Thèse Nouvelles Procédures de Synthèse de Cyclodextrines et de leurs Dérivés Oxydés. H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Picardie - Jules Verne École doctorale : Sciences, Technologie, Santé Laboratoire de recherche : LG2A - Laboratoire de Glycochimie des Antimicrobiens et des Agro-Ressources Direction de la thèse : Sylvain LACLEF ORCID 0000000270449001 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 Les cyclodextrines constituent des objets moléculaires uniques en chimie supramoléculaire, capables de former des complexes d'inclusion avec de nombreuses molécules. Malgré leur large utilisation, le contrôle fin de leurs propriétés reste limité par leur flexibilité structurale, en particulier au niveau de leur face primaire.
L'objectif de ce projet est de développer une approche méthodologique originale permettant la fonctionnalisation sélective de cette face primaire, notamment via la transformation des alcools primaires en groupements nitriles. Cette stratégie vise à accéder à une nouvelle classe de cyclodextrines présentant des propriétés structurales et fonctionnelles modulées.
Les dérivés obtenus devraient permettre d'accéder à des systèmes :
- structuralement rigidifiés,
- chimiquement modulables,
- présentant des propriétés supramoléculaires améliorées.
Le projet reposera sur le développement de méthodologies de synthèse sélectives et durables, permettant l'accès à des intermédiaires nitriles inédits en chimie des sucres. Ces derniers seront ensuite transformés en différents dérivés fonctionnels (amides, acides, ligands), afin de constituer une plateforme moléculaire diversifiée.
Les propriétés des composés synthétisés seront étudiées en chimie supramoléculaire, notamment à travers l'analyse des interactions hôte-invité et des relations structure-propriétés. Les systèmes développés seront également évalués dans différents contextes applicatifs, incluant l'encapsulation, les matériaux fonctionnels, ainsi que des applications en chimie environnementale et biomédicale.

Ce projet s'inscrit dans les thématiques du LG2A, reconnu pour son expertise en chimie des sucres, synthèse organique durable et chimie supramoléculaire. Il bénéficiera de collaborations académiques permettant l'étude des propriétés supramoléculaires et des applications des composés développés.

La thèse comportera plusieurs parties :
1. Développement de méthodologies de fonctionnalisation sélective des cyclodextrines (face primaire) et optimisation des conditions réactionnelles
2. Synthèse, purification et caractérisation des dérivés (RMN, spectrométrie de masse, techniques chromatographiques)
3. Dérivatisation des fonctions nitriles et constitution d'une bibliothèque de composés
4. Étude des propriétés supramoléculaires (interactions hôte-invité) et exploration d'applications
Les cyclodextrines (CDs) sont des oligosaccharides cycliques issus de la dégradation enzymatique de l'amidon, constitués d'unités de glucose reliées par des liaisons -1,4. Leur structure tronconique confère une cavité hydrophobe capable d'inclure une grande variété de molécules invitées, tandis que leur surface externe hydrophile assure leur solubilité en milieu aqueux. Cette dualité structurelle fait des cyclodextrines des objets moléculaires de premier plan en chimie supramoléculaire.

Grâce à leurs propriétés d'inclusion, les cyclodextrines sont largement utilisées dans de nombreux secteurs, notamment en pharmacie (vectorisation et amélioration de la biodisponibilité de principes actifs), en cosmétique, en agroalimentaire, en chimie environnementale (piégeage de polluants) et dans la conception de matériaux fonctionnels. Toutefois, malgré leur utilisation extensive, le contrôle fin de leurs propriétés reste limité par leur flexibilité structurale, en particulier au niveau de la face primaire, qui constitue un site clé pour la reconnaissance moléculaire.

La modification chimique des cyclodextrines représente ainsi un levier majeur pour améliorer leurs performances et étendre leur champ d'applications. En particulier, la fonctionnalisation sélective des alcools primaires constitue un défi synthétique important, en raison de la multiplicité des fonctions hydroxyles et de leur réactivité similaire. Les approches existantes permettent d'accéder à divers dérivés, mais restent souvent longues, peu sélectives ou peu compatibles avec les principes de chimie verte.

Dans ce contexte, le développement de nouvelles méthodologies de fonctionnalisation sélective, robustes et durables constitue un enjeu majeur. L'introduction de fonctions nitriles à partir des alcools primaires apparaît comme une stratégie particulièrement prometteuse, car elle permet à la fois d'apporter une rigidité structurale aux cyclodextrines et d'ouvrir l'accès à une large diversité de transformations ultérieures (amides, acides, ligands, fonctions coordinantes).

Ainsi, ce projet s'inscrit à l'interface de la synthèse organique, de la chimie des sucres et de la chimie supramoléculaire, avec pour ambition de développer de nouvelles plateformes moléculaires biosourcées à haute valeur ajoutée, en cohérence avec les enjeux actuels de chimie durable et de bioéconomie. L'objectif principal de ce projet de thèse est de développer une méthodologie innovante, sélective et durable permettant la fonctionnalisation ciblée de la face primaire des cyclodextrines. En particulier, la transformation des alcools primaires en fonctions nitriles sera explorée comme stratégie clé pour accéder à une nouvelle génération de dérivés rigidifiés.

Un second objectif consiste à exploiter ces intermédiaires nitriles comme plateformes moléculaires polyvalentes, en les transformant en différentes fonctions (amides, acides, ligands), afin de constituer une bibliothèque structurale diversifiée de cyclodextrines fonctionnelles.

Le projet vise également à étudier les propriétés supramoléculaires des composés obtenus, notamment à travers l'analyse des interactions hôte-invité et l'établissement de relations structure-propriété, afin de mieux comprendre et contrôler leur comportement.

Enfin, une attention particulière sera portée au développement de procédés compatibles avec les principes de la chimie verte, ainsi qu'à l'exploration de premières applications dans les domaines des matériaux, de l'environnement et de la santé. Le projet reposera sur une approche expérimentale en chimie organique de synthèse visant à développer des méthodes sélectives de fonctionnalisation des cyclodextrines. Une première phase sera consacrée à la mise au point et à l'optimisation des conditions réactionnelles pour la transformation des alcools primaires en fonctions nitriles, en portant une attention particulière à la sélectivité, au rendement et à la robustesse du procédé.

Les composés synthétisés seront purifiés et caractérisés à l'aide des techniques analytiques usuelles telles que la RMN, la spectrométrie de masse et les méthodes chromatographiques. Les intermédiaires nitriles obtenus seront ensuite dérivatisés en différentes fonctions (amides, acides, ligands) afin de constituer une bibliothèque structurale diversifiée.

Une étude des propriétés supramoléculaires sera menée à travers l'analyse des interactions hôte-invité, en combinant des approches expérimentales (RMN, ITC, fluorescence) et des travaux de modélisation moléculaire. Ces derniers permettront de rationaliser les interactions observées, de prédire le comportement des systèmes et d'orienter la conception de nouveaux dérivés.

Enfin, une attention particulière sera portée à l'intégration des principes de chimie verte, notamment en termes de choix des solvants, d'économie d'atomes et de réduction du nombre d'étapes, afin de développer des procédés plus durables et potentiellement transposables.