L’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) offre une excellente résolution à l’échelle macroscopique alors que l’imagerie optique lui est parfaitement complémentaire car elle dispose d’une haute résolution à l’échelle microscopique ainsi que d’une forte sensibilité. Les complexes de gadolinium(III) ont déjà prouvé leur efficacité en tant qu’agents de contraste IRM et d’autres lanthanides luminescents émettant dans le proche infrarouge conviennent pour l’imagerie optique. Des complexes de lanthanides bishydratés à motif pyridine montrant des résultats très prometteurs pour les deux types d’imagerie ont été développés précédemment au laboratoire. Afin d’améliorer leurs propriétés optiques, des ligands à motifs isoquinoléines ont été synthétisés. Leurs complexes de lanthanides montrent des propriétés magnétiques prometteuses et des constantes thermodynamiques qui démontrent leur faible toxicité in vitro. La longueur d’onde d’excitation et les rendements quantiques des complexes d’Yb3+ et de Nd3+ ont été augmentés pour permettre d’obtenir des images de luminescence et d’envisager des applications in vivo.Afin d’améliorer davantage ces propriétés optiques, la synthèse de ligands à motif 2-azaanthraquinone a été entreprise mais l’instabilité chimique de ces molécules n’a pas permis d’isoler les ligands désirés.Cette approche bimodale a été appliquée à la conception de sondes sensibles au zinc. La synthèse de complexes de Gd3+ à motifs pyridines adaptés permet une detection relaxométrique qualitative et sélective de ce cation. Cependant, l’absence de variation du nombre d’hydratation ne permet pas la détection par luminescence. De légères modifications chimiques sur les ligands devraient permettre d’atteindre cet objectif. / Among the state-of-the-art imaging techniques, Magnetic Resonance Imaging (MRI) offers an excellent macroscopic scale resolution whereas optical imaging shows high microscopic scale resolution and great sensitivity. Gadolinium complexes have already proved their efficiency as MRI contrast agents whereas other lanthanide cations emitting in the near infrared may suit for optical imaging purposes. Pyridine-based lanthanide complexes which showed promising results as bimodal probes have previously been developed. In the objective of improving their optical properties, isoquinoline-based ligands have been synthesized. The lanthanide complexes show promising magnetic properties and their thermodynamic stability presumes in vitro low toxicity. Excitation wavelengths and quantum yields of both Nd3+ and Yb3+ complexes have been improved to obtain luminescence images and to foresee in vivo applications. In order to further improve the optical properties, attempts to synthesize 2-azaanthraquinone-based ligands have been made.The desired ligands could not have been isolated due to their chemical instability. This bimodal approach has been applied to the design of smart probes sensitive to zinc. The qualitative and selective detection of the latter has been realized thanks to Gd3+ complexes with adapted pyridine-based ligands. However, the detection by luminescence could not be achieved. Slight chemical modifications on the ligands should allow reaching this goal.

Le 1,4,7-triazacyclononane (tacn) fait partie de la famille des polyazamacrocycles et a la faculté, lorsqu’il est N-fonctionnalisé par des groupements coordinants adéquats, de former des complexes de coordination stables thermodynamiquement et inertes cinétiquement avec les métaux de transition. C’est pourquoi les dérivés du tacn trouvent de nombreuses applications dans de nombreux domaines, par exemple celui de l’imagerie médicale. Notre équipe a développé des ligands N-fonctionnalisés par des groupements picolinate et méthylpyridine pour des applications en imagerie TEP et IRM.Le premier travail de cette thèse porte sur l’élaboration de nouvelles sondes bimodales TEP-imagerie optique et IRM-imagerie optique à motifs issus de tacn-picolinate décrits au laboratoire.Une seconde partie est axée sur la synthèse de nouveaux chélates du Cu(II) à base de tacn portant des bras méthylthiazole pour une potentielle application en imagerie TEP. Les complexes de Cu(II) correspondant ont été étudiés par différentes méthodes analytiques et spectroscopiques afin de juger leurs stabilités thermodynamiques et leurs inerties cinétiques.Les chélatants répondant aux critères imposés par le milieu biologique ont été sélectionnés pour une application en imagerie TEP dans le cadre du cancer de la prostate. Des analogues bifonctionnels ont ainsi été élaborés afin de les incorporer dans des radiopharmaceutiques radiomarqués au cuivre-64. / The 1,4,7-triazacyclononane (tacn) is part of the family of polyazamacrocycles, and has the faculty, when appropriately N-functionalized with coordination pendants, to form thermodynamically stable and kinetically inert coordination complexes with transition metals. Thanks to their properties tacn derivatives can be found in numerous applications such as medical imaging. Our group has developed some ligands N-functionalized with picolinate and picolyl pendants for an application in PET imaging and MRI.The first part of this thesis is focused on the development of a new class of bimodal PET-optical imaging and MRI-optical imaging probes based on tacn-picolinate units described in the laboratory.The second part deals with the synthesis of new Cu(II) chelators based on tacn-methylthiazolyl units for a potential application in PET imaging. The corresponding Cu(II) complexes were studied by different analytical and spectroscopic methods in order to evaluate their thermodynamic stabilities and kinetic inertness.The chelators that fullfiled all the criterias imposed by the biological media were selected for an applicationPET imaging of prostate cancer. Some bifunctional analogues were elaborated so as to incorporate them in radiopharmaceuticals radiolabeled with copper-64.

La Tomographie par Emission de Positrons (TEP) constitue l’une des techniques d’imagerie moléculaire les plus novatrices pour la visualisation in vivo des processus biologiques. Elle intervient comme technique de choix pour le diagnostic dans de nombreux domaines. La conception et l’élaboration de nouveaux radiotraceurs sont en perpétuel développement. Dans ce contexte une méthode d’introduction du radioisotope 11C a été développée pour le marquage de composés bioconjugées. Les conditions particulièrement douces de l’alcoxycarbonylation intramoléculaire mise au point ont permis un marquage en dernière étape de synthèse. La diversification des structures des précurseurs a également été envisagée grâce à un nouveau couplage biarylique catalysé à l’or sous conditions photorédox. Enfin la fonctionnalisation de motifs BODIPY a conduit à de premières avancées pour l’obtention de sondes bimodales innovantes. / Positron Emission Tomography (PET) is a powerful molecular-imaging technique for physiological andbiological investigations in various areas. Due to the increasing need of this technique for in vivoapplications, there is always a demand for the development of new tracers and radiolabelingstrategies. In this context an original method was developed to introduce the 11C-radioisotope for thelabeling of bioconjugated compounds. The extremely mild conditions of this intramolecular Pdcatalyzedalcoxycarbonylation allowed to label these structures in the last step of the synthesis.Diversification of the available precursors was investigated by a novel biaryl cross coupling using goldcatalisis under photoredox conditions. Finally, preliminary studies for the functionalization of BODIPYcores were realized to obtain innovative bimodal probes.