Elaboration et caractérisation d’édifices supramoléculaires mixtes cyclodextrine/lipide : cristallogénèse et analyse structurale de complexes d’inclusion, nano-assemblages de dérivés covalents

Elaboration and characterization of supramolecular building blocks based on cyclodextrins and lipids : cristallogenesis and structural analysis of inclusion complexes, nano-assemblies of covalent derivatives

• Auteur / Autrice : Delphine Gallois-Montbrun
• Direction : Florence Djedaïni-Pilard, Genevieve Le Bas, Sylviane Lesieur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Amiens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés d'inclusion

Cyclodextrines

Autoassemblage

Résumé

Cette thèse est consacrée à l’élaboration et à la caractérisation de matériaux à base de cyclodextrines et de lipides organisés à l’échelle nanoscopique. Deux stratégies distinctes ont été développées pour leur obtention. La première consiste à cristalliser des complexes d’inclusion non covalents d’alpha-cyclodextrine et de lipides monocaténaires. Ces complexes ont d’abord été analysés par diffraction des rayons X sur poudre ce qui a permis de mettre en évidence quatre empilements colonnaires différents dépendant de la longueur de la chaîne hydrocarbonée du lipide ou encore la nature de sa tête polaire mais aussi des conditions de cristallisation (température de la réaction de complexation, cinétique de cristallisation). La compacité de ces arrangements cristallins est également fonction de l’hydratation (nombre de molécules d’eau dans la structure). La caractérisation de monocristaux de certains complexes par diffraction des rayons X et des neutrons a permis de résoudre leur structure à l’échelle atomique et de décrire avec précision les liaisons hydrogènes. La deuxième stratégie a porté sur la synthèse de dérivés covalents associant des acides gras à la bêta-cyclodextrine par greffage au niveau de la face primaire. Des dérivés amphiphiles statistiquement substitués ont été obtenus. Après avoir caractérisé leur composition et leur degré de pureté, l’aptitude à s’autoassocier pour former des nanoparticules en milieu aqueux a été étudiée. Les conditions permettant d’obtenir des systèmes stables ont été mises au point.

This thesis work treats with the preparation of cyclodextrin and lipid based self assembled nanomaterials and its characterisation from the micro level down to the atomic level. Two different strategies have been developed for the sake of nanomaterial preparation. The first one consisted of the preparation of non covalent inclusion complexes where alpha-cyclodextrins were host molecules for single chained lipids. Four different columnar structures have been identified for the latter complexes using powder X-ray diffraction techniques. It was found that these nanomaterial structures are influenced by the i) lipid hydrocarbon chain length ii) the nature of the polar head group and iii) crystallisation conditions such as temperature of complexation reaction or crystallization kinetics. It was also shown that the compactness of the molecular structure is also a function of the hydration state of the complex (amount of bound water molecules in the structure). The characterisation of single crystals of some of those inclusion compounds, using both neutron and X-ray diffraction, permitted the determination of the molecular structure and hence the description of hydrogen bounds in the structure. The second strategy employed the synthesis of covalently bound fatty acids onto the primary face of bêta-cyclodextrin. In this fashion, statistically substituted amphiphiles have been obtained. Their capacities to self assemble in the aqueous phase for the formation of nanoparticles has been determined after their composition and degree of purity had been established. Finally the formulation condition permitting stable aqueous dispersions have been developed.