ; E. Villenave, H. Budzinski, W. Estève, E. Perraudin, M. Cazaunau, K. Miet ; 19th International Symposiumon Gas Kinetics, Orléans (France), 22-27 Juillet 2006.

•Analytical developments and kinetics of polyaromaticcompounds adsorbed on soot particles; H. Budzinski, E. Villenave, E. Perraudin, W. Estève, M. Cazaunau, K. Miet ; ASEFI 2006 : Atmospheric Soot :Environmental Fate and Impact 2006, Arcachon(France), 18-20 Octobre 2006.

•Analytical developments, reactivity and toxicity ofpolycyclic aromatic compounds associated toatmospheric particles; E. Villenave, K. Miet, M.Cazaunau, H. Budzinski, J. Cachot; 1st Sino-FrenchJointWorkshop on Atmospheric Environment, Beijing,Chine 28-31 Octobre 2008.

Colloques : 17


Reconnaissance sélective et détection électrochimique d’ions métalliques

par des macrocycles immobilisés sur supports mésoporeux

Alain Walcarius

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Acronyme MESOPORELECTEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 540 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR : 92


Discipline ChimieMots clés • Ligands de type cyclame et dérivéssilylés correspondants • Matériaux mésoporeux à structure régulière et hybrides organo-minérauxà base de silice • Complexation d’ions métalliques • Electrochimie analytique et capteurs• Génération électro-assistée de films nanostructurés à porosité orientée

WALCARIUS Alain, Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l'Environnement (LCPME) UMR7564 CNRS - Nancy Université - DENAT Franck, Institut de ChimieMoléculaire de l’Université Bourgogne (ICMUB-LIMRES) UMR5260 CNRS - Université de Bourgogne - LEBEAU Bénédicte, Laboratoire de Matériaux à Porosité Contrôlée(LMPC) UMR7016 CNRS - ENSC - Mulhouse-Université Haute Alsace

le programmeblanc

Ce projet vise la reconnaissance sélective d’ions métalliques par destétraazamacrocycles fonctionnalisés incorporés dans des solides mésoporeux

en vue de leur détection électrochimique. Dans un premier temps, la synthèse dechélatants originaux de type cyclame fonctionnalisés par des bras coordinants etde leurs analogues silylés a permis de préparer des solides mésoporeux hybrides,soit par greffage, soit via une synthèse en une étape (co-condensation enprésence d’agent structurant). Ces adsorbants ont ensuite été caractérisés pardiverses techniques physico-chimiques. Leur comportement en milieu aqueux etleurs propriétés de séquestration sélective des espèces métalliques considérées

(Cu2+ et Pb2+) ont été étudiés. Ensuite diverses stratégies ont été mises enoeuvre pour élaborer des électrodes modifiées par ces hybrides organo-minérauxporeux de synthèse afin d’obtenir des dispositifs électrochimiques d’analyse de cesespèces à l’état de traces. Des électrodes composites à base de carbone se sontavérées les plus prometteuses pour les applications pratiques. D’autre part, uneavancée notoire concerne la possibilité de générer par voie électrochimique desfilms mésostructurés présentant une porosité orientée perpendiculairement ausupport, ce qui était extrêmement difficile à obtenir jusqu’à présent et qui devraitouvrir des perspectives considérables dans de nombreux domaines.

Résumé

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Verrous scientifiques et technologiques, ou points dursLe principal verrou est lié à la difficulté d’obtenir des silices mésoporeuses organisées en une étape lorsque des récepteurs sophistiqués et/ou de grande taille sont souhaités.Il faut donc mettre en œuvre des stratégies de synthèse permettant de préparer des précurseurs organo-silylés sous une forme compatible avec l’obtention des silicesmésoporeuses organisées fonctionnalisées (stabilité chimique et thermique). Des efforts doivent aussi être consentis pour assurer une immobilisation durable des groupementsorganiques tout en gardant leur réactivité intrinsèque, et une accessibilité aussi rapide que possible des sites réactionnels aux espèces en solution afin d’assurer de bonnesperformances du dispositif.

Résultats majeursNous avons obtenu une série de précurseurs silylés du cyclame et d’homologues à bras amide qui ont été incorporés au sein de matrices siliciques mésoporeuses, ordonnéesou non, soit par greffage post-synthèse soit par co-condensation. Ces ligands permettent une reconnaissance sélective des ions Cu2+ et Pb2+ dont les propriétés decomplexation ont été étudiées en réacteur fermé et exploitées pour la mise au point de capteurs électrochimiques. L’accroissement du nombre de points d’ancrage du ligandà la silice induit une meilleure stabilité du matériau en solution, mais c’est au détriment de son pouvoir adsorbant. Une nouvelle méthode permettant la génération de filmsmésoporeux à structure régulière orientée perpendiculairement à la surface du support (électrode) a également été élaborée.

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ces• “Electrochemically-assisted self assembly of mesoporous silica thin films”, A. Walcarius,

E. Sibottier, M. Etienne and J. Ghanbaja, Nature Mater. 6 (2007) 602-608.• “Structural investigation of ordered mesoporous silicas functionalized by direct synthesis

with cyclam derivatives” F. Gaslain, A.-C. Faust, C. Marichal, B. Lebeau, Y. Rousselin, F. Denat, M. Etienne and A. Walcarius, Proceedings of the 5th International SymposiumNanoporous Materials, Vancouver, Canada, may 25-28.2008, World Scientific, Eds. A. Sayari & M. Jaroniec, pp. 129-138.

• “New insights into the complexation of lead(II) by 1,4,7,10-tetrakis(carbamoylmethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecane (DOTAM): structural, thermodynamic, and kinetic studies”,F. Cuenot, M. Meyer, E. Espinosa, A. Bucaille, R. Burgat, R. Guilard and C. Marichal-Westrich, Eur. J. Inorg. Chem. (2008) 267-283.

• “Oriented mesoporous organosilica films on electrode: a new class of nanomaterials forsensing”, M. Etienne, A. Goux, E. Sibottier and A. Walcarius, J. Nanosci. Nanotechnol., in press.

• “Cyclam-functionalized silica-modified electrodes for selective determination of Cu(II)”, S. Goubert-Renaudin, M. Etienne, Y. Rousselin, F. Denat, B. Lebeau and A. Walcarius,Electroanalysis, in press.

• “Multi-arms cyclam-grafted mesoporous silica: a strategy to improve the chemical stabilityof silica materials functionalized with amine ligands”, M. Etienne, S. Goubert-Renaudin, Y. Rousselin, C. Marichal, F. Denat, B. Lebeau and A. Walcarius, Langmuir, accepted.

Invitées•"Analytical electrochemistry for material sciences and feedback

from chemistry of materials to electroanalysis: the example ofmesoporous organosilicas", A. Walcarius, 58th Annual Meetingof the International Society of Electrochemistry, Banff, Canada,9-14.09.07.

•"Heavy metal uptake and ion exchange properties offunctionalized mesoporous silica materials", A. Walcarius, 2007E-MRS Fall Meeting of the European Materials Research Society,Warsaw University of Technology, Poland, 17-21.09.07.

•"Electro-assisted generation of sol-gel thin films directed toelectrochemical sensing", A. Walcarius, E. Sibottier and M.Etienne, 3rd International Workshop on Surface Modification forChemical and Biochemical Sensing SMBCS 2007, Wlodowice,Poland, 04-08.11.07.

•"Electrogenerated silica thin films on electrodes: functionalization,mesostructuration and sensor application", A. Walcarius, Spring2008 ACS National Meeting, New Orleans, USA, 06-10.04.08.

•"Functionalized and mesostructured silica films on electrodes", A.Walcarius, ESEAC 2008, 12th European Conference onElectroAnalysis, Prague, Czech Republic, 16-19.06.08.

Colloques : 17


Le projet vise à développer une approche systématique pour mesurer et modulerla fonction de kinases et ATPase. Nous avons développé des micropuces de

substrats pour définir la spécificité d’une kinase et mesurer l’activité de kinases àl’échelle protéomique à partir de lysat brut. Afin de développer des chimiothèquesvisant les kinases et ATPases, nous nous sommes basés sur une famille desubstances naturelles (les macrolides du résorcinol) qui comprend quatre

inhibiteurs de kinases et ATPase parmi les 28 membres naturels. Ceschimiothèques ont été préparées par chimie de synthèse haut débit et par chimiecombinatoire encodée par les PNA. Cette dernière méthode est particulièrementintéressante car elle nous permet de cribler les chimiothèques de petites moléculesdirectement contre des lysats bruts contenant l’ensemble des kinases et ATPasesprésentes.

Résumé

Analyse des réseaux de kinases par génétique chimique

Nicolas Winssinger

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Acronyme GenChemEdition 2005Durée du projet 36 moisFinancement 510 000 €Personnels (H-m) C + EC + IR :

Autres IT : Recrutés :

Discipline ChimieMots clés • Biomolécules Cibles et

médicaments • Nouvelles synthèses organiques et

synthèses totales • Interface chimie biologique• Kinases • ATPase

Laboratoire de chimie organique et bioorganique, Institut de Science et d'Ingénierie Supramoléculaires (ISIS), Université Louis Pasteur, UMR7006 - KARPLUS Martin Biophysical Chemistry Laboratory, Harvard UniversityGRAY Nathanael, Department of Biological Chemistry and Molecular Pharmacology Harvard Medical School

Image figurative de l’inhibition de kinases impliqué dans la régulation cellulaire par lesmacrolides résorcyliques.

le programmeblanc

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Résultats majeursCes travaux ont amené à la découverte d’un inhibiteur de l’HSP90 très efficace sur des xénogreffes du cancer. Cet inhibiteur est aujourd’hui en développement précliniquepar une société pharmaceutique américaine qui a acheté une licence sur les droits d’exploitation. Plusieurs autres inhibiteurs d’intérêt thérapeutique ont été découverts etont ouvert de nombreuses collaborations internationales (NCI, USA ; Max Planck, Allemagne ; Ludwig Institute, Suède).

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ces• Modular Asymmetric Synthesis of Aigialomycin D, a Kinase Inhibitory Scaffold, S.

Barluenga, P.-Y. Dakas, Y. Ferandin, L. Meijer, N. Winssinger Angew. Chem., Int. Ed. 2006,45, 3951-3954.

• Diversity-Oriented Synthesis of Pochonins and biological evaluation against a panel of kinasesE. Moulin, S. Barluenga, F. Totzke, N. Winssinger Chem. Eur. J. 2006, 12, 8819-8834.

• The chemistry and Biology of Resocylic Acid Lactones, N. Winssinger and S. Barluenga,Chemm Comm, 2007, 22-36.

• Expanding the Scope of PNA-Encoded Libraries: Divergent Synthesis of Libraries TargetingCysteine, Serine and Metallo-Proteases as well as Tyrosine Phosphatase, F. Debaene, J. DaSilva, Z. Pianowski, F. Duran, N. Winssinger Tetrahedron 2007, 63, 6577-6586.

• Modular Synthesis of Radicicol A and related resorcyclic acid lactone, potent kinaseinhibitors, P. Y. Dakas, S. Barluenga, F. Totzke, U. Zirrgiebel and N. Winssinger, Angew.Chem. Int. Ed. Engl., 2007, 46, 6899-6902.

• Divergent Synthesis of a Pochonin Library Targeting HSP90 and in vivo Efficacy ofIdentified Inhibitor S. Barluenga, C. Wang, J.-G. Fontaine, K. Aouadi, K. Beebe, S. Tsutsumi, L. Neckers, N. Winssinger, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2008, 47, 4432-5.

Invitées•Schering AG, Berlin, Feb 24th 2006. Measuring

and modulating kinase activity•Université Pierre et Marie Curie, Paris Jun 7th 2006.

A Chemical Biology Approach Towards Measuring and Modulating Protein Function

•Tokyo University, Tokyo, Sep 28th-29th 2006 A Chemical Biology Approach Towards Measuring and Modulating Protein Function

•University of Tuebingen, Tuebingen, Oct 30th 2007A Chemical Biology Approach Towards Measuring and Modulating Proteases and Kinases

•Novartis Institutes for Biomedical Research, April 4th2008 A Chemical Biology Approach Towards Measuring and Modulating Proteases and Kinases

•Gordon Research Conference (GRC)- CombinatorialChemistry: High Throughput Chemistry and ChemicalBiology, Oxford, Aug31st-Sep 5th 2008Diversity Oriented Synthesis of Natural Products

Colloques :


U S A Runité support de l’ANR

CNRS USAR3 rue Michel Ange

75794 Paris CEDEX 16

le progr bammelanc - cnrs - dgdr · philippe dugourd 2 le programmeblanc. 3 le programmeblanc...

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