Le phosphole, analogue phosphoré du pyrrole, est un hétérocycle faiblement aromatique qui peut, selon son schéma de substitution, être caractérisé par un fort pouvoir ð-accepteur. Cette propriété particulière de certains cycles phospholes a été mise à profit pour synthétiser de nouveaux ligands bidentes phosphorés de type phosphole-oléfine ou phosphole-phosphole en vue d'applications en catalyse homogène. Aussi la synthèse de nouveaux ligands bidentes est-t-elle rapportée dans ce manuscrit ainsi que l'étude de leur chimie de coordination sur quelques métaux de transition, essentiellement ceux du groupe 10. Leur potentiel d'application en catalyse homogène a également été exploré, essentiellement dans des réactions de couplage carbone-carbone (hydroformylation, dimérisation)! et carbone-azote (allylation des amines par les alcools et éthers allyliques). Nous nous sommes également attardés sur la nouvelle réaction d'allylation d'amines aliphatiques par l'alcool allylique catalysée par des complexes de platine, afin de comprendre à l'aide de calculs théoriques, la réactivité expérimentale observée, et ainsi de mettre au point un système catalytique très performant. Des cycles catalytiques ont été caractérisés et nous avons relié la propriété géométrique d'angle de morsure à l'activité des complexes de platine dans ce procédé.

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According to the famous axiom known as Moore’s Law the number of transistors that can be etched on a given piece of ultra-pure silicon, and therefore the computing power, will double every 18 to 24 months. However, around 2020 hardware manufacturers will have reached the physical limits of silicon. A proposed solution to this dilemma is molecular electronics. Within this field researchers are attempting to develop individual organic molecules and metal complexes that can act as molecular equivalents of electronic components such as wires, diodes, transistors and capacitors. In this work we have synthesized a number of new bi- and terdentate thiophenyl pyridine and pyridyl thienopyridine ligands and compared the electrochemical, structural and photophysical properties of their corresponding Ru(II) complexes with Ru(II) complexes of a variety of ligands based on 6-thiophen-2-yl-2,2'-bipyridine and 4-thiophen-2-yl-2,2'-bipyridine motifs. While the electrochemistry of the Ru(II) complexes were similar to that of unsubstituted [Ru(bpy)3]2+ and [Ru(tpy)2]2+, substantial differences in luminescence lifetimes were found. Our findings show that, due to steric interactions with the auxiliary bipyridyl ligands, luminescence is quenched in Ru(II) complexes that incorporate the 6-thiophen-2-yl-2,2'-bipyridine motif, while it was comparable with the luminescence of [Ru(bpy)3]2+ in the Ru(II) complexes of bidentate pyridyl thienopyridine ligands. The luminescence of the Ru(II) complexes based on the 4-thiophen-2-yl-2,2'-bipyridine motif was enhanced compared to [Ru(bpy)3]2+ which indicates that complexes of this category may be applicable for energy/electron-transfer systems. At the core of molecular electronics is the search for molecular ON/OFF switches. Based on the ability of the ligand 6-thiophen-2-yl-2,2'-bipyridine to switch reversibly between cyclometallated and non-cyclometallated modes when complexed with Ru(tpy) we have synthesized a number of complexes, among them a bis-cyclometallated switch based on the ligand 3,8-bis-(6-thiophen-2-yl-pyridin-2-yl)-[4,7]phenanthroline, and examined their electrochemical properties. Only very weak electronic coupling could be detected, suggesting only little, if any, interaction between the ruthenium cores.

Au sein des phosphines, les phosphabarrélènes occupent une place unique. Ils réunissent en effet un ensemble de propriétés électroniques et stériques rares, puisqu'ils sont à la fois volumineux et accepteurs d'électrons. La première partie de ce travail de thèse explore les implications que ces caractéristiques induisent sur le comportement en catalyse de complexes de palladium. Plusieurs cycles catalytiques sont ainsi décortiqués afin de mettre en relation, pour chaque étape élémentaire, les propriétés du ligand et les constatations expérimentales. Ceci révèle les atouts des ligands phosphabarrélènes, notamment pour les étapes de transmétallation et d'élimination réductrice. Ces analyses proviennent de la combinaison de résultats expérimentaux et de résultats théoriques de modélisation. Dans un deuxième temps, l'étude se poursuit avec des complexes d'un autre métal : le nickel. Bien que prometteurs, les systèmes utilisant les phosphabarrélènes se révèlent moins performants que de nombreux autres complexes déjà rapportés. L'étude se recentre alors sur les carbènes, une autre famille de ligands. Ces deux premières parties montrent tout l'intérêt que possède les phosphabarrélènes bidentes. La synthèse de ces molécules est l'objectif de la dernière partie. En particulier, sont étudiés deux différents mécanismes aboutissant à ces phosphines fonctionnalisées à partir des phosphinines correspondantes, soit par addition nucléophile, soit par réaction de Diels-Alder.

Nous cherchons à développer une sonde permettant le relargage sélectif de cations métalliques. Un tel système permettrait de capter et relarguer des cations sans contamination ni perturbation importante de l'environnement proche de l'électrode. Par la suite le dispositif pourrait être miniaturisé et utilisé in vivo. La stratégie adoptée consiste à concevoir des composés possédant un centre redox à proximité d'un ligand ayant une grande affinité vis-à-vis des cations métalliques, en particulier pour le calcium. Des groupes fonctionnels, séparés par un espaceur modulable, permettent le greffage à la surface de l'électrode. Lors de l'oxydation du centre redox initialement neutre, on peut s'attendre à ce que la constante de complexation soit diminuée de manière importante, principalement à cause de la répulsion électrostatique qui tend à éjecter le cation de la cavité. Lors de mon travail de thèse, quatre nouvelles familles de ligands possédant une phénylènediamine comme centre redox ont été synthétisées et étudiées. Parmi ces composés, les dérivés de type " demi-BAPTA " ont permis de démontrer le concept de relargage de calcium pour la première fois en milieu aqueux, à pH physiologique. Cependant, la constante d'affinité étant trop faible pour des applications in vivo, des composés basés sur le ligand BAPTA ont été préparés et s'avèrent prometteurs

Nuclear receptors are ligand activated transcription factors, where upon binding with small molecule ligands, these proteins are involved in the regulation of gene expression. To date there are approximately 48 human nuclear receptors known, involved in multiple biological and cellular processes, ranging from differentiation to maintenance of homeostasis. Due to their critical role in transcriptional regulation, these receptors are implicated in several diseases. Currently, 13% of prescribed drugs in the market are NR ligands for diseases such as cancer, diabetes and osteoporosis. In addition to drug discovery, the mechanism of function, mobility and trafficking of these receptors is poorly understood. Gaining insight into the relationship between the function and /or dysfunction of these receptors and their mobility will aid in a better understanding of the role of these receptors. The green fluorescent protein (GFP) has revolutionized molecular biology by providing the ability to monitor protein function and structure via fluorescence. The fluorescence contribution from this biological marker is the chromophore, formed from the polypeptide backbone of three amino acid residues, buried inside 11-stranded â-barrel protein. Synthesis of GFP derivatives of is based on the structure of the arylmethyleneimidazolidinone (AMI), creating a molecule that is only weakly fluorescent. Characterizing these AMI derivatives for other proteins can provide a powerful visualization tool for analysis of protein function and structure. This development could provide a very powerful method for protein analysis in vitro and in vivo. Development of such fluorescent ligands will prove beneficial for the nuclear receptors. In this work, libraries of AMIs derviatives were synthesized by manipulating various R groups around the core structure, and tested for their ability to serve as nuclear receptor ligands with the ability to fluoresce upon binding. The fluorogens are developed for steroidal and non-steroidal receptors, two general classes of nuclear receptors. Specific AMIs were designed and developed for steroid receptor estrogen receptor á (ERá). These ligands are showed to activate the receptor with an EC50 of value 3 ìM and the 10-fold activation with AMI 1 and AMI 2 in comparison to the 21-fold activation observed with natural ERá ligand, 17â-estradiol. These novel ligands were not able to display the fluorescence upon binding the receptor. However, fluorescence localized in nucleus was observed in case of another AMI derivative, AMI 10, which does not activate the receptor. Such ligands open new avenues for developing fluorescent probes for ERá that do not involve fluorescent conjugates attached to a known ERá ligand core. AMIs were also characterized for non-steroidal receptors,specifically the pregnane x receptor (PXR) and retinoic acid receptor á (RARá). To date, fluorogens which turn fluorescence upon binding and activate the receptor have not been developed for these receptors. With respect to PXR, several AMI derivatives were discovered to bind and activate this receptor with a fold-activation better than the known agonist, rifampicin. The best characterized AMI derivative, AMI 4, activates the receptor with an EC50 of value 6.3 ìM and the 154-fold activation in comparison to the 90-fold activation and an EC50 value of 1.3 ìM seen with rifamipicin. This ligand is not only able to activate PXR but also displays fluorescence upon binding to the receptor. The fluroscence pattern was observed around the nucleus. Besides AMI 4, 16 other AMI derivatives are identified that activate PXR with different activation profiles. Thus, a novel class of PXR ligands with fluorescence ability has been developed. The AMI derivatives able to bind and activate RAR, also displayed activation profiles that were comparable to the wild-type ligand, all trans retinoic acid. These ligands activated the receptor with an EC50 value of 220 nM with AMI 109 in comparison to an EC50 value of 0.8 nM with the natural ligand for RARá. When these ligands were tested for fluorescence in yeast, the yeast were able to fluoresce only in the presence of the receptor and the AMI derivative, indicating that these agonists also have the ability to fluoresce.

Les ARN constituent des cibles thérapeutiques extrêmement intéressantes bien qu'encore assez peu exploitées. En effet, les obstacles pour la conception de ligands spécifiques de ces cibles non traditionnelles, polyanioniques et très flexibles, sont encore loin d'être levés. Les aminoglycosides, utilisés depuis longtemps pour leurs propriétés antibiotiques, sont souvent décrits comme des " ligands universels " d'ARN. Leur structure constitue donc une architecture favorable pour l'élaboration de nouveaux ligands spécifiques des ARN.Le but de cette thèse a été de développer une méthode systémique originale combinant chimie organique et microbiologie pour synthétiser de nouvelles molécules de structure analogue aux aminoglycosides, se fixant de façon spécifique sur des cibles ARN. Ce travail repose sur la compréhension récente des voies de biosynthèse des aminoglycosides permettant leur ingénierie rationnelle selon une stratégie de mutasynthèse. Cette approche expérimentale s'appuie sur la conception de mimes de métabolites naturels pouvant être transformés par des bactéries génétiquement modifiées. Le développement de méthodologies novatrices en ingénierie métabolique, synthèse organique et chimie analytique nous a permis de concevoir des analogues d'aminoglycosides fluorés qui se sont avérées être d'excellentes sondes dans l'étude des ARN par RMN du fluor.

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.

Steroidogenic factor (SF1) is an orphan nuclear receptor that is essential for steroid hormone-biosynthesis and endocrine development. Recent studies have demonstrated that phospholipids are ligands for SF1. In the present study our aim was to identify endogenous ligands for SF1 and characterize their functional significance in mediating cAMP-dependent transcription of human CYP17. Using mass spectrometry we show that in H295R adrenocortical cells SF1 is bound to sphingosine (SPH) under basal conditions and that cAMP stimulation decreases the amount of SPH bound to the receptor. We also show that silencing both acid and neutral ceramidases using siRNA induces CYP17 mRNA expression, suggesting that SPH acts as an inhibitory ligand. In vitro analysis of ligand binding using scintillation proximity assays show that several sphingolipids and phospholipids, including phosphatidic acid (PA), can compete with [3H]SPH for binding to SF1, suggesting that SF1 may have more than one ligand and binding specificity may change with the changes in intracellular fluxes of phospholipids. Further, phosphatidic acid (PA) induces SF1-dependent transcription of CYP17 reporter constructs. Inhibition of diacyglycerol kinase (DAGK) activity using R59949 and silencing DAGK- expression attenuates SF1-dependent CYP17 transcriptional. We propose that PA is an activating ligand for SF1 and that cAMP-stimulated activation of SF1 takes place by displacement of SPH.

Small molecule dependent molecular switches that control gene expression are important tool in understanding biological cellular processes and for regulating gene therapy. Nuclear receptors are ligand activated transcription factors that have been engineered to selectively respond to synthetic ligands and used as regulators of gene expression. In this work the retinoid X receptor (RXR), has been used to develop an inducible molecular switch with a near drug like compound LG335. Three RXR variants (Q275C; I310M; F313I), (I268A; I310A; F313A; L436F), (I268V; A272V; I310M; F313S; L436M) were created via site-directed mutagenesis and a structure based approach, such that they preferentially bind to the synthetic ligand LG335 and not its natural ligand, 9-cis retinoic acid. These variants show reverse ligand specificity as designed and have an EC50 for LG335 of 80 nM, 30 nM, 180 nM, respectively. The ligand binding domains of the RXR variants were fused to a yeast transcription factor Gal4 DNA binding domain. This modified chimeric fusion protein showed reverse response element specificity as designed and recognized the Gal4 response element instead of the RXR response element. The modified RXR protein did not heterodimerize with wild type RXR or with other nuclear receptor such as retinoic acid receptor. These RXR-based molecular switches were tested in retroviral vectors using firefly luciferase and green fluorescence protein and they maintain their inducible behavior with LG335. These experiments demonstrate the orthogonality of RXR variants and their possible use in regulating gene therapy.