L’organocatalyse permet l’activation de réactions chimiques diverses et représente une méthode complémentaire à la catalyse métallique ou à la catalyse par les enzymes. Cette stratégie peut être moins toxique et relativement plus accessible, en plus d’être fréquemment économique et écologique. En induisant une intramolécularité temporaire, il est possible de surmonter les pénalités entropiques inhérentes aux réactions intermoléculaires. Les travaux effectués par le groupe de recherche du Pr. Beauchemin ont jusqu’à date permis d’actualiser et d’améliorer des réactions d’hydroamination, d’hydratation d’amino nitriles et d’hydrolyse d’amides organophosphoniques grâce à l’organocatalyse aux aldéhydes simples. Dans cette optique, cette thèse étudie l’application de cette méthodologie dans des réactions d’hydrolyse. Dans un premier temps, les paramètres réactionnels favorisant l’hydrolyse d’α-amino esters furent investigués. Les problèmes de labilité de divers substrats en milieu aqueux furent abordés, de même que les difficultés à effectuer un « turnover » catalytique efficace. Dans un deuxième temps, la mono-hydrolyse de 1-amino diester phosphonique fut étudiée. Les esters d’acide 1-amino phosphoniques suscitent un intérêt en raison de leurs bioactivités diverses, notamment comme analogues d’acides aminés capables d’interactions biologiques avantageuses. Il fut possible d’optimiser plusieurs conditions réactionnelles, de même que d’étendre la portée de cette méthode à la synthèse de dérivés portant des groupements alkyles. Sur un autre ordre d’idées, les hétérocycles azotés font preuve de bioactivités importantes et variées. Conséquemment, leur emploi dans les domaines pharmaceutique et agrochimique est incontournable. Les cycles de type pyrazolone sont particulièrement présents dans des composés pharmaceutiques et dans des insecticides et des herbicides, tandis que les triazolium-olates présentes des activités biologiques intéressantes. Il devient ainsi essentiel de développer des voies polyvalentes, efficaces, peu dispendieuses et plus vertes pour leur synthèse. Des travaux antérieurs du groupe Beauchemin ont élaboré la génération in situ d’isocyanates et d’isothiocyanates N-substitués, des intermédiaires rares dans la littérature. Ils furent utilisés dans des réactions de cycloaddition avec des alcènes et des imines, pour former des azométhine imines. La deuxième partie de cette thèse s’intéresse à la dérivation de ces azométhine imines en dérivés de pyrazolone et en triazolium-olates grâce à une réaction d’isomérisation. Cette approche permet une déconnexion novatrice pour synthétiser directement des hétérocycles riches en azote complexes. L’optimisation de cette réaction fut mise au point et sa portée fut étudiée. Cette méthode s’avère peu dispendieuse, n’emploie aucun catalyseur métallique, ne requière pas de préfonctionnalisation et ne génère pas de sous-produits. Finalement, l’application de cette isomérisation à la résolution cinétique des azométhines imines fut tentée.

Les dendrimères, font partie d'une famille particulière de polymères synthétiques, pouvant être utilisés comme nanovecteurs pour l'administration de médicaments grâce à leur structure polyvalente et leur action coopérative, ces fonctions étant confinées dans un volume de taille nanométrique. Notre groupe a récemment démontré que de petites unités dendritiques amphiphiles pouvaient s'auto-assembler en dendrimères supramoléculaires pouvant délivrer du siARN, avec une efficacité similaire à celle des dendrimères de grande génération construits de manière covalente. Dans cette thèse, ans le but de explorer des nouveaux dendrimères amphiphiles possédant des propriétés particulières d'auto-assemblage pour la délivrance de médicaments, j'ai synthétisé et caractérisé deux familles de dendrimères amphiphiles, à savoir des dendrimères bola-amphiphiliques de type PAMAM ainsi que des dendrimères amphiphiles biodégradables de type poly(aminoester). Leurs propriétés physico-chimiques et l'activité biologique pour la délivrance de siARN ont été étudiées. Nos résultats soulignent qu'elles constituent de nouveaux nanotransporteurs prometteurs pour la délivrance d'acide nucléique, voie dans laquelle nous poursuivons activement nos efforts. / Dendrimers, a special family of synthetic polymers, emerge as appealing nanovectors for drug delivery thanks to their unique precisely-controlled achitecture along with multivalency and cooperativity confined within a nanosized volume. Our group has recently demonstrated that small amphiphilic dendrons could self-assemble into supramolecular dendrimers, which mimick the covalently constructed high generation dendrimers and effectively deliver siRNA therapeutics in vitro and in vivo. In order to further explore novel amphiphilic dendrimers with special self-assembly properties for nucleic acid delivery, in this Ph.D thesis, I have synthesized and characterized two families of amphiphilic dendrimers, namely bola-amphiphilic PAMAM dendrimer and biodegradable amphiphilic poly(aminoester) dendrimer. Their physico-chemical properties and biological activity for siRNA delivery have been investigated. Our results demonstrate that they may constitute, via supramolecular self-assembling, effective and promising nanocarriers for nuclide acid delivery, in which we are actively pursuing our effort.

Le travail développé dans ce mémoire est une contribution à l'étude de la réactivité de dérivés doublement liés du germanium. Nous avons réussi au cours de ce travail, d'une part à synthétiser le premier aminoester a-germanié cyclique stable ainsi que son homologue phosphoré; nous avons montré d'autre part à travers quelques exemples, que grâce à sa structure originale, le germène Mes2Ge=CR2 (Mes = 2,4,6-triméthylphényl, CR2 = fluorénylidène) peut se comporter, en fonction des nitriles qui lui sont confrontés, comme une base, un réactif dipolaire 1,2 ou un hétérodiène. Cette ambivalence démontre le riche potentiel du germène comme synthon. Ce germène est un composé hyperréactif: ainsi de nombreux hétérocycles de structure inédite - difficilement accessibles par d'autres voies - ont été obtenus par des réactions de cycloaddition [2+2] ou [2+3] entre ce dernier et divers substrats insaturés tels que les isocyanates et isothiocyanates, les nitroalkyles et le disulfure de carbone. Nos résultats montrent donc que ce dérivé à double liaison germanium-carbone constitue une "brique moléculaire" de choix en synthèse organométallique et hétérocyclique.

Les dendrimères sont une famille de macromolécules utilisées dans de nombreux domaines d’applications. Parmi ceux-ci, le domaine biomédical concentre une grande partie de l’intérêt de recherche. En effet, la structure tridimensionnelle parfaitement définie et monodispersée des dendrimères en font de parfaits candidats pour une application en médecine. Initialement utilisés en tant que mimes de protéines comme cela fût le cas lors du développement de la première famille de dendrimères, les poly(amidoamines) (PAMAM), de nombreuses études sur la capacité de transfection de ces molécules ont été réalisées, avec des résultats extrêmement encourageants. Afin d’améliorer l’efficacité et la biocompatibilité de ces vecteurs non viraux, nous avons orienté nos recherches sur le développement de nouveaux dendrimères poly(aminoesters) potentiellement biodégradables par hydrolyse enzymatique ou par variation de pH.Compte tenu des résultats précédemment obtenus au laboratoire, concernant la synthèse en solution de ces dendrimères, nous avons envisagé de les synthétiser en deux parties, à savoir un coeur central fonctionnalisé et des dendrons comportant la fonctionnalité appropriée. Notre choix s’est plus particulièrement porté sur la chimie « Click », en l’occurrence la cycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen entre un azoture et un alcyne catalysée par du cuivre. D’autre part, nous avons également envisagé de créer de nouveaux dendrons à l’aide de la chimie supportée. En effet, cette méthodologie de synthèse basée sur deux étapes répétitives d’addition de Michael et d’estérification, semble très prometteuse pour obtenir des dendrons de plus hautes générations. / Dendrimers are a special family of synthetic macromolecules with myriad applications, in particular biomedical implementation. The tridimensional, monodispersed and well defined structure of dendrimers give to them a unique position in medicine applications. Initially used as a mimic of proteins, poly(amidoamine) dendrimers (PAMAM) are also very efficient for nucleic acid delivery. With the aim to improve the biocompatibility and delivery efficiency of these non viral vectors, we designed and synthesized new poly(aminoester) dendrimers as potential biodegradable dendrimers sensitive to enzymatic hydrolysis or pH variations.On the basis of our previous results for the solution-phase synthesis of poly(aminoester) dendrimers, we decided to construct our dendrimers using a multi functionalized core and dendrons with complementary functions. These building units will be connected together at the end of the synthesis by a Huisgen dipolar cycloaddition through a copper-catalysed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) well known as « Click » reaction. In order to obtain higher generation dendrimers, we explore the supported chemistry using both soluble and solid supports. The solid-phase synthesis based on two iterative steps, Michael addition and esterification, seems to be very promising.

Les dendrimères sont très prometteurs du fait de leur structure unique et de leur multivalence. Cependant, leur synthèse souffre de problèmes de défauts de structure et de présence de produits secondaires très similaires. Des approches synthétiques alternatives sont donc fortement désirées. L'objectif de ma thèse consiste à explorer la synthèse sur support solide et l’approche d'autoassemblage pour la préparation de dendrimères.La première partie de ma thèse se concentre sur la synthèse de dendrimères en phase solide. Nous avons tout d'abord développé une méthode de synthèse pour les dendrimères poly(amidoamines) basée sur la chimie des peptides. Nous avons ensuite construit une petite bibliothèque de dendrimères de type triazine en faisant varier la taille et la terminaison des dendrimères pour créer une variété de dendrimères. Nous avons aussi tenté de synthétiser des dendrimères poly(aminoesters) bien que nous n'ayons pu les obtenir du fait du caractère labile de ces dendrimères.La deuxième partie de ma thèse vise à appliquer l’approche d'autoassemblage pour la construction de dendrimères supramoléculaires comme théranostiques combinant l'imagerie et la thérapie. Nous avons synthétisé un petit dendrimère amphiphile portant DOTA pour chélater le Gd (III). Ce dendrimère est capable de s'autoassembler en supramolécule et d’encapsuler l’agent anticancéreux doxorubicine, pour construire des agents théranostiques à base de dendrimères multivalents.L’ensemble de ma thèse se consacre au développement de stratégies en phase solide et de l'autoassemblage pour construire des dendrimères pour les applications dans les domaines biomédicaux et des matériaux. / Dendrimers hold great promise for wide applications thanks to their unique structural architecture and multivalent cooperativity. However, dendrimer synthesis often suffers from structural defects caused by incomplete reactions and difficulties associated with purification. Consequently, alternative synthetic approaches to overcome the limitations of current dendrimer synthesis are in high demand.My first PhD project mainly focuses on establishing novel strategies and methodologies for solid-phase dendrimer synthesis with advantages of convenient complete synthesis and easy purification procedures. We first developed a new and concise solid-phase synthesis of PAMAM dendrimers based on the adoption of peptide synthesis chemistry. We then constructed a small library of triazine dendrimers varying in generations and surface groups with a view to rapidly synthesizing dendrimers with structural diversity. We also strived to synthesize poly(aminoester) dendrimers although we had difficult to get it thorough.My second PhD program aims to apply the self-assembly approach for constructing supramolecular dendrimer theranostics. A small DOTA-conjugated amphiphilic dendrimer with Gd(III)-chelation was synthesized and self-assembled into supramolecular nanomicelles to encapsulate the anticancer drug doxorubicin. The obtained system constitutes a multivalent nanotheranostic to combine imaging purpose with therapeutic utility.In summary, my PhD program mainly contributes to elaborating strategies for dendrimer synthesis using both solid-phase method and self-assembly approach in the view to realizing and broadening their applications in the arenas of biomedical and material sciences.