La synthèse de nanoparticules (NPs) d’or fonctionnalisées en phase aqueuse est encore aujourd’hui un enjeu majeur de la recherche dans le domaine des nanomatériaux. Depuis les travaux de J. Turkevich de 1951, la synthèse utilisant le citrate comme ligand et agent réducteur est la méthode de choix pour obtenir des NPs d'or. Cependant cette synthèse nécessite une étape supplémentaire de modification de surface par échange de ligand, pour pouvoir accrocher des molécules d’intérêt. Afin de simplifier la procédure, notre projet propose de synthétiser en une seule étape des NPs qui possèdent un groupement permettant une post-fonctionnalisation. La nouvelle voie de synthèse fait intervenir des composés bifonctionnels de la famille des 1-hydroxy-1,1-méthylène bisphosphonates (HMBP). Ainsi la base conjuguée de l'acide (1-hydroxy-1-phosphonopent-4-ènyl) phosphonique (HMBPène), qui possède une fonction éthylénique terminale nous a permis d'obtenir des dispersions de nanosphères de tailles contrôlées et nous avons pu rationaliser le mécanisme de synthèse utilisant ce type de molécules. Nous avons ensuite évalué plusieurs modalités de post-fonctionnalisation de notre nanoplateforme et validé une approche par chimie « Click » la via cycloaddition de composés tétrazine. En utilisant une nouvelle classe de HMBP couplés à une chaine polyéthylène glycol, des NPs stables en milieu physiologique ont pu être synthétisées selon le même modèle. Elles offrent également des possibilités de post-fonctionnalisation par couplage carbodiimide, que nous avons illustré par le couplage d'un fluorophore. Nous développons en dernière partie les résultats préliminaires sur deux types NPs d'or synthétisées à l'aide des HMBP pour des applications thérapeutiques. / In the ever growing fields of nanoscience the control of the synthesis of gold nanoparticles (GNPs) owing to their large variety of applications has emerged as an important domain. Among all methodologies Turkevich-Frens synthesis using citrates that act as ligand and reducing agent remains a method of choice for the obtaining of water soluble GNPs. Nevertheless, in post-synthesis, citrates are often exchanged with other ligands to enhanced stabilization and allow further functionalisation. In our work we present a new class of bi-functional molecules (1-hydroxy-1,1-methylene bisphosphonates HMBP) that can both reduce Au(III) and act as an efficient stabilizer of the formed GNPs in water. The first size controlled GNPs “one pot” synthesis was achieved by using an alkene conjugated HMBP, the (1-hydroxy-1-phosphonopent-4-enyl)phosphonic acid (HMBPene). We moreover, rationalized the mechanism of the GNPs synthesis using this type of molecule. We then, evaluated several methodologies for the post-functionalization of our nanoplateform and developed a « Click » chemistry approach to nanoparticle coating by tetrazine cycloaddition. Other nanoplatforms were synthesized using pegylated hydroxyl methylene bisphosphonates. This new class of bisphosphonate coated GNPs showed an improved stability in biological media and brought reactive groups available for post-functionalization as well, illustrated by the coupling of a fluorescent dye. The last part of this was dedicated to our latest results on GNPs synthesis for biomedical applications with HMBP compounds.

La thèse concerne les aspects inorganiques de la réaction des alcynes terminaux avec les azotures, la principale des réactions dites ”click”. La catalyse de cette réaction par des dendrimères centrés sur le cuivre (I) nous a permis de mettre en évidence des effets dendritiques originaux. Les assemblages dendritiques et polymériques fonctionnels réalisés à l’aide cette réaction “click”, en particulier avec des carboranes, nous ont conduits à la stabilisation de nanoparticules d’or et de palladium à partirde cations coordonnés aux triazoles “click”. La catalyse très efficace dans aqueux milieu et dans les conditions ambiantes de formation de liaison carbone-carbone a été réalisée à l’aide de très faibles quantités de ces nanoparticulesde palladium stabilisées. / The thesis concerns aspects of inorganic reaction between organic azides and terminal alkynes, the main “click” reactions. Catalysis of this reaction by copper (I)-centered dendrimers allowed us to highlight the dendritic effects originals. The dendritic and polymeric functional assemblies produced using the "click" reaction, especially with carboranes, led us to the stabilization of gold nanoparticles and palladium from cation-coordinated "click" triazole. The highly efficient catalysis in aqueous medium under ambient conditions of formation of carbon-carbon was carried out using very small amounts of stabilized palladium nanoparticles.

Cette thèse se concentre sur le design et la synthèse de molécules fluorescentes contenant un motif triazole et un squelette benzothiadiazole (BTD), coumarine, 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacène (BODIPY) ou dicyanométhylène-4H-pyran (DCM) par chimie "click" et l’étude de leurs propriétés et applications en biologie et en chimie analytique. Dans le but de synthétiser des peptides fluorescents et d'étudier leurs applications, des acides aminés fluorescents contenant BTD, coumarine et BODIPY ont été préparés par réaction "click", et incorporés dans la somatostatine par synthèse peptidique en phase solide. Les peptides fluorescents synthétisés pourront être utilisés pour le développement d'un test de "binding" des analogues de la somatostatine. Des dérivés de BTD et BODIPY ont également été conçus et synthétisés pour servir de mimes de coudes beta- qui conduisent à des peptides courts qui pourraient être facilement détectés et étudiés en utilisant des techniques de fluorescence. La capacité des composés obtenus à former des liaisons hydrogène intramoléculaires a été étudiée par spectroscopie infrarouge. En outre, une série de macrocycles à base de BODIPY contenant un C-glucopyranoside conjugué ou non à des acides aminés tels que glycine, acid aspartique ou méthionine ont été synthétisés avec succès en utilisant une réaction "click" comme étape de macrocyclisation. Certains des composés synthétisés présentent des propriétés de reconnaissance sélective vers Cu2+, Fe3+, F- et CN- dans l'acétonitrile. Enfin, un nouveau capteur fluorescent, qui est capable de reconnaître les cations et anions d'une manière coopérative, a été conçu et synthétisé par chimie "click". Ce composé est très sensible à des combinaisons de Cu2+, F- et / ou Br- d’une manière séquence- et halogénure-dépendante. / This thesis is focused on the design and synthesis of triazole-containing fluorescent molecules based on benzothiadiazole (BTD), coumarin, 4,4-difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene (BODIPY) or dicyanomethylene-4H-pyran (DCM) by “click” chemistry and investigation of their properties and applications in biology and analytical chemistry. In the aim to synthesize fluorescent peptides and investigate their applications, fluorescent amino acids containing BTD, coumarin and BODIPY were prepared by “click” reaction, and incorporated into somatostatin through solid phase peptide synthesis. The resulting fluorescent peptides could be used for the development of a binding assay for somatostatin analogues. BTD and BODIPY derivatives have also been designed and synthesized to act as beta-turn mimics which lead to short conformationally restricted peptides that could be easily detected and studied using fluorescence techniques. The ability of the synthesized compounds to form intramolecular hydrogen bond was studied by infrared spectroscopy. Moreover, a series of BODIPY-based macrocycles containing a C-glucopyranoside conjugated or not with various amino acids such as glycine, aspartic acid or methionine have been successfully synthesized by using “click” reaction as the macrocyclization step. Some of the synthesized compounds exhibited selective recognition properties towards Cu2+, Fe3+, F- and CN- in acetonitrile. Finally, a new fluorescent sensor, which has the ability to recognize cations and anions in a cooperative way, was designed and synthesized by “click” chemistry. This compound was highly sensitive to combinations of Cu2+, F– and/or Br– in a sequence- and halide-dependent way.

De nos jours, le scénario d’une pandémie à l’échelle mondiale est de plus en plus surveillé par l’Organisation mondiale de la santé en plus d’être exploité par le cinéma et les médias à sensations fortes. La réalité est que plusieurs épidémies ont ravagé la population sur terre à travers les époques telle que ce fut le cas lors de l’éclosion de la peste noire au XIV siècle en Europe et en Asie ou encore le VIH en Afrique encore aujourd’hui. La grande majorité des populations étant concentrée dans des mégalopoles et le transport international étant toujours plus développé et accessible rend une simple épidémie susceptible de se transformer rapidement en pandémie. Plus récemment, l’éclosion de la grippe aviaire H5N1 a décimé d’importantes populations d’oiseau en Asie et certains cas de contamination humaine fatale ont même été répertoriés. Comme les virus mutent rapidement, il serait donc pertinent de connaître leurs mécanismes de prolifération et tenter de les maîtriser afin de les neutraliser avant l’éclosion d’une souche se propageant d’humain à humain. Or, il a été découvert qu’une famille d’endoprotéases à sérines, les proprotéines convertases, sont impliquées dans diverses pathologies dont l’influenza-A H5N1. La furine, première proprotéine convertase à avoir été découverte, semble à l’origine de l’activation de ces virus. Nous avons donc choisi d’entreprendre la conception de divers inhibiteurs de furine dans le but de développer un agent antiviral contre cette pathologie. En ayant une approche impliquant la biologie structurelle et en effectuant une conception rationnelle d’inhibiteurs, nous avons développé des inhibiteurs de furine ayant à la fois une bonne affinité pour l’enzyme ainsi qu’une bonne stabilité en milieu biologique, tout en tentant de comprendre les principes fondamentaux de la liaison avec ces enzymes. Nos résultats ont démontré que diverses techniques peuvent être exploitées afin de concevoir des composés pouvant cibler la furine avec une bonne affinité. Le rationnel derrière la conception de ces composés a été démontrée à l’aide d’outils modernes de visualisation tridimensionnels de biomolécules en mettant en évidence les fonctionnalités importantes des complexes enzymes-substrat et enzyme-inhibiteurs afin de bien vulgariser la biologie structurelle inhérente au projet.

La leucémie myéloïde chronique (LMC) est une affection hématologique maligne caractérisée par l’apparition dans la moelle osseuse et le sang, d’un nombre important de globules blancs dont certains sont immatures. A l’heure actuelle, le principal traitement est l’Imatinib, commercialisé sous le nom de Glivec®. Ce traitement conduit, chez certains patients, à l'émergence de souches résistantes, ce qui complique la thérapeutique et nécessite un large panel de molécules actives pour contourner les mécanismes de résistance. Par conséquent, la recherche de nouvelles molécules bioactives agissant sur de nouvelles cibles biologiques reste toujours un défi important et d’actualité. Au cours de ce projet de thèse, nous nous sommes intéressés au développement de nouveaux procédés de synthèse pour accéder et découvrir de nouvelles molécules bioactives, en série nucléosidique, pour contourner les mécanismes de résistances dans des modèles de LMC. Nous avons tout d’abord développé une nouvelle méthode de synthèse propre et efficace de nouveaux analogues de C-nucléosides en utilisant une catalyse par le fer. Nous avons ensuite réalisé plusieurs modifications post-synthétiques pour accéder à de nouveaux C-nucléosides hautement fonctionnalisés, en particulier les analogues de la thiophènefurine. Nous avons également développé un nouveau procédé de synthèse d’une famille de O-glycosides, en combinant l’activation par les ultrasons à la catalyse par le fer. Ce procédé a été exploité par la suite pour concevoir et synthétiser les analogues glycosidiques du résvératrol. Enfin, nous avons mis au point une méthode efficace et peu couteuse d’azidation de sucres protégés. / Chronic myeloid leukemia (CML) is a malignant hematological disorder characterized by the formation, in the blood and bone marrow, of an excessive number of white blood cells, some of which are immature. Currently, the main treatment of CML is based on tyrosine-kinase inhibitors, such as Imatinib, the first approved drug of this class of compounds and marketed as Gleevec ®. However, this treatment results, in some patients, to the emergence of resistance, which complicates the treatment and requires a wide range of active molecules to circumvent resistance mechanisms. Therefore, the search for new bioactive molecules featuring new mode of action still remains a challenging.In this thesis project, we were interested in the design and discovery of new bioactive molecules in nucleoside series to circumvent resistance mechanisms in CML models, as well as in the development of new synthetic methods for the preparation of these targeted molecules. We first developed a clean and efficient procedure for the synthesis of new C- nucleoside analogues using iron catalysis. Then, several post-synthetic modifications were carried out, starting from halogenated nucleoside derivatives, to access highly functionalized C- nucleosides, as new analogues of thiophenefurin . We also developed a new procedure for the synthesis of O-glycosides using a cooperative effect of iron catalysis and ultrasound activation. This method has been applied for the synthesis of resveratrol O-glycosides. Finally, we developed an effecient and inexpensive method for anomeric sugar azidation. This method was applied for the synthesis of 1,2,3-triazolyl glycosides using a one-pot azidation-click procedure.

L'objectif de cette thèse était le développement d'un tensioactif organométallique pour catalyser la cycloaddition entre un alcyne et un azoture. Le but d'un tel système est de compartimenter le catalyseur et les réactifs dans deux phases différentes : le catalyseur dans une phase organique ou fluorée et les réactifs dans une phase aqueuse, afin de simplifier la purification en fin de réaction. D'abord, le complexe [Cu(TF6)(3-benzoylbenzoate)2] a été synthétisé. Puis, il a été montré que ce complexe non soluble dans l'eau présente de bonnes propriétés tensioactives à l'interface des systèmes DIPE-eau et PFD-eau, grâce à ces chaînes fluorées. Il est aussi photoréductible pour obtenir un complexe de cuivre (I). Enfin, il a été utilisé comme catalyseur dans des émulsions. Le complexe [Cu(TF6)(3-benzoylbenzoate)2], une fois réduit, montre une bonne activité en catalyse. Cependant, à la fin de la réaction, une quantité importante de cuivre est détectée dans la phase aqueuse pour des raisons encore non déterminées. Par ailleurs, il s'avère que c'est le cuivre présent dans l'eau qui est responsable de la catalyse et non le complexe à l'interface. / The aim of this thesis was to develop a new metallosurfactant for the catalysis between an alkyne and an azide. The goal of such a system was to keep separated the reactants and the catalyst in two different phases to facilitate the purification of the reaction mixture. The first step was to synthetized the complex [Cu(TF6)(3-benzoylbenzoate)2]. Then it was shown that this complex, insoluble in water and DIPE-water. This complex is also photoreductible to form a copper(I) complex. Finally, it was tested as catalyst in emulsion. When reduced, it showed good activity. However at the end of the reactions a certain amount of copper was found in the water phase for still unknown reason. Besides, it appeared that mainly the copper in the water phase was responsible for the reaction and not the complex at the interface.

Le développement de nouveaux antibiotiques est un enjeu majeur de santé publique. Etant donné, le fort potentiel des aminoglycosides en tant qu’antibiotique, ces composés ont attisé l’intérêt de plusieurs groupes de recherche. Cependant, leur usage est encore très limité, malgré leur ancienneté, du fait de leur toxicité et du développement toujours croissant des mécanismes de résistances aux aminoglycosides. Afin de mieux appréhender les problèmes inhérents à leur utilisation, il est crucial de mieux comprendre leur action sur les différentes cibles cellulaires, et d’étudier leur interaction avec leur cible moléculaire (ARN et protéine). En plus de leur pouvoir antibiotique, les aminoglycosides sont également des ligands universels pour des ARN, capables d’interagir spécifiquement avec notamment les ARN du VIH-1 suivants : DIS, TAR, RRE. L’élaboration d’aminoglycosides modifiés présente un énorme avantage car le domaine d’application, et en conséquence les retombées, sont grandes. Néanmoins, la complexité structurale de ces molécules est un frein majeur, la fonctionnalisation chimiosélective est indispensable mais malheureusement peu décrite dans la littérature. Dans le cadre de ce travail, nous avons développé deux types d’approches pour cibler le DIS et/ou le site A du ribosome bactérien. La première originale, mais risquée se base sur le concept de click in situ. La seconde approche est traditionnelle et est basée sur la fonctionnalisation sélective de certaines positions clés des aminoglycosides. / The development of new antibiotics is a major public health issue. Given the high potential of aminoglycosides as antibiotics, these compounds have aroused great interest in many research groups. However, despite their maturity, their use is still limited because of their toxicity and the increasing development of resistance mechanisms to aminoglycosides. To better understand the problems inherent to their use, it is crucial to understand their action a cellular level, and to study the interactions with their molecular targets (RNA and protein). In addition to their antibiotic power, aminoglycosides are also universal ligands for several RNAs, capable of specific interactions with RNAs of HIV-1: DIS, TAR and RRE. The elaboration of modified aminoglycosides presents a huge advantage because the domain of application, and therefore the benefits, are important. Nevertheless, the structural complexity of these molecules is a major constraint, chemoselective functionalization is essential but unfortunately poorly described in the literature.In this work, we developed two approaches to target the DIS and/or the A site of the bacterialribosome. The first one, unique but challenging is based on the concept of in situ click chemistry. The second approach is conventional and is based on the selective functionalization of some keypositions of aminoglycosides.

L'imagerie moléculaire est aujourd'hui un outil non-invasif essentiel pour le diagnostic de nombreuses pathologies. Les traceurs technétiés sont actuellement les plus répandus car le 99mTc est facilement disponible, abordable et présente des caractéristiques idéales pour l'imagerie. Néanmoins, le développement de traceurs efficaces nécessite un long et coûteux processus d'optimisation souvent empirique. Dans ce contexte, nous avons entrepris le développement d'une plateforme technétiée conçue pour présenter au sein de sa structure de nombreux sites potentiels de fonctionnalisation et compatible avec une approche combinatoire.Dans un premier temps, un ensemble de 12 ligands N3X (X = N, O, S) a été préparé. Chacun d'entre eux présente dans sa structure un motif triazole introduit par chimie-click et intervenant dans la complexation du métal par un de ses atomes d'azote. Nous avons ensuite évalué l'aptitude de ces ligands à chélater le cœur oxotechnétium dans des conditions douces (5 min, température ambiante) compatible avec une utilisation en milieu hospitalier. Le complexe TriaS-99mTc a été formé quantitativement et sa stabilité en plasma murin a été étudiée. Il s'est révélé stable à plus de 90% dans le plasma murin après 6h d'incubation. L'étude in vivo de ce complexe a par la suite révélé une élimination efficace du milieu circulant par la voie urinaire avec une dégradation minoritaire.A titre d'illustration, nous avons ensuite engagé la structure TriaS dans deux approches distinctes pour le développement de traceurs de la néoangiogenèse tumorale en ciblant l'intégrine αvβ3. D'une part, dans le cadre d'une approche intégrée, plusieurs complexes fonctionnalisés, mimes de RGD, ont été obtenus. Dans chaque cas, l'adjonction de groupements fonctionnels n'a pas affecté l'efficacité de la chélation. En outre la stabilité en plasma est maintenue à un niveau très correct. D'autre part, nous avons développé une approche bifonctionnelle dans laquelle le motif c(RGDfK) joue le rôle de molécule ciblante. Dans ce cas, un motif variable (ici un PEG) peut être introduit par chimie combinatoire pour moduler la solubilité, la biodistribution, et l'excrétion des traceurs.

Dans le cadre de ce travail, l'objectif était d'élaborer des surfaces PVC antibactériennes. Deux types de surfaces ont été élaborés, des surfaces bactéricides visant à tuer les bactéries au contact et des surfaces antiadhésives (bactériophobes) empêchant ou limitant l'adhésion bactérienne.Pour ce faire, des copolymères porteurs de groupements cationiques bactéricides ainsi que des copolymères renfermant des structures à effets antiadhésifs de type polysaccharides ou PEG ont été synthétisés et caractérisés. Ces composés ont été ensuite greffés chimiquement par click addition sur des surfaces PVC porteuses de fonctions azoture (PVC-N3). Les propriétés physico-chimiques des nouvelles surfaces obtenues ont été caractérisées par diverses techniques (IRTF, XPS, angle de contact, AFM, microscopie confocale à fluorescence, ATG etDSC). Les propriétés bactéricides ou antiadhésives ont été évaluées à l'égard de Escherichia coli et Staphylococcus epidermidis. La microscopie confocale à fluorescence a mis en évidence le caractère hautement bactéricide des surfaces PVC cationiques via le test Live and Dead.Cette technique a aussi permis de démontrer l'effet antiadhésif de la méthyl cellulose, del'hydroxyéthyl cellulose et du PEG greffés en surface, diminuant d'au moins 10⁴ fois le nombre de bactéries adhérées par rapport aux surfaces témoins.

De nos jours, le scénario d’une pandémie à l’échelle mondiale est de plus en plus surveillé par l’Organisation mondiale de la santé en plus d’être exploité par le cinéma et les médias à sensations fortes. La réalité est que plusieurs épidémies ont ravagé la population sur terre à travers les époques telle que ce fut le cas lors de l’éclosion de la peste noire au XIV siècle en Europe et en Asie ou encore le VIH en Afrique encore aujourd’hui. La grande majorité des populations étant concentrée dans des mégalopoles et le transport international étant toujours plus développé et accessible rend une simple épidémie susceptible de se transformer rapidement en pandémie. Plus récemment, l’éclosion de la grippe aviaire H5N1 a décimé d’importantes populations d’oiseau en Asie et certains cas de contamination humaine fatale ont même été répertoriés. Comme les virus mutent rapidement, il serait donc pertinent de connaître leurs mécanismes de prolifération et tenter de les maîtriser afin de les neutraliser avant l’éclosion d’une souche se propageant d’humain à humain. Or, il a été découvert qu’une famille d’endoprotéases à sérines, les proprotéines convertases, sont impliquées dans diverses pathologies dont l’influenza-A H5N1. La furine, première proprotéine convertase à avoir été découverte, semble à l’origine de l’activation de ces virus. Nous avons donc choisi d’entreprendre la conception de divers inhibiteurs de furine dans le but de développer un agent antiviral contre cette pathologie. En ayant une approche impliquant la biologie structurelle et en effectuant une conception rationnelle d’inhibiteurs, nous avons développé des inhibiteurs de furine ayant à la fois une bonne affinité pour l’enzyme ainsi qu’une bonne stabilité en milieu biologique, tout en tentant de comprendre les principes fondamentaux de la liaison avec ces enzymes. Nos résultats ont démontré que diverses techniques peuvent être exploitées afin de concevoir des composés pouvant cibler la furine avec une bonne affinité. Le rationnel derrière la conception de ces composés a été démontrée à l’aide d’outils modernes de visualisation tridimensionnels de biomolécules en mettant en évidence les fonctionnalités importantes des complexes enzymes-substrat et enzyme-inhibiteurs afin de bien vulgariser la biologie structurelle inhérente au projet.