Organic solar cells have the potential to become a low-cost photovoltaic technology. One approach to further increase the device efficiency aimsvto cover the near-infrared region of the sunvspectrum. However, suitable absorber materials are rare. This thesis focuses on the material class of aza-bodipy and dibenzo-aza-bodipy as near-infrared absorber materials for organic solar cells. Besides the synthesis of novel thiophene-substituted aza-bodipys, azadiisoindomethenes were prepared by the addition of Grignard reagents to phthalodinitrile an subsequent reduction with formamide. Starting from these azadiisoindomethenes as precursors, complexes with borondifluoride, boroncatechole and transition metals were synthesized. The optical and electrochemical properties of all compounds prepared were investigated by experimental and theoretical methods. The (dibenzo-)aza-bodipys are characterized by their electronic structure, comprising a central electron acceptor core and peripheral electron donor units. The substituents at the donor units offer a stronger impact on the HOMO energy than on the LUMO energy. Electron donating substituents at the donor units result in an overall decreased HOMO-LUMO gap. This allows to redshift the absorption maximum up to 800 nm. The corresponding dibenzo-analogues already demonstrate a bathochromic shift of the absorption compared to the (non-annulated) aza-bodipys. Yet, the central acceptor is weakened and a further redshift by substituents is less distinct. The compounds can be thermally evaporated in high vacuum. The required thermal stability is increased in some cases by boroncatechol compared to borondifluoride complexes, without significant influence on the optical and electrochemical properties. Besides the characterization of the molecular properties, promising materials were evaluated in thin fifilms and solar cell devices. The charge carrier mobility in the measured compounds were found to be between 10E-6 and 10E-4 cm2V-1s-1. The charge transport parameters were calculated on the basis of obtained single crystal structures. It was found that a high charge carrier mobility may be attributed to a better molecular overlap and a short intermolecular distance in the corresponding solid state structure. Selected materials were characterized in organic solar cells. In solution processed devices, the dibenzo-aza-bodipys reached efficiencies of 1.6 % and 2.1 %, as donor materials in combination with PC61BM and PC71BM as acceptor. The main limiting factor in these devices turned out to be the low fill factor of 30 %. From a series of vacuum processed devices with aza-bodipys and dibenzo-aza-bodipys, increased voltages were obtained with decreasing HOMO energy of the bodipy derivatives. A suitable near-infrared absorbing dibenzo-aza-bodipy exhibited a contribution to the photocurrent from 750 - 950 nm. / Die organische Photovoltaik hat das Potential eine kostengünstige Solarzellentechnologie zu werden. Ein Ansatz die Effizienz weiter zu steigern besteht darin den aktiven Spektralbereich in den nahen Infrarotbereich zu erweitern. Bisher gibt es jedoch nur wenige geeignete Materialien. In dieser Arbeit werden Verbindungen aus der Materialklasse der Aza-Bodipy und Dibenzo-Aza-Bodipy als Absorbermaterialien für den nahen Infrarotbereich zur Verwendung in organischen Solarzellen untersucht. Neben der Synthese von neuen Thiophen-substituierten Aza-Bodipys wurden Azadiisoindomethine durch die Addition von Grignardverbindungen an Phthalodinitril und anschließender Reduktion mit Formamid dargestellt. Ausgehend von den Azadiisoindomethinen sind neue Bordifluorid, Borbrenzcatechin und Übergangsmetallkomplexe synthetisiert worden. Alle Substanzen sind mit experimentellen und theoretischen Methoden auf ihre optischen und elektrochemischen Eigenschaften hin untersucht worden. Die elektronische Struktur der (Dibenzo-)Aza-Bodipys ist charakterisiert durch periphere Elektronendonoreinheiten um einen zentralen Elektronenakzeptor. Die langwelligste Absorptionsbande kann in beiden Systemen durch Elektronen schiebende Gruppen an den Donoreinheiten bathochrom, auf über 800 nm verschoben werden. Die Ursache liegt in einem stärkeren Einfluss der Substituenten auf das HOMO als auf das LUMO und einem damit einhergehenden stärkeren Anstieg der HOMO-Energie woraus eine verkleinerte HOMO-LUMO Lücke resultiert. Die Dibenzo-Aza-Bodipys zeichnen sich durch eine rotverschobene Absorption gegenüber den (nicht benzannulierten) Aza-Bodipys aus. Jedoch ist der Akzeptor in den Dibenzo-Aza-Bodipys abgeschwächt, so dass die Rotverschiebung durch die selben Substituenten weniger stark ausgeprägt ist und die Energieniveaus tendenziell höher liegen. Die Verbindungen lassen sich thermisch im Vakuum verdampfen. Die für das Verdampfen wichtige thermische Stabilität, kann durch Austausch von Bordifluorid mit Borbrenzcatechol erhöht werden, ohne die optischen und elektronischen Eigenschaften wesentlich zu beeinflussen. Neben der Charakterisierung der molekularen Eigenschaften, sind einige Verbindungen im Dünnfifilm auf ihre elektrischen Eigenschaften und in Solarzellen untersucht worden. Die Ladungsträgerbeweglichkeit liegt bei den gemessenen Verbindungen zwischen 10E-6 und 10E-4 cm2V-1s-1. Durch Berechnung der Ladungstransportparameter auf Basis erhaltener Kristallstrukturen ist eine höhere Beweglichkeit auf eine günstigere Packung und einen geringeren intermolekularen Abstand zurückgeführt worden. Ausgewählte Verbindungen sind als Donormaterialien in organischen Solarzellen charakterisiert worden. Aus Lösungsmittel prozessierte Solarzellen mit Dibenzo-Aza-Bodipys erreichen eine Effifizienz von 1.6 % mit PC61BM, und 2.1 % mit PC71BM als Akzeptor. Der Effizienz limitierende Faktor ist hierbei der niedrige Füllfaktor von ca. 30 %. In vakuumprozessierten Solarzellen mit planarem Dono-Akzeptor-Übergang von Aza-Bodipys und Dibenzo-Aza-Bodipys hat sich gezeigt, dass die erhaltene Spannung mit abnehmender HOMO Energie der Materialien gesteigert wird. Ein geeignetes Dibenzo-Aza-Bodipy Material ist mit einen Beitrag zum Photostrom im nahen Infrarotbereich, von 750 - 950 nm, gezeigt worden.

Les maladies du système nerveux central (SNC) comme la sclérose en plaques, les accidents vasculaires cérébraux et les maladies neurodégénératives (Alzheimer et Parkinson) entraînent une réponse inflammatoire au niveau cérébrale appelée neuroinflammation. Ce phénomène peut avoir pour conséquence la limitation de la propagation de la maladie mais aussi la réparation et la régénération des tissus touchés. La microglie, principale défense du SNC, passe à un stade activé lors de phénomènes neuroinflammatoires et va libérer de nombreux facteurs neuroprotecteurs mais aussi pro-inflammatoires. Cette dualité d’action va ainsi maintenir un cercle vicieux, pouvant conduire à la mort neuronale. Il serait donc intéressant de comprendre le mécanisme de la neuroinflammation pour diagnostiquer et traiter au mieux les pathologies du SNC. Il existe plusieurs cibles moléculaires, parmi elles se trouvent la CycloOXygénase 2 (COX-2), une enzyme qui permet la formation de prostaglandines à partir de l'acide arachidonique, qui apparaît précocement et est fortement surexprimée en cas de neuroinflammation. Cette enzyme serait donc une cible de choix pour le développement d’outils d’imagerie dans le but de diagnostiquer les pathologies dans lesquelles les processus inflammatoires centraux sont présents et ce afin d’améliorer la prise en charge du patient. La tomographie d’émission de positons (TEP) est une technique d’imagerie fonctionnelle très sensible qui permet de quantifier de manière fine les variations d’activités métaboliques ou moléculaires. Cette technique requiert l’utilisation de radiotraceurs marqués avec un émetteur béta+. / Central nervous system (CNS) disorders as multiple sclerosis, stroke and neurodegenerative diseases (Alzheimer’s and Parkinson’s) lead to inflammatory response in the brain called neuroinflammation. This phenomenon usually should result in limiting the spread of the disease but also repair and regeneration of the affected tissues. Microglia, the main defense of the SNC, which is activated during a neurodegenerative event leading to the production of many factors including neuroprotectors but also pro-inflammatories. This duality of actions will thereby maintain endless vicious circle leading to neuronal death. It would be interesting to understand the neuroinflammation mechanism to better diagnose and treat CNS diseases. There are several molecular targets, among them are the CycloOXygenase 2 (COX-2), an enzyme which allows the formation of prostaglandins from arachidonic acid, which appears early and it is significantly overexpressed in case of neuroinflammation. This enzyme is therefore a good biological target for the development of imaging tools in order to diagnose pathologies in which central inflammatory processes are present in order to improve patient care. Postiron emission tomography (PET) is a very sensitive functional imaging technique that quantifies minute variations in metabolic or molecular activities. This technique requires the use of radiotracers labeled with a beta + emitter.

Les iminosucres, analogues de sucres dont l'oxygène intracyclique a été remplacé par un azote, constituent une classe importante de mimes de sucres. Introduire une chaîne alkyle sur le carbone pseudo-anomérique donne accès à une classe importante d'iminosucres, les iminosucres C-glycosides, qui peuvent être des inhibiteurs de glycosidases puissants et sélectifs.Le principal défi associé à la synthèse d'iminosucres C-glycosides est la mise au point de voies de synthèse efficaces et applicables à tous types de sucres permettant ainsi d'accéder à une grande diversité de synthons et d'accélérer la découverte de molécules d'intérêt biologique.Ce travail de thèse a consisté dans un premier temps à élaborer une synthèse efficace et convergente d'iminosucres C-glycosides à six et sept chaînons, à partir d'un précurseur commun, le 6-azido-6-désoxy-2,3,4-tri-O-benzyl-D-glucopyranose. Cette nouvelle méthode implique une réaction tandem Staudinger/Aza-Wittig ainsi qu'une isomérisation de cycle d'azépanes stéréocontrolée.La deuxième partie de ce manuscrit traite de l'extension de cette méthodologie à la synthèse de nouveaux D- et L-iminosucres C-glycosides à six chainons mimes de la N-acétyle-D-glucosamine.La dernière partie de ce travail a été consacrée à la synthèse d'iminosucres-aza-couronnes, qui constituent un nouveau type de récepteur moléculaire. L'étude de leur capacité à complexer des métaux a été effectuée par des techniques de RMN ou fluorimétrie et a donné des résultats prometteurs. / Iminosugars, sugar analogs in which the endocyclic oxygen has been replaced by a nitrogen, constitute a major class of sugar mimetics. Introducing an alkyl chain at the pseudoanomeric carbon position leads to another class of important iminosugars, the iminosugars C-glycosides that can be potent and selective glycosidase inhibitors. The main challenge associated with iminosugars C-glycosides synthesis is currently the design of efficient and general routes applicable to any starting sugar and enabling introduction of structural diversity from advanced synthons to accelerate the discovery of biologically relevant molecules.The first part of this work focused on the development of an efficient and convergent synthesis of six and seven membered iminosugars C-glycosides from a common 6-azido-6-deoxy-2,3,4-tri-O-benzyl-D-glucopyranose precursor. This new methodology involves a highly diastereoselective tandem ring enlargement/alkylation and a stereocontrolled ring contraction.The second part of the thesis delt with the extension of the methodology to access six-membered D- and L-iminosugars C-glycosides derived from N-acetyl-D-glucosamine.The third part of this work was devoted to the synthesis of iminosugar-aza-crowns, which constitute a new type of molecular receptors, using the synthetic route developed in the first part. The ability of these compounds to complex metals was studied either by NMR or fluorimetric techniques and showed promising results.

Dans ce travail, nous avons développé des nanostructures théranostics à base de polypeptides fonctionnalisées avec un photosensibilisateur (PTS) dans le but d’être utilisées en thérapie photodynamique (PDT). La génération d'oxygène singulet et les propriétés de fluorescence du PTS peuvent ainsi à la fois diagnostiquer et traiter une tumeur. Un dérivé asymétrique et multifonctionnel de l'aza-dipyrrométhènes difluorure de bore chélate (aza-BODIPY) fluorogène a été synthétisé pour être utilisé comme photosensibilisateur en raison de ses propriétés non toxiques, son insensibilité à l'environnement biologique externe, sa production d'oxygène singulet élevée et son important rendement quantique de fluorescence. Pour permettre au photosensibilisant d’atteindre la tumeur, quatre copolymères à blocs amphiphiles différents en termes de localisation du PTS et de la longueur de la chaîne PEG ont été synthétisés. Les blocs amphiphiles sont constitués de segments poly(ɤ-benzyl-L-glutamate) (PBLG, DP ~ 50) et poly(éthylène glycol) (PEG, DP = 45 et 113). Ces copolymères sont en outre capables de s’auto-assembler en micelles et en vésicules. Nous avons développé une stratégie de synthèse permettant la liaison covalente du PTS pour les copolymères à blocs amphiphiles, empêchant ainsi une fuite du PTS avant que le nanoparticules atteignent le site de la tumeur. En outre, nous avons étudié l'activité du PTS en fonction de la concentration, de la morphologie des nanoparticules et de la localisation du PTS dans les nanoparticules. Enfin, l'efficacité des nanoparticules a été évaluée in vitro sur des cellules HeLa et B16F1. / In this work, we developed photosensitizer (PTS) functionalized polypeptide-based theranostic nano-assemblies to be used in photodynamic therapy (PDT). The singlet oxygen generation and fluorescence properties of the PTS provide simultaneous diagnosis and therapy of the tumor.An asymmetric and multifunctional derivative of the aza-dipyrromethene boron difluoride chelate (aza-BODIPY) fluorophore was synthesized to be used as a photosensitizer due to its nontoxic properties, insensitivity to external biological environment, high singlet oxygen generation and fluorescent quantum yield. To carry the photosensitizer to the tumor, four different (in terms of PTS localization and PEG chain length) amphiphilic block copolymers consisting of poly(ɤ-benzyl-L-glutamate) (PBLG, DP~50) and poly(ethylene glycol) (PEG, DP=45 and 113) chains, able to self-assembled into micelles and vesicles, were synthesized. We developed a synthetic strategy allowing covalent linkage of PTS to the amphiphilic block copolymers, thus preventing PTS leakage before the nano-assembly reaches the tumor site. Moreover, we investigated PTS activity as a function of concentration, morphology of the nano-assemblies and PTS localization in the nano-assemblies. Finally, the efficacy of the nano-assemblies has been evaluated in vitro on HeLa and B16F1 cells.

Sur la base de travaux précédemment réalisés au laboratoire concernant la réaction de Mannich vinylogue (RMV), nous avons continué le développement de cette réaction en mettant au point un protocole multi-composants. Nous avons ensuite étendu la gamme des substrats compatibles à différents hétérocycles azotés, de nouveaux électrophiles et nucléophiles avec des rendements généralement supérieurs à 80% et des rapports diastéréomériques supérieurs à 80/20. L’obtention de nombreux clichés de diffraction des rayons X a permis de confirmer que le diastéréomère majoritaire est toujours de configuration relative R*,R*. Nous avons ensuite valorisé ces produits en obtenant, en une étape, des structures tétracycliques complexes. Ces produits ont été synthétisés avec des rendements allant jusqu’à 87% et un rapport diastéréomérique supérieur à 95/5. Une étude de modélisation moléculaire a permis d’apporter une explication à cette diastéréosélectivité. La séquence RMV / cyclisation a conduit à la formation contrôlée de quatre centres stéréogéniques contigus. Ces structures tétracycliques ont ensuite servi de produits de départ vers la synthèse d’analogues d’une molécule naturelle antitumorale : l’émétine. Les intermédiaires de synthèse ont été testés pour leur activité cytotoxique. / On the basis of previous work done in the laboratory on the vinylogous Mannich reaction, we pursued the development of this reaction by devising a three component procedure. We then extended the scope of the reaction to different aza-heterocycles, to new electrophiles and nucleophiles with yields generally over 80% and diastereomeric ratios over 80/20. The numerous X ray structures obtained confirmed that the major diastereomer always present an R*,R* configuration. These substrates were then used to prepare complex tetracyclic structures in one step. These products were obtained with yield up to 87% and diastereomeric ratios up to 95/5. This diastereoselectivity was rationalized using molecular modeling. This vinylogous Mannich / cyclization reaction sequence allowed the controlled formation of four contiguous stereogenic centers. These tetracyclic structures were then used as starting points for the synthesis of analogues of emetine, a natural antitumor compound. The synthetic intermediates were tested for their cytotoxic activity.

[pt] Neste trabalho foi desenvolvida a síntese de novos análogos do tipo N-tosil-aza-carbapterocarpanos com potencial ação antiproliferativa em linhagens de leucemia e mama.Os compostos aza-carbapterocarpanos e espiro-iso-indolinas, foram preparados através de abordagens sintéticas distintas e classificadas em Grupo I e II respectivamente. A etapa chave para obtenção dos compostos do grupo I foi a reação de aza-arilação do tipo Heck catalisada por paládio a partir de tetralonas comerciais e N-tosil-iodoanilinas substituídas previamente sintetizadas. Três moléculas deste grupo foram avaliadas quanto a sua ação antiproliferativa em linhagens de leucemia e mama. Dentre estas, o composto N-tosil-aza-carbaptercarpeno apresentou IC50 = 1,93 (mais ou menos) 0,88 micrômetros, 2,18 (mais ou menos) 1,47 micrômetros e 2.89 (mais ou menos) 0,92 micrômetros nas linhagens de leucemia K562, lucena-1 e FEPS, respectivamente, e na linhagem de mama MDA-MB-231 IC50=33.37 (mais ou menos) 3.98 micrômetros. Por outro lado, o composto aza-carbapterocarpeno foi inativo nestas mesmas linhagens, indicando que na ausência do grupo arilsulfonamida a ação antileucêmica não ocorre. Os compostos do grupo II, denominados espiro iso-indolinas, foram sintetizados através da adição diastereosseletiva de organomagnesío às N-terc-butano-sulfiniliminas quirais, seguida de uma aminação de Buchwald-Hartwig intramolecular catalisada por paládio. As N-terc-butano-sulfiniliminas foram obtidas através de tetralonas, cromanonas e tiocromanonas comerciais em uma reação de condensação com as N-tert-butanosulfinamidas comerciais em micro-ondas em uma abordagem livre de solvente utilizando tetraetóxido de titânio. Após as reações de adição nucleofílica com organomagnésio, remoção do auxiliar quiral e ciclização intramolecular, os compostos forma obtidos enantiomericamente puros e foram avaliados em linhagens de leucemia K562 e FESP. Embora estes compostos tenham apresentado baixa potência frente às linhagens testadas (IC50 entre 31,85 mais ou menos 3.0 micrômetros e 77,58 (mais ou menos) 5.76 micrômetros), pôde-se observar que há diferenças relevantes entre os enantiômeros, assim o como apresentam sensibilidade colateral, atuando em linhagens multiresitentes. / [en] In this work, the synthesis of new N-tosyl aza-carbapterocarpane analogues with potential antiproliferative action in leukemia and breast cell lines was developed. The aza-carbapterocarpanes and spiro-isoindolines compounds were prepared using different synthetic approaches and classified in Group I and II respectively. The key step for obtaining group I compounds was the palladium catalyzed Heck-type azaarylation reaction from commercially synthesized substituted tetralones and substituted N-tosyl iodoanilines. Three compounds of this group were evaluated for their antiproliferative action in leukemia cell lines and breast cancer cells lines. The compound N-tosyl-aza-carbaptercarpene presented IC50 = 1,93 0,88 , 2,18 (plus or minus) 1,47 micrometers e 2.89 (plus or minus) 0,92 micrometers. On the other hand, the aza-carbapterocarpene compound was inactive in these same lines, suggesting the role of the absence of the arylsulfonamide group for the antileukemic activity does not occur .The group II, denominated spiroisoindolines, were synthesized by diastereoselective addition of organomagnesium to chiral N-tert-butane sulfinylimines, followed by a palladium catalyzed intramolecular Buchwald-Hartwig amination. The N-tert-butane sulfinylimines were obtained through commercial tetralones, chromanones and thiochromanones by the condensation reaction with commercial N-tert-butanesulfinamides in a solvent free sistem using titanium tetraethoxide. After nucleophilic addition reactions with organomagnesium, chiral auxiliary removal and intramolecular cyclization, the compounds were obtained enantiomerically pure and were evaluated in K562 and FESP leukemia lines. Although these compounds presented low potency compared to the tested lines (IC50 between 31.85 (plus or minus) 3.0 micrometers and 77.58 (plus or minus) 5.76 micrometers), it was observed that there of them present relevant differences between enantiomers as soon as collateral sensitivity, acting in leukemia multiresistent cell lines.

Background: The genes coding for human (h) chorionic somatomammotropin (CS), hCS-A and hCS-B, and placental growth hormone (GH-V), hGH-V are located at a single locus on chromosome 17q22-24. Local regulatory (5´ P and 3´ enhancer) sequences and a remote locus control region (LCR) containing a placenta-specific hypersensitive site (HS) IV, have been implicated in the efficient expression of the placental hCS/GH-V genes, in part through gene transfer studies in placental and non-placental tumor cell lines. However, low levels of endogenous expression are reported in placental tumor cells compared to normal term placenta. Thus it was hypothesized that the hCS/GH-V chromatin structure in human choriocarcinoma cells is less accessible to regulatory regions essential for efficient expression due to DNA and/or histone modifications, specifically methylation and acetylation, respectively. Approach: To assess individual hCS-A, hCS-B and hGH-V gene expression in placental and non-placental tumor cells, and assess the effect of increasing “chromatin accessibility” on hCS/GH-V RNA levels by inhibiting DNA methylation and histone deacetylation using 5-aza-2´-deoxycytidine (azadC) and trichostatin A (TSA). Principal Findings: Low levels of hCS-A, hCS-B and hGH-V RNA were detected in placental and non-placental tumor cells compared to term placenta. A significant >5-fold increase in promoter activity was seen in placental but not non-placental cells transfected with hybrid hCS promoter luciferase genes containing 3´-enhancer sequences. Placental JEG-3 cells pretreated with azadC and TSA resulted in a significant >10-fold increase in hCS-A, hCS-B and hGH-V RNA levels compared to TSA treatment alone, however, a modest ~3-fold effect was seen in non-placental MCF-7 cells. By contrast to the effect of pretreatment with azadC, post-treatment with azadC mutes the stimulatory effects of TSA on hCS/GH-V transcripts. The specificity of the response suggests that azadC treatment, and presumably hypomethylation of DNA, results in an increase in response to TSA and histone hyperacetylation at the hGH/CS locus. An assessment of histone H3/H4 hyperacetylation in JEG-3 cells treated with azadC and TSA versus TSA alone revealed significant increases consistent with a more open chromatin structure including the hCS 3´-enhancer sequences and LCR. Conclusions: These observations suggest that accessibility of remote and local regulatory regions required for efficient placental hGH/CS expression can be restricted by DNA methylation and histone acetylation status. This includes restricting access of the hCS 3´-enhancer sequences to available placental enhancer transcription factors. / May 2016

Les peptides constituent une famille de biomolécules dont l'utilisation dans différents domaines thérapeutiques (cancer, diabète, sida) s'est fortement développée ces dernières années. Le défi pour les chimistes consiste à y accéder grâce à de nouvelles méthodes fiables et efficaces. La première partie de notre travail a d'abord été orientée vers le développement deux méthodes de ligations non natives efficaces et complémentaires de celles existant. La première méthode, appelée ligation thiocarbamate, permet d'obtenir des peptides alkylthiocarbamate avec de très bons rendements, alors que la seconde, appelée ligation azaGly, aboutit à la formation d'un azaGlypeptide. La seconde partie de cette thèse traite de la conception et synthèse de nouveaux peptides susceptibles d'inhiber la signalisation HGF/SF-MET. Le récepteur à activité tyrosine kinase MET et son ligand, l'HGF/SF (Hepatocyte Growth Factor/Scattor Factor), sont des cibles de choix pour une thérapie anti-cancéreuse. La ligation thiocarbamate, précédemment décrite, et la ligation thioéther plus classique ont été utilisées pour préparer une chimiothèque de peptides sulfonatés d'inhiber cette signalisation de façon extracellulaire. La capacité de liaison des composés de la chimiothèque avec le domaine extracellulaire de MET a été évaluée grâce à la technologie biopuces. L'activité biologique (tests MTT, d'activité kinase) des meilleurs produits a été ensuite évaluée.