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LA CHIMIEAugusteRODIN(1840-1917)              ART de la MATIÈRE
PROMÉTHÉE      A CONQUIS LE FEU ;  nous ne pouvons pas le rendre .    Notre chemin nous mène de l’ARBRE DE LA CONNAISSANCE...
Lucas CRANACH          L’Ancien           (1472-1553)               Ève   a osé cueillir le fruit défendu  de l’Arbre de l...
Futur.....?Présent.....Passé.......
13.7 billion years                                HOMO                     SAPIENS            BIONICUS                    ...
David HILBERT  (1862-1943)
WIR MÜSSEN WISSENWIR WERDEN WISSEN NOUS DEVONS SAVOIR  NOUS SAURONS           David HILBERT
Ludwig van Beethoven : Symphonie Nr. 9 D-Moll Op. 125               Ode an die Freude
La CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE               est une CHIMIE DYNAMIQUE, capable de modifier la CONSTITUTION de ses objets par é...
Iheronimus        BRÜSCHWICK             (1424?-1534) Liber de arte distillandi, de simplicibus.Das buch der rechten kunst...
PARACELSE         Aureolus         Philippus       Theophrastus       Bombastus     Von HOHENHEIM(Einsiedeln 1493- Salzbou...
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Emil VOTOČEK           (1872–1950)    Chimiste et CompositeurÉtudes à l’École de Chimie de Mulhouse      Professeur à l’Un...
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De l’ATOME à la MOLÉCULE      La CHIMIE MOLÉCULAIREMaîtrise de l’élaboration de la matière moléculaire
Mise en œuvre des interactions entre molécules CHIMIE PAR-DELÀ LA MOLÉCULECHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE                    Á LA ...
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  1. 1. La Vie sur Terre d’années 13.7 miliardsLe « Big Bang » La Chimie commence ici European Event MARIBOR 2012 PHYSIQUE CHIMIE BIOLOGIE 1st Out of the Box Conference Pensée La Université de Maribor 18 Mai 2012 De la Matière à la Vie : Chimie ? Chimie !
  2. 2. ÉVOLUTION de l’ UNIVERSInformation ?Complexité pensante vivante Matière organisée condensée divisée Temps ÉVOLUTION vers la MATIÈRE COMPLEXE ÉVOLUTION de la MATIÈRE sous la PRESSION de l’ INFORMATION
  3. 3. LA COMMENT LAPRIMORDIALE QUESTION MATIERE DEVIENT-ELLE COMPLEXE De la particule élémentaire à l’organisme pensant ?- Comment la matière est-elle devenue complexe dans l’histoire de l’univers jusqu’à l’évolution du monde biologique et de la pensée ?- Quelles formes plus élevées de la matière complexe reste-t-il à créer ? CHIMIE PHYSIQUE BIOLOGIE Les lois de Les règles de l’Univers La Vie La CHIMIE établit le pont
  4. 4. L’ AUTO-ORGANISATION comme Impératif CosmiqueMATIÈRE DIVISÉE – CONDENSÉE – ORGANISÉE VIVANTE – PENSANTE ! LE CHEMIN VERS LA COMPLEXITÉ La réponse à la question
  5. 5. AUTO-ORGANISATION COSMIQUEORIGINE de la GRAVITATIONSTRUCTURE COSMIQUEStructuration de l’univers par les forces gravitationnelles opérantsur des inhomogénéités en densité ou en vitesse d’expansionà une époque très précoce, juste après le « big bang » AUTO-ORGANISATION de l’UNIVERS
  6. 6. AUTO-ORGANISATION de la MATIÈREORIGINE de la FORCESMATIÈRE COMPLEXE ÉLECTROMAGNÉTIQUES Structuration de la matière atomique et moléculaire par les forces électromagnétiques opérant sur des combinaisons structurales aléatoiresAUTO-ORGANISATION de la MATIÈRE NON-VIVANTE et VIVANTE
  7. 7. ÉVOLUTION CHIMIQUE PRÉBIOTIQUE AUTO-ORGANISATION de la MATIÈRE MOLÉCULAIRE NON-VIVANTELes forces électromagnétiques opèrent une sélection sur la diversité structurale conduisant à une complexification progressive de la matière du monde non-vivant au monde vivant sous la pression de l’information. GÉNÉRALISATION DE L’ÉVOLUTION DARWINIENNE Évolution chimique sous l’action des forces intra- et intermoléculaires mettant en œuvre l’information moléculaire. CHIMIE PRÉ-BIOTIQUE
  8. 8. La CHIMIESCIENCE de laSTRUCTURE de la MATIÈRE NON-VIVANTE et de la et TRANSFORMATION VIVANTE
  9. 9. EMPÉDOCLE FEU DÉMOCRITE (-490, -435) (-460,-370) Les sec chaudÉLÉMENTS Les ATOMESTERRE AIR froid humide EAU
  10. 10. 1718
  11. 11. Sur les Relations entre les Propriétés et les Poids Atomiques des Éléments Dimitri D. Mendelejeff, MENDELÉEV (1869) Zeitschrift für Chemie 12, 405-6 TABLEAU (1834-1907) PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS 1869
  12. 12. Les BRIQUES de la MATIÈRE TABLEAU PÉRIODIQUE des ÉLÉMENTSLe Terrain de Jeu de la Chimie !
  13. 13. Alexandre BORODINE (1833-1887) chimiste compositeurAmi de Mendeleev - Congrès de Karlsruhe septembre 1860 Réaction de Borodine - Hundsdiecker Opéra Prince Igor 2 Symphonies 2 Quatuors 1872 Condensation Aldolique Borodine et Wurtz O O OH 1 Quintette O etc... + R CH3 H R R R
  14. 14. Antoine Laurent LAVOISIER (1743-1794) L’ ÉQUATION de la RÉACTION CHIMIQUE
  15. 15. De la composition à la connectivité FORMULES CHIMIQUESEssais de représentation des connexions (liaisons)entre les briques de base, les éléments/atomes formant une molécule
  16. 16. Jacobus Henricus VAN’T HOFF Joseph-Achille LE BEL (1852-1911) (1847- 1930) STÉRÉOCHIMIE / CHIMIE DANS L’ESPACE
  17. 17. Louis PASTEUR (1822-1895) à Strasbourg de 1849 à 1854 CHIRALITÉMOLÉCULAIRE
  18. 18. La CHIMIE MOLÉCULAIRE La Chimie de la Liaison Covalente De l’ATOME à la MOLÉCULEMaîtrise de l’élaboration de la matière moléculaire
  19. 19. JALONS de la CHIMIE MOLÉCULAIRE URÉE OH2N NH2 Friedrich 1828 WÖHLER (1800-1882)
  20. 20. VITAMINE B12 Robert Albert WOODWARD ESCHENMOSER (1917-1979) (1925- ) 1972 (1976)
  21. 21. Alban BERG Opéra WOZZECK Op. 7Docteur Il y a une révolution dans la science albumine graisses hydrates de carbone et notamment oxyaldéhyde anhydride !! Acte I – Scène 4
  22. 22. GLOBULE BLANC et desDEUX CELLULES TUEUSES et PARTICULES du VIRUS VIHUNE CELLULE CANCÉREUSE
  23. 23. La Chimie de la Liaison Non-covalente Mise en œuvre des interactions entre molécules CHIMIE PAR-DELÀ LA MOLÉCULECHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE Á LA CHIMIE MOLÉCULAIRE DE LA
  24. 24. De la Complexation sélective de cations à la notion de RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRERequiert des INTERACTIONS pour LIER de l’ INFORMATION pour SÉLECTIONNER géométrique COMPLÉMENTARITÉ interactionelle PRÉORGANISATION “SCHLOSS und SCHLÜSSEL” SERRURE et CLÉ Emil FISCHER 1894
  25. 25. Emil FISCHER (1852-1919) CLÉ ET SERRURE (1894)Doctorat, Strasbourg 1874Habilitation, München 1878
  26. 26. La DOUBLE HÉLICE des ACIDES NUCLÉIQUES PROGRAMME GÉNÉTIQUE H N H écrit avec O N C C N A QUATRE LETTRESO HC N C C H MOLÉCULAIRES P O N OH O O N O N H G N H O P O N N O H O O O N H T O P O N O O O H H N O N C O P O N O O O O O P O O
  27. 27. Formation prébiotiqueAuto-Organisation Prébiotique des composants des de la Matière Moléculaire Molécules de la Vie 5 HCN ………. ………. ACIDES NUCLÉIQUES Adénine une des quatre bases de l’ADN O R OR CH + HC N + H2O ……. H2N C C ……. PROTÉINES OH H AMINO ACIDES
  28. 28. LECTURE DU PROGRAMME GÉNÉTIQUE par FORMATION de PAIRES de NUCLÉOBASES par ADÉNINE URACILE / THYMINE DEUX RECONNAISSANCE LIAISONS MOLÉCULAIREHYDROGÈNE GUANINE CYTOSINE par INTERACTION (LIAISONS HYDROGÈNE) entre SITES TROIS COMPLÉMENTAIRES
  29. 29. La CHIMIE : une SCIENCE de l’INFORMATION SCIENCE de la MATIÈRE INFORMÉESTOCKAGE MOLÉCULAIRETRAITEMENT SUPRAMOLÉCULAIRE de l’INFORMATION
  30. 30. RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRE Association + Sélection Récepteur Moléculaire Entité SupramoléculaireSubstratsTrois CLÉS et la SERRURE
  31. 31. Les CATIONS des MÉTAUX ALCALINS Substrats Sphériques Na+ K+ Rb+ Cs+ Li+ Sodium Potassium Rubidium CésiumLithium Une série d’espèces sphériques de taille croissante RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRE SPHÉRIQUE
  32. 32. CRYPTANTS et CRYPTATES RECONNAISSANCE SPHÉRIQUEComplémentarité de forme et de taille entre Cavité et Cation
  33. 33. Béla VÍZI (1936- ) Université de Veszprém
  34. 34. APPLICATIONS en SCIENCES de la VIE Découverte de substances biologiquement actives / MÉDICAMENTS Reconnaissance moléculaire entre une molécule synthétique et une cible biologique Dévelopement de marqueurs optiques pour le DIAGNOSTIC MÉDICAL TRANSFERT de GÈNES
  35. 35. Technologie Optique pour le DIAGNOSTIC MÉDICAL Cryptate d’Europium MARQUEUR pour le DIAGNOSTIC MÉDICALUne « Nano-Ampoule »pour le Diagnostic Médical Système d’ Immuno-analyse LUMINESCENCE KRYPTOR® ROUGE FORTE Cézanne Co. Dr. Gérard Mathis CisBio International
  36. 36. TRANSFERT de GÈNES à travers la Membrane Cellulaire par des VECTEURS SYNTHÉTIQUES Cytoplasme ARN Noyau Protéine Mise au point d’agents artificiels de transfert de gènes pourGène ADN la biotechnologie et la thérapie génique Transfert de Gènes dans une Cellule Eukaryote Vecteur Une molécule polyanionique (ADN) est transportée à travers synthétique la membrane cytoplasmique et la membrane nucléaire et est finalement exprimée en la protéine correspondante .
  37. 37. CELLULES GÉNÉTIQUEMENT MODIFIÉES parTRANSFERT de GÈNE à l’aide de VECTEURS ARTIFICIELS TRANSFERT de GÈNE in vitro TRANSFERT de GÈNE In vivoCELLULES PRIMAIRES HUMAINES CELLULES ÉPITHÉLIALES des (de polypes du nez) VOIES AÉRIENNES de SOURIS (par instillation intratrachéale) Expression de la -galactosidase (cellules bleues) Pierre LEHN et al.
  38. 38. Génération d’architectures supramoléculairesspontanée mais contrôlée par l’information moléculaire mise en œuvre dans la reconnaissance moléculaire L’ AUTO-ORGANISATION Par delà la Pré-organisation CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE
  39. 39. AUTO-ASSEMBLAGE du VIRUS de la MOSAÏQUE du TABAC à partir de 2130 sous-unités protéiques + 1 molécule d’ARN viral
  40. 40. AUTO-ORGANISATION SYSTÈMES CHIMIQUES PROGRAMMÉSLe PROGRAMME est MOLÉCULAIRE Sa MISE en OEUVRE est SUPRAMOLÉCULAIREL‘INFORMATION est stockéedans les COMPOSANTS Son TRAITEMENT s’effectue via un ensemble d’interactions et suivant un ALGORITHME de RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRE Étapes dopération : Reconnaissance Croissance Terminaison
  41. 41. AUTO-ORGANISATION d’ ARCHITECTURES MÉTALLOSUPRAMOLÉCULAIRESÉLÉMENTS / BRIQUES MOLÉCULAIRESCONNECTIONS / CIMENT : CATIONS MÉTALLIQUES Génération spontanée mais contrôlée d’architectures supramoléculaires
  42. 42. DOUBLE HÉLICATES TRIPLE Architectures Hélicoïdales Auto-organisées
  43. 43. AUTO-ORGANISATION d’ Architectures de type GRILLE Molécules Ions métalliques STRUCTURE d’une GRILLE [3x3] AUTOORGANISÉE6 MOLÉCULES ORGANIQUES +9 CATIONS MÉTALLIQUES Ag(I)
  44. 44. NANOCYLINDRE AUTOORGANISÉen une seule opération à partir de3 MOLÉCULES LINEAIRES4 MOLÉCULES PLANES12 CATIONS MÉTALLIQUES Cu(I)19 composants de trois types !
  45. 45. NANOSCIENCE et NANOTECHNOLOGIE AUTO-ORGANISATION PROGRAMMÉEgénération spontanée et contrôlée bien définies de grande tailled’architectures supramoléculaires complexes organisées fonctionnellesune puissante alternative ou un complément à laNANOFABRICATION et à la NANOMANIPULATION De la FABRICATION à l’AUTO-FABRICATION L’Ultime Fabrication !
  46. 46. La CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE s’ouvre sur une CHIMIE CONSTITUTIONNELLE DYNAMIQUE capable de modifier la CONSTITUTION de ses objets par échange de composants du fait de la RÉVERSIBILITÉ des connections entre composantspermettant une ADAPTATION par VARIATION CONSTITUTIONELLE recherche de SUBSTANCES BIOLOGIQUEMENT ACTIVES auto-organisation de NANOSTRUCTURES DYNAMIQUES développement de MATÉRIAUX DYNAMIQUES
  47. 47. Recherche Dynamique de SUBSTANCES à ACTIVITÉ BIOLOGIQUE Sélection Dynamique par Reconnaissance Moléculaire BIBLIOTHÈQUE Constituants EXPRESSION COMBINATOIRE SÉLECTION d’un DYNAMIQUE CONSTITUANT Génération de Diversité Sélection par le Récepteur du constituant le mieux liéComposants Ensemble de constituants en interconversion Clé/SerrureFragments initiaux La Serrure assemble Sa Clé Sélection par le récepteur/serrure du constituant/clé optimal parmi tous les constituants/combinaisons/clés possibles formant la bibliothèque dynamique
  48. 48. AUTO-ORGANISATIONpar DESSEIN avec SÉLECTION INFORMATION DIVERSITÉPROGRAMMATION DYNAMIQUE ADAPTATION CHIMIE ADAPTATIVE
  49. 49. AUTO-ORGANISATION CONCEPTION DYNAMIQUE SÉLECTION CHIMIE GÉNÉRATIONSUPRAMOLÉCULAIRE de DIVERSITÉ CHIMIE ADAPTATIVE une CHIMIE ADAPTATIVE CHIMIE MOLÉCULAIRE ÉVOLUTIVE DARWINIENNE !
  50. 50. AUTO-ORGANISATIONÉtapes vers la MATIÈRE COMPLEXE LES PROCESSUS QUIDÉCRIRE ONT CONDUIT ÀCOMPRENDRE ONT LIEU DANSCRÉER DE NOUVELLES la MATIÈREFORMES / EXPRESSIONS de COMPLEXE ORGANISÉE – VIVANTE – PENSANTE !
  51. 51. « Là dove natura finisce di produrre lesue spezie, quivi luomo comincia con le cose naturali, con lauditorio di essa natura, a creare infinite spezie. » Leonardo da Vinci « Là où la nature cesse de produire ses propres espèces, lhomme, en se servant des choses naturelles, en accordavec cette nature même, commence à créer une infinité despèces. » Léonard de Vinci
  52. 52. L’ESSENCE de la CHIMIE n’est pas juste de découvrir mais de CRÉER La CHIMIE a la capacité deCRÉER de NOUVELLES EXPRESSIONS de la MATIÈRE Le LIVRE de la CHIMIE n’est pas juste à lire, il est à ÉCRIRELa PARTITION de la CHIMIE n’est pas juste à jouer, elle est à COMPOSER
  53. 53. LA CHIMIEAugusteRODIN(1840-1917) ART de la MATIÈRE
  54. 54. PROMÉTHÉE A CONQUIS LE FEU ; nous ne pouvons pas le rendre . Notre chemin nous mène de l’ARBRE DE LA CONNAISSANCE auCONTRÔLE DE NOTRE DESTINÉE !
  55. 55. Lucas CRANACH L’Ancien (1472-1553) Ève a osé cueillir le fruit défendu de l’Arbre de la Connaissance :La Naissance de la Science !
  56. 56. Futur.....?Présent.....Passé.......
  57. 57. 13.7 billion years HOMO SAPIENS BIONICUS Et après ? vers la tenue d’Ève ?? Auguste RODIN
  58. 58. David HILBERT (1862-1943)
  59. 59. WIR MÜSSEN WISSENWIR WERDEN WISSEN NOUS DEVONS SAVOIR NOUS SAURONS David HILBERT
  60. 60. Ludwig van Beethoven : Symphonie Nr. 9 D-Moll Op. 125 Ode an die Freude
  61. 61. La CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE est une CHIMIE DYNAMIQUE, capable de modifier la CONSTITUTION de ses objets par échange de composantsdu fait de la RÉVERSIBILITÉ des INTERACTIONS NON-COVALENTESpermettant une ADAPTATION par VARIATION CONSTITUTIONELLE IMPORTER cette DYNAMIQUE dans la CHIMIE MOLÉCULAIRE par introduction de LIAISONS COVALENTES RÉVERSIBLES CHIMIE DYNAMIQUE CONSTITUTIONELLE MOLÉCULAIRE / COVALENTE autant que SUPRAMOLÉCULAIRE / NON-COVALENTE
  62. 62. Iheronimus BRÜSCHWICK (1424?-1534) Liber de arte distillandi, de simplicibus.Das buch der rechten kunst zu distilieren die eintzigen ding. Strassburg: Johann (Reinhard) Grüninger, 8 May 1500. Liber de arte Distillandi de Compositis Das buch der waren kunst zu distillieren die Compositis Imprimé par Johann Grüninger à Strasbourg en 1512
  63. 63. PARACELSE Aureolus Philippus Theophrastus Bombastus Von HOHENHEIM(Einsiedeln 1493- Salzbourg 1541) Citoyen de Strasbourg 1527-1528
  64. 64. PARACELSE Aureolus Philippus Theophrastus Bombastus Von HOHENHEIM(Einsiedeln 1493- Salzbourg 1541) Citoyen de Strasbourg 1527-1528 Cimetière St. Sebastian Salzbourg
  65. 65. Emil VOTOČEK (1872–1950) Chimiste et CompositeurÉtudes à l’École de Chimie de Mulhouse Professeur à l’Université de Technologie Chimique de Prague Chimie des sucres Introduction du Concept d’épimérie 69
  66. 66. Emil VOTOČEK (1872–1950) Chimiste et CompositeurÉtudes à l’École de Chimie de Mulhouse Professeur à l’Université de Technologie Chimique de Prague Chimie des sucres Introduction du concept d’épimérie 29 Lieder 26 autres compositions 70
  67. 67. CHIMIE DYNAMIQUE CONSTITUTIONNELLE SUPRAMOLÉCULAIREgénère de la DIVERSITÉ DYNAMIQUE et MOLÉCULAIRErend possible la SÉLECTIONpermet l’ ADAPTATION recherche de SUBSTANCES BIOLOGIQUEMENT ACTIVES auto-organisation de NANOSTRUCTURES DYNAMIQUES développement de MATÉRIAUX DYNAMIQUES / Dynamères SYSTÈMES ADAPTATIFS Matériaux Adaptatifs / Technologies Adaptatives
  68. 68. De l’ATOME à la MOLÉCULE La CHIMIE MOLÉCULAIREMaîtrise de l’élaboration de la matière moléculaire
  69. 69. Mise en œuvre des interactions entre molécules CHIMIE PAR-DELÀ LA MOLÉCULECHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE Á LA CHIMIE MOLÉCULAIRE DE LA
  70. 70. AUTO-ORGANISATIONdirigée par RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRE par delà la Pré-organisation CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE
  71. 71. CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE CHIMIE PAR DELÀ LA MOLÉCULECHIMIE des INTERACTION MOLÉCULAIRES et de la LIAISON INTERMOLÉCULAIRECHIMIE des SYSTÈMES basés sur la CHIMIE des ESPÈCES et des INTERACTIONS RECONNAISSANCE, RÉACTIVITÉ et TRANSPORT (CATALYSE)
  72. 72. SYSTÈMES CHIMIQUES PROGRAMMÉSLe PROGRAMME est MOLÉCULAIRE Sa MISE en OEUVRE est SUPRAMOLÉCULAIREL‘INFORMATION est stockéedans les COMPOSANTS Son TRAITEMENT s’effectue via un ensemble d’interactions et suivant un ALGORITHME de RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRE Étapes dopération : Reconnaissance Croissance Terminaison
  73. 73. WIR MÜSSEN WISSENWIR WERDEN WISSEN NOUS DEVONS SAVOIR NOUS SAURONS David HILBERT

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