Les oligonucléotides antisens et leurs analogues, tels que les Peptide Nucleic Acids (PNA), ont la capacité d'inhiber ou de moduler l'expression d'un gène cible, de manière spécifique de séquence. Leur utilisation pour des applications thérapeutiques est cependant limitée par leur faible internalisation cellulaire ou leur mauvaise localisation intracellulaire, etnécessite le développement de stratégies efficaces de vectorisation. La Riboflavine, ou vitamine B2, est une vitamine essentielle qui a les caractéristiques requises pour être potentiellement utilisée en tant qu'agent ciblant de vectorisation. Le travail accompli au cours de ce projet de thèse a permis de démontrer la capacité de deux dérivés de la Riboflavine, la Flavine et le Lumichrome, à induire une internalisation par endocytose de PNA conjugués, dans plusieurs lignées cellulaires. En outre, un phénomène d'internalisation photochimique induit par la Rhodamine a été mis en évidence avec des double-conjugués Flavine ou Lumichrome - PNA - Rhodamine et conduit à une sortie efficace des endosomes de ces conjugués. Ce travail de thèse a donc permis de caractériser un conjugué trifonctionnel pour l'internalisation et lalibération cytoplasmique de molécules bioactives.

Tout au long du siècle dernier, l'électronique s'est révélé être un progrès technologique majeur, et ses applications sont tellement nombreuses qu'elles ont envahi notre vie de tous les jours. De par leurs propriétés bien spécifiques, les semi-conducteurs organiques représentent une remarquable alternative aux matériaux inorganiques utilisés actuellement. Cependant, leurs propriétés électriques peuvent être limitées, et l'efficacité des dispositifs composés de tels matériaux ne permet pas encore de rivaliser avec ceux basés sur des matériaux inorganiques. Dans ce contexte, ce travail de thèse a pour objectif de synthétiser et caractériser de nouveaux polymères conjugués et d'étudier leurs propriétés, dans le but d'ajouter de nouveaux matériaux au déjà riche catalogue de polymères semi-conducteurs disponibles, ainsi que de permettre une meilleure compréhension de la relation structure-propriétés dans les systèmes conjugués. Des copolymères alternés composés de motifs carbazole, benzothiadiazole ou encore squaraine ont été synthétisés et caractérisés. De plus, des polymérisations originales et sans catalyseurs métalliques ont été développées.

Les systèmes conjugués sont actuellement très développés pour leur caractère semi-conducteur qui peut être mis à profit pour l'élaboration de composants électroniques. Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de molécules conjuguées pour une utilisation dans des cellules photovoltaïques (PV). Après une introduction générale décrivant le principe de la conversion PV et les différentes classes de matériaux actifs, l'accent est mis sur les systèmes conjugués qui représentent une alternative aux matériaux inorganiques. Un état de l'art présente les principales structures moléculaires conduisant à des cellules PV performantes. Au cours de ce travail, différentes approches conduisant à des matériaux moléculaires donneurs d'électron ont été développées. La première est basée sur l'utilisation d'oligothiophènes de structure bidimensionnelle (chapitre 2). Ce travail a montré que la désymétrisation de ces systèmes ou bien l'insertion d'unités acceptrice d'électron en leur sein conduisait à une amélioration des performances des cellules PV correspondantes. Une seconde approche a consisté à développer la synthèse de nouveaux systèmes conjugués donneur-accepteur (D-A) et donneur-accepteur-donneur (D-A-D). Les groupes donneurs d'électrons D sont constitués de dérivés d'oligothiényl triarylamine. L'originalité de ce travail réside dans l'utilisation de blocs accepteurs A dérivés du tétracyanobutadiène (chapitre 3) ou d'indénothiophénylidène malononitrile (chapitre 4). Des dispositifs PV d'architecture simple réalisés à l'aide de ces nouveaux matériaux moléculaires ont conduit à des performances élevées.

Ce manuscrit décrit la synthèse et les caractérisations physico-chimiques de nouveaux systèmes hétérocycliques π-conjugués contenant un atome de phosphore. Le chapitre d'introduction présente les différentes voies de synthèse du cycle phospholes pouvant être incorporé dans des systèmes π-conjugués. Le chapitre I décrit la synthèse et les propriétés physico-chimiques de dérivés du pyrène contenant soit un phosphole, soit un silole. La synthèse de ces nouvelles structures a été réalisée à l'aide de réactions métallo-catalysées. Deux types de régioisomères ont ainsi été synthétisés afin de déterminer l'impact de la nature de l'hétéroatome (P ou Si) sur leurs propriétés optiques et électrochimiques et sur l'organisation des molécules à l'état solide. Le chapitre II décrit la synthèse et les propriétés physico-chimiques de nouveaux complexes d'Ir(III) ortho-métallés contenant un ligand phosphole. La présence de deux centres stéréogènes induit la formation de diastéréoisomères, dont la formation peut être contrôlée par les conditions réactionnelles. De plus, les propriétés électroniques du ligand phosphole permettent de moduler à façon les propriétés redox et optiques du complexe. Le chapitre III se focalise sur l'utilisation de la phosphépine comme sous-unité pour la construction de nouveaux systèmes π-conjugués. Deux systèmes π-conjugués ont été synthétisés : un squelette de PAH contenant la phosphépine et les dithieno-phosphépines. Les propriétés optiques et redox de ces dérivés ont été étudiées et discutées dans le manuscrit. / This manuscript describes the synthesis and characterisation of new heterocyclic π-conjugated systems built around the phosphorus atom. Firstly, an introduction to the phosphole chemistry (synthesis methods and integration into π-conjugated systems) is presented. The chapter I describes the synthesis and physico-chemical properties of pyrene functionalised either by a phosphole or silole ring. The synthesis of these new structures was achieved by using a transition-metal catalysis. Two types of regioisomers were synthesised in order to study the effect of the heteroatom (P or Si) on the optical and electrochemical properties together with the impact on the solid-state organisation. The chapter II describes the synthesis and the physical properties of the first phosphole-based Ir(III) ortho-metallated complexes. The presence of two stereogenic centres in the complex induced diastereoselectivity issues that could be solved by carefully choosing the reaction conditions. Furthermore, it was demonstrated that the nature of the ligands can tune the optical and the redox properties. The chapter III describes the use of P-containing seven-membered rings (phosphepines) for the development of new π-conjugated systems. Two original π-systems have been synthesised and studied: (i) phosphepine based PAH and (ii) dithieno-phosphepines. The optical and redox properties have been investigated and discussed in the manuscript.

Au cours de la dernière décennie, les anticorps conjugués à des médicaments cytotoxiques ou des oligonucléotides ont acquis une grande attention dans la communauté scientifique en raison des propriétés uniques des anticorps, tels que leur long temps de circulation dans le sérum et leur sélectivité élevée par rapport à leur cible. Par exemple, les conjugués d'anticorps (ACs) sont de plus en plus appliqués en thérapie ciblée contre le cancer ou en bioimagerie. Par conséquent, le développement de méthodologies fiables pour la préparation des AC est actuellement en pleine expansion. Cependant, la conjugaison et la préparation contrôlables des ACs avec une structure définie rencontrent encore de nombreux obstacles en raison de l'excès élevé et de la variété des groupes réactifs dans la structure des anticorps, qui sont accessibles pour la conjugaison. En outre, les technologies de liaison actuelles sont basées sur la réaction de maléimide-thiol, produisant des adduits, qui sont instables dans le sang. Ce travail se concentre sur les approches chimiques pour la fonctionnalisation fiable des anticorps, qui permettent la préparation d'ACs stables présentant un ratio anticorps/principe actif bien défini. La première partie est consacrée à la conception et au développement du réactif maléimide-dioxane, solution auto-hydrolysable et stable dans le sérum, comme alternative à la chimie classique du maléimide. La deuxième partie est consacrée à l'évaluation de la réactivité sélective des différents acides aminés portés par les anticorps par spectrométrie de masse native à haute résolution. Finalement, une nouvelle technologie permettant d’obtenir des ACs stables avec un ratio anticorps/principe actif contrôlé est présentée au lecteur dans une 3ème partie. / Within the last decade, antibodies conjugated to cytotoxic drugs or oligonucleotides have gained a great attention in scientific community owing to the unique properties of the antibodies, such as their long circulation time in serum and high selectivity against their target. For instance, antibody conjugates (ACs) are increasingly applied for targeted cancer therapy or bioimaging. Consequently, the development of reliable methodologies for ACs preparation is currently of high demand. However, the controllable conjugation and preparation of ACs with defined structure are still challenging due to high excess and variety of reactive groups in antibody structure, which are accessible for conjugation. Moreover, current linker technologies are based on the maleimide-thiol reaction, yielding adducts, which are unstable during circulation in blood.This work is focused on chemical approaches for the reliable antibody functionalisation, which enable the preparation of stable ACs with well-defined payload to antibody ratios. The first part is devoted to design and development of maleimide-dioxane reagents as self-hydrolysable and serum-stable alternative to classical maleimide chemistry. The second part is dedicated to a screening approach for evaluation of residue-selective functionalities in reactions with an antibody using high resolution native mass spectrometry. Finally, in the third part the reader is introduced with a novel technology, which enables efficient preparation of stable ACs with a defined degree of conjugation and particularly mono-functionalisation of antibodies.

Les travaux réalisés aux cours de cette thèse ont pour but de proposer une alternative verte à la synthèse de nouveaux systèmes conjugués linéaires pour des applications en électronique plastique. La première partie sera consacrée à l’élaboration de systèmes conjugués de type D-A par une combinaison de réactions vertes : substitution nucléophile aromatique et condensation de Knoevenagel réalisées,respectivement, dans l’eau et l’éthanol. De plus, une nouvelle méthodologie sera explorée pour rendre le couplage de Stille plus éco-compatible : l’utilisation de réactifs stannylés supportés sur liquide ionique ou billes de polymère. Par cette nouvelle approche, de nouvelles structures moléculaires ont été synthétisées et ont aussi montré leur efficacité comme matériau donneur pour cellules solaires organiques.La deuxième partie s’intéressera aux relations entre structure, organisation à l’état solide et luminescence des distyrylfuranes, lorsque les substituants aromatiques latéraux varient. Le coeur furane est produit à partir de la biomasse, et les substituants sont insérés par condensation de Knoevenagel. Une étude similaire sera mise en place pour deux dérivés de benzodifurane,qui seront en plus testés en tant que matériau donneur. / This work stands for an alternative and green synthesis of new linear conjugated systems that will serve for applications in organic electronics.The first part is devoted to the design and synthesis of D-A-type conjugated systems by a combination of green reactions: nucleophilic aromatic substitution and Knoevenagel condensation, which are performed in water and ethanol, respectively. Also, a green methodology will be applied to the Stille cross-coupling by using ionic liquid, or polymer,-supported reagents. By this new approach, efficient donor materials for solar cells have been produced.The second part will focus on the relationships between the structure, the solid state organization and the luminescence of distyrylfurans with the variation of thearomatic substituants. The center of the molecule, a furan, is produced from biomass, and the aromatic substituants are incorporated by Knoevenagel condensation. A similar study will be performed on two benzodifuran derivatives, which will be also tested for solar cell applications.

La synthèse de chromophores organiques comme composants de matériaux pour l'optique non-linéaire a été le point central d'un grand nombre de recherches, en raison de leur utilisation potentielle dans les domaines des communications optiques, du traitement de l'information, de l'imagerie… Le plus souvent, les molécules possédant de fortes valeurs d'hyperpolarisabilité [bêta] sont constituées d'un couple de groupements donneur-accepteur connecté par le biais d'un système [pi]-conjugué. Celles comportant des hétérocycles comme motifs centraux ont reçu une attention considérable dans le domaine de l'optique non-linéaire en raison de leur relative facilité de préparation et de la variation de leur degré de polarité. A ce titre, nous nous sommes intéressés à la conception de nouvelles molécules ayant la structure précédemment décrite. Les variations structurales ont porté sur le groupement donneur (alkoxy, dialkylamino porté par un cycle aromatique), le groupement accepteur (dicyanovinyle, acide cyanoacrylique et acide thiobarbiturique) et le système [pi]-conjugué (thiophène, thiéno[3,2-b]thiophène et bithiophène). Les propriétés optiques de ces composés ont été étudiées et ont permis d'établir quelques liens entre certaines modifications structurales et les propriétés optiques. Les fortes valeurs de [bêta] obtenues montrent clairement le potentiel des composés préparés et permettent d’envisager d’autres modifications structurales afin d'encore améliorer ces valeurs / The synthesis of organic compound as components of materials for nonlinear optics has been the focus of many researches because of their potential uses in the fields of optical communications, information process, imagery ... Most often, the molecules with strong hyperpolarizabilitie [bêta] values incorporate a pair of donor-acceptor groups connected via a [pi] -conjugated system. Those containing heterocycles motifs received considerable attention in the field of nonlinear optics due to their relative facility of preparation. We are interested in designing of new molecules with the structure previously described. The structural changes have focused on the donor group (alkoxy, dialkylamino carried by an aromatic ring), the acceptor group (dicyanovynil, cyanoacrylic acid and thiobarbituric acid) and [pi]-conjugated system (thiophene, thieno[3,2-b]thiophene and bithiophene). The optical properties of these compounds have been studied and we have established some links between some structural changes and optical properties. The high values of [bêta] obtained clearly show the potential of compounds prepared and used to explore other structural modifications to improve these values

De nouveaux matériaux π-conjugués fonctionnels ont été élaborés selon deux approches. La première a consisté à préparer des molécules π-conjuguées fonctionnelles – basées sur un segment central de type 1,4-bis(phénylène-éthynyl)benzène – permettant de développer des nano-objets et des nanomatériaux hybrides associant les segments conjugués organiques à d'autres composantes : des nanotubes de carbone et de la silice sous la forme de nanoparticules ou de nanomatériaux. Le segment conjugué de base a été fonctionnalisé soit directement, soit par le biais de ses chaînes solubilisantes. La seconde approche a permis de développer une nouvelle famille d'oligomères conjugués organiques et solubles – basés sur des motifs de type thiénopyrazine – de faible gap énergétique entre les orbitales HOMO et LUMO. Les propriétés électro-optiques de ces composés exclusivement organiques ont été confrontées à des calculs prédictifs obtenus par des méthodes de la chimie théorique (DFT, TDFFT). Ces matériaux hybrides fonctionnels ont pu être valorisés. La fonctionnalisation des chaînes solubilisantes par des groupements ioniques imidazolium ont permis la conception de nouveaux matériaux polyélectrolytes pour accéder à des ionogels. La fonctionnalisation du segment conjugué en lui-même a pu être mis à profit pour la fonctionnalisation covalente de nanotubes de carbone ou de nanoparticules de silice. / New π-conjugated functional materials were elaborated in two ways. The first one consisted in the preparation of π-conjugated functional molecules – based on a 1,4-bis(phenylene-ethynyl)benzene central segment – in order to develop hybrid nano-objects and nanomaterials which combine organic conjugated segments with other components : carbon nanotubes or silica (nanoparticules, nanomaterials). The central conjugated unit is functionalized either on this π-conjugated system or at the end of the side chains. The second approach allows the development of a new family of organic soluble conjugated oligomers – based on thienopyrazine units – characterized by a low band gap between HOMO and LUMO orbitals. The electronic and optic properties of these organic compounds were compared to theoretical calculations (DFT, TDFFT). The functionalization of the side chains by ionic imidazolium units could permit the conception of new polyelectrolyte materials and open the access to new ionogel materials. The functionalization of the conjugated segment was used with advantage for the covalent functionalization of carbon nanotubes or silica nanoparticules.

Le but de mon projet est de développer des capteurs moins chers qui sont capables de détecter rapidement les présences des ions métalliques dans l'eau. Deux types de capteurs sont élaborés dans la cadre de ce projet: des capteurs optiques sont développés à partir de polymères conjugués (PCs) avec des ligands spécifiques car ils peuvent amplifier le signal de fluorescence et faciliter la migration des électrons, améliorant ainsi la sensibilité des capteurs1 ; et des capteurs ohmiques qui permettent des mesures in-situ.Concernant les capteurs optiques, deux séries de polymères conjugués avec trois ligands différents sont synthétisés pour étudier l’influence des groupes ligands ainsi les structures des squelettes des polymères sur leur capacité à reconnaître des ions métalliques (Figure 1). Les titrations photoluminescences de ces polymères avec dix ions métalliques (Al3+, Ca2+, Cd2+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Hg2+, Mg2+, Ni2+, et Zn2+) ont montré que le polymère nommé P1 est sensible à Cu2+ et Ni2+, et le polymère P6 émet une couleur orange en présence des ions Cd2+ et Zn2+ sous lumière UV (Figure 2). Ces faits permettent d’utiliser les polymères comme capteurs optiques pour ces ions à partir des quantités en ppb (µg/L). Nous avons aussi montré la possibilité d’utiliser ces polymères sous forme solide ce qui permet de recycler ces capteurs en films (Figure 3).Les capteurs ohmiques sont développés en combinant des PCs avec des nanotubes de carbone (NTC) comme éléments de détection2. Une telle combinaison devrait apporter à la fois une sélectivité par une fonctionnalisation chimique adéquate des PC3, et une sensibilité grâce aux propriétés électriques des NTC. En effet, dans les nanohybrides PC/NTC, les squelettes conjugués des polymères sont physisorbés sur les parois du NTC par des interactions d'empilement (Figure 4 - a). La modification électronique induite par l'interaction entre les PC et les analytes devrait être transférée aux NTC, qui agissent comme des transducteurs dans les capteurs, en modifiant leur conductivité. Les polymères synthétisés précédemment sont fonctionnalisés sur les parois de NTC afin de formuler des nanohybrides PCs/NTC pour l’élaboration des capteurs ohmiques. Les nanohybrides PCs/NTC sont caractérisés par des méthodes expérimentales (microscopie électronique en transmission, Raman, etc.) et numérique (simulation, Figure 4 - b) pour confirmer l’interaction entre PCs et NTC. Les nanohybrides sont ensuite déposés sous forme de films sur des puces avec les électrodes (Figure 4 - c) qui servent d’éléments résistif dans les dispositifs. La réponse des dispositifs aux concentrations métalliques est mesurée et étudiée. / Different pollutants can be found in water, inorganic material (chloride, chlorine, heavy metal ions…) and organic material (trace of medicament…). Among them, heavy metal ions are of among the most toxic for human and the environment. 
Analysis of water contaminants that are toxic for human being and aquatic life is of primary importance. Especially, the measurements of the quality of drinking water delivered in private dwelling is a significant public health concern. A family of undesired contaminants is heavy metals. An elevated concentration of metal ions in water is mostly due to an intensive human activity (industry, farming, and housing). In small quantities, certain heavy metals (e.g., iron, copper, manganese, and zinc) are nutritionally essential for a healthy life. However, heavy metals show a great trend to form complexes, especially with ligands of biological matter containing nitrogen, sulfur, and oxygen. As a result, changes in the molecular structure of proteins, breaking of hydrogen bonds, or inhibition of enzymes can occur[1]. These interactions, among others, may explain the toxicological and carcinogenic effects of heavy metals. These ions can cause damages to many organs and are responsible of diseases, including Parkinson’s and Alzheimer’s diseases[2-6]{Liu, 2015 #101;Liu, 2015 #101;Kim, 2012 #102;Kim, 2012 #102;Liu, 2015 #101;Kim, 2012 #102;Liu, 2015 #101;Kim, 2012 #102;Liu, 2015 #101}. Respiratory and cardiac problems can be caused by nickel ingestion[7], and accumulation of the Ni2+ ion in the body leads to oxidative stress[8]; Ni2+ and Cu2+ are also noxious to teeth and bones. These negative effects result from the formation of coordination complexes between the metal ions and biological matter.Heavy metals are not biodegradable and therefore they remain in ecological systems and in the food chain indefinitely, exposing top-level predators to very high levels of pollution.Different methods are used to determine their quantity concentration in aqueous phase such as anodic stripping voltammetry (ASV) [4, 6], solid phase extraction combined with inductively coupled plasma optical emission spectrometry ICP-OES[4, 6] and cold-vapor atomic absorption spectroscopy (AAS) method[9]. These methods are well established, but are costly, time consuming, lack portability, and rely on trained personnel because of their complexity[10].Therefore, cheap, portable and real-time response real-time sensors for the determination of heavy metals in aqueous solutions are needed, particularly in sensitive environments, such as drinking water and industrial wastewater effluents. Here we design and elaborate The aim of the project is to develop these kinds of sensors to satisfy the current need. Two kinds of sensors have been elaborated in the project: the first one is optical sensors based on functionalized conjugated polymers (CPs). The second one is a communicating resistive sensors based on conjugated polymers (CPs)/carbon nanotubes (CNTs) nanohybride for the quick detection of pollutants in aqueous water. To our knowledge, no this kind of resistive of sensors has been developed yet. The start of the project focuses onWe start the project for the detection of metal ions, however, it can later be extended to other kinds of pollutants (such as nitrate, chloride, even drugs) using different polymers with the same working mechanism.

Cette thèse visait à concevoir et à synthétiser des matériaux hybrides organiques-inorganiques à luminescence contrôlée et à les étudier en tant que luminophores pour l'éclairage à LED. L'objectif final était d'obtenir une source de lumière blanche. En effet, les LED blanches commerciales sont constituées d'un dispositif émetteur bleu recouvert d'un luminophore jaune. La combinaison de ces deux couleurs produit une lumière blanche. Cependant, cette lumière n'est pas de bonne qualité car il lui manque une composante rouge. Cela entraîne un mauvais rendu des couleurs des objets éclairés par ces sources de lumière. Dans notre travail, des polymères conjugués de différentes couleurs d'émission ont été obtenus avec succès. En particulier, plusieurs émetteurs de blanc ont pu être isolés.Dans cette thèse, non seulement les procédures de synthèse et les caractérisations chimiques sont présentées en détail, mais également les études des propriétés photophysiques des polymères, en solution et à l'état solide. Des études à l'état solide ont été effectuées sur les polymères et sur les polymères dispersés dans une matrice polymère. Ces études ont permis d'identifier les facteurs limitants quant aux utilisations pratiques de ces matériaux. Des solutions ont été proposées pour améliorer les performances d’émission et de stabilité des matériaux. De plus, ces travaux ont permis d'introduire la 2,2’-bipyrimidine comme nouvelle unité constitutrice pour le développement de polymères conjugués. / This thesis aimed at designing and synthesizing organic-inorganic hybrid materials with controlled luminescence and at investigating them as phosphors for LED lighting. The final goal was to obtain a white source of light. Indeed, commercial white LEDs are made up of a blue emitting device covered with a yellow phosphor. Combining these two colors yields white light. However, this light is not of good quality as it lacks some red component. This results in a bad rendering of the colors of objects illuminated by these sources of light. In our work, conjugated polymers with different emission colors have successfully been obtained. In particular, several single white emitters have been isolated.In this PhD thesis, not only the synthetic procedures and chemical characterizations are presented in detail, but also the studies of the photophysical properties of the polymers, either in solution or in the solid state. Solid state studies were performed on the bulk polymers and on the polymers dispersed into a polymeric matrix. These studies have lead to identify the limiting factors that could hamper the use of the materials. Solutions have been proposed to improve the materials performance and stability. Furthermore, 2,2’-bipyrimidine has been introduced as a new synthon for designing and developing conjugated polymers.