Le premier objectif de ce travail a consisté à développer la réaction CuSAC (découverte au laboratoire) pour la synthèse régiosélective de pyrazoles poly-substitués, dans un contexte de méthodologie de synthèse. Il existe de nombreux composés biologiquement actifs contenant le motif pyrazole et peu de méthodes régiosélectives décrites pour les synthétiser. Développer une nouvelle réaction pour obtenir des pyrazoles poly-substitués de façon contrôlée était donc très intéressant pour des applications synthétiques.Le deuxième objectif a été d’appliquer cette réaction à la bioconjugaison et notamment au développement de sondes profluorescentes Des coumarines-sydnones subissant un effet d’extinction de fluorescence par le phénomène PeT ont été développées. Suite au couplage avec un alcyne, le pyrazole formé n’éteint plus lafluorescence de la coumarine. Ce type de sondes est très intéressant pour le marquage de biomolécules, car il n’y a aucun parasitage de fluorescence et donc ne nécessite aucun lavage.Le troisième objectif de la thèse a été d’explorer la réactivité des composés mésoioniques pour un alcyne, sous une catalyse au cuivre, dans le but de découvrir de nouvelles réactions click. Un criblage de 24 composés dans 9 conditions de catalyses différentes, faisant plus de 200 réactions réalisées, a été effectué. Deux réactions ont été révélées, dont une très prometteuse. Celle-ci permet dans la même opération de lier deux partenaires tout en libérant un fragment d’un des deux partenaires. Cette réaction a été étudiée dans le but de développer un outil de théranostique où être utilisée pour la mise au point de nouveaux espaceurs clivables. / The first aim of this work was the development of a new regioselective synthetic access to poly-substituted pyrazoles via the CuSAC reaction, previously discovered in the laboratory. The development of new reactions leading to poly-substituted pyrazoles with a full control of regioselectivity is highly interesting for synthetic applications.The second aim of this work was the application of this reaction for the labeling of complex biomolecules. To broaden the scope of the CuSAC, fluorogenic coumarin-sydnones which undergo fluorescence extinction via PeT have been designed and synthetized. Following the coupling reaction, the newly formed pyrazole core allows huge enhancement of the fluorescence signal.This kind of probes is highly interesting in the specific labelling of biomolecules avoiding washing steps.The last project of this thesis have been focused on the discovery of new [3+2] cycloaddition reaction implying a mesoionic compound and a terminal alkyne under copper catalysis. 24 mesoionic dipoles were screened for their ability to react with a terminal alkyne in 9 different catalytic conditions, yielding to more than 200 reactions screened. Two hits were identified, one of them holding great promise. This hit allows an efficient “click and release” reaction which should find tremendous applications, especially in the fields of theranostic and cleavable linker development.

Très récemment, notre équipe a mis en évidence une réaction dite de ligation et coupure entre une famille de composés mésoioniques, les sydnone-imines, et les cyclooctynes. Cette réaction bioorthogonale agit selon un processus en deux étapes, une cycloaddition [3+2] suivie d’une rétro Diels-Alder, qui génère deux nouveaux composés : un produit de ligation et un produit de coupure. L’objectif de cette thèse consiste à améliorer la cinétique de réaction entre ces deux partenaires afin de pouvoir l’utiliser en tant qu’outil pour la libération contrôlée de principes actifs in vivo.Trois stratégies ont été développées lors de cette thèse afin d’optimiser ce système réactionnel : l’étude d’une relation structure/réactivité du partenaire sydnone-imine vis-à-vis de la réaction bioorthogonale; l’utilisation de micelles constituées d’amphiphiles possédant un motif sydnone-imine en tant que lien clivable entre la partie hydrophobe et la partie hydrophile de la molécule; et enfin, l’étude de l’utilisation de la reconnaissance moléculaire entre deux brins d’acides nucléiques peptidiques (ANP) complémentaires. / Recently, our laboratory has discovered a click and release reaction involving iminosydnones, a family of mesoionic compounds, and cyclooctynes. This bioorthogonal reaction occurs via a two step process: a [3+2] cycloaddition followed by a retro Diels-Alder, to give two new compounds: a click product and a release product.The main goal of this work is to improve the kinetic of the reaction between these two partners in order to use it as a powerful tool for in vivo drug delivery. Three strategies were developed during this thesis to optimize this reaction system: the study of a structure/reactivity relationship of the iminosydnone partner regarding the bioorthogonal reaction; the development of micelles built by amphiphiles containing an iminosydnone moiety as a cleavable linker, strategically located between the hydrophobic and the hydrophilic part of the compound and finally, the use of molecular recognition between two peptide nucleic acids (PNA) complementary strands.

L'imagerie de biomolécules, et plus particulièrement des glycanes, au sein d'organismes vivants, représente un incroyable challenge. Cependant, des progrès significatifs ont été réalisés ces dix dernières années grâce au développement de la stratégie du rapporteur chimique bioorthogonal. Cette technique implique, dans un premier temps, l'incorporation d'une fonctionnalité chimique non native (rapporteur) au sein de biomolécules complexes. Ce rapporteur peut ensuite réagir sélectivement avec une sonde moléculaire spécifique permettant ainsi la détection de la biomolécule ciblée. Afin d'imager ces biomolécules en temps réel, les sondes fluorogènes, des réactifs non fluorescents qui deviennent fluorescents après réaction avec le rapporteur chimique, ont été récemment développées. Ces dernières années, la cycloaddition 1,3-dipolaire sans métaux, entre les cylooctynes et les azotures, a été élégamment employée comme réaction bioorthogonale pour l'imagerie de biomolécules au sein d'organismes vivants. Cependant, l'azoture présente certaines limitations, notamment il peut être réduit par les thiols cellulaires. En conséquence, nous avons étudié l'utilisation de 1,3-dipôles plus stables, en tant que nouveaux rapporteurs chimiques bioorthogonaux pour l'imagerie de biomolécules par fluorescence. De plus, nous avons aussi développé de nouvelles sondes fluorogènes bioorthogonales ayant de bonnes propriétés de fluorescence, telles que de hautes valeurs de rendement quantique et des longueurs d'ondes d'émission déplacées dans le rouge, pour une potentielle application chez l'animal. / Imaging biomolecules, such as glycans, in living systems remains a formidable chemical challenge. However, significant progress has been made over the past ten years, with the ground-breaking development of the bioorthogonal chemical reporter strategy. In this context, complex biomolecules are fitted with a non-native chemical functionality (reporter) that can react selectively with a complementary bioorthogonal probe for detection. In order to image these biomolecules in real time, fluorogenic probes, non fluorescent reagents that produce highly fluorescent products, have recently been developed. This last decade, the metal-free 1,3-dipolar cycloaddition between cyclooctynes and azides have been elegantly employed for biomolecules imaging in living systems. However, azides suffer from limitations such as their reduction by endogenous cellular thiols. Consequently, we have investigated the use of more stable 1,3-dipoles as new chemical reporters for fluorescent biomolecule imaging. In addition, we also developed novel bioorthogonal fluorogenic probes with improved fluorescence properties such as high quantum yields and red-shifted fluorescence emission for potential applications in living animals.