Synthesis and AFM-based single-molecule force spectroscopy of helical aromatic oligoamide foldamers

Les foldamères sont des architectures moléculaires synthétiques repliées, inspirées par les structures et les fonctions des biopolymères naturels. Le repliement est un processus sélectionné par la nature pour contrôler la conformation de sa machinerie moléculaire afin de réaliser des tâches chimiques ou mécaniques. Durant les dix dernières années de recherche sur les foldamères, des oligomères synthétiques, capables d'adopter des conformations repliées bien définies et prévisibles, comme des hélices, ont été proposés. Les progrès récents ont montré que la synthèse chimique par étapes et le design moléculaire basé sur un squelette oligoamide aromatique permettaient de produire des architectures moléculaires repliées de manière hélicoïdale. La forme du squelette et sa rigidité, des préférences conformationnelles locales, des interactions spécifiques entre monomères éloignés dans une séquence, ainsi que l'action de paramètres externes comme le solvant, ou la présence d'ions peuvent être combinés pour induire une tendance au repliement. Ces architectures sont remarquables car elles peuvent donner lieu à des motifs de repliement qui n'ont pas d'équivalent dans les structures des biopolymères naturels. Par exemple, des hélices dont le diamètre varie le long de la séquence, ou des hélices possédant un centre d'inversion du pas, des hélices en chevrons,... ont été rapportées. Alors que les structures de ces molécules hélicoïdales ont été abondamment caractérisées à l'état solide par cristallographie des rayons X, leur comportement en solution, et surtout le comportement dynamique, est très peu connu. Leurs propriétés mécano-chimiques sont quant à elles inconnues à ce jour. L'objectif du projet est de synthétiser différentes molécules synthétiques hélicoïdales de type oligoamide aromatique et d'obtenir une description détaillée de leur conformation dynamique en solution, ainsi que de leurs propriétés mécano-chimiques, par spectroscopie de force sur molécule unique basée sur l'AFM.Foldamers are artificial folded molecular architectures inspired by the structures and functions of natural biopolymers. Folding is the process selected by nature to control the conformation of its molecular machinery to carry out chemical functions and mechanical tasks, such as en-zyme catalysis, duplication in nucleic acids, force generation,... During the last decade of research on foldamers, synthetic oligomers able to adopt well- defined and predictable folded conformations, such as helices, have been proposed. Recent progress has shown that stepwise chemical synthesis and molecular design based on aromatic oligoamide backbones enable to produce large helically folded molecular architectures. The shape and stiffness of the backbone, local conformational preferences, specific interactions between distant monomers in sequences, as well as the action of external parameters such as the solvent or the presence of ions, can be combine to induce folding tendency. A remarkable aspect of these architectures is that they can give rise to folded patterns that have no in natural counterparts biopolymer structures. For instance, helices whose diameter varies along the se-quence, helices possessing a handedness inversion centre, herringbone helices have been reported. While the structures of these helical molecules have been well characterized in the solid state by X-ray crystallography, much less is known about their dynamic behavior in solution. Their mechanochemical properties are unknown. The objective of the project is to synthesize various helical nanorchitectures based on an oli-goamide aromatic backbone and to obtain a detailed picture of their dynamical conformation in solution, as well as, their mechanochemical properties, by AFM-based single molecule force spectroscopy