Le travail présenté dans le mémoire apporte une contribution dans le domaine de la synthèse et de la caractérisation structurale, spectroscopique et thermodynamique de ligands macropolycycliques dérivés du 5,12-dioxocyclame (L1). <br />La première partie est consacrée à l'étude du ligand L1, de son dérivé N-méthylé L2 et d'un récepteur ditopique constitué de deux unités dioxocyclamiques maintenues face-à-face par des ponts m-xylyle (L3). Des titrages potentiométriques ont mis en évidence la protonation coopérative des deux diamides monocycliques et un phénomène d'allostérie induit par le proton dans le cas du macrotricycle L3. Les complexes de nickel(II) et de cuivre(II) de géométrie plan-carrée ont été isolés et caractérisés par diffraction des rayons X, spectroscopies IR, UV-vis et RPE. La formation de liaisons hydrogène intermoléculaires entre les atomes d'oxygène amidiques et les molécules d'eau cocristallisées affectent l'énergie des orbitales d du cuivre. <br />La seconde partie relate la synthèse et les études physico-chimiques à l'état solide et en solution de macrobicycles possédant une anse o-xylyle (L4), m-xylyle (L5 et L7) ou pyridyle (L6). Leurs propriétés structurales et acido-basiques sont gouvernées par la formation de liaisons hydrogène intramoléculaires qui impliquent les amines tertiaires dont la protonation est lente à l'échelle de temps de la spectroscopie RMN. Les complexes de cuivre(II) correspondants ont été étudiés par diffraction des rayons X et par spectroscopies IR, UV-vis et RPE. Les ligands L4, L5 et L7 coordinent l'ion Cu2+ selon une géométrie plan-carrée déformée tandis que le ligand pentadentate L6 conduit selon le pH à la formation réversible d'un complexe tétra- ou pentacoordiné. La structure cristallographique du composé [Cu(L7)](ClO4)2 a montré que les contraintes stériques imposées par la cage moléculaire rigide induisent une déformation du noyau benzénique de l'anse et une interaction entre le métal et le cycle aromatique.

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse avait pour but de synthétiser de nouveaux composés pour des applications en imagerie médicale. La première partie porte sur la synthèse de ligands hétéroleptiques pour la chélation de deux métaux différents en vue d’une utilisation dans deux types d’imagerie. Pour cela, nous avons d’abord synthétisé des porphyrines. Ces molécules sont connues pour la chélation de nombreux métaux de transition et notamment le cuivre, dont l’isotope cuivre-64 est un radioémetteur β+ utilisable en Tomographie par Émission de Positron (TEP). Ces porphyrines ont été couplées à un dérivé du DOTA, molécule connue pour son application, après métallation avec du gadolinium, en Imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Ces composés possèdent des valeurs de relaxivité encourageantes pour une application en IRM. Enfin, des biomolécules ont été modifiées afin de vectoriser nos composés. La seconde partie porte sur la synthèse de composés pour l’imagerie médicale par optique non-linéaire. Nous avons dans un premier temps synthétisé des porphyrines amphiphiles et zwiterrioniques pour la Génération de Second Harmonique (GSH). Leur efficacité a été mesurée et celle-ci est suffisante pour pouvoir envisager l’obtention d’images. Dans un second temps, nous avons travaillé sur la synthèse d’un composé pour une application en imagerie biphotonique et en IRM. Pour cela, nous avons relié un dérivé du DOTA avec un fluorophore de type DPP. Le composé final a été métallé avec du gadolinium et sa relaxivité est supérieure à celle du DOTA(Gd). / The goal of my PhD studies was to synthesize new compounds for possible medical imaging applications. The first part of my thesis focused on the synthesis of heteroleptic ligands to achieve the chelation of two different metals aimed at addressing two types of medical imaging. We first synthesized porphyrins, which are well-known for the chelation of numerous transition metals. We focused on copper, whose copper-64 isotope is a β+ emitter usable in Positron Emission Tomography (PET). These porphyrins have been coupled with a DOTA derivative. This molecule, metallated with gadolinium, is well-known in Magnetic Resonance Imaging (MRI). Our compounds display encouraging relaxivities for MRI applications. At last, these molecular probes have been conjugated to a few biomolecules in order to vectorize our compounds. The second part of this work is related to the synthesis of fluorophores for nonlinear optical imaging. We first synthesized amphiphilic zwitterionic porphyrins for Second Harmonic Generation (SHG). The efficiency of these compounds has been measured and was satisying enough to consider the possibility to perform imaging studies. We also worked on the synthesis of compounds for Two Photon Emission Fluorescence (TPEF) imaging and MRI. We have linked a DOTA derivative with a diketopyrrolopyrrole (DPP). This conjugate has been metallated with gadolinium and its relaxivity has been measured. Interestingly, this value is superior to that of DOTA(Gd).

Le travail présenté dans ce mémoire avait pour but de synthétiser de nouvelles molécules dont l'architecture donne accès à des complexes hétérobimétalliques aux propriétés intéressantes pour l'imagerie médicale multimodale. Dans ce manuscrit plusieurs points principaux ont donc été abordés. La première partie de se travail porte sur la synthèse et la caractérisation des ligands. Nous décrivons dans ce manuscrit la synthèse de cinq nouveaux ligands hétérobismacrocycliques basés sur l'association d'une porphyrine et d'un ou de plusieurs dérivés du cyclène. Ces ligands présentent la particularité d'être solubles en milieux aqueux. Au cours des synthèses, nous avons ciblé les améliorations à apporter à notre travail et élaboré une nouvelle voie de synthèse qui permet d'accéder, en seulement six étapes, à un ligand composé d'une porphyrine, d'un dérivé du cyclène et d'une fonction amine libre qui permettra de greffer le ligand sur un vecteur biologique. La seconde partie de ce manuscrit porte sur l'incorporation de centres métalliques dans les ligands synthétisés ainsi que l'étude de leur efficacité en tant qu'agent de contraste de l'IRM. Nous décrivons la synthèse de cinq complexes de gadolinium (III) et de trois complexes hétérobimétalliques associant du gadolinium (III) et du cuivre (II). En effet, le gadolinium est actuellement utilisé dans les agents de contraste de l'IRM et un des isotopes du cuivre, le cuivre-64, est utilisé en imagerie PET. Nous décrivons un protocole de mesure de la relaxivité des complexes à haut et à bas champs magnétiques. Cinq complexes présentent des valeurs de relaxivité quatre fois supérieures à celles des agents de contraste commerciaux de l'IRM. Le dernier chapitre de ce travail porte sur la synthèse, la caractérisation et les études photophysiques de quatre antennes moléculaires associant des porphyrines et des BODIPY. Nous avons développé deux voies de synthèses originales. La première est basée sur la création de liaisons bore-oxygène en substituant les atomes de fluor portés par l'atome de bore des BODIPY. L'autre voie de synthèse utilise la réaction de cycloaddition dipolaire d'Huisgen. Nous décrivons des études photophysiques qui mettent en évidence des transferts d'énergie du BODIPY vers la porphyrine Nous avons mis en évidence le premier exemple de transfert d'énergie d'une porphyrine vers un BODIPY grâce à un système "blue" BODIPY étendu couplé à des porphyrines par une réaction de chimie "click".

Le travail présenté dans ce mémoire avait pour but de synthétiser de nouvelles molécules dont l’architecture donne accès à des complexes hétérobimétalliques aux propriétés intéressantes pour l’imagerie médicale multimodale. Dans ce manuscrit plusieurs points principaux ont donc été abordés. La première partie de se travail porte sur la synthèse et la caractérisation des ligands. Nous décrivons dans ce manuscrit la synthèse de cinq nouveaux ligands hétérobismacrocycliques basés sur l’association d’une porphyrine et d’un ou de plusieurs dérivés du cyclène. Ces ligands présentent la particularité d’être solubles en milieux aqueux. Au cours des synthèses, nous avons ciblé les améliorations à apporter à notre travail et élaboré une nouvelle voie de synthèse qui permet d’accéder, en seulement six étapes, à un ligand composé d’une porphyrine, d’un dérivé du cyclène et d’une fonction amine libre qui permettra de greffer le ligand sur un vecteur biologique. La seconde partie de ce manuscrit porte sur l’incorporation de centres métalliques dans les ligands synthétisés ainsi que l’étude de leur efficacité en tant qu’agent de contraste de l’IRM. Nous décrivons la synthèse de cinq complexes de gadolinium (III) et de trois complexes hétérobimétalliques associant du gadolinium (III) et du cuivre (II). En effet, le gadolinium est actuellement utilisé dans les agents de contraste de l’IRM et un des isotopes du cuivre, le cuivre-64, est utilisé en imagerie PET. Nous décrivons un protocole de mesure de la relaxivité des complexes à haut et à bas champs magnétiques. Cinq complexes présentent des valeurs de relaxivité quatre fois supérieures à celles des agents de contraste commerciaux de l’IRM. Le dernier chapitre de ce travail porte sur la synthèse, la caractérisation et les études photophysiques de quatre antennes moléculaires associant des porphyrines et des BODIPY. Nous avons développé deux voies de synthèses originales. La première est basée sur la création de liaisons bore-oxygène en substituant les atomes de fluor portés par l’atome de bore des BODIPY. L’autre voie de synthèse utilise la réaction de cycloaddition dipolaire d’Huisgen. Nous décrivons des études photophysiques qui mettent en évidence des transferts d’énergie du BODIPY vers la porphyrine Nous avons mis en évidence le premier exemple de transfert d’énergie d’une porphyrine vers un BODIPY grâce à un système “blue” BODIPY étendu couplé à des porphyrines par une réaction de chimie “click”. / The goal of my PhD thesis was to synthesize new molecules, which give access to heterobimetallic complexes with interesting properties for multimodal imaging. In this manuscript, several main points have been studied. The first part of this work concerns the synthesis and characterization of ligands. We describe here the synthesis of five new ligands based on the association of one porphyrin and one or several cyclen derivatives. Those ligands are water-soluble. During the synthesis, we have targeted improvements to our work and developed a new synthetic pathway, which allowed us to obtain one ligand incorporating a porphyrin, a cyclen derivative and a free amine function. This function could be activated to further graft the ligand onto a biological vector. The second part of this manuscript describes the chelation of metallic centers into the ligands and the study of their efficiency as MRI contrast agents. We describe the synthesis of five gadolinium (III) complexes and three heterobimetallic complexes associating gadolinium (III) with copper (II). Indeed, gadolinium is currently used in contrast agents for MRI and the radioactive isotope of copper, copper-64 is used in PET imaging. We describe also a procedure to measure the relaxivity of the gadolinium complexes at low and high magnetic fields. Five complexes exhibit relaxivity values five times larger than commercially available MRI contrast agents. The last part of this work is related to the synthesis, characterization and photophysical studies of four molecular antennas incorporating porphyrins and BODIPY. We describe two original synthetic pathways. The first one is based on the formation of boron-oxygen bonds by substitution of the fluorine atoms bound to BODIPY boron atom. The second synthetic pathway involves the Huisgen’s dipolar cycloaddition. We describe photophysical data and give evidences of the energy transfer from BODIPY to porphyrin. We present also the first example of energy transfer from porphyrin to BODIPY in the system obtained by “click” chemistry involving an extended “blue” BODIPY.