Pelargonium sp., appelé aussi « géranium » à odeur de rose ou « Géranium rosat » est l’une des plantes aromatiques et médicinales les plus cultivées au niveau international, essentiellement pour son huile essentielle (HE), utilisée par les industries des cosmétiques et de la parfumerie. Cette essence est extraite des feuilles par distillation vapeur et donne une HE riche de plusieurs centaines de molécules volatiles. Cette complexité est le résultat d’un long processus évolutif et de sélections variétales. Parmi ces composés volatils, les monoterpènes comme le géraniol, le citronellol et l’isomenthone, ou les sesquiterpènes comme le 10- γ-épi-eudesmol et le 6,9-guaiadiène, jouent un rôle prépondérant dans le parfum du Pelargonium. Les proportions relatives de ces différents composés sont d’ailleurs utilisées comme marqueurs de la qualité de l’HE et déterminent la typicité du parfum des différents cultivars et origines (P. cv. ‘rosat Bourbon’, P. cv. ‘rosat Chine’, P. cv. ‘rosat Égypte’ et P. cv. ‘rosat Grasse’). Malgré de très nombreux travaux portant sur la chimie de cette HE, il n’existe aucune information sur les voies de biosynthèse de ces molécules et aucun gène intervenant dans ces voies n’a été isolé. Durant cette thèse, nous avons cloné et caractérisé fonctionnellement par expression et purification des protéines recombinantes chez Escherichia coli des gènes codant les enzymes clés de ces voies de biosynthèse, les terpène synthases. Nous avons ainsi pu caractériser quatre terpène synthases, dont une géraniol synthase mono-produit. Nous avons isolé deux autres monoterpène synthases multi-produits, produisant pour l’une majoritairement du myrcène mais aussi trois autres monoterpènes, et pour l’autre majoritairement du 1,8-cinéole ainsi que 10 autres monoterpènes minoritaires. Enfin, une sesquiterpène multi-produit, la 10-γ-épi-eudesmol synthase, a été caractérisée. Nous avons ensuite analysé l’expression de la géraniol synthase et de la 10-γ-épi-eudesmol synthase dans différentes accessions de Pelargonium par RT-qPCR et nous avons montré la relation entre la capacité de production des différents composés volatils et le niveau d’expression dans les feuilles de ces deux terpène synthases. L’efficacité de la transformation génétique du Pelargonium par Agrobacterium tumefaciens étant élevée, des expériences de transgénèse ont aussi été réalisées afin de compléter la caractérisation fonctionnelle des gènes isolés. Dans une deuxième partie, nous avons réalisé l’analyse des essences produites par 64 espèces et cultivars de Pelargonium d’odeurs très diverses (citron, menthe, rose, abricot, pin, épices…). A l’aide d’analyses statistiques (ACP, analyse discriminante…), nous avons mis en évidence des relations entre la biochimie de ces cultivars, leurs odeurs et leurs proximités génétiques et cela afin de nous donner des pistes sur des croisements potentiellement intéressants. Enfin, un dernier chapitre est consacré à l’amélioration de la production d’HE en Égypte. Grâce à ce programme commencé il y a trois ans, nous améliorons chaque année la qualité et le rendement en HE de plus de 10 Ha de plantation de Pelargonium en Égypte. Un travail d’optimisation de la distillation ainsi que des améliorations des pratiques culturales, nous ont permis de produire une HE de qualité avec un rendement de plus de 60 kg.Ha-1 d’HE. D’autres expériences présentées dans ce chapitre soulignent l’influence de l’environnement et notamment de la température sur le ratio entre le citronellol et le géraniol ainsi que sur la biosynthèse de l’isomenthone, du 10-γ-épi-eudesmol et du 6,9-guaiadiène / Pelargonium sp, also named rose scented « geranium » or « Geranium rosat » is one of the the most cultivated aromatic and medicinal plant worldwide, especially for its essential oil (EO), which is used by cosmetic and perfumery industries. This essence is extracted from leaves by steam distillation and gives an EO containing several hundreds of organic volatile compounds (VOC). This complexity is the result of a long evolutive process and varietal selections. Among these VOC, the monoterpenes like geraniol, citronellol and isomenthone and the sesquiterpenes like 10-γ-epieudesmol and 6,9-guaiadiene, play an important role for the Pelargonium fragrance. The relative proportions of these compounds are used as EO quality markers and determine the different cultivars origins (P. cv. ‘rosat Bourbon’, P. cv. ‘rosat Chine’, P. cv. ‘rosat Egypt’ and P. cv. ‘rosat Grasse’). Despite the important researches on the chemistry of these EO, there is no information on the biosynthesis pathways for these molecules and no genes involved in the pathways have been isolated. During this PhD thesis, we have functionally characterized by recombinant proteins expression and purification in Escherichia coli, four genes, three monoterpene and one sesquiterpene synthases, coding for key enzymes in terpene biosynthesis pathway. The first enzyme is a mono-product geraniol synthase. The second enzyme is a multi-product enzyme with a major peak of myrcene and 3 minor peaks of other monoterpenes. The third enzymes is also a multi-product protein, producing 1,8-cineol as major product and 10 others monoterpenes. The last one is a multi-products sesquiterpene synthase producing mainly the 10-γ-epi-eudesmol and other sesquiterpenes. We have also analyzed the level of expression of the geraniol and 10 γ-epi-eudesmol synthases in several Pelargonium accessions by RT-qPCR and we have demonstrated the relationship between the level of expression of these two terpene synthases and the quantity of the related terpenes produced in leaves. Pelargonium transformation efficiency by Agrobacterium tumefaciens was tested in order to complete the functional characterization of the genes. In a second part, we have analyzed the essence of 64 species and cutivars of Pelargonium having very different fragrances like lemon, mint, rose, apricot, pine, spices… With different statistical tools (PCA, discriminant analysis…), we have highlighted the links between the biochemistry of these species and cultivars, their odors and their phylogenetic relationships. This worked gave us some interesting ideas for some new crossings. Finally, the last chapter concerns the EO production improvements in Egypt. Thanks to these researches, started 3 years ago, we are improving year after year our EO yield and quality in our 10 Ha R&D plantation. An important work was done to optimize the distillation process and improve the agricultural practices which abled us to reach a yield of 60 kg of EO per hectare. Some other experiments show the effect of the environmental factors such as the temperature on the biosynthesis of several important molecules like citronellol and geraniol, 6,9-guaiadiene and 10-γ-epi-eudesmol

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les polyimides sont des polymères a hautes performances souvent utilisés dans des environnements dits hostiles (hautes températures et hautes pressions, forts frottement, …). Ils sont connus pour leur forte résistance thermique et chimique mais aussi pour leur faible processabilité. La technique de synthèse la plus utilisée industriellement est celle utilisant les poly(acides amiques) comme intermédiaires, ce qui nécessite des solvants couteux et dangereux pour l’homme et l’environnement comme le crésol ou la N-methyl-2-pyrrolidone. Les polyimides semi-aromatiques ont eux des températures caractéristiques (fusion, transition vitreuse) plus basses que les polyimides aromatiques, ce qui permet d’augmenter leur processabilité (extrusion, injection). Une nouvelle technique de synthèse basée sur la polymérisation de sels précurseurs permet de synthétiser des polyimides (aromatiques ou non) en utilisant des solvants moins coûteux et moins dangereux. De nombreuses recherches ont été menées sur ce thème ces cinquante dernières années. À notre connaissance, cette technique n’est pas être utilisée industriellement. L’objectif de ces travaux de thèse consiste en la synthèse de polyimides semi aromatiques via la polymérisation à l’état solide de sels précurseur. Une étude préliminaire sur des molécules de faible masse molaire a permis de mettre en avant les paramètres critiques de l’étape de salification et le comportement thermique lors de l’imidification. Un protocole de salification et de polymérisation à l’état solide a été mis au point puis utilisé pour synthétiser trois polyimides semi-aromatiques présentant une solubilité accrue. Cette solubilité a permis une caractérisation complète des polymères, nous conduisant à un meilleur contrôle la synthèse. Des éléments de réponse au sujet des mécanismes réactionnels ont été proposés. Deux techniques visant le contrôle de la masse molaire des polymères synthétisés ont été testées puis comparées en termes d’efficacité et sur leur caractère industrialisable. Enfin, deux polymères synthétisés ont étés mis en œuvre puis caractérisés mécaniquement. / Polyimides are known as high performance polymers, they are used in harsh environments (high temperatures, high pressure, …). They also have low processibility. The most used industrial synthesis process is using poly(amic acid) as reaction intermediate. This process requires high prices solvents that are harmful for human being and environment such as n-methyl-2-pyrrolidone and cresol. Semi-aromatic polyimides have lower characteristic temperatures and can thus be processed easily. A new way of synthesis based on salt polymerisation can be used to synthesize polyimides (aromatic or not), this process only needs simple solvents such as water or ethanol. Numerous researches have been made on this subject in the past 50 years. To our knowledge, this technique is not used at industrial scale. The goal of this work is to synthetize semi-aromatic polyimides using solid-state salt polymerisation. A preliminary examination on low weight molecules allowed us to highlight critical parameters on every step of reactions and thermal behaviour. Both salification and polymerization protocols are been made with the view to synthetize 3 soluble polyimides. This solubility allowed us to characterize our polymers and to enhance polymerization control. Those characterizations provided us answers on salification and polymerization mechanisms. Two molar mass control techniques have then been compared in terms of industrialization and efficiency. At the end, polymers have been synthetized, processed and then characterized in physic-chemical and mechanical ways.

Dans le cadre de ces travaux, l’objectif fixé était de développer des polymères aromatiques possédant des propriétés de conduction protonique. Pour y parvenir des motifs de type acide sulfonique ont été introduits le long des chaînes macromoléculaires. La méthodologie de synthèse de ces polymères qui a été choisie, consistait à polymériser des précurseurs contenant dans leur structure un motif perfluoroalkyle sulfoné. Quatre précurseurs originaux ont ainsi été initialement synthétisés. Différents polymères aromatiques ont été préparés à partir de ces précurseurs en faisant varier le taux de séquences perfluoroalkyles sulfonées. Ces polymères ont ensuite été mis en oeuvre sous la forme de membranes denses selon un procédé de coulée évaporation. A partir de ces membranes, des études de gonflement à l’eau et de conductivité ionique ont été réalisées. / As part of this work, the objective was to develop aromatic polymers with proton conduction properties. To achieve this, the sulfonic acid motifs were introduced along the macromolecular chains. The methodology of synthesis of these polymers was to polymerise the precursor containing in their structure a perfluoroalkyl sulfone moieties. Four novel precursors have been initially synthesized. Different aromatic polymers were prepared from these precursors by varying the rate of perfluoroalkyl sulfonated sequences. These polymers were then used in the form of dense membranes obtained by a casting process of evaporation. From these membranes, swelling studies in water and ionic conductivity were carried out.

L’espace sensoriel des vins secs de Riesling a été établi en utilisant diverses méthodologies d’analyse sensorielle. Cela a été possible grâce à la comparaison avec des vins blancs secs de styles différents, en particulier avec des vins blancs secs de Bordeaux montrant une caractéristique aromatique forte du Sauvignon blanc. Deux panels d’experts, l’un en France, l’autre en Allemagne ont démontré que la typicité aromatique des vins Riesling est particulièrement associée à des descripteurs fruités comme les notes d’agrume et de fruits jaunes. Des corrélations ont aussi été établies entre les données sensorielles et l’analyse quantitative des composés volatils déterminés par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CG-SM). En particulier, pour la première fois, il a été possible de démontrer que les teneurs en 3 sulfanylhexan 1-ol (3SH) sont significativement corrélées avec le jugement de typicité des vins de Riesling. Ensuite, l’impact de conditions viticoles (régime hydrique de la vigne, pratique de l’effeuillage) pendant la période végétative a été mesuré vis à vis des teneurs en précurseurs d’arômes des raisins et des moûts ainsi que pour des composants aromatiques des vins. Ainsi, les concentrations en composés volatils tels que le 3SH, le linalol et le 1,1,6-trimethyl-1,2-dihydronaphthalene (TDN) dans les vins sont évidemment influencées par des facteurs viticoles. Par ailleurs, dans une démarche de caractérisation de composés de l’arôme des vins de Riesling, un composé bien connu, le trans-cinnamate d’éthyle, a été identifié comme étant susceptible d’influencer l’arôme des vins et d’être impliqué dans la perception de leur typicité aromatique. La méthodologie appliquée pour arriver à ce résultat, a intégré à la fois le fractionnement par chromatographie en phase liquide de haute performance (CLHP) en associant une approche sensorielle comparative entre les extraits de vins Riesling et ceux de vins blancs secs de Bordeaux, puis la chromatographie en phase gazeuse en deux dimensions en mode de détection par olfactométrie et spectrométrie de masse de haute résolution (2D-CG-O-HRMS). Le couplage de ces deux approches a permis de constituer des outils suffisamment pertinents pour décrypter l’arôme du Riesling. L’ensemble de ces résultats a permis d’accroitre nos connaissances sur l’expression aromatique des vins de Riesling et les composés aromatiques impliqués ainsi que sur l’impact des conditions viticoles. / The sensory concept of typicality of dry Riesling wines was demonstrated using different sensory analysis methodologies. This was achieved by comparison to other styles of dry white wines especially from Bordeaux, which showed strong Sauvignon blanc character. ‘Fruity’ descriptors like ‘citrus fruit’ and ‘yellow fruit’ were shown to be related to dry Riesling wines’ typicality independently by two panels of wine experts. Analysis of volatiles by means of gas chromatography coupled to mass selective detection (GC-MSD) was realised in order to link sensory data to aroma compounds’ concentrations. For the first time, concentrations of the high potent aroma compound 3 sulfanylhexan-1-ol (3SH) were shown to correlate with typicality ratings for Riesling wines. The impact of viticultural conditions during the grape vine growing period on finished wines’ aroma was studied with respect to grape vine water status and leaf removal practices including precursor studies in berries and must. It was clearly shown that changing viticultural conditions influenced volatile aroma compounds’ concentrations in finished wines, especially for 3SH, linalool and 1,1,6 trimethyl-1,2-dihydronaphthalene (TDN). Additionally the well-known aroma compound trans-ethyl cinnamate was identified to be a possible impacting aroma compound implicated in Riesling wines’ aromatic typicality. The applied methodology using two-dimensional gas chromatography with olfactometric and high resolution mass spectrometric detection (2D-GC-O/HRMS) after a sensory guided fractionation using high pressure liquid chromatography (HPLC) in a comparative approach to dry white wines from Bordeaux, showed to be a powerful tool to decrypt Riesling wines’ aroma. The totality of results allowed improving the knowledge on aromatic typicality of Riesling wines and the imparted aroma compounds and how those concentrations could be influenced by changing viticultural conditions. / Das eigene sensorische Konzept der Typizität von trockenen Rieslingweinen wurde mittels unterschiedlicher sensorischer Methoden nachgewiesen. Dies wurde insbesondere durch den Vergleich mit trockenen Weißweinen anderer Stile, vornehmlich mit trockenen Weißweinen aus Bordeaux, welche eine ausgeprägte Sauvignon blanc Stilistik aufwiesen, erzielt. Es konnte mithilfe von zwei unabhängigen sensorischen Panels, bestehend aus Weinexperten, gezeigt werden, dass die aromatische Typizität von trockenen Rieslingweinen mit „fruchtigen“ Deskriptoren, wie „Zitrus“ oder „gelbe Früchte“ zusammenhängt. Die mittels Gaschromatographie, gekoppelt mit massenspektrometrischer Detektion, (GC-MSD) gemessenen Konzentrationen flüchtiger Verbindungen wurden mit den sensorischen Daten korreliert. Hierbei wurde zum ersten Mal gezeigt, dass die Konzentrationen des hoch potenten Aromastoffes 3 Sulfanylhexanol (3SH) mit der wahrgenommenen Typizität von Rieslingweinen im engen Zusammenhang stehen. Der Einfluss weinbaulicher Bedingungen während der vegetativen Phase auf das Aroma von Weinen, einschließlich der Aromastoffvorstufen in Beeren und Most, wurde hinsichtlich der Wasserversorgung der Rebe und verschiedener Entblätterungspraktiken untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sich ändernde weinbauliche Bedingungen die Gehalte von Aromastoffen in den Weinen beeinflussen, insbesondere die von 3SH, Linalool und 1,1,6 Trimethyl-1,2-dihydronaphthalene (TDN). Zusätzlich hierzu wurde der Aromastoff trans-Zimtsäureethylester als möglicher beteiligter Aromastoff in der Wahrnehmung der aromatischen Typizität in Rieslingweinen identifiziert. Der hierzu angewandte vergleichende Ansatz mit trockenen Weißweinen aus Bordeaux unter Verwendung einer sensorisch geleiteten Fraktionierung mittels Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie (HPLC) und anschließender zweidimensionalen Gaschromatographie gekoppelt mit olfaktorischer und hochauflösender massenspektrometrischer Detektion erwies sich als sehr gut geeignetes Werkzeug zur Dechiffrierung des Aromas von Rieslingweinen. Die Gesamtheit der Ergebnisse ermöglichte es das Wissen über die aromatische Typizität von Rieslingweinen und die beteiligten Aromastoffe zu erweitern, und einen Einblick zu bekommen wie diese Konzentrationen durch weinbauliche Faktoren beeinflusst werden.

Dans le cadre d’un projet général concernant l’étude de la réactivité des acidesbenzoïques non protégés avec les organométalliques, la synthèse totale d’analoguesstructuraux de l’apogossypol mettant en jeu des réactions de métallation aromatique a étéétudiée ainsi que la réaction de substitution nucléophile aromatique des acides benzoïquesortho-fluorés et ortho-méthoxylés.Le gossypol, (1,1’,6,6’,7,7’-hexahydroxy-5,5’-di-iso-propyl-3,3’-diméthyl-2,2’-binaphtalène-8,8’-dicarboxaldéhyde), pigment principal des graines du cotonnier, existe sousla forme de deux atropoisomères et possède de multiples applications pharmaceutiques. Il estnotamment un inhibiteur efficace des protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2. Legossypol déformylé ou apogossypol présente des propriétés similaires mais est plus stable,plus sélectif et moins toxique. Une méthode permettant de remplacer les groupes iso-propylesdu gossypol par des groupes structurellement proches a été mise au point. La stratégie retenuemet à profit les compétences du laboratoire dans le domaine des réactions de métallation etrepose sur la lithiation latérale de l’acide 4-hydroxy-6,7-diméthoxy-8-méthyl-2-naphtoïquepar le tétraméthylpipéridure de lithium. Divers dérivés 5,5’-didés-iso-propyl-5,5’-dialkylapogossypol racémiques ont été préparés selon cette méthode. La synthèse asymétriqued’analogues de l’apogossypol a également été étudiée et la voie de synthèse sélectionnéerepose sur le « concept lactone ». Un intermédiaire avancé de la synthèse, une lactonefonctionnalisée potentiellement réductible de façon asymétrique, a été préparée.La deuxième partie est consacrée à l’étude de la réaction de substitution nucléophilearomatique des acides benzoïques ortho-fluorés et ortho-méthoxylés (réaction SNArAB). Unerevue de la littérature des réactions de substitution nucléophile aromatique activée par lesesters est présentée. L’influence de substituants méthoxylés et halogénés (F, Cl, Br) sur lasélectivité SNAr/addition 1,2 a été évaluée. Il est montré que les acides 2-fluoro-6-halogénobenzoïques conduisent, par réaction avec les aryllithiens et les arylmagnésiens, auxproduits d’ipso-C2-substitution avec un excellent rendement et la réaction SNArAB permet unaccès efficace aux acides 3-halogéno-[1,1’-biphényl]-2-carboxyliques. Dans le cas de l’acide2,3-diméthoxybenzoïque, il a été découvert que la présence d’un substituant méthoxy enposition 3 permet de limiter la formation de cétone et le produit d’ipso-substitution est isoléavec un rendement correct. / As part of a program directed toward the study of the reactivity of unprotected benzoicacids with polar organometallics, the total racemic synthesis of apogossypol analogues bymetalation reactions was studied as well as the aromatic nucleophilic substitution reaction ofortho-fluoro- and ortho-methoxybenzoic acids (SNArAB reaction).Gossypol (1,1’,6,6’,7,7’-hexahydroxy-5,5’-di-iso-propyl-3,3’-diméthyl-2,2’-binaphtalène-8,8’-dicarboxaldéhyde) which is the main pigment of cotton seed, displaysmultiple pharmacological applications. It is a potent anti-apoptotic Bcl-2 protein inhibitor.The racemic route developed herein allows the replacement of the iso-propyl groups byvirtually any alkyl groups, providing a series of 5,5’-dides-iso-propyl-5,5’-dialkylapogossypolderivatives. Lateral metalation of 4-hydroxy-6,7-dimethoxy-8-methyl-2-naphthoic acid withLTMP is the key step of the synthesis. Atroposelective synthesis of apogossypol analoguewas also examined. The strategy relies on the “lactone concept” and involves a functionalizedlactone as a key intermediateThe influence of halogen atoms (F, Cl, Br) and methoxy groups on the 1,2-addition/SNArAB selectivity was examined. Treatment of 2-fluoro-6-halobenzoic acids withorganolithiums or Grignard reagents gives ipso-substituted products in excellent yields. Themethod allows the efficient preparation of 3-halo-[1,1’-biphenyl]-2-carboxylic acids and doesnot require protection of the carboxylate. Interestingly, the presence of an additional methoxyin C3 reduces the nucleophilic addition of the organometallic species to the carboxylate and2,3-dimethoxybenzoic acid affords ipso-substituted products in good yields.

Les études présentées dans le cadre de cette thèse visent à copolymériser l'ԑ-caprolactame (CL) avec différents dérivés de l'α-amino-ԑ-caprolactame (qui possèdent une amine primaire fonctionnalisable) par polymérisation anionique par ouverture de cycle. En utilisant cette stratégie, nous décrivons; (i) la préparation de polyamides 6 fluorés thermiquement plus stables, et ayant une surface hydrophobe; (ii) la synthèse de polyamides 6 portant des groupes pendants cinnamoyl thermo et photosensibles. Une réticulation réversible est observée ainsi que l'amélioration des propriétés thermo-mécaniques; (iii) la copolymérisation anionique par ouverture de cycle de CL avec un bis-monomère issu de l'α-amino-ԑ-caprolactame comme contrôle de la réticulation du polyamide 6. Enfin, dans le cadre de notre intérêt continu pour la chimie du polyamide 6, nous avons mis en évidence la possible combinaison de la polymérisation anionique par ouverture de cycle de CL avec la polycondensation en chaîne de l'éthyl-4-butylaminobenzoate pour obtenir en une étape un polyamide aliphatique/aromatique / The studies presented in this thesis aim to copolymerize ԑ-caprolactam (CL) with different derivatives of α-amino-ԑ-caprolactam (which has a functionalizable primary amine) via anionic ring-opening polymerization. By using this strategy, we describe: (i) the synthesis of thermally more stable fluorinated polyamide 6 having a hydrophobic surface; (ii) the synthesis of polyamides 6 bearing pendant cinnamoyl groups, which are thermo-and photoresponsivechromophore groups, and demonstrating their reversible crosslinking as well as improved thermo-mechanical properties; (iii) the copolymerization ofCL with a crosslinker (N-functionalized α-amino-ԑ-caprolactambis-monomers) into crosslinked polyamides 6.As part of our continuing interest in polyamide 6 chemistry, we developed the combination of anionic ring-opening polymerization of CL and chain-growth condensation polymerization of ethyl 4-butylaminobenzoate in order to obtain aliphatic/aromatic polyamides in one-step.

Depuis plus d’un siècle, la chimie hétérocyclique représente l’un des plus vastes domaines de recherche en chimie organique. En particulier, les hétérocycles bicycliques fusionnés à 5 chaînons, contenant à la fois des atomes de soufre et d’azote, présentent, de par leur rareté et leur potentiel biologique, un champ d’intérêt croissant pour les équipes de recherche et développement académiques ou des entreprises pharmaceutiques. Parmi les nombreux composés bicycliques [5-5], notre étude s’est focalisée sur le noyau imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole décrit sporadiquement dans la littérature et pour lequel les voies d’accès actuelles ne se limitent qu’à une seule méthode faisant intervenir une étape de cyclisation et des conditions drastiques. Ce verrou entraine inéluctablement une faible diversité fonctionnelle autour de cet hétérocycle, restreignant ainsi les domaines d’applications notamment biologiques. Afin de pallier à cette problématique, nous avons initié une étude de la réactivité de chacune des trois positions fonctionnalisables du bicycle imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole, développant ainsi diverses réactions pallado-catalysées (Suzuki-Miyaura, CH-arylation, Buchwald-Hartwig), de substitution nucléophile aromatique et de Pictet-Spengler. L’étude des propriétés biologiques des différents composés synthétisés et hautement valorisables durant ces travaux a abouti à la découverte de deux séries de molécules inhibant sélectivement les kinases DYRK-1A et CLK-1, deux protéines d’intérêt dans le traitement des affections du système nerveux central (neuropathies, Alzheimer…). / For more than a century, heterocyclic chemistry is one of the largest area in organic chemistry research. In particular, because of their rarity and their biological potential, [5-5] fused ring heterocycles containing both sulfur and nitrogen atoms are a large area of interest for both academic and industrial research and development teams. Among these numerous [5-5] bicycles, our study is focused on imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole scaffold, which is quite few described in the literature and whose pathways are limited to almost one method involving a cyclisation step and drastic conditions. This lock leads inevitably to low functional diversity around this heterocycle, thus restricting its applications, including biological. In order to overcome this problematic, we then initiated the reactivity study of each three positions of the bicycle imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole, developing thereby several palladium couplings (Suzuki-Miyaura, direct arylation, Buchwald-Hartwig), as well as aromatic nucleophilic substitution and Pictet-Spengler reaction. The study of the biological properties of the different compounds synthesized in this work and highly valuable led to the discovery of two series of molecules, inhibiting selectively DYRK-1A and CLK-1, two kinases of interest in the treatment of dysfunction of central nervous system (neuropathies, Alzheimer…).

La découverte de nouveaux candidats susceptibles de lutter contre différentes pathologies, en l’occurrence le cancer et les maladies neurodégénératives, constitue l’un des principaux objectifs de notre groupe de recherche. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse ont pour but principal, la conception de deux nouvelles classes d’hétérocycles de structure planes, jusqu’à ce jour, très rarement étudiées, à savoir les pyrido[2’,1’ :1,5]pyrazolo[3,4-d]pyridazines et les pyrido[2’,1’ :1,5]pyrazolo[3,4-d]pyrimidines. Ce manuscrit est essentiellement dédié à un travail de méthodologie décrivant les différentes voies d’accès à ces originaux précurseurs tricycliques potentiellement modulables. La réactivité de ces synthons clés est ensuite étudiée vis-à-vis de réaction de substitutions nucléophiles aromatiques et de divers procédés de fonctionnalisation palladocatalysés (Suzuki-Miyaura, Buchwald-Hartwig, activation au PyBrOP-(hétéro)arylation) pour élaborer d’intéressantes chimiothèques construite autour de ces structures inédites ouvrant ainsi de nombreuses perspectives pharmacologiques. / The discovery of new candidates to fight against various diseases, namely cancer and neurodegenerative diseases, is one of the main goals of our research group. In this context, the main purpose of this thesis, is the design of two new classes of heterocyclic planar structure, to date, rarely studied, namely pyrido[2’,1’ :1,5]pyrazolo[3,4-d]pyridazines and pyrido[2’,1’ :1,5]pyrazolo[3,4-d]pyrimidines. This manuscript is essentially dedicated to a methodology work describing the different routes of access to these originals and potentially modular tricyclic precursors. The reactivity of these key synthons is then studied towards aromatic nucleophilic substitutions reactions and various palladocatalyzed methods of functionalization (Suzuki-Miyaura, Buchwald-Hartwig, activation PyBrOP-(hetero) arylation) to develop interesting libraries built around these unusual structures, thus opening numerous pharmacologicals perspectives.

Ce mémoire présente mes travaux ayant menés au développement d’une première génération de radioligands marqués au fluor-18 (t1/2 = 110 min) et au carbone-11 (t1/2 = 20.4 min) destinés à l’imagerie cérébrale in vivo du récepteur tyrosine kinase neurotrophique de type 2 (TrkB) en tomographie par émission de positons (TEP). Ces travaux reposent sur l’identification récente de ligands de TrkB non peptidiques à hautes affinités dérivés du 7,8-dihydroxyflavone. La synthèse d’une série de dérivés du 7,8-dihydroxyflavone non-radioactifs de même que des précuseurs à l’incorporation du fluro-18 et du carbone-11 a d’abord été effectuée. Partant des précurseurs adéquats synthétisés, la radiosynthèse de deux radioligands, l’un marqué au fluor-18 et l’autre au carbone-11, a été développée. Ces radiosynthèses reposent respectivement sur une 18F-radiofluorination nucléophile aromatique nouvelle et hautement efficace et sur une 11C-méthylation N-sélective. Les radiotraceurs de TrkB ainsi obtenus ont ensuite été évalués in vitro en autoradiographie et in vivo en tant que traceurs TEP dans des rats. L’évaluation des propriétés physico-chimique de même que de la stabilité in vitro des radiotraceurs sont présentées. Partant d’une série d’analogues cristallisés de ces flavones synthétiques, une étude de relation structure-activité a été menée. La combinaison de cette étude, de pair avec l’évaluation in vivo de la première génération de radiotraceurs de TrkB a aussi permis d’investiguer les pharmacophores nécessaires à l’affinité de ces ligands de même que d’identifier des fragments structurels associés au métabolisme des radiotraceurs. La radiosynthèse d’un troisième radioligand de TrkB et son évaluation TEP in vivo de même que la mise en lumière des modifications structurelles utiles au développement d’une seconde génération de radioligands de TrkB avec des propriétés optimisées pour fin d’imagerie TEP sont aussi détaillés. / This thesis describes my contribution leading to the development of the first-generation positron emission tomography (PET) radioligands labeled with fluorine-18 (t1/2 = 110 min) or carbon-11 (t1/2 = 20.4 min) for the in vivo brain imaging of tropomyosin-related kinase B (TrkB). This research follows from the recent discovery of non-peptidic, high-affinity TrkB ligands derived from 7,8-dihydroxyflavone. The synthesis of non-radioactive 7,8-dihydroxyflavone derivatives and radiolabeling precursors amenable to fluorine-18 and carbon-11 incorporation was performed. Two synthesized compounds have been brought forward as precursors for radiolabeling with either fluorine-18 or carbon-11. Radiosynthesis involved either a novel nucleophilic aromatic subsitution with [18F]fluoride, or N-methylation with [11C]methyl iodide or [11C] methyl triflate. The resulting radiotracers were assessed in vitro by autoradiography and in vivo by PET scans of rats. The physicochemical properties and serum stability of these tracers were also evaluated. X-ray crystal structures of a series of synthetic flavone analogues were used as basis for structure-activity relationship (SAR) analysis. In combination with the above in vivo PET evaluation of these compounds, certain pharmacophores were shown essential for ligand binding affinity. In addition, some structural fragments were associated with in vivo ligand metabolism. The development and radiosynthesis of a third TrkB radiotracer, along with its in vivo PET evaluation and structural analysis, is also described here. In all, better understanding of these tracers have led to the design of potential second-generation TrkB ligands with more optimal properties as PET radiotracers.