Ce mémoire est consacré à la synthèse de récepteurs rédox-actifs du type calixphyrine-ferrocène, porphyrine-ferrocène et cyclopeptide-ferrocène, ainsi qu'à l'étude de leurs propriétés en reconnaissance électrochimique moléculaire.<br /> Des récepteurs moléculaires construits sur la base d'une métalloporphyrine de zinc directement connectée à des groupes ferrocène ont été appliqués à la détection de bases azotées neutres selon un processus original de coordination-décoordination du centre métallique de la porphyrine, ainsi qu'à une détection ampérométrique sélective sans précédent d'anions halogénure.<br /> De leur côté les calixphyrines-ferrocène, qui présentent des caractéristiques structurales et physico-chimiques remarquables en raison de l'interruption de la conjugaison du macrocycle tétrapyrrolique qui les caractérise, ont montré des propriétés originales de complexation et de reconnaissance d'anions et de cations en solution et à l'état solide. <br />Enfin, l'introduction de sondes rédox ferrocéniques sur un cyclodécapeptide de type RAFT a permis de réaliser la détection électrochimique d'anions dihydrogénophosphate. Cet assemblage RAFT-ferrocène, fonctionnalisés par des ligands endogènes de l'intégrine, a ensuite été appliqué à l'étude du processus d'adhésion cellulaire de cette protéine surexprimée sur de nombreuses lignées tumorales.

Les glycoprotéines localisées à la surface des cellules jouent un rôle dans les phénomènes inflammatoires, les infections virales, la reconnaissance cellule/hôte ou l'adhésion cellulaire. Parmi les enzymes responsables de la biosynthèse de ces glycoprotéines, l'alpha-L-fucosidase est impliquée dans un grand nombre de phénomènes biologiques, parfois liés à de sévères pathologies. Des études récentes ont montré que l'activité de la fucosidase est sur-exprimée chez les patients atteints de certains types de cancers. Ces travaux présentent dans un premier temps la synthèse totale et l'évaluation biologique de puissants inhibiteurs de l'alpha-L-fucosidase de type pyrrolidine polyhydroxylée comme outil pour mieux appréhender le rôle de cette enzyme. Une première série est diversement susbtituée par un groupement lipophile apportant de fortes interactions avec l'enzyme alors qu'une deuxième série de molécules dimériques permet d'étudier l'effet de la multivalence sur l'inhibition de l'alpha-L-fucosidase. Dans un deuxième temps, des molécules hybrides de types ferrocényl-iminosucres comme nouvelle classe d'agents anticancéreux sont étudiées. Dans cette approche, l'alpha-L-fucosidase est envisagée comme récepteur potentiel pour cibler les tissus cancéreux. La conjugaison d'une pyrrolidine, affichant une forte affinité pour la fucosidase, à un groupement cytotoxique comme le ferrocène pourrait permettre d'acheminer une molécule cytotoxique sélectivement vers les tissus cancéreux. La synthèse, la puissance d'inhibition, l'activité antiproliférative et l'analyse cristallographique de ces conjugués organométalliques sont présentées dans ces travaux. / Glycoproteins located on cells surface are involved in a number of biological processes including cell adhesion, cell/host recognition, inflammation and viral infections. The biosynthesis of these glycoproteins is assumed in part by alpha-L-fucosidase. Many biological phenomena are related with this enzyme, sometimes associated with severe disease. Recent studies show that fucosylation activities are markedly enhanced in several types of cancer cell lines. On the one hand, this work presents the synthesis and the biological evaluation of polyhydroxylated pyrrolidines as potent alpha-L-fucosidase inhibitors. A series of iminosugars that incorporate a hydrophobic subtituent at the pseudoanomeric position should provide strong interaction in the active site and could serve as a tool to better understand the role of this enzyme. A second series of dimeric molecules allows the study of multivalency effect on inhibition. On the other hand, ferrocenyl-iminosugars are studied as a new class of anticancer agents. In this approach, we explore the possibility of using the fucose binding protein AFU as a target for the selective delivery of a cytotoxic molecule towards cancer cells. A panel of conjugates was prepared, composed of a pyrrolidine moiety, showing a high affinity for the fucosidase, linked to a ferrocenyl moiety, displaying antitumoral properties by reactive oxygen species production. The synthesis of these hybrids, the biological results and the structure/activity relationships are presented.

Le cancer de la prostate est un problème de société majeur équivalent au cancer du sein chez la femme. La plupart de ces cancers sont hormono-dépendants et un des traitements utilisés est l'administration d'anti-androgènes non stéroïdiens. Ce sont des molécules qui inhibent de manière compétitive les effets des androgènes en se fixant sur le site de liaison du récepteur AR. Les anti-androgènes non stéroïdiens commerciaux sont la flutamide et son métabolite actif, le 2-hydroxyflutamide, la nilutamide et la bicalutamide. Néanmoins, à cause des phénomènes de résistance aux médicaments qui se manifestent après un traitement de longue durée, il devient impératif de concevoir de nouvelles molécules plus efficaces. Nous avons choisi d'incorporer un groupe ferrocène au niveau de la structure des anti-androgènes, car il possède des propriétés cytotoxiques intéressantes. Ce travail de recherche présente donc la synthèse d'analogues d'anti-androgènes non stéroïdiens commerciaux couplés avec des groupements ferrocène. Une fois synthétisés, ils sont soumis à une série de tests biologiques entrepris au sein du laboratoire. Ils comprennent, d'une part, des tests d'affinité relative de liaison (RBA) au récepteur à androgènes (AR) et, d'autre part, une série de tests anti-prolifératifs réalisés in vitro sur des lignées cellulaires tumorales prostatiques. Ces tests nous permettront de définir si ces molécules possèdent un intérêt particulier dans le cadre de la lutte contre le cancer de la prostate hormono-dépendant ou indépendant.

Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à l'arylation directe d'hétéroaromatiques par des halogénures d'aryle catalysée par des complexes du palladium. Comparativement aux autres types de couplages croisés tels que les réactions de Suzuki, Negishi ou Stille, l'arylation directe est plus attractive d'un point de vue économique et écologique puisqu'elle nécessite moins d'étapes et produit moins de déchets. Nous avons démontré que des bromures d'aryle ortho- et di-ortho-substitués pouvaient donner accès aux produits de couplages avec de très bons rendements même avec des charges très faibles en catalyseur, de l'ordre de 0,05 mol%. De nombreux composés impossibles à former auparavant ont pu être synthétisés. Nous avons ensuite démontré que des chlorures d'aryle pouvaient réagir en positions C2 ou C5 de furanes, thiophènes, pyrroles et thiazoles, par l'utilisation de seulement 0,5 mol% de Pd(OAc)2 associé à un ligand ferrocénique. Enfin, nous avons démontré qu'en présence d'un autre type de catalyseur Pd-ligand ferrocénique, dans des conditions similaires, des chlorures d'aryle pouvaient aussi être couplés en positions C3 ou C4 d'isoxazoles, d'indoles, de benzofuranes ou de pyrazoles.

Puisque le cancer du sein reste l'une des premières causes de mortalité chez la femme, le diagnostic et le traitement de cette maladie ont plus que jamais besoin d'être améliorés. L'intérêt des composés organométalliques robustes, ciblant le récepteur des œstrogènes, est qu'on peut moduler leurs applications en fonction du métal introduit. Pour la première fois, une entité organométallique stable et lipophilique, le groupement ferrocénique, a été substituée à la chaîne-clé aminée du squelette triphényléthylénique de l'antiœstrogène hydroxytamoxifène, tenue pour être responsable de l'activité du médicament. La chaîne amine des ferrocifènes a également été remplacée par une fonction acide carboxylique. Différentes variations structurelles ont été explorées, afin d'optimiser les propriétés biologiques de ces composés ferrocéniques, qui peuvent être cytotoxiques. Cependant certains de ces composés ont non seulement une activité antiproliférative, mais peuvent aussi servir de précurseurs stables pour la synthèse de radiopharmaceutiques. Il est en effet possible de remplacer le Fer par le Rhénium ou le Technétium suivant la réaction d'échange de ligands, qui est chimiosélective. Les composés organométalliques résultants peuvent être de bons agents ciblés pour la radiothérapie (188Re) ou pour l'imagerie médicale (99mTc). Finalement, afin d'améliorer leur biodisponibilité, deux composés ferrocéniques ont été incorporés dans deux types de nanovecteurs : les nanosphères et les nanocapsules. Leur petite taille et la libération tardive des principes actifs, associés à une activité apoptotique exacerbée sont en accord avec une persistance accrue dans la circulation sanguine, et une activité anticancéreuse prometteuse.

Cette thèse se compose de deux parties. La première traite de la synthèse et des études électrochimiques et de fluorescence de nouveaux dérivés de la 1,2,4,5 tétrazine en tant que sondes moléculaires pour des anions et des composés riches en électrons. La seconde traite de la synthèse et des études électrochimiques préliminaires de sels de ferrocène à base de pyridinium. Dans la partie I, une vue d'ensemble de la chimie des 1,2,4,5 tétrazine (s tétrazines) est présentée. Les stétrazines ont déjà trouvé des applications dans beaucoup de domaines, mais leur capacité à se lier avec des anions ou des composés riches en électrons par interactions anion n ou empilement n'a été démontrée que très récemment. Dans ce contexte, une série de nouvelles sondes moléculaires contenant des noyaux tétrazine servant d'unités liantes et de détection a été conçue, comprenant des pinces tétrazines, des trépieds tétrazines, des cyclophane tétrazines, et des calices tétrazines. Parmi eux, un trépied tétrazine (86), deux cyclophane tétrazines (90, 93) et deux calices tétrazines (94, 95) ont été synthétisés avec succès en se basant sur des réactions de type SNAr avec la 3,6 dichloros tétrazine (23). Les études photophysiques prouvent que la fluorescence de 86, 90, 94 et 95 peut être efficacement éteinte par les composés riches en électrons tels que la triphénylamine (TPA), la tris (4 bromophényl) amine, le pyrrole, le tétrathiafulvalène (TTF) et le 1,3,5 triméthoxybenzène. Les études électrochimiques indiquent également la présence d'interactions entre les sondes de tétrazine et ces composés électrodonneurs. Les mécanismes d'extinction de fluorescence sont étudiés dans certains cas, et des calculs d'orbitales moléculaires sont présentés pour expliquer le rapport entre les structures et les propriétés moléculaires de fluorescence. Dans la partie II, la synthèse d'un sel de pyridinium à deux branches contenant des ferrocènes (45j) et de deux analogues à trois branches (46h, 46j) obtenus par condensations du 1,2,6 triméthylpyridinium ou 1,2,4,6tétraméthylpyridinium avec des aldéhydes aromatiques est présentée. Une nouvelle voie de synthèse est également développée pour les deux intermédiaires importantes, le trans 5 (2 ferrocényl vinyl) 2 carbaldéhydethiophène (47), et l'aldéhyde du ferrocényléthényl bithiophényle (48). Les études électrochimiques préliminaires prouvent que les sousunités bithiophène influencent considérablement le comportement redox des molécules.

Un nouveau dendron phénol trialcyne a été développé par analogie avec le dendron phénol triallyle déjà connu. En nous appuyant sur les cœurs dendritiques polyiodés du laboratoire, nous avons obtenu une famille de dendrimères polyalcynes comportant 27, 81 et 243 branches. Des ferrocènes ont ensuite été greffés par chimie « click » à la périphérie de ces dendrimères. La série obtenue permet la reconnaissance électrochimique d’oxo-anions d’intérêt biologique, comme l’ATP, et de cations métalliques. Grâce aux propriétés d’adsorption des grand dendrimères, nous avons obtenu des électrodes de platine modifiées, robustes et recyclables, permettant de réaliser cette reconnaissance. Une série de glycodendrimères comportant 27, 81 et 243 xylopyranosides terminaux a également été synthétisée. Les méthodes de caractérisation de nanoobjets ont été investiguées, et en particulier, les techniques permettant d’obtenir la taille des molécules en solution comme la RMN DOSY et la diffusion dynamique de la lumière (DLS). Enfin, une série de dendrimères robustes comportant 4 à 6 branches alcynes très longues a été développée. Le greffage périphérique par chimie « click » de beta-cyclodextrines méthylées aléatoirement est également rapporté. / A new easily accessible trialkyne phenol dendron has been developed mimicking the already known triallyl phenol dendron. A family of polyalkynyl containing dendrimers with 27, 81 and 243 terminal branches was obtained starting from the classical polyiodo dendritic cores of the laboratory. Ferrocenes were then grafted using “click” chemistry. The dendrimers obtained allowed electrochemical sensing of both biologically interesting oxo-anions like ATP and metallic cations. Robust and recyclable modified platinum electrodes were obtained thank to the adsorption properties of large dendrimers. These electrodes are able to recognize the same ions as the dendrimer in solution. A novel series of glycodendrimers with 27, 81 and 243 modified xylopyranosides termini was synthesized too. The characterization methods for such nanoobjects were investigated, and particularly technics that allow to obtain the size of the molecules like dynamic light scattering (DLS) and DOSY NMR. Finally, a family of robust polyalkynyl containing dendrimers with 4 to 6 enlarged branches was developed. The functionalization with randomly methylated beta-cyclodextrins using “click” chemistry is also reported.

Depuis une dizaine d'années, les carbènes N-hétérocycliques(CNHs) ont prouvé leur efficacité en organocatalyse et comme ligands en catalyse organométallique. Dans ce contexte nous avons souhaité développer deux nouvelles familles decarbènes N hétérocycliques originaux :* La première famille de CNHs étudiée comporte une chiralité planaire apportée par un motif ferrocénique énantiomériquement pur lié directementsur l'hétérocycle imidazolium ou triazolium. Diverses stratégies ont été envisagées et étudiées afin de préparer des précurseurs de CNH à chiralité planaire.Ces travaux ont notamment permis l'obtention d'un selde triazolium énantiopur, dont la structure a étéconfirmée par diffraction des rayons X. Une étude préliminaire a également été amorcée pour la préparation d'un sel d'imidazolium à chiralité planaire.* La deuxième famille de CNHs considérée durant ce travail de thèse est basée sur l'utilisation de structures spirocycliques originales obtenues par une réaction de cyclopropanation de cyanoesters en présence d'un complexe de titane. Ce travail a été consacré à valider l'utilisation de spirooxazolidinones et de spirolactames comme briques élémentaires pour la synthèse de sels de triazolium originaux, ainsi qu'à étudier le dédoublement d'oxazolidinones et delactames racémiques.

Dans cette thèse, l'étude de la dépostion des molécules de ferrocène sur un substrat de Cu(111) par des simulations de dynamique moléculaire par premiers principes, en particulier, la dynamique moléculaire utilisant l'approche de Born-Oppenheimer (BOMD: Born-Oppenheimer Molecular Dynamics) et celle utilisant la fonctionnelle de l'énergie libre (FEMD: Free Energy Molecular Dynamics), combinées avec les études expérimentales par microscopie à effet tunnel (STM) à basse température et à courant constant ont montré que ces molécules de ferrocène peuvent être physisorbées sur un substrat de cuivre sans donner lieu à une dissociation moléculaire. Ce qui constitue un système idéal pour étudier la dynamique des états d'interfaces et leur réactivité par rapport à la déposition d’atomes métalliques. En particulier, la déposition d'un atome de Cuivre au dessus d'une molécule de ferrocène équilibrée sur le substrat de cuivre, conduit à un transfert de charges de cet atomes vers le substrat de Cu(111). On montre aussi que ces états d'interfaces ont le comportement bidimensionnel d'un gas d'électrons libres. / First-principles simulations studies, in particular Born-Oppenheimer molecular dynamics (BOMD) and free energy molecular dynamics (FEMD), combined with low-temperature scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy reveal a non dissociative physisorption of ferrocene molecules on a Cu(111) surface, giving rise to ordered molecular layers. At the interface, a 2D-like electronic band is found, which shows an identical dispersion as the Cu(111) Shockley surface-state band. Subsequent deposition of Cu atoms forms charged organometallic compounds that localize interface-state electrons.

Depuis une dizaine d’années, les carbènes N-hétérocycliques(CNHs) ont prouvé leur efficacité en organocatalyse et comme ligands en catalyse organométallique. Dans ce contexte nous avons souhaité développer deux nouvelles familles decarbènes N hétérocycliques originaux :• La première famille de CNHs étudiée comporte une chiralité planaire apportée par un motif ferrocénique énantiomériquement pur lié directementsur l’hétérocycle imidazolium ou triazolium. Diverses stratégies ont été envisagées et étudiées afin de préparer des précurseurs de CNH à chiralité planaire.Ces travaux ont notamment permis l'obtention d’un selde triazolium énantiopur, dont la structure a étéconfirmée par diffraction des rayons X. Une étude préliminaire a également été amorcée pour la préparation d’un sel d’imidazolium à chiralité planaire.• La deuxième famille de CNHs considérée durant ce travail de thèse est basée sur l'utilisation de structures spirocycliques originales obtenues par une réaction de cyclopropanation de cyanoesters en présence d’un complexe de titane. Ce travail a été consacré à valider l'utilisation de spirooxazolidinones et de spirolactames comme briques élémentaires pour la synthèse de sels de triazolium originaux, ainsi qu’à étudier le dédoublement d’oxazolidinones et delactames racémiques. / Since the beginning of 21st century, N-heterocycliccarbenes (NHCs) proved their efficiency in asymmetric organocatalysis and as ligands in enantioselective organometallic catalysis. In this context, we developed two families of original NHCs: The first one displays a planar chirality afforded by an enantiopure ferrocene scaffold directlygrafted on an imidazolium or triazolium heterocycle.Different strategies have been investigated towards thepreparation of these chiral targets. This work allowedthe synthesis of an enantiopure triazolium salt and itsstructure was confirmed by X-ray analysis. A preliminarystudy concerning the preparation of an imidazolium saltbearing a planar chirality has been initiated.• The second NHC family considered during this project relies in the use of original spirocyclic structures obtained from a cyanoester cyclopropanationreaction catalyzed by a titanium complex. The main goal was to validate the use of spirooxazolidinones and spirolactams as building blocks for the synthesis oforiginal triazolium salts, and to study the resolution of racemic lactams and oxazolidinones.