Thèse--Sc. phys.--Lyon, 1970. N°: 702. / Bibliogr. p. 70-73.

Ce travail de thèse visait à développer une nouvelle famille de ligands de type bispidines pour la complexation du cuivre(II) en vue d’applications en tomographie par émission de positrons(TEP). En effet, le cuivre 64 est un radioélément dont l’étude dans le cadre de l’imagerie TEP est en plein essor. Les bispidines, quant à elles, présentent l’intérêt de posséder une structure rigide et pré-organisée permettant la complexation de nombreux métaux de transitions.Nous présentons ici la synthèse et l’optimisation de nouveaux ligands dont les propriétés structurales et physico-chimiques ont été étudiées. Un ligand a montré de très bons résultats puisqu’il possède tous les paramètres cinétiques et thermodynamiques nécessaires à un chélatant utilisé en imagerie TEP. Différentes voies de fonctionnalisation ont ensuite été étudiées afin d’obtenir divers chélatants bifonctionnels. Un ligand comportant une lysine a pu être couplé à une fonction maléimide (régiosélective des cystéines), à une biotine (possédant une forte interaction pour la streptavidine) ou encore à un motif Bodipy pour l’obtention d’une sonde bimodale (UV-visible et TEP). Enfin, nous présentons l’extension de cette famille de bispidines par l’augmentation du nombre de fonctions de coordination présentes ou encore par l’obtention de ligands tricycliques en vue de moduler la sélectivité de ces molécules. / This work aimed to develop a new family of bispidine-type ligands for copper(II) complexation with applications in Positron Emission Tomography (PET). Indeed, copper 64 is a radioelement whose study in PET imaging is booming. Bispidines have the benefit of having a rigid and preorganized structure for complexation of a large number of transition metals. In this work we present the synthesis and optimization of new ligands whose structural and physico-chemical properties have been studied. One ligand showed very good results because it possesses all of kinetic and thermodynamic parameters which are necessary for its application to PET imaging. Different strategies of functionalization have been studied to obtain bifunctional chelates. A lysine derivative has been coupled to a maleimide function (regioselective of cysteins), to abiotine (which displays a strong affinity for streptavidin) or to a Bodipy pattern for obtaining a bimodal probe (UV-visible and PET). Finally, we present an extension of this bispidine family by increasing the number of coordination functions or by synthesizing tricyclic compounds to modulate the selectivity of these molecules.

Ce travail de thèse avait pour objectif de développer de nouveaux chélatants du cuivre(II) de type bispidine pour des applications en Tomographie à Emission de Positrons. Le 64Cu est un radioisotope métallique dont les propriétés sont intéressantes pour la TEP. Les bispidines sont des chélatants dont la structure est préorganisée et rigide. Cette propriété confère au bispidine de bonnes propriétés de coordination vis-à-vis des métaux de transition, en particulier le cuivre(II). Ce travail présente le développement d’un ligand de type bispidine possédant un groupement phosphonate ainsi que le développement de bispidines permettant la synthèse de nouvelles familles de chélatants pour le cuivre(II). La bispidine phosphonatée a ensuite fait l’objet d’une étude physico-chimique par différentes techniques, révélant ainsi qu’elle possède les caractéristiques requises pour des applications en TEP. Le radiomarquage en présence de 64Cu a été étudié pour une sélection de plusieurs chélatants et montre le fort potentiel des ligands de type bispidine pour la complexation du 64Cu. Enfin, diverses stratégies de fonctionnalisation ont été étudiées pour l’obtention d’un chélatant bifonctionnel basé sur la bispidine phosphonatée. Ces stratégies démontrent la possibilité d’obtenir deux ligands bifonctionnels. De surcroît, deux plateformes bifonctionnelles peuvent faire l’objet de point de départ pour le développement de nouvelles familles de bispidines bifonctionnelles. / This PhD work aimed at developing new bispidine-based copper(II) chelating agents for applications in Positron Emission Tomography (PET). On one hand, 64Cu is a metallic radioisotope which possesses interesting properties for PET imaging and on the other hand, bispidines have a pre-organized and rigid structure. This property makes them good chelating agents for numerous transition metals, particularly copper(II). This work presents the development of a new bispidine-based ligand having a phosphonate pendant arm as well as the development of bispidines allowing the synthesis of new chelating agents for copper(II). The physico-chemical properties of the phosphonated bispidine were thoroughly studied by different techniques, showing that it would be adequat for PET applications. Radiolabeling experiments were also done in the presence of 64Cu for various bispidines and show the high potential of bispidine ligands for the complexation of 64Cu. Finally, several functionalization strategies were studied in order to get bifunctional chelates based on the phosphonated bispidines. This study proved the possibility to develop two bifunctional bispidines based on the phosphonated one and also it allowed us to develop two bifunctional bispidines as synthon for the synthesis of new families of bifunctional bispidines.

De nos jours, un des objectifs importants de la recherche bioinorganique moderne est le développement d'enzymes artificielles. L'étude séquentielle des acides aminés présents dans le centre actif des métalloenzymes peut présenter une voie possible de la stratégie de modélisation enzymatique. Cependant, les peptides linéaires ont leurs limites lors de la reconstitution des centres actifs des métalloenzymes : ils ne possèdent pas la structure tridimensionnelle bien définie, par conséquent leur structure est vulnérable vis-à-vis de la coordination ou de l’hydrolyse des azotes amidiques. La capacité de coordination des métaux par des peptides linéaires peut être améliorée, par exemple, en les attachant à une plateforme tripodale. Les composés tripodaux peuvent assurer une organisation structurale rigide ou moins flexible pour des chaînes latérales des acides aminés, créant ainsi des sites de coordination pré-organisés pour les métaux. Dans cette thèse, la synthèse et la caractérisation des ligands peptidiques tripodaux contenant de l'histidine et la formation des complexes en présence de cuivre(II) et de zinc(II) sont présentées. Les propriétés acido-basiques ont été étudiées par potentiométrie et différentes techniques spectroscopiques ont été utilisées pour la caractérisation structurale (UV-Vis, CD, ESR, RMN et MS). Outre que la caractérisation thermodynamique et structurale, des propriétés catalytiques des complexes en réaction enzymatiques (oxydation du catéchol, dismutation du superoxyde) ont également été étudiées. Nos résultats ont démontré que les ligands peptidiques tripodaux sont capables d'améliorer la stabilité des complexes métalliques et qu'ils peuvent fournir des structures adéquates pour mimer efficacement les fonctions catalytiques des enzymes. Grâce aux études approfondies et systématiques des propriétés acido-basiques et spectroscopiques, nous avons mis en évidence les forces motrices de la coordination des métaux et établi l'impact de la structure tripodale sur la stabilité, la structure et les propriétés catalytiques des complexes formés. Nos résultats confirment l'effet bénéfique des plateformes tripodales durant la complexation des métaux, et soulignent les possibilités qui s’offrent aux peptides tripodaux dans le domaine de la biomimétisme / One of the most important directions of modern bioinorganic research is the development of artificial enzymes. One pathway of enzyme modeling strategy is the study of amino acid sequences present in the active centers of metalloenzymes. Linear peptides, however, have their limitations in reconstituting the active centers of metalloenzymes, since they do not possess the well-defined three dimensional structure, therefore their structure is vulnerable towards amide nitrogen coordination/hydrolysis. Improvement of metal binding capabilities of linear peptides can be obtained by e.g. their functionalization with tripodal ligands. Tripodal compounds may provide a rigid, less flexible platform for the coordinating amino acid side chains, creating pre-organized metal binding sites. In my thesis, I present synthesis and characterization of histidine containing tripodal peptide ligands and their complex formation in presence of copper(II) and zinc(II). Solution equilibrium was studied with pH potentiometric measurements, and several spectroscopic methods were used for structural characterization (UV-Vis, CD, ESR, NMR and MS methods). Beside thermodynamic and structural characterization, enzyme mimicking catalytical properties of the complexes have also been investigated (catechol oxidation, superoxide dismutation). Our results demonstrated that tripodal peptide ligands are capable of enhancing the stability of metal-peptide complexes, and they may provide convenient structures to efficiently mimic the catalytic functions of enzymes. With thorough and systematical solution equilibrium and spectroscopic studies, we uncovered the driving forces of metal coordination, and established the impact of the tripodal structure in stability, structure and catalytic properties of the forming complexes. Our findings confirm the beneficial effect of tripodal scaffolds in peptide-type ligand-metal complexes, and emphasize the possibilities lying within tripodal peptides in the field of enzyme mimicking

Des nouveaux ligands chiraux diamine N-aromatiques, dérivés de 1,2-diaminocyclohexane et des a et ß- cétones cycliques aromatiques, ont été synthétisés par alkylation-déshydrogénation catalysée par le palladium sur charbon (Pd/C). Cette méthode, nous a permis de préparer un série des ligands chiraux de types N,N-di-aryles diamine and N-aryle diamine avec de très bons rendements isolés.Premièrement, les efficacités des ligands synthétisés ont été examinées avec succès dans la réaction de réduction par transfert d'hydrure des cétones aromatiques, catalysée avec des catalyseurs homogènes d'iridium formés in situ iridium assistés par l'acide formique et son sel de sodium. Des cétones aromatiques variés ont été réduits, suivant la méthode y développée, en des alcools correspondants avec des complètes et des hautes énantiosélectivités (ee jusqu'au 93%). Ensuite, deux ligands diamine, N,N'-dinaphtyle diaminocylohexane et N-naphtyle diaminocylohexane complexés avec le Cu (II) ont été évalués dans la réaction asymétrique de Henry entre des dérivés de benzaldéhyde et le nitrométhane conduisant aux ß-nitro-aryle-alcools avec des bonnes énantiosélectivités (ee jusqu'au 83%) et des bons rendements isolés. On a aussi transformé ces deux ligands, en sels d'imidazolinium précurseurs des carbènes, pour des ultérieures application en catalyse asymétrique. Le dérrivé mono N-aryle diamine a été transformé en ligand mono-thio. Les trois ligands ainsi préparés ont été obtenus avec des bons rendements isolés / New chiral N-arylated diamine ligands, derived from 1,2-diaminocyclohexane and a and ß-cyclic-aromatic ketone, were synthesized by dehydrogenative alkylation catalyzed by palladium on carbon (Pd/C). This method, allowed to prepare a series of chiral N,N-diarylated diamine and N-aryl diamine ligands with very good isolated yield.First of all, the applicability of the synthesized chiral diamine ligands was successfully examined in asymmetric transfer hydrogenation with homogeneous iridium catalyst associated to formic acid and its sodium salt. Various aromatic ketones were reduced to chiral alchohol with a complete conversion and high enantioselectivity (ee up to 93%). Then, two of the prepared chiral diamine, N,N’-dinaphtyl diaminocylohexane and N-naphtyl diaminocylohexane combined to copper (II), have been evaluated in asymmetric Henry reaction between benzaldehyde derivatives and nitromethane leading to ß-nitro-aryl-alcohol with good enantioselectivities (ee up to 83%) and good isolated yields.Furthermore, we transform these two ligands into imidazolinium salts precursor of carbenes, for further application in asymmetric catalysis. The mono N-arylated diamine was transformed into mono-thiourea ligand. These three new ligands were obtained with very good isolated yields

Le développement de méthodologies permettant de fonctionnaliser aisément les surfaces est un domaine en plein essor. Nous avons synthétisé et caractérisé de nouveaux complexes de cuivre(II)-carboxylates hautement fluorophiles qui ont été utilisés pour modifier des surfaces. Ces complexes possèdent à l'état solide une très grande affinité pour l'eau, l'hydratation induisant un changement radical des propriétés magnétiques du solide. Ces complexes fluorophiles s'adsorbent très fortement sur le Téflon ou sur le verre pour conduire à des surfaces hydrophiles et coordinantes. En utilisant la chimie de coordination, les surfaces ont ensuite été fonctionnalisées. Des monocouches et des couches minces de porphyrines ont été obtenues sur le verre et sur le téflon puis caractérisées, notamment grâce à leurs propriétés optiques. / The development of methodologies to easily functionalize surfaces is a fast growing field. We have synthesized and characterized new highly fluorophilic copper(II)-carboxylate complexes that have been employed to modify surfaces. In the solid state, these complexes exhibit a high affinity for water, the hydration process inducing dramatic modifications of their magnetic properties. These fluorophilic complexes are strongly adsorbed on teflon or glass to afford hydrophilic and coordinating surfaces. Using coordination chemistry, the surfaces can than be functionalized. Porphyrins monolayers and thin layers have been prepared on glass and teflon and characterized, in particular by their optical properties.