Les glycannes, présents chez tous les êtres vivants forment une des grandes classes de biomolécules. À l’interface de la chimie organique et de la biologie, la chemobiologie a permis des avancées considérables comme le marquage métabolique des glycannes. Cette stratégie consiste en l’usage d’un monosaccharide modifié qui pourra entrer dans la cellule et emprunter ses voies métaboliques. Après incorporation, le rapporteur chimique est détecté de manière spécifique grâce à des réactions de ligation bioorthogonale entre le groupement incorporé et une sonde portant un groupement complémentaire. Cette thèse a pour but l’étude des acides sialiques selon deux axes : (i) le développement d’une stratégie originale de marquage, utilisant de manière complémentaire deux monosaccharides modifiés, apportant de nouvelles informations sur les modes d’entrée de l’acide sialique exogène, mais aussi de son précurseur, la N-acétylmannosamine. (ii) l’introduction de manière exogène, d’acides sialiques modifiés mais cette fois avec des enzymes (sialyltransférases) qui tranfèrent l’acide sialique préalablement activé sur des glycoprotéines solubles ou membranaires. À l’aide de suivis in situ par RMN 31P, une méthode versatile, simple et robuste a été développée pour la production d’acides sialiques activés utilisables immédiatement par des sialyltransférases recombinantes. Ces outils ont été appliqués à l’étude et à la caractérisation de différentes enzymes. Au-delà du développement d’outils, ces travaux de thèse ont permis l’application de nouvelles méthodes et stratégies à l’étude de mécanismes cellulaires, de réactions enzymatiques ou encore de déficiences de glycosylation. / Glycans are essential biomolecules found in every living system. The recent advent of chemical biology paved the way for great advances in glycobiology such as metabolic glycan engineering (MGE). This strategy consists in the use of a modified monosaccharide, the chemical reporter, which can enter the cell and hijack the metabolic pathway. Upon incorporation, the introduced chemical reporter detection is achieved in a specific manner through bioorthogonal ligation. The present work aims to study sialic acids, which are often found at the outermost position of glycan chains:(i) we developed an original MGE-based strategy, using two different chemical reporters, each one being an analog of products from different steps of the biosynthetic pathway. This sequential bioorthogonal dual strategy (SBDS) has provided new insights in the entry mechanisms of both sialic acid and its precursor N-acetylmannosamine. (ii) we introduced chemically modified sialic acids, but, this time in an exo-enzymatic way, with specific glycosyltransferases (sialyltransferases) onto soluble glycoproteins or living cells. Before being transferred, sialic acids need to be activated as CMP-sialic acids which are very unstable and prone to decomposition. 31P NMR was used to optimize the production of ready-to-use CMP-sialic acids providing a versatile, simple and reproducible procedure. Natural and/or unnatural CMP-sialic acids have then proven to be great tools for the study and characterization of different enzymes. More than just a tool-box, this work describes some direct applications of our chemical tools to unravel cellular pathways, enzymatic reactions, or even biosynthesis defects.

Ce travail est composé de trois projets. Le premier projet a pour objectif de découvrir de nouveaux métabolites de la vitamine A. Il a consisté en la synthèse d’un analogue du rétinaldéhyde, portant une fonction azoture et permettant de suivre son devenir in vivo. Le second projet a consisté en l’élaboration de la sonde ATPP permettant l’analyse de l’ensemble des métabolites aldéhydiques d’un échantillon. La sonde permet un gain de sensibilité en LS-MS². Une analyse de sa biodistribution a été faite, et montre que la sonde ATPP, après injection intrapéritonéale, est distribuée in vivo. Concernant le troisième projet, un réactif de couplage homobifonctionnel « thiol-thiol » a été élaboré. Les produits du couplage ont montré une excellente stabilité plasmatique. Le réactif a d’abord été appliqué avec succès au couplage de petites molécules, puis au couplage d’un oligonucléotide modifié et d’un peptide. / This work consists of three projects. The first project aims to discover new metabolites of vitamin A. An analog of retinaldehyde, carrying an azide function was synthesized. It would allow to follow its fate in vivo. The second project consisted in the development of a probe allowing the analysis of all the aldehyde metabolites in a sample. The probe provides sensitivity gain in LS-MS². An analysis of its biodistribution has been done, and showed the ATPP probe is distributed after an intraperitoneal injection. Concerning the third project, a homobifunctional coupling reagent "thiol-to-thiol" has been developed. The coupling products showed excellent plasma stability. The reagent was first successfully applied to the coupling of small molecules and then to the coupling of a modified oligonucleotide and a peptide.

Notre laboratoire a récemment mis en évidence la réaction de cycloaddition entre les sydnones et les alcynes terminaux ou cycliques. Ces réactions sont bioorthogonales et possèdent la particularité de former deux produits : l’un provenant de la ligation (click) des deux partenaires réactionnels par cycloaddition (3+2), l’autre provenant d’un relargage (release) par réaction de rétro Diels-Alder. Le potentiel de ce type de réaction est très grand de par le nombre d’applications possibles que ce soit dans le domaine de la bioconjugaison, du marquage fluorescent ou de la libération de principes actifs.Les sydnones sont des composés hétérocycliques dipolaires qui appartiennent à la famille des mésoioniques. Cette thèse vise à découvrir de nouvelles réactions de ligation et de coupure mettant en jeu ces mésoioniques et des dipolarophiles. Vingt-cinq mésoioniques et trois familles de dipolarophiles ont été synthétisés et criblées.Lors du premier criblage, la réactivité des composés mésoioniques avec un alcyne terminal, sous une catalyse au cuivre, a été explorée. Neuf conditions de catalyse ont été testées. Ce criblage a mis en évidence la cycloaddition entre les aza-iminosydnones et les alcynes terminaux dont le produit formé dépend du système catalytique et de la nature de l’alcyne.La deuxième famille de dipolarophiles testée est celle des cycloalcynes. Nous avons découvert que, les dithiolium-olates réagissaient avec les cycloalcynes peu encombrés et que les sydnone-imines réagissent avec tous les cyloalcynes de manière bioorthogonale en libérant une molécule complexe.Enfin, les cycloalcènes ont été testés comme dipolarophiles. Dans cette partie, les résultats préliminaires du criblage nous ont amené à modifier la structure de la sydnone pour permettre la libération d’une molécule complexe. / Our laboratory has recently discovered the cycloaddition between sydnones and cyclic or terminal alkynes. These reactions are bioorthogonal and generate two products: one coming from the (3+2) cycloaddition (click) between both partners and the second from a cleavage step (release) through a retro Diels-Alder reaction. This type of new reactions would be of prime importance in the development of new reagents useful for bioconjugation and drug delivery applications.Sydnones are dipolar heterocycles belonging to the large family of compounds known as mesoionics. This work aims at discovering new chemoselective and bioorthogonal processes between mesoionic compounds and various dipolarophiles, that undergo in a same reaction both ligation and cleavage. Twenty-five mesoionics and three types of dipolarophiles were synthetized and screened.For the first screening, the reactivity between mesoionics and terminal alkyne, under a copper catalysis, was studied. Nine conditions of catalysis were tested. This screening revealed the cycloaddition between aza-iminosydnones and terminal alkynes. The structure of the formed products depends on the catalytic system and the nature of the alkyne used.The second type of dipolarophiles screened was cyclic alkynes. Dithiolium-olates were found to react with non-hindered cyclic alkynes. On the other side, imino-sydnones react with all cycloalkynes to afford a click product together with a released molecule.Finally, cycloalkenes were screened. Thanks to preliminary results from a screening, we engineered new sydnones to allow the release of a complex molecule after the cycloaddition step

Très récemment, notre équipe a mis en évidence une réaction dite de ligation et coupure entre une famille de composés mésoioniques, les sydnone-imines, et les cyclooctynes. Cette réaction bioorthogonale agit selon un processus en deux étapes, une cycloaddition [3+2] suivie d’une rétro Diels-Alder, qui génère deux nouveaux composés : un produit de ligation et un produit de coupure. L’objectif de cette thèse consiste à améliorer la cinétique de réaction entre ces deux partenaires afin de pouvoir l’utiliser en tant qu’outil pour la libération contrôlée de principes actifs in vivo.Trois stratégies ont été développées lors de cette thèse afin d’optimiser ce système réactionnel : l’étude d’une relation structure/réactivité du partenaire sydnone-imine vis-à-vis de la réaction bioorthogonale; l’utilisation de micelles constituées d’amphiphiles possédant un motif sydnone-imine en tant que lien clivable entre la partie hydrophobe et la partie hydrophile de la molécule; et enfin, l’étude de l’utilisation de la reconnaissance moléculaire entre deux brins d’acides nucléiques peptidiques (ANP) complémentaires. / Recently, our laboratory has discovered a click and release reaction involving iminosydnones, a family of mesoionic compounds, and cyclooctynes. This bioorthogonal reaction occurs via a two step process: a [3+2] cycloaddition followed by a retro Diels-Alder, to give two new compounds: a click product and a release product.The main goal of this work is to improve the kinetic of the reaction between these two partners in order to use it as a powerful tool for in vivo drug delivery. Three strategies were developed during this thesis to optimize this reaction system: the study of a structure/reactivity relationship of the iminosydnone partner regarding the bioorthogonal reaction; the development of micelles built by amphiphiles containing an iminosydnone moiety as a cleavable linker, strategically located between the hydrophobic and the hydrophilic part of the compound and finally, the use of molecular recognition between two peptide nucleic acids (PNA) complementary strands.

La radioimmunothérapie (RIT) est une stratégie théranostique associant la spécificité de reconnaissance d’anticorps monoclonaux (AcMs) (ou de formes dérivées) vis-à-vis des antigènes tumoraux et les propriétés des radionucléides (imagerie/thérapie). L’efficacité de la RIT est cependant limitée sur les tumeurs solides à cause de la lente diffusion des AcMs et de leur longue demi-vie plasmatique. Les approches de radioimmunothérapie préciblée (PRIT), qui dissocient l’injection des AcMs de celle des radioligands constituent des alternatives pertinentes envisagées pour diminuer l’hématotoxicité et améliorer l’efficacité thérapeutique de la RIT classique. Nous avons ainsi travaillé sur une stratégie de PRIT utilisant la chimie bioorthogonale par interaction entre un trans-cyclooctène (TCO) et une tétrazine (TZ), à la fois pour l’imagerie et pour la thérapie de la carcinose péritonéale (CP) d’origine colorectale (modèle A431-CEA-Luc/ AcM 35A7). Dans un premier temps nous avons évalué à la fois in vitro et in vivo dans le modèle de CP ainsi que dans un modèle sous-cutané de cancer colorectal (modèle HT29/ AcM Ts29.2) l’effet des modifications apportées aux AcMs. Nous avons ainsi montré que les modifications d’AcMs influencent l’interaction entre les TCO et la TZ, sans pour autant altérer leur immunoréactivité. L’ajout d’espaceurs PEGylés (polyéthylène glycol) entre les AcMs et les TCO induit une diminution significative de l’interaction TCO/TZ. De plus, nous avons montré que les TCO sont sujets à l’isomérisation en cis-cyclooctènes, inactifs vis-à-vis de la TZ, et que la PEGylation aggrave ce phénomène. Ces études ont ainsi montré à la fois que les AcMs-TCO ne contenant pas d’espaceur PEGylé étaient les plus favorables pour le préciblage mais également, qu’il était primordial de contrôler le taux d’isomérisation des TCO avant greffage aux AcMs pour ne pas altérer l’interaction vis-à-vis des TZ. Dans un second temps nous avons effectué avec succès la preuve de concept de l’imagerie SPECT de la CP par préciblage entre l’AcM 35A7-TCO et la TZ-PEG4-DOTA-177Lu (i.e. TZ-1). Un ciblage spécifique des tumeurs péritonéales a ainsi été obtenu, avec un très bon contraste. L’étude de PRIT effectuée avec cette même sonde TZ-1 a cependant échoué à mettre en évidence une amélioration des médianes de survie ou un ralentissement de la croissance tumorale, nous amenant ainsi à reconsidérer la structure de la TZ-1. Trois autres TZ (i.e. TZ-2-4) ont donc été évaluées par la suite, en biodistribution, afin de déterminer la meilleure pour la PRIT de la CP. Ainsi, la TZ-3, qui comporte un espaceur PEGylé plus long que la TZ-1, s’est avérée être la plus favorable dans ce type de stratégie et sera prochainement utilisée pour une nouvelle étude de thérapie. En conclusion, ces travaux de thèse ont permis de démontrer la faisabilité du concept de préciblage par chimie bioorthogonale utilisant l’interaction TCO/TZ pour l’imagerie de tumeurs disséminées dans la cavité péritonéale. Cette stratégie reste néanmoins compliquée à mettre en place du fait de l’instabilité des TCO et des problèmes de réactivité de certaines sondes TZ et nécessite encore de nombreuses optimisations avant de pouvoir envisager une application thérapeutique. / Radioimmunotherapy (RIT) consists to combine the specificity of monoclonal antibodies (mAbs), or mAbs derived structures, towards tumor antigens with the imaging/therapy properties of radionuclides, representing thus a theranostic strategy. RIT efficiency in solid tumors is limited due to both mAbs slow diffusion and long blood clearance. Pretargeted radioimmunotherapy (PRIT) appears as an alternative to circumvent hematotoxicity and improve therapeutic efficacy. We have thus worked on PRIT based on bioorthogonal click chemistry relying on the interaction between trans-cyclooctene (TCO) and tetrazine (TZ). Application of this strategy was made for imaging and therapy of peritoneal carcinomatosis (PC) from colorectal origin (A431-CEA-Luc model/ 35A7 mAb). We have first assessed the influence of mAbs modifications, in vitro and in vivo experiments made on both PC model and subcutaneous colorectal cancer (HT29 model/ Ts29.2 mAb). We thus demonstrated that mAbs modifications influence the interaction between TCO and TZ without decreasing their antigen binding capacities. Indeed, addition of PEGylated (polyethylene glycol) linkers between mAbs and TCO induced a significant decrease of TCO/TZ interaction. In addition, we also demonstrated that TCO moieties undergo severe isomerization to cis-cyclooctene (CCO) moieties which are unreactive towards TZ. Addition of PEG linkers also increased the isomerization rate of TCO to CCO. Our results highlighted that a non PEGylated mAb should represent the best structure for PRIT to avoid isomerization and consequently to control the ratio of CCO before mAbs coupling to maximize TCO/TZ interaction. In disseminated PC, we have made for the first time the proof of concept of SPECT imaging between 35A7-TCO and TZ-PEG4-DOTA-177Lu (i.e. TZ-1). We indeed obtained a specific signal corresponding to PC tumors with a very good contrast. However, a PRIT experiment using TZ-1 did not allow observing neither improvement of median survivals nor tumor growth slow down. Those disappointing results led to reconsider the TZ-1 structure and evaluate three new TZ (i.e. TZ-2-4). The TZ-3, bearing a longer PEG linker than TZ-1, appears as the most appropriate for PRIT studies and will soon be considered for a new therapy experiment. In conclusion, we demonstrated the possibility to do pretargeted imaging of peritoneal disseminated tumors using bioorthogonal click chemistry with TCO/TZ interaction. Nevertheless, this strategy is quite complicated to do due to both TCO isomerization and reactivity of radiolabelled TZ probes. Further optimizations will be mandatory before therapy can be transferred to clinic.

L'imagerie de biomolécules, et plus particulièrement des glycanes, au sein d'organismes vivants, représente un incroyable challenge. Cependant, des progrès significatifs ont été réalisés ces dix dernières années grâce au développement de la stratégie du rapporteur chimique bioorthogonal. Cette technique implique, dans un premier temps, l'incorporation d'une fonctionnalité chimique non native (rapporteur) au sein de biomolécules complexes. Ce rapporteur peut ensuite réagir sélectivement avec une sonde moléculaire spécifique permettant ainsi la détection de la biomolécule ciblée. Afin d'imager ces biomolécules en temps réel, les sondes fluorogènes, des réactifs non fluorescents qui deviennent fluorescents après réaction avec le rapporteur chimique, ont été récemment développées. Ces dernières années, la cycloaddition 1,3-dipolaire sans métaux, entre les cylooctynes et les azotures, a été élégamment employée comme réaction bioorthogonale pour l'imagerie de biomolécules au sein d'organismes vivants. Cependant, l'azoture présente certaines limitations, notamment il peut être réduit par les thiols cellulaires. En conséquence, nous avons étudié l'utilisation de 1,3-dipôles plus stables, en tant que nouveaux rapporteurs chimiques bioorthogonaux pour l'imagerie de biomolécules par fluorescence. De plus, nous avons aussi développé de nouvelles sondes fluorogènes bioorthogonales ayant de bonnes propriétés de fluorescence, telles que de hautes valeurs de rendement quantique et des longueurs d'ondes d'émission déplacées dans le rouge, pour une potentielle application chez l'animal. / Imaging biomolecules, such as glycans, in living systems remains a formidable chemical challenge. However, significant progress has been made over the past ten years, with the ground-breaking development of the bioorthogonal chemical reporter strategy. In this context, complex biomolecules are fitted with a non-native chemical functionality (reporter) that can react selectively with a complementary bioorthogonal probe for detection. In order to image these biomolecules in real time, fluorogenic probes, non fluorescent reagents that produce highly fluorescent products, have recently been developed. This last decade, the metal-free 1,3-dipolar cycloaddition between cyclooctynes and azides have been elegantly employed for biomolecules imaging in living systems. However, azides suffer from limitations such as their reduction by endogenous cellular thiols. Consequently, we have investigated the use of more stable 1,3-dipoles as new chemical reporters for fluorescent biomolecule imaging. In addition, we also developed novel bioorthogonal fluorogenic probes with improved fluorescence properties such as high quantum yields and red-shifted fluorescence emission for potential applications in living animals.

Le développement de réactions chimiques compatibles avec les milieux biologiques est un défi scientifique de taille. Les outils dont actuellement disponibles pour le marquage spécifique d’entités biologiques se sont multipliés pendant cette dernière décennie. Parmi les réactions vedettes du domaine, on trouve les réactions de Diels-Alder entre alcènes tendus et tétrazines ou encore les cycloadditions entre les cycloalcynes et les azotures (SPAAC). En revanche, les réactions de clivage bioorthogonal ont retenu une attention plus faible de la part de la communauté scientifique. Récemment notre groupe a identifié une réaction bioorthogonale entre une iminosydnone et un cycloalcyne permettant d’effectuer simultanément le clivage d’un composé et la ligation de deux entités. Ces travaux de thèse ont été entièrement dirigés vers cette nouvelle réactivité.En premier lieu, nous avons étudié la synthèse et la fonctionnalisation du partenaire iminosydnone dans le but d’obtenir une librairie de composés pour l’étude de la cinétique de la réaction de click & release avec les cycloalcynes. Dans un second temps, nous avons utilisé les outils synthétiques développés pour concevoir des sondes iminosydnones à double exaltation de fluorescence. Cela a marqué l’entrée de ces composés dans le contexte de la chimie bioorthogonale puisque la sonde la plus prometteuse a été utilisée sur des cellules vivantes.Enfin, la capacité des iminosydnones à être clivées par les cycloalcynes a été exploitée sous la forme d’espaceurs clivables dans deux applications. Nous avons tout d’abord conçu des outils pour le target-fishing. Les sondes obtenues ont permis l’immobilisation de protéines sur un support solide. La libération du support des protéines a pu être effectuée de manière quantitative tout en leur apposant une étiquette fluorescente. Le second objet exploitant les propriétés d’espaceurs clivables des iminosydnones est un ADC. Celui en développement dans cette thèse est destiné à traiter les infections bactériennes, cible atteignable uniquement en employant un espaceur clivable par un agent exogène. / The development of chemical reactions compatible with the biological medium is a major challenge. The availability of chemical tools for the specific labeling of biological entities increased dramatically during the last decade. The Diels-Alder reactions between tetrazines and strained alkenes or the Strained Promoted Azide Alkyne Cycloaddition (SPAAC) are among the most popular reactions for bioorthogonal ligations. On the other hand, moderate attention was given to bioorthogonal cleavage reactions. Recently our group identified a new bioorthogonal reaction between an iminosydnone and a cycloalkyne, enabling a cleavage and the ligation of two partners at the same time.The first aim of this PhD thesis was to study the synthesis and functionalisation of the iminosydnone partner. With the large library of compounds in our hands, we could study the kinetic properties of the click & release reaction.Next, using this transformation, we synthesized double fluorogenic iminosydnone probes. The most promising probe was then used on living cells, underlining the bioorthogonality of the reaction.Finally, we took advantage of the iminosydnone properties to use them as cleavable linkers in two applications. The first field we explored was target-fishing. The tools we developped allowed protein immobilization on a solid support. The quantitative release from the support of labeled proteins was achieved using the click & release reaction. The second object using iminosydnones as cleavable linkers we considered was an ADC. The one developped in this PhD thesis is aimed at bacteria. For treatment with ADCs, this target can only be reached using a linker cleavable with an external agent.

Le principal objectif de cette thèse a consisté au développement d’une méthode de screenning pour la découverte de nouvelles réactions de ligations bioorthogonales ainsi que son application sur une bibliothèque développée pour cette étude. Par conséquent, un système de screening a été conçu en trois étapes consistant au départ en une analyse HPLC, puis une évaluation basée sur la fluorescence de haute résolution et finalement un test de microscopie confocal in cellulo. Puis, nous avons standardisé toutes les analyses avec les réactions CuAAC et SpAAC. En outre, nous avons synthétisés 18 réactifs d’intérêts et effectué un screening de 58 expériences de ligation avec une évaluation par méthode HPLC. Parmi les 9 réponses positives obtenues figure 6 réactions impliquant de nouveaux réactifs et les analyses LC‐MS ont pu tous les valider comme des réactions de cycloaddition directe à l’exception d’une réaction. Finalement, nous avons pu appliquer la méthode in cellulo développée, afin d’évaluer la pertinence des réactions de chélation CuAAC pour une application sur cellules. / The main goal of this thesis was the development of a screening method for the discovery of new bioorthogonal ligation reactions as well as its application on a self‐designed library. Therefore we designed a three step screening system consisting of a preliminary HPLC assay, a high resolution fluorescence based assay and a final in cellulo confocal microscopy assay.Subsequently we standardized all assays with the highly established CuAAC and SpAAC. Furthermore, we successfully synthesized 18 reagents of interest and screened 58 ligation experiments with the help of the HPLC setup. The 9 positive hits from this screening contained 6 reactions involving novel reagents and LCMS analysis was able to validate all but one as straight forward cycloaddition reaction. Finally we were able to apply the newly developed in cellulo assay to assess the suitability of chelating CuAAC for in cell application.

Ce travail a consisté en la synthèse d’outils chimiques et au développement de leurs applications biologiques. Dans un premier temps, des sondes pour l’étude de la Topoisomérase IIA humaine ont été synthétisées. Ces sondes ont alors été testées sur lysat cellulaire pour la capture des protéines présentant une affinité pour ces médicaments. Dans un second temps, un nouveau lien clivable en conditions non dénaturantes pour des applications en protéomique chimique a été developpé. Ainsi, après optimisation de la structure, il a été intégré au sein d’une sonde d’affinité pour évaluer sa capacité de capture et libération de la PARP 1. Enfin, la réaction de click entre un azoture et un cyclooctyne a été appliquée à l’élimination d’une drogue circulante dans le sang.Après l’étude cinétique de la réaction, l’activité biologique et la pharmacocinétique des différents composés ont été évaluées pour optimiser la réaction de click in vivo. / The main goal of this work was to synthesize chemical tools and to developp their biological applications. In the first part, probes for the study of Topoisomerase II via chemical proteomic were synthesized. They were then used for pulldown experiments on cell lysats. In a second part, a new cleavable linker in non denaturing conditions was developped for chemical proteomic applications. After optimisation of the structure, it was incorporated in an affinity probe and tested for the pulldown of PARP 1. Finally, a click chemistry reaction, the SPAAC, was used to provok the elimination of a circulating drug. After the study of the kinetic of the reaction, the biological activity and the pharmacokinetic of the different compounds were evaluated to optimise the click reaction in vivo.

Analogues aux cyclotrivératrilènes et aux calix[n]arènes, les pillar[n]arènes sont composés de n unités hydroquinoliques et reliés entre elles par un pont méthylénique en position para. Ces macrocycles ont été utilisés en tant que supports fonctionnalisables afin de préparer divers nanomatériaux. Dans ce contexte, la modification chimique du pont méthylénique a été réalisée sur le pillar[5]arène afin d’obtenir un nouveau site de fonctionnalisation, à ce jour jamais exploité. L’oxydation de cette position a permis dans un premier temps de réaliser une extension de cycle par une réaction de Colvin, afin d’obtenir un macrocycle portant une triple liaison tendue. Cette particularité a permis la réalisation de cycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen ou chimie click sans utilisation de cuivre(I), mais également l’obtention de produits de cycloadditions [2+2] par voie thermique normalement interdites. L’introduction d’un fullerène C60 sur ce pont méthylénique a également été réalisée sans déformation de la cavité. C’est pourquoi dans un deuxième temps des [2]rotaxanes photoactifs ont pu être élaborés à partir de ce fulléropillar[5]arène. Dans un dernier temps, une nouvelle méthode de préparation des [2]rotaxanes a été développée. Par échange de bouchons activés, divers [2]rotaxanes ont pu être synthétisés, sans être limités par la nature des bouchons souhaités. A partir de cette méthode de préparation, des cristaux liquides ont pu être obtenus en substituant ces bouchons activés par des bouchons portants des groupements post-fonctionnalisables, puis en greffant des groupements cyanobiphényles. / Analogues of cyclotriveratrylenes and calix[n]arenes, pillar[n]arenes are composed of 1,4-disubstituted hydroquinone subunits linked by methylene bridges in their para positions. This macrocyclic core has been used as a compact scaffold for the preparation of nanomaterials. In this context, the chemical modification of the methylene bridge has been achieved to further functionalize the core in a way never explored so far. Firstly, oxidation of this position followed by Colvin reaction generated a strained triple bond in the macrocyclic scaffold. This particularity allowed the introduction of functional groups under copper free Huisgen 1,3-dipolar cycloadditions as well as by thermal [2+2] cycloadditions normally prohibited. Insertion of [60]fullerene on the methylene bridge has been also carried out. In a second time, photoactive [2]rotaxanes have been obtained from this fulleropillar[5]arene. Finally, a new methodology for the preparation of [2]rotaxanes has been developed. By exchange of activated stoppers, various [2]rotaxanes were thus obtained and this method is not limited by the nature of the stopper. This methodology has been used to prepare new liquid crystalline rotaxane derivatives by introduction of clickable stoppers followed by the grafting of dendritic mesogenic subunits.