Dans l'objectif de combler le gap entre l'offre et la demande en propène, la réaction d'oxydation déshydrogénante du propane (ODHP) est une solution alternative à la réaction de déshydrogénation directe. Les hydroxyapatites (HAp) modifiées au vanadium sont des matériaux bi-fonctionnels aux propriétés acido-basiques et redox intéressants pour cette réaction. L'objectif de cette thèse est d'étudier le comportement catalytique de ces systèmes et d'établir des relations entre structure et réactivité. Par le contrôle des conditions de synthèse et pourvu que le pH soit maintenu élevé (~9), la solution solide Ca10(PO4)6-x(VO4)x(OH)2 est obtenue dans toute la gamme de composition (x 0→ 6), alors que pour un pH inférieur, un mélange de phases d'HAps au vanadium et de Ca2V2O7 est obtenu pour x ≥ 4. Pour la solution solide, contrairement à la sélectivité en propène, la conversion en propane n'augmente pas avec la teneur en vanadium non exposé en surface. L'activation de la liaison C-H du propane s'explique par une propriété intrinsèque à la structure HAp, en lien avec la formation thermiquement activée d'anions O2- très basiques. Leur formation in situ résulte de la déshydratation progressive des colonnes d'ions OH- via le processus de conduction ionique par les protons, exalté sous conditions réactionnelles. L'organisation du vanadium sous la forme de tétramères dans Ca2V2O7 au lieu de tétraèdres isolés dans la seule solution solide favorise les échanges redox et explique l'augmentation de la sélectivité. Le contact intime entre les deux phases et la formation d'une interface cohérente permet un optimum de rendement en propène du fait de la synergie des propriétés des deux phases. / In order to fill the gap between propene supply and demand, the oxidative dehydrogenation of propane (ODHP) is an alternative solution to the direct dehydrogenation process. Vanadium-modified hydroxyapatites (HAp) are bifunctional catalysts combining acid-base and redox properties which were shown to be of interest for the ODHP reaction. In order to optimize this system, the aim of the work was to investigate the catalytic behavior of the vanadium-modified hydroxyapatites and to establish structure reactivity relationships. By peculiar attention was devoted to the control of synthesis. Provided high pH value is maintained during the synthesis, the Ca10(PO4)6-x(VO4)x(OH)2 solid solution was successfully obtained for x 0→ 6, whereas at lower pH, a mixture of Vx-HAp solid solution and of Ca2V2O7 was obtained from x ≥ 4. For the solid solution, contrary to propene selectivity, the propane conversion does not depend on the vanadium content, unexposed on the surface. The activation of the C-H bond of propane is controlled by an intrinsic properties of the HAp structure, in relation with the thermally activated formation of strong basic O2- anions. Their in situ formation results from the progressive dehydration of OH- columns via an ionic conduction process by protons that is enhanced under catalytic conditions. Due to the tetrameric environment of vanadium in Ca2V2O7 against isolated tetrahedra in the solid solution, redox exchanges are facilitated, improving the selectivity in propene. The intimate contact between the two phases and the formation of a coherent interface leads to an optimal yield in propene, due to synergistic effects of the two phases.

Résumé : Grâce à des caractéristiques physiques particulières, le [indice supérieur 64]Cu (T[indice inférieur 1/2]= 12.7 h; β[indice supérieur+], 0.65 MeV [17.8 %]; β[indice supérieur −], 0.58 MeV [38.4 %]) est un candidat idéal pour l’imagerie TEP et la radiothérapie ciblée du cancer. Son utilisation est actuellement limitée par la disponibilité de chélateurs bi-fonctionnels (CBFs) offrant une résistance élevée aux réactions de transmétallation in vivo. Récemment nous avons développés deux nouveaux CBFs cycliques, DOTHA[indice inférieur 2] et NOTHA[indice inférieur 2], portant des ligands hydroxamates pour la complexation au [indice supérieur 64]Cu. Ces CBFs possèdent une cinétique de marquage rapide dans des conditions très douces, une stabilité élevée in vivo et un profil de biodistribution favorable avec une clairance rapide. Nous proposons maintenant d’étendre notre approche à la préparation de CBFs acycliques plus flexibles et compacts afin de moduler les propriétés biologiques et la pharmacocinétique des traceurs peptidiques. Le but de mon projet de maîtrise est de développer une série de chélateurs acycliques dérivés de l'histidine et de l'acide glutamique et fonctionalisés avec des groupements hydroxamates pour identifier un CBF offrant un complexe stable in vivo avec le [indice supérieur 64]Cu(II). Les CBFs ont été préparés en solution pour faciliter l’optimisation de chaque étape réactionnelle. Les groupements chélatants hydroxamates ont été sélectionnés pour leur habilité à former des complexes stables avec différents métaux et ils ont été liés en position N-terminale et sur la chaîne latérale des acides aminés grâce à des réactions de substitution nucléophile. Les groupements para-methoxy-benzyles ont été judicieusement sélectionnés pour la protection des groupements hydroxamates afin de faciliter, au besoin, une déprotection sélective sous des conditions très douces. L’optimisation du marquage a été effectuée avec l’isotope stable du cuivre et ensuite avec le [indice supérieur 64]Cu en faisant varier le contre ion métallique, le pH, la concentration, et la température. Le CBF offrant la plus grande stabilité, soit celui dérivé de l’histidine, a été conjugué à un peptide, le H[indice inférieur 2]N-PEG-[D-Tyr[indice supérieur 6],βAla[indice supérieur 11],Thi[indice supérieur 13],Nle[indice supérieur 14]]bombesin(6-14) (BBN), se liant fortement aux récepteurs de la relâche de la gastrine surexprimés dans les cancers du sein et de la prostate. La stabilité et l’activité spécifique du CBF-histidine et du radiotraceur marqués au [indice supérieur 64]Cu s’est avérée faible in vitro. Il est connu que l’activité antibactérienne de ligands hydroxamates est associée à leur capacité à complexer le fer. En perspective, comme nos chélateurs complexent très fortement le Fe(III), une alternative pour ces composés serait d’évaluer leur capacité à inhiber la croissance et la prolifération des bactéries. || Abstract : Thanks to its particular physical characteristics, [superscript 64]Cu (T[subscript ½= 12.7 h; β[superscript +], 0.65MeV [17.8 %]; β[superscript −], 0.58MeV [38.4 %]) is an ideal candidate for PET imaging and targeted cancer radiotherapy. Currently, its use is limited by the availability of bi-functional chelators (BFCs) which give high resistance to in vivo transmetallation reactions. Recently, we developed two new cyclic BFCs, DOTHA[subscript 2] and NOTHA[subscript 2], bearing hydroxamate pendant arms for the complexation with [superscript 64]Cu. Those BFCs have fast labeling kinetics under very mild conditions, a high in vivo stability and a biodistribution profile which is favorable with a fast clearance. Now, we propose to expand our approach to the preparation of acyclic BFCs, which are more flexible and compact, in order to better modulate biological properties and the pharmacokinetics of the peptidic tracers. The goal of my Master’s degree project is to develop a series of acyclic chelators derived from histidine and glutamic acid and functionalized with hydroxamate pendant arms to identify a BFC that shows highly stable in vivo complexes with [superscript 64]Cu(II). BFCs have been prepared in solution to facilitate the optimization of each reactive step. Hydroxamate chelating groups have been selected for their ability to form stable complexes with different metals and they have been conjugated in N-terminal position and on the lateral chain of amino acids via nucleophilic substitution reactions. Para-methoxy-benzyl groups have been judiciously selected for the protection of the hydroxamate groups to facilitate, if needed, a selective deprotection under mild conditions. The labeling optimization has been performed with a stable copper isotope, and then with [superscript 64]Cu varying the metallic counter-ion, pH, concentration and temperature. The BFC having the highest stability, the one derived from histidine, was conjugated to a peptide, H[subscript 2]N-PEG-[D-Tyr[superscript 6],βAla[superscript 11],Thi[superscript 13],Nle[superscript 14]]bombesin(6-14) (BBN), strongly bounding the gastrin releasing peptide receptor, which is overexpressed in breast and prostate cancers. Both the stability and specific activity of BFC-histidine of the radiotracer labeled with [superscript 64]Cu were low in vitro. It is known that the antibacterial activity of hydroxamate ligands is associated with their ability to complex iron. In perspective, because our hydroxamate ligands strongly complex Fe(III), an alternative for these compounds would be to assess their ability to inhibit the growth and proliferation of bacteria.