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Récepteurs et matériaux rédox-actifs pour l’activation et la signalisation

Récepteurs et matériaux rédox-actifs pour l’activation et la signalisation d’interactions moléculaires. Charles DEVILLERS. Laboratoire d’Electrochimie Organique et de Photochimie Rédox UMR CNRS-UJF 5630, ICMG-FR CNRS 2607. Laboratoire d’Etudes Dynamiques et Structurales de la Sélectivité

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Récepteurs et matériaux rédox-actifs pour l’activation et la signalisation

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  1. Récepteurs et matériaux rédox-actifs pour l’activation et la signalisation d’interactions moléculaires Charles DEVILLERS Laboratoire d’Electrochimie Organique et de Photochimie Rédox UMR CNRS-UJF 5630, ICMG-FR CNRS 2607 Laboratoire d’Etudes Dynamiques et Structurales de la Sélectivité UMR CNRS-UJF 5616 Université Joseph Fourier, Grenoble, France

  2. Site de complexation Unité signalétique Connexion Complexation Détection S S + Substrat Reconnaissance (interactions au niveau moléculaire) Récepteur « Signal » Reconnaissance ≠ détection : elle doit s’accompagner d’une modification claire et mesurable d’une propriété physico-chimique du récepteur Greffage d’une unité signalétique (activité rédox ou optique) sur le récepteur Récepteur moléculaire informatif

  3. Prérequis : Interaction sélective « hôte-invité » Activité rédox stable, accessible et bien définie Communication entre site de complexation et l’unité signalétique à travers l’espace ou/et des liaisons (conjuguées) Reconnaissance électrochimique moléculaire Récepteur rédox Site de reconnaissance Sous-unité rédox Application: Détection sélective d’espèces moléculaires Capteurs chimiques

  4. S E (KJ/mole) Différentes interactions mises en jeu lors de la reconnaissance moléculaire d’une espèce cible Interactions électrostatiques Cations Liaisons hydrogène Anions Interactions de type transfert de charge Espèces neutres Interactions Acide-base de Lewis Interactions hydrophobes Détection électrochimique n’est pas neutre : selon l’état rédox de la sonde, activation ou désactivation des interactions Coordination métal-ligand Liaisons hydrogène Interactions électrostatiques Liaisons covalentes Liaisons de Van der Waals Liaisons de coordination 0,2-2 10 15 50 100

  5. Clˉ H2P04ˉ Na+ Exemples de récepteurs rédox-actifs N S P r H S S H N N H S S H S P r N E1/2 = 0,23 V (vs Ag/Ag+, DCE) E1/2(1) = -1,15 V E1/2(2) = -1,93 V (vs Ag/Ag+, CH3CN/CH2Cl2) Nielsen et al., J. Am. Chem. Soc.2006, 128, 2444 Beer et al., Inorg. Chem. 1997, 36, 5880 P r H C O O H C O 3 O O 3 O O C H - + e 3 H N O O O O + d i a m i n o p y r i d i n e O H N N H N H N H N H N H N N H H N H N O O O O O 1,8-naphthalimide O F e F e P r F e Ge et al., J. Org. Chem., 2000, 65, 8831 E1/2 = 0,28 V (vs Ag/Ag+, CH3CN) Reynes et al., J. Organomet. Chem.2001, 637-639, 356

  6. Récepteurs de type conjugués Ferrocène–Porphyrines Récepteurs de type RAFT-Fc Détection électrochimique d’anions en milieu homogène Détection électrochimique d’anions en phase supportée Caractérisation d’un processus d’adhésion cellulaire Plan de l’exposé Introduction Propriétés physico-chimiques des précurseurs dithiolane-ferrocène-porphyrine Processus dynamique « on-off » de détection d’espèces neutres Détection électrochimique d’anions

  7. Récepteurs de type conjugués Ferrocène–Porphyrines Récepteurs de type RAFT-Fc Détection électrochimique d’anions en milieu homogène Détection électrochimique d’anions en phase supportée Caractérisation d’un processus d’adhésion cellulaire Plan de l’exposé Introduction Propriétés physico-chimiques des précurseurs dithiolane-ferrocène-porphyrine Processus dynamique « on-off » de détection d’espèces neutres Détection électrochimique d’anions

  8. 1 8 R 1 R R 3 R 2 1 R 2 R 7 R R 2 R N N N H H N H H N N H H N N N H N H 3 6 R R N N 2 R 4 5 R R 3 3 4 R R R 1 R N N H N O H N N N H H N U S042ˉ UO2 N H H N O N N H N H N Exemples de macrocycles à base de pyrrole Porphyrine Calixphyrine Calixpyrrole Bucher et al., Chem. Comm., 2006, 3891 Burrell et al., J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 4690 Cyclooctapyrrole

  9. F e O F e F e H N F e O O N H H N O N N Z n N N N H Applications potentielles des Ferrocène-Porphyrines Systèmes photosynthétiques artificiels Séparation de charge photoinduite et transfert d’électron intramoléculaire A r A r A r Imahori et al., Chem. Eur. J., 2004, 10, 3184 N N N N N N H N N H N Z n Z n F e Z n O H C O N N N N N N 3 A r A r A r S A c Electronique moléculaire N N S A c Z n Portes logiques optoélectroniques, Stockage moléculaire de l’information F e N N S A c Wei et al., J. Org. Chem., 2004, 69, 1461 Reconnaissance électrochimique moléculaire Unique exemple de la littérature Beer et al., J. Chem. Soc., Chem Commun., 1995, 1187

  10. Plateforme synthétique R F e F e N N M N N R S Système π-électronique délocalisé S R Sources de détections multiples et complémentaires F e F e N N M N N R Porphyrines à piquets rédox : signalisation/activation d’interactions moléculaires Site actif modulable : nature du métal Multiples possibilités de fonctionnalisation : sélectivité, renforcement des interactions… Multiplication des points d'ancrages ou greffage, solubilisation Optimisation du transfert d'information UV-visible, Electrochimie, RMN…

  11. S S S S S F e F e S S F e N N F e S H H C H O N N N N N H H N + H H N N H N 10 % 6 % 1) TFA 2) p-chloranile S S S S S S S S F e S F e S C H O F e F e S F e S F e N N H N H H N N N N N N H N H H N N F e S F e S F e F e 13 % <1 % S S 20 % S S S S Précurseurs Dithiolane-Ferrocène-Porphyrine 1) TFA 2) p-chloranile +

  12. S S F e N N Z n N N F e S S Structure RX de PZn(FcS2)2(Tol)2 d(Fe-Fe) = 13,3 Å

  13. -0,2 -1,0 -1,8 -2,6 (ppm) R Fc Fc Fc N N H R R H Fc N N Fc Fc Fc Fc Fc Fc Fc R Fc Caractéristiques spectroscopiques UV-visible et RMN Cas des bases libres UV-visible RMN 1H NH 3,5 3,0 Bandes de Soret 2,5 2,0 e×105 (L.mol-1.cm-1) 1,5 1,0 0,5 0,0 375 400 425 450 475 500 (nm) (CH2Cl2, 298 K) l Diminution du caractère aromatique avec l’augmentation du nombre de ferrocènes Effet électronique des ferrocènes Effet stérique (déformation du macrocycle)

  14. F e d(Fe-Fe) ~ 11,6 Å F e N N Z n N N F e d(Fe-Fe) ~ 10 Å F e Structure RX de PZn4Fc Atropoisomère a,b,a,b Distorsion importante du macrocycle porphyrinique Angle dièdre Porphyrine-cyclopentadiène ~ 45°

  15. Fc Fc Fc Fc Fc Fc Fc Fc Fc Fc Fc Fc Communication entre ferrocènes à travers le macrocycle porphyrinique (bases libres) CV des ferrocènes : 5mA 5 mA 5mA 0,1 V 0,1V E°(1) = 0,635 V E°(2) = 0,690 V 0,1V E°(1) = 0,640 V E°(1) = 0,630 V E°(2) = 0,740 V DE° = 55 mV DE° = 110 mV Littérature : DE° dépend de : - métallation du macrocycle 5 mA 5 µA 0,1 V 0,1 V E°(1) = 0,610 V E°(2) = 0,655 V E°(3) = 0,715 V - degré de liberté du ferrocène

  16. N N Z n N N H a ' H a F e 0 0 - - 2 2 - - 4 4 - - 6 6 Energie libre (Kcal/mol) - - 8 8 - - 10 10 Barrière d’énergie - - 12 12 Premier minimum Minimum final 10 kcal/mol - - 14 14 - - 16 16 - - - - - - - - - - 0 0 50 50 100 100 150 150 250 250 200 200 150 150 100 100 50 50 Angle (degré) Etude dynamique conformationnelle RMN en température variable Dynamique ab initio Calculs DFT Fonctionnelle BLYP Ha, Ha’ 302,9 K Profil d’énergie libre Ha’ 185,3 K Ha Tc~ 215 K dn = 936 Hz ΔG≠ = RTc(22,96 + ln(Tc/dn)) ΔG≠(Tc) = 38,4 kJ/mol = 9,2 kcal/mol

  17. Porphyrine-ferrocène-amine : vers la détection d’espèces neutres S C H O N S H F e F e F e N N N H H H N N N N N N 1) CH3(CH2)5NH2 AgNO3, NCS H H H N N N (70 %) 2) NaBH4 (80%) a (90 %) Zn(OAc)2 Signaux < 0 ppm : effet du courant de cycle sur le bras amine b j b i d c g f h a i c e N H d F e j k Processus de coordination k N Z n N N h e f g N NH (ppm) 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 (CDCl3, 500 MHz)

  18. Association inter ou intramoléculaire ? n Spectroscopie UV-Visible lmax = f(C) intermoléculaire Osmométrie (V.P.O.) M = 1957 g/mol Spectrométrie de masse électrospray Dimère Monomère, dimère, trimère, tétramère, pentamère Majoritaires

  19. Insight-II discover molecular modeling program

  20. RDE 1 eˉ 1 eˉ Ep = 1,45 V 2 eˉ Ep = 1,18 V Ep = 0,91 V [PFc-PFc] [PFc-PFc+] + eˉ E1/2 = 0,61 V 1er vague [PFc-PFc+] [PFc+-PFc+] + eˉ CV [PFc+-PFc+] [P+•Fc+] + [PFc+] + eˉ 2ème vague [PFc+] [P+•Fc+] + eˉ [P+•Fc+] [P2+Fc+] + eˉ 3ème vague [P2+Fc+Nu] [P2+Fc+] + Nu CH2Cl2 0,1 M TBAP 10 µA Référence : DMFc/DMFc+ 0,1 V [P2+Fc+Nu] 4ème vague [P2+Fc+Nu]+ + eˉ Signature électrochimique de P(Zn)-Fc-amine N H F e N Z n N N N Mécanisme rédox proposé :

  21. Effet de la quaternisation de l’amine B F 4 N N H F e F e T o l T o l N N Z n N N Z n N N N N T o l T o l T o l T o l 10 µA 0,1 V 1) MeI, THF 2) BF4¯, IRA 96 CH3CN Ep = 1,45 V E1/2 =1,19 V Ep = 1,18 V E1/2 = 0,94 V Ep = 0,91 V E1/2 = 0,65 V E1/2 = 0,61 V P•+/P2+ P•+/P2+ P/P•+ P/P•+ Fc/Fc+ Fc/Fc+ Référence : DMFc/DMFc+ CH2Cl2 0,1 M TBAP

  22. N N N N Z n Z n N N F e N N F e R H N N R H N N H R N H R F e N N N Z n F e N « Off » N N N Z n N N 590 DEmax (mV) pKa 570 92 550 5,29 N 530 E1/2(Fc/Fc+) (V) vs DMFc/DMFc+ 118 7,33 510 N 490 N 126 6,65 H N 470 N 450 130 7,56 H N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Equivalents molaires N Détection électrochimique de bases azotées via un processus dynamique « on / off » « On »

  23. Porphyrine(Zn)-ferrocène-ammonium : vers la détection d’anions Deux sites de détection électrochimique Fc/Fc+ P/P•+ P•+/P2+ I (mA) E (mV) 660 Sonde ferrocène Sonde porphyrine 950 640 925 NO3ˉ 620 900 NO3ˉ HSO4ˉ ) (en mV) ) (en mV) 875 600 HSO4ˉ 850 + .+ 580 (Fc/Fc (P/P 825 p 560 p E 800 E 775 540 750 0 10 20 30 40 50 -10 0 10 20 30 40 50 60 Equivalents d'anions Equivalents d'anions Interactions électrostatiques 2 R + 1 R N 1 R Interactions Acide-base de Lewis Aˉ R F e N N Z n R N N R

  24. Schéma carré 2 R 1 R L+/[L+]+ N LCl/[LCl]+ 1 R 1 R A- 9 (*) 1 R N 2 R R R • L+ • LA Aˉ 8 F e F e Kred 7 N N N N Z n Z n 6 R R N N N N 5 I (µA) E1 E2 e- e- 4 R R 3 A- 2 • [L+]+ • [LA]+ 1 Kox 0,4 0,5 0,6 0,7 E (V) L+ 1,0 Spectroscopie UV-Visible (**) LCl 0,8 0,6 Abs 0,4 DE= (nF/RT) ln(Kred/Kox) 0,2 0,0 400 420 440 460 480 l (nm) Détection Electrochimique d’anions : cas des halogénures DPV : 0 à 1 équivalent de Clˉ DE = 130 mV Kred = 104 M-1 Kox = 1,7.106M-1 (*) vs DMFc/DMFc+, carbone vitreux, 5.10-4 M, CH2Cl2 0,1 M TBAP (**) CH2Cl2 0,1 M TBAP, l = 1 cm

  25. 2 R + 1 R N 1 R Tol R F e F e N N N N Z n Tol Z n R N N N N Tol R Intérêt de la présence de deux interactions complémentaires Après l’ajout de 1 équivalent de Clˉ : + N F e DE = 5 mV DE = 130 mV DE = 50 mV Comportement à « 2 vagues » Comportement à « 1 vague » (Déplacement progressif du signal)

  26. 9 (*) 8 7 6 Bromure Chlorure Fluorure I (µA) 5 4 3 DE = 112 mV DE = 130 mV DE = 152 mV 2 1 9 (*) 0,4 0,5 0,6 0,7 E (V) 8 7 6 I (µA) 5 9 (*) 4 8 3 7 2 6 1 I (µA) 5 0,4 0,5 0,6 0,7 E (V) 4 3 2 1 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 E (V) Sélectivité pour la reconnaissance des halogénures Evolution entre 0 et 1 équivalent d’halogénure : Comportement à « 2 vagues » Potentiel du nouveau pic d’oxydation est spécifique de chaque halogénure (*) vs DMFc/DMFc+, carbone vitreux, 5.10-4 M, CH2Cl2 0,1 M TBAP

  27. N N Z n N N F e N R H N N H R F e N N N Z n N N N N Z n N N F e R H N N H R F e N N Z n N N Conclusion sur les conjugués ferrocène-porphyrine Précurseurs Dithiolane-Ferrocène-Porphyrine Influence du nombre et de la position relative des ferrocènes sur les propriétés physico-chimiques des précurseurs, Communication électronique efficace entre les ferrocènes et la porphyrine Intérêt des systèmes conjugués ferrocène-porphyrine pour la détection électrochimique Porphyrine-ferrocène-amine : détection originale d’espèces neutres via un phénomène dynamique « on-off » Porphyrine-ferrocène-ammonium : intérêt pour la détection d’anions Perspectives Multiplication des sondes rédox ferrocène Greffage (monocouche auto-assemblée, film de polypyrrole…) Habillage des récepteurs

  28. Récepteurs de type conjugués Ferrocène–Porphyrines Propriétés physico-chimiques Processus dynamique « on-off » de détection Détection électrochimique d’anions Récepteurs de type RAFT-Fc Plan de l’exposé Détection électrochimique d’anions en milieu homogène Détection électrochimique d’anions en phase supportée Caractérisation d’un processus d’adhésion cellulaire

  29. D G f D D G R f K G f R K O R K O f D O K O O O G N R N O O N N F e F e F e F e N O N O N O N RAFT O O O H N H N O O Regioselective Adressable Functional Template N H N H K K A - Donneur/accepteur de liaisons H G P K K - Deux faces sélectivement adressables G P K NH O N H 2 S S t u B Architecture moléculaire RAFT-Fc RGD : peptide reconnu spécifiquement par l’intégrine avb3 (adhésion cellulaire) Sonde rédox ferrocène Pont disulfure : -Monocouches autoassemblées sur or

  30. B o c B o c K K B o c B o c A G P K K Boc Boc Boc Boc A G P - - - - K K G P A K K G P A O N H O N H 2 2 O N H B o c O N H B o c H N O O N H 2 2 O B o c H N O O O N H B o c O O H N H N O O H N H N O O N H N H K K N H N H A G P K K A G P K K G P A K K -G-P-K-A-K-G-P-K-A-K-Fmoc G P A Récepteur rédox polypeptidique pour la détection d’anions : synthèse du RAFT-4Fc (i) (ii) 94 % 90 % F e F e F e F e N O N O N O N O O O (iii) H N H N (iv) (v) O O N H N H K K A 76 % G P 90 % 46 % K K (*) G P A (i) PyBOP, DIPEA, DMF,1h; (ii) 50% TFA/CH2Cl2 (v/v), 1 h; (iii) BocNHOCH2CO-NHS, DIPEA, DMF, 1 h; (iv)TFA/CH2Cl2/TIS/H2O (50/40/5/5) (v/v), 1 h; (v) Fc-CHO, acetate buffer (0.1 mol L-1, pH 4.6)/CH3CN (50/50) (v/v), 7 h; (*) Dumy, P.; Eggleston, I.; Servigni, S.; Sila, U.; Sun, X.; Mutter, M., Tetrahedron Lett. 1995, 36, 8, 1255.

  31. Epa -5 1.10 -6 5.10 + + + + + + + + + + / A 0 I expérimental eˉ eˉ eˉ eˉ théorique -6 -5.10 Epc -5 -1.10 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 Courbe expérimentale : DEp = Epa Epc = 75 mV E / V Caractérisation électrochimique Voltampérogramme théorique : 4 transferts d’électron successifs Centres rédox n’interagissant pas entre eux DEp = Epa Epc =58mV Une seule vague d’oxydation Potentiels inchangés pour des vitesses de balayage n < 400 mV.s–1 Comportement Nerstien (transfert d’électron rapide et réversible) (*) CV (n = 100 mV.s–1) électrode de carbone vitreux (diam. 3 mm) d’une solution à 2,5  10–4 mol.L–1 dans 0,1 M TBAP CH3CN/H2O 70/30 (v/v) électrode de référence Ag/Ag+.

  32. Réponse électrochimique en présence d’anions H2PO4ˉ en milieu homogène F e F e F e F e - N - O N O N O N O O O H N H N O O - N H N H K K A G P - K K G P A 0 à 4 équivalents H2PO4ˉ DPV 1,2 Comportement « à deux vagues » 1,0 0,8 DE = -110 mV Courant (µA) 0,6 Kox = Kred exp(nFDE/RT) 0,4 0,2 Kox / Kred = 2,7.107 0 -0,15 -0,05 0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 Potentiel (V vs Ag/Ag+) F e F e F e F e N O N O N O N O O O H N H N O O + H2P04ˉ ) ( = - N H N H K K A G P - 4 eˉ K K G P A (2,5.10–4 mol.L–1, CH3CN, 0,1 mol.L–1 TBAP)

  33. B o c B o c B o c B o c B o c B o c B o c B o c B o c B o c B o c B o c K K K K K K K K A A A A G P G P G P G P K K K K K K K K G P G G G P P P K K K K N H ( F m o c ) N H ( F m o c ) A l l o c O O S S S S t B u t B u F e F e F e F e N O O N H O N H B o c O N H O N H B o c N O N 2 O N H B o c 2 O N H B o c O N H N O B o c H N O O O N H B o c H N O O N H B o c O N H B o c 2 2 O O O O O O O O H N H N H N H N H N H N O O H N H N O O O O O O N H N H N H N H N H N H N H N H K K K K K K K K A A A A G P G P G P G P K K K K K K K K G G P P G P K K G P K K N H N H N H ( F m o c ) N H 2 2 O O 2 O O S S S S S S t B u t B u S t B u S t B u Vers des monocouches autoassemblées de peptides rédox 79 % 93 % 91 % (*) 49 % 70 % 77 % 79 % (i) Pd(PPh3)4, PhSiH3, CH2Cl2, 1 h ; (ii) FmocCys(S-t-Bu)OH, PyBOP, DIPEA, DMF, 1 h ; (iii) TFA/CH2Cl2 (50/50) (v/v), 1 h ; (iv) BocNHOCH2CO-NHS, DIPEA, DMF, 1 h ; (v) DMF/piperidine (80/20) (v/v), 30 min ; (vi) TFA/CH2Cl2/TIS/H2O (50/40/5/5) (v/v),1 h ; (vii) Fc-CHO, tampon phosphate (0,1 mol L-1, pH = 4,6)/CH3CN (50/50) (v/v), 7 h (*) Boturyn, D.; Coll, J.-L.; Garanger, E.; Favrot, M.-C.; Dumy, P., J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5730.

  34. Caractérisation par microbalance à quartz du phénomène d’auto-assemblage sur or du RAFT-Fc 1/f Solvant RAFT 0 2 4 6 8 10 Sauerbrey : 4 2 0 Cinétique d’adsorption : < 1 min. Df7/7 Fréquence Normalisée Dfn/n (Hz) n = 7 2 (Dfn/n) = 5,5 Hz 4 6 Densité surfacique : 1 molécule/384 Å2 0 0 2 2 4 4 6 6 8 8 10 10 12 12 Temps (min) Electrode Au Quartz Film rigide

  35. Modélisation moléculaire 30 30 Å 15 Å < d(Fe-Fe) < 30 Å Pas d’interaction entre les ferrocènes 24-25 Å 5-6 Å Ellipsométrie : Epaisseur du film 23,1 ± 1,6 Å 14-15 Å

  36. 100 V/s F e 1 V/s F e 10 V/s F e F e N O N O N eˉ O N O O O H N H N O O N H N H K K A G P K K G P K N H 500 V/s 2 1000 V/s O 5000 V/s S Au Informations à partir des voltamogrammes : quantité d’électrons transférés Intégration de la vague de réduction : densité surfacique :1 RAFT/260Å2 n(ferrocènes) n(RAFT) Allure et potentiel de pics inchangés jusqu’à 1 V.s–1 Vitesse de transfert d’électron ktr~ 6000 s–1 transfert d’électron rapide et efficace à travers l’espaceur peptidique Etude cinétique du transfert d’électron

  37. DE = 200 mV 0 -5 7,5.10 M -4 2,10 M -4 5,4.10 M Kox = Kred exp(nFDE/RT) Kox/Kred = 3,3.1013 DEp = 200 mV Augmentation de la constante d’association en confinant le récepteur sur la surface de l’électrode Kox/Kred = 2,7.107 en phase homogène SAMs rédox pour la détection de H2PO4ˉ I (échelle arbitraire) -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 E (V)

  38. Matériaux moléculaires pour la caractérisation de processus d’adhésion cellulaire membrane cellulaire O O O Récepteur de la membrane cellulaire : intégrine avb3 O O O O O O O N = N N O O O O O N N N N O N F e F e F e F e F e F e F e N F e O N -RGD- séquence peptidique spécifique de l’intégrine N O N O = O N N O O N O O O N O O H N H N O O O H N H N N H O N H O K K A N H N H G P K K A G P K K Intéractions de type : G P K K K G P K N H 2 O N H Electrostatique 2 O S S Coordination Liaisons hydrogène Or

  39. R G G R N C H O H N D K F e 2 D K O F e O f f O C H O O C H O D G f D D G R f K G f R K O O R K f D O O O K O G N R O N H O N H N 2 2 O O N H N O O N H 2 2 N O O F e H N H N F e O O F e F e N H N H N K K A G P O N O N K K O N O G P K O O H N H N O O N H 2 O N H N H K K S A G P S E t K K G P K N H 2 O S SEt S S E t Synthèse thiol-RAFT-4Fc-4RGD (i) + 44 % (ii) 38 % (i) tampon phosphate (0,1 mol L-1, pH = 4,6)/CH3CN (50/50) (v/v), 0,5 h (ii) tampon phosphate (0,1 mol L-1, pH = 4,6)/CH3CN (50/50) (v/v), 1 h

  40. Caractérisation du processus d’adhésion cellulaire : expérience de QCM-D cellule positive S S 140 0 120 -40 100 80 D3 (10-6) F3/3 (Hz) -80 60 40 -120 20 0 -160 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Temps (minutes) 18 min : milieu de culture 89 min : cellules positives 38 min : cellules négatives 68 min : milieu de culture Adhésion spécifique des cellules positives

  41. avant expérience de QCM-D après expérience de QCM-D 60 40 20 Courant (µA) 0 -20 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Potentiel (V) Quartz d’or modifié après l’expérience de QCM-D 80 µm Densité de cellules très importante : reconnaissance des cellules (+) efficace Modification du voltamogramme après l’adhésion des cellules

  42. Résumé et perspectives RAFT-4Fc Détection électrochimique efficace des anions H2PO4ˉ en milieu homogène Thiol-RAFT-4Fc Transfert des propriétés de reconnaissance de la phase homogène à la phase supportée Amplification considérable du phénomène de reconnaissance électrochimique Thiol-RAFT-4Fc-4RGD QCM-D : processus d’adhésion cellulaire sélectif des cellules surexprimant l’intégrine avb3 Electrochimie : modification du voltampérogramme après adhésion des cellules positives Perspectives Modification des sites de reconnaissance, autre méthode de greffage…

  43. Conclusion générale Porphyrines à piquets rédox Communication électronique efficace entre les ferrocènes à travers le macrocycle Optimisation du transfert d'information Intérêt de la multiplication des sites de reconnaissance sur un même récepteur Renforcement des interactions, sélectivité Sources de détections multiples et complémentaires Signalisation efficace des interactions Architectures moléculaires cyclopeptide-ferrocène Intérêt marquage rédox Transfert milieu homogène/surface Amélioration des propriétés de reconnaissance Illustration/application : caractérisation de processus d’adhésion cellulaire à partir d’assemblages organisés de gabarits cyclopeptidiques Intérêt de l’électrochimie et du marquage rédox pour l’activation et la signalisation d’interactions moléculaires

  44. O N B F O O 4 H F e N O O F e N H N F e N N Z n N N Z n N N N N N Z n N N H N C F C O O 3 3 B F 4 N B F N H 4 H N N N O F e H F e H N C F C O O 3 N 3 O N S O O N H N N S N Z n N N Z n N F e N N N F e N Z n N N N B F 4 Exemples de porphyrines à piquets rédox synthétisées

  45. F e H N N N Tol Z n N N F e N N Tol Z n Tol N N N N Tol DEmax = 20 mV DEmax = 92 mV Comparaison P(Zn)-Fc-amine/P(Zn)-Fc Pourquoi cette différence ? Processus dynamique : Déplacement de l’amine Coordination base azotée Décompression stérique

  46. El° Lox Lred + eˉ Kox + Aˉ + Aˉ Kred + eˉ Lred•Aˉ Lox•Aˉ Ec° 0,1 mA E / V 0,20 1 Récepteurs rédox-actifs d’anions Analyse thermodynamique de la complexation d’anions DE = Ec°- El° DE = (RT/nF)ln(Kred/Kox) DE < 0 Kred < Kox Modification des voltampérogrammes Comportement « à deux vagues » Comportement « à une vague » Ip/Ipmax DE1/2/V 1,2 0,1 mA 0,05 0,8 0 E / V 0,20 0,4 -0,05 A-/L 1 -0,1 0 A-/L 0 2 1 -0,15 3 0 1 2

  47. Calcul de ktr: En utilisant les équations de Laviron (J. Electroanal. Chem., 101 (1979) 19-28), où l’on trace la surtension (Epa (ou Epc) – E0, E0 étant assimilé à E1/2 pour des valeurs de vitesses faibles) en fonction de log n, avec n vitesse de balayage. Pour des valeurs de Epa – Epc supérieures à 200 mV, on peut considérer que le système est irréversible et dans ce cas on trace deux droites fittant les deux parties linéaires de la courbe (une en oxydation, l’autre en réduction). La pente de ces droites permet de déterminer  et l’ordonnée à l’origine permet de calculer ktr. Il est à noter que dans notre cas, la mesure de Epa devient très difficile à haute vitesse, rendant le fit pratiquement impossible. Par conséquent, on déterminera ces 2 constantes à partir des valeurs de Epc dans la majorité des cas. En ce qui concerne la partie cathodique α = -2,3RT/(anF) avec a pente du fit. ktr = α/(((RT)/(nF))exp((-bαnF)/(RT)) avec b ordonnée à l’origine. Dans cet exemple, α = 0,19 et ktr = 6355.

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