Cette thèse traite de la conception et mise en œuvre d’espaceurs auto-effondrables novateurs pour une utilisation dans des sondes d’activité enzymatique in vivo.La première partie détaille la synthèse et la validation in vitro d’espaceurs cyclisant, couplant l’activité d’un aminopeptidase à la libération d’un phénol. Les sondes fluorogènes modulaires basées sur ces espaceurs 1,2-diamine sont très robustes (demi-vie > 560 h), mais sont rapidement enzymatiquement hydrolysées, et puis relâchent rapidement (demi-temps ~ 3 min) un fluorophore ESIPT insoluble et exceptionnellement photostable.Ces sondes ont une excellente sensibilité (rapport signal:contrôle > 3000:1), et fournissent la première démonstration d’un système macroscopiquement binaire éteint–ALLUMÉ, pour la libération de phénols sous activité d’aminopeptidases. Ce système pourrait permettre de faire de l’imagerie moléculaire ultra-sensible d’une gamme d’exopeptidases. Ces espaceurs pourraient également servir dans des sondes comportant d’autres fluorophores phénoliques, dans des promédicaments de phénols/alcools activés par des peptidases spécifiques (thérapies ciblées), ou comme adaptateurs chimiques en générale.La deuxième partie détaille les synthèses de deux familles d’espaceurs tautomérisant/éliminant pour utilisation dans des sondes magnétogènes d’activité de glycosidases. Les premières architectures substrat-espaceur basées sur des 2-furanols et des carbimidates cycliques ont été explorées. Notamment, des glycosides 2-furanoliques ont été abordés comme espaceurs énergétiques alternatifs aux quinone méthydes, et des carbimidates ont été explorés comme espaceurs pour ligands modèles des sondes promagnétiques. / This thesis concerns the design and implementation of novel auto-immolative spacers for use in probes for enzymatic activity in vivo.The first part relates the development and in vitro validation of cyclisation spacers which couple the action of an aminopeptidase to the release of a phenol. The modular three-component fluorogenic probes based on these 1,2-diamine spacers are very robust (halflife > 560 h), but are also rapidly enzymatically processed, and quickly (halftime ~3 min) release an exceptionally photostable, insoluble ESIPT fluorophore. The probes have excellent detection sensitivity relative to current methods (signal to control ratio > 3000:1), and provide the first demonstration of a macroscopically binary off–ON system for phenol-releasing probes of aminopeptidase activity. The probe system may allow the exceptionally sensitive, ESIPT-based molecular imaging of a range of exopeptidases. The spacers may also be applied in off ON peptidase probes of other phenolic fluorophores, to peptidase-specific phenol/alcohol prodrugs for targeted therapy, or more generally in chemical adapter technologies.In the second part, two novel families of auto-immolative elimination/tautomerisation spacers were designed for use in three-component off ON magnetogenic probes sensing glycosidase activity. The first known substrate-spacer designs based on 2-hydroxyfurans and on carbimidates were explored. Notably, 2 furanol glycosides were synthesised in pursuit of high-energy alternatives to quinone methides, and a general method for preparing model carbimidate-bearing ligands for pro-magnetic probes was elaborated.

Cette thèse décrit le développement et de la caractérisation de sondes moléculaires répondant à des analytes chimiques en solution par le passage d’un état diamagnétique à un état paramagnétique (mode off-on).Dans le but de concevoir de tels outils, nous avons focalisé notre attention sur les chélates de fer(II) avec des ligands de type bispidine bicyclique puisqu’ils présentent, entre autres, une stabilité suffisante même en milieux compétitifs comme l’eau. Ce manuscrit décrit des protocoles synthétiques robustes pour leurs préparations à grande échelle. Les complexes synthétisés ont été entièrement caractérisé en solution (RMN 1D/2D, MS, UV-Vis, CV) et dans l’état solide (rayon X et SQUID). Je suis notamment parvenu à synthétiser le premier exemple de complexe bispidine-fer(II) diamagnétique, bas spin, ainsi qu’à proposer des paires de chélates diamagnétique-paramagnétique aux structures connexes. Nous avons donc à notre disposition un système magnétique off-on valide, qui permet le design de sondes répondant à un stimulus (bio)-chimiques (biomarqueurs enzymatiques par ex.) par fonctionnalisation d’un synthon clé en une seule étape. Les deux premières sondes de ce type sont décrites ici, une répondant à la présence d’anions particuliers et l’autre répondant au pH.Au cours de ce travail, nous avons également mis au point la préparation du tout premier complexe de fer(II) radioactif avec un ligand insoluble en milieu aqueux et nous l’avons utilisé pour faire une étude préliminaire de biodistribution chez la souris. Ce protocole original pourrait être adapté pour virtuellement toute sonde à base de complexes de fer(II). Les données de relaxivité obtenues pour les modes silencieux et actif en IRM en conjonction avec le comportement in vivo de la forme active chez la souris semblent être prometteuses quant à la création d’une sonde IRM fonctionnant sur le principe du mode off-on.Les méthodologies et designs moléculaires présentés ici ouvrent le champ au développement de sondes moléculaires magnétogéniques opérationnelles en solution, qui n’avait, pour l’heure, jamais été synthétisé. L’avènement de tels outils présente de nombreuses perspectives pour des applications dans les domaines technologiques, environnementales et biomédicales. / This work concerns the development and characterization of molecular probes that respond to a chemical analyte in a liquid sample by turning from a diamagnetic to a paramagnetic state (off-on mode).With the aim of designing these tools, we focused on iron(II) chelates of bicyclic bispidines as they promised, among others, sufficient probe stability, even in competitive media like water. This manuscript describes new robust synthetic protocols for their large-scale preparation. Synthesized bispidine-iron(II) complexes were thoroughly characterized in solution (1D/2D NMR, MS, UV-Vis, CV) and in the solid state (X-ray and SQUID). In particular, I report here the first diamagnetic, low spin examples thereof, as well as pairs of structurally related diamagnetic-paramagnetic chelates. It now enables the design of responsive probes for various (bio)-chemical targets (including enzyme biomarkers), accessible by one-step functionalization of a key synthetic intermediate with suitable trigger moieties. The first two such probes are described herein, which respond to the presence of a particular kind of anion or a change in the pH.In addition in the course of my work, the unprecedented radioactive iron(II) (Fe-59 isotope) complex of a model water-insoluble ligand was prepared and used in an initial biodistribution study in mice. This original protocol can now be directly adapted to virtually all iron(II)-based probe candidates. Furthermore, the relaxivity data obtained for model MRI-silent and MRI-active chelates, in conjunction with the in vivo behavior of the active form in mice, bode well for a creation of an MRI probe functioning in a true off-on mode.Methodologies and molecular designs described herein enable the development of solution-operating magnetogenic molecular probes, which until now have not been synthesized. The availability of such tools would open up numerous perspectives for technological, environmental and biomedical applications.