La protéine farnésyltransférase (FTase) est une métalloenzyme à zinc catalysant le transfert d'une chaîne farnésyle provenant du pyrophosphate de farnésyle (FPP) sur le résidu cystéine de certaines protéines possédant un motif CaaX C-terminal où C est la cystéine farnésylée, a est un acide aminé aliphatique et X est Ser, Ala, Gln ou Met. Une fois additionné, le groupement farnésyle fait office de point d'ancrage rendant possible la fixation des protéines à la membrane cellulaire et de guide moléculaire facilitant la liaison de ces protéines prénylées à d'autres protéines. D'abord étudiée en oncologie, la FTase constitue aujourd'hui une cible potentielle pour la thérapie antiparasitaire qui manque cruellement de médicaments suite à l'apparition de phénomènes de résistance. La nécessité d'améliorer les thérapies existantes ouvre la voie de recherches innovantes pour trouver de nouvelles molécules bioactives.Lors de ces travaux de thèse, les deux stratégies de recherche pratiquées en chimie médicinale ont été utilisées.La première approche a consisté à synthétiser des analogues bisubstrats 1,2,3-triazoles pouvant se lier à la fois sur le site de liaison de la protéine et sur celui du FPP. Cette approche rationnelle a aussi permis d'ébaucher une synthèse monotope de triazoles 1,5-disubstitués à partir d'amines primaires. L'approche par criblage constitue la deuxième méthode de recherche de nouveaux inhibiteurs. Dans ce contexte, la chimiothèque de l'ICSN a été criblée et deux composés de type 3-arylthiophène ont révélé de bonnes activités et une structure originale dans l'inhibition de la FTase. Ainsi, des travaux de relations structure-activité ont été réalisés pour moduler les différentes positions du thiophène et la nature de l'hétérocycle central.Ce travail nous a permis d'élaborer une librairie de plus d'une centaine de composés. L'évaluation biologique de ces analogues sur FTases isolées humaine et de T. brucei et sur parasites T. brucei et P. falciparum a révélé des molécules particulièrement intéressantes et prometteuses.

Le travail présenté dans ce manuscrit porte d'une part sur la synthèse, la caractérisation et l'incorporation dans des prototypes de cellules solaires de systèmes conjugués organiques et d'autres part sur l'obtention d'analogues thiophéniques du Spirobi(fluorène). En premier lieu, deux séries de composés donneur-accepteur-donneur (D-A-D) et donneur-accepteur (D-A) à base de triarylamine ont été synthétisés, caractérisés et incorporés en tant que matériaux donneurs dans des dispositifs photovoltaïques. Afin de moduler les propriétés électroniques et optiques des composés, des modifications de la nature du donneur, de l'accepteur ainsi que du chemin de conjugaison ont été effectuées. La seconde partie du travail, plus exploratoire, est axée sur la synthèse d'analogues du Spirobi(fluorène) dans lesquels deux phényles sont remplacés par des thiophènes. Après expérimentation, trois méthodologies semblent permettre l'obtention de synthons intéressants avec des rendements suffisants pour une future exploitation. Ces systèmes pourraient en particulier faciliter la fonctionnalisation dissymétrique des cycles (hétéro)aromatiques.

Les systèmes conjugués sont actuellement très développés pour leur caractère semi-conducteur qui peut être mis à profit pour l'élaboration de composants électroniques. Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de molécules conjuguées pour une utilisation dans des cellules photovoltaïques (PV). Après une introduction générale décrivant le principe de la conversion PV et les différentes classes de matériaux actifs, l'accent est mis sur les systèmes conjugués qui représentent une alternative aux matériaux inorganiques. Un état de l'art présente les principales structures moléculaires conduisant à des cellules PV performantes. Au cours de ce travail, différentes approches conduisant à des matériaux moléculaires donneurs d'électron ont été développées. La première est basée sur l'utilisation d'oligothiophènes de structure bidimensionnelle (chapitre 2). Ce travail a montré que la désymétrisation de ces systèmes ou bien l'insertion d'unités acceptrice d'électron en leur sein conduisait à une amélioration des performances des cellules PV correspondantes. Une seconde approche a consisté à développer la synthèse de nouveaux systèmes conjugués donneur-accepteur (D-A) et donneur-accepteur-donneur (D-A-D). Les groupes donneurs d'électrons D sont constitués de dérivés d'oligothiényl triarylamine. L'originalité de ce travail réside dans l'utilisation de blocs accepteurs A dérivés du tétracyanobutadiène (chapitre 3) ou d'indénothiophénylidène malononitrile (chapitre 4). Des dispositifs PV d'architecture simple réalisés à l'aide de ces nouveaux matériaux moléculaires ont conduit à des performances élevées.

Les matériaux conjugués sont de nos jours très utilisés dans de nombreuses applications ainsi qu’en recherche. L’enchainement des liaisons π-σ-π permet la délocalisation des électrons et d’obtenir différentes propriétés comme la conduction, la fluorescence, la chélation, etc. Ainsi, de nombreux dispositifs utilisent ces caractéristiques en vue d’obtenir de nouveaux matériaux révolutionnaires comme les cellules solaires, les transistors à effet de champs, les dispositifs électrochromiques, etc.. Les dispositifs électrochromiques font partie des dispositifs en vogue. Ils sont capables de changer de couleur selon le potentiel électrique appliqué. Ils se distinguent par la simplicité du mode de conception et ils ne nécessitent pas de fonctionner dans des conditions drastiques comme une atmosphère contrôlée. Ces dispositifs sont actuellement utilisés et commercialisés comme fenêtre intelligente, camouflage, papier électronique et carte de visite personnalisée pour n’en nommer que quelques-uns. Deux propriétés sont essentielles pour que des composés puissent être utilisés dans ces familles de dispositifs : la réversibilité à l’oxydation et la stabilité à l’air et à la lumière. Dans le groupe de recherche du professeur W.G. Skene, l’axe principal de recherche est basé sur la conception de nouveaux matériaux conducteurs comportant des liaisons azométhines. Les principaux matériaux étudiés sont des dérivés de thiophènes et de fluorènes. De précédents résultats ont montré que plusieurs produits issus de la réaction de condensation entre les dérivés du 2,5-diaminothiophène et de thiophènes diformylés menaient à des produits possédant d’excellentes propriétés photophysiques et électrochimiques. C’est en partant de ces résultats encourageants qu’il a été choisi de synthétiser une nouvelle famille de produits avec un nouveau substrat fonctionnalisé. Ce dernier possède d’excellentes propriétés électrochimiques et photophysiques : la triphénylamine. Deux familles de produits ont été synthétisées qui possèdent toutes comme cœur une triphénylamine. Cette dernière a été modifiée de façon à créer une, deux ou trois liaisons azométhines avec différents thiophènes. Deux dérivés du thiophène ont été choisis afin d’étudier l’influence des groupements donneurs et accepteurs sur ces nouveaux types de composés encore jamais étudiés. Les résultats des différentes synthèses et analyses ont été effectués par RMN, spectrométrie de masse, spectrométrie d’absorbance UV-Visible, fluorescence et voltampérométrie cyclique sont rapportées dans le présent recueil. / Conjugated materials are been used in many applications and fundamental research, owing in part to their high degree of conjugation. They further have opto-electronic properties that are compatible for use as conjugated materials in many devices including solar cells, organic field effect transistors, organic light emitting diodes and electrochromic devices. The latter are of particular interest because their colors that can be changed when a potential is applied. The advantage of these color switching materials compared to other opto-electronic devices is their simple fabrication that can be done under ambient conditions. Electrochromic devices have found many consumer applications including mirrors, tunable windows, camouflage and electronic paper, to name a few examples. The focus of our research group is the preparation of new conjugated materials based on azomethine. Previous efforts from the group demonstrated that azomethines having the required properties for use in electrochromic devices (electrochemical reversibility and air stability) were possible when using a 2,5-diaminothiophene derivative as a building block. It was also demonstrated that color tuning of both the neutral and oxidized states was possible when coupling 2,5-diaminothiophene with various heterocyclic arylaldehydes. Despite the many examples of azomethines studied in our group, fundamental structure-property relationships of these conjugated materials are still not understood. The objective of this thesis was therefore to prepare to new conjugated azomethines from triarylamine aldehydes. The objective was also to examine the opto-electronic properties of these novel azomethines, including the effect of the degree of conjugation and type of triphenylamine aldehyde precursor on the absorbance, electrochemical properties, and fluorescence.

Depuis deux décennies, la modernisation des techniques d’imagerie de fluorescence a permis decomprendre et d’étudier de nombreux processus biologiques. Ce formidable essor a néanmoins étéralenti par les faibles performances des sondes fluorescentes disponibles pour ce type d’imagerie. Cemanque d’objets luminescents a motivé des recherches intenses dans le but d’optimiser les sondesmoléculaires fluorescentes déjà existantes afin de leur permettre d’être plus fluorescentes, mais aussiplus stables. En parallèle à ces optimisations, l’avancée des nanotechnologies à permis de développerde nouveaux outils pour l’imagerie biologique. Du fait de leurs propriétés optiques, de leur excellentephotostabilité, ainsi que la possibilité de fonctionnaliser leur surface, les nanoparticules semiconductrices(QDs) ont connu un succès phénoménal dans les domaines de l’imagerie. Au fur et àmesure de leur utilisation, de nombreuses questions partiellement élucidées sur la toxicité des QDs ontémergé. Dans le but de proposer une alternative aux QDs, de nombreux groupes de recherche onttravaillé sur la préparation de nanoparticules (ONPs) à base de molécules organiques, ce qui a mis finà l’hégémonie des QDs en imagerie biologique. Parmi ces ONPs, les nanoparticules fluorescentes àbase de molécules organiques (FONs) se sont imposées comme des candidats sérieux pour sonder levivant. Dans cette optique, nous développons de nouveaux chromophores qui, par un designmoléculaire adapté, peuvent former des FONs avec des brillances à un et deux photons comparables àcelle des QDs tout en étant biocompatibles. / Since decades, bioimaging technics increased a lot, thus leading to a better understanding of biologicalprocesses. However, the fluorescence imaging was limited due to the low photostability and brightnessof available organic dyes. In order to improve the lack of photostability and brightness of thecommercially available dyes, lots of effort was done by organic chemists. In the mean time with theincoming of nanotechnologies, new tools such as the semi-conductors QDs raised as promisingluminescent probes for bioimaging. Due to their intrinsic properties, QDs are bright and photostablenano-objects, furthermore, the labeling of the surface of the QDs is of interest for targeting (such asthe detection of cancer cells). Despite their popularity, with time, issues about the clearance and thetoxicity of the QDs have been adressed and are still not fully solved. So the development of safer andbiocompatible tools for bioimaging emerged as evidence for scientists. In that context, the use ofnanoparticles made of organic materials gain in interest and particularly the fluorescent organicnanoparticles (FONs). We aimed to propose biocompatible and safer alternative to QDs, so wedeveloped new nanotools, based on the self aggregation of propeller-shaped fluorophores as FONs.Because of the specific design of the chromophores, these FONs have large one and two-photonbrightness combine with good photostability. These features made these FONs promising tools foreither one-photon and two-photon fluorescence imaging in cells and in vivo.

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La synthèse de chromophores organiques comme composants de matériaux pour l'optique non-linéaire a été le point central d'un grand nombre de recherches, en raison de leur utilisation potentielle dans les domaines des communications optiques, du traitement de l'information, de l'imagerie… Le plus souvent, les molécules possédant de fortes valeurs d'hyperpolarisabilité [bêta] sont constituées d'un couple de groupements donneur-accepteur connecté par le biais d'un système [pi]-conjugué. Celles comportant des hétérocycles comme motifs centraux ont reçu une attention considérable dans le domaine de l'optique non-linéaire en raison de leur relative facilité de préparation et de la variation de leur degré de polarité. A ce titre, nous nous sommes intéressés à la conception de nouvelles molécules ayant la structure précédemment décrite. Les variations structurales ont porté sur le groupement donneur (alkoxy, dialkylamino porté par un cycle aromatique), le groupement accepteur (dicyanovinyle, acide cyanoacrylique et acide thiobarbiturique) et le système [pi]-conjugué (thiophène, thiéno[3,2-b]thiophène et bithiophène). Les propriétés optiques de ces composés ont été étudiées et ont permis d'établir quelques liens entre certaines modifications structurales et les propriétés optiques. Les fortes valeurs de [bêta] obtenues montrent clairement le potentiel des composés préparés et permettent d’envisager d’autres modifications structurales afin d'encore améliorer ces valeurs / The synthesis of organic compound as components of materials for nonlinear optics has been the focus of many researches because of their potential uses in the fields of optical communications, information process, imagery ... Most often, the molecules with strong hyperpolarizabilitie [bêta] values incorporate a pair of donor-acceptor groups connected via a [pi] -conjugated system. Those containing heterocycles motifs received considerable attention in the field of nonlinear optics due to their relative facility of preparation. We are interested in designing of new molecules with the structure previously described. The structural changes have focused on the donor group (alkoxy, dialkylamino carried by an aromatic ring), the acceptor group (dicyanovynil, cyanoacrylic acid and thiobarbituric acid) and [pi]-conjugated system (thiophene, thieno[3,2-b]thiophene and bithiophene). The optical properties of these compounds have been studied and we have established some links between some structural changes and optical properties. The high values of [bêta] obtained clearly show the potential of compounds prepared and used to explore other structural modifications to improve these values

Afin de répondre aux demandes des industriels de nouveaux matériaux poreux sont testés pour de nouvelles applications ou pour améliorer les procédés existants. Les adsorbants de types Metal Organic Frameworks(MOFs) ont des structures construites à partir d'unités inorganiques reliées entre elles par des ligands organiques. La possibilité de varier ces deux entités, offre une grande diversité de structures avec des cavités de tailles contrôlées. L'objectif de cette thèse a été d'évaluer les performances des MOFs pour l'adsorption de composés organiques et de comprendre les mécanismes d'adsorption. Les deux problématiques sélectionnées sont d'intérêt pour l'industrie pétrochimique. La séparation du para-xylène des autres isomères du xylène et de l'éthylbenzene, permets de répondre à la demande de matière première pour la synthèse du polytéréphtalate d'éthylène. L'adsorption des composés azotés et soufrés (teneur fixée par des législations), permets la purification de carburants. Notre étude thermodynamique est basée sur la réalisation d'isothermes d'adsorption et la détermination d'enthalpies d'adsorption par microcalorimétrie en phase liquide. L'adsorption des vapeurs des xylènes purs a été étudiée pour comprendre l'effet du solvant. Une grande variété de comportement a été observée selon les structures des MOFs. Nous avons par exemple mis en évidence l'effet de l'empilement moléculaire des isomères du xylène sur la sélectivité des MOFs. Nous avons démontré que la flexibilité des MOFs intervient sur les interactions au cours de l'adsorption des xylènes. Nous avons mis en évidence une sélectivité des MOFs possédant un centre métallique insaturé en faveur des composés azotés / In order to meet the industrials requirements, new porous materials are tested for new applications or to improve existing processes. The Metal Organic Frameworks (MOFs) are hybrids crystalline compounds made up of clusters (or chains) of metal ions coordinated by organic linkers to form three dimensional structures. The ability to vary these two entities offers to MOFs a wide variety of organized structure with pore sizes controlled. The aim of this thesis was to evaluate the MOF performances for the adsorption of organic compounds and also understand the related adsorption mechanism. The two selected issues are of interest for the petrochemical industry. The para-xylène separation from the other xylene isomers (ortho, meta) and ethylbenzene, allows to meet the demand for raw materials in the polyethylene terephthalate (PET) synthesis. The nitrogen and sulphur compounds adsorption allows the purification of fuels (sulphur content set by legislation). We present a thermodynamic study of adsorption from solution based on the determination of adsorption isotherms by depletion method and adsorption enthalpies by microcalorimetry. The pure xylenes vapour adsorption was also studied to understand the solvent effect. A wide variety of behaviour has been observed depending on MOF structures. For example we demonstrated the effect of xylene isomers molecular packing on MOF selectivity. Furthermore we have shown that the MOF structure flexibility influence the interactions involved during xylene isomers adsorption. We also demonstrated that MOF with unsaturated metallic centres present selectivity for nitrogen compounds (Lewis acid/base).

En 2015, on estime le nombre de nouveaux cas de cancer à plus de 385000 et le nombre de décès à 149500. Ces chiffres, plus élevés chez l'homme que chez la femme, connaissent ces dernières années une nette recrudescence chez les patients de sexe féminin. Globalement, la principale difficulté pour lutter contre les cancers se situe dans la capacité à les détecter avant qu'ils ne métastasent et dans les nombreux phénomènes de résistance aux traitements chimiothérapeutiques.De par son implication dans la croissance des cellules cancéreuses, le réseau vasculaire tumorale représente une cible intéressante ainsi qu'une alternative prometteuse aux traitements actuels. Ainsi, la classe de composés qualifiés de VDAs (pour « Vascular Disrupting Agents ») visent les cellules endothéliales ainsi que les péricytes, provoquant ainsi des phénomènes d'ischémie et de nécrose cellulaire. Un exemple de ce type de composés n'est autre que la Combrétastatine A-4 (ou CA-4), qui est un composé naturel extrait d'un arbuste sud-africain, le Combretum caffrum. Cette molécule a été pour la première fois étudiée par G.R. Pettit en 1989 qui a alors démontré qu'elle pouvait inhiber très efficacement la polymérisation des dimères α et β de tubuline en microtubules, résultant alors en la non-formation du cytosquelette, et l'apoptose de la cellule. Le développement de nouveaux analogues de la CA-4 s'avère crucial car ce composé dispose non seulement d'une solubilité réduite mais peut aussi être instable lorsqu'il est administré. Le travail effectué lors de cette thèse a donc consisté dans un premier temps en la synthèse de nouveaux dérivés de la CA-4 en remplaçant le noyau B par différents hétérocycles et en effectuant plusieurs pharmacomodulations ; ces derniers étant alors évalués pour leurs propriétés inhibitrices de la polymérisation de la tubuline et antiprolifératives. Avec plus de 24 millions de personnes touchées dans le monde, les pathologies neurodégénératives représentent un problème majeur de santé publique. Il est également très important de considérer l'incidence future de ces pathologies, et on estime à plus de 42 millions le nombre de personnes qui seraient atteintes par ce fléau d'ici à 2020. La famille des protéines kinases DYRK a fait l'objet ces dernières années d'une attention toute particulière de par son implication dans de nombreux phénomènes physiologiques et notamment au niveau des phases primaires du développement du système nerveux central. Plus spécifiquement, les kinases DYRK1A et DYRK1B ont été étudiées de par leurs implications dans de nombreux cancers (notamment le glioblastome) et certaines pathologies neurocérébrales. Le dérèglement de l'expression de ces protéines pourrait être la cause de retards mentaux, du développement de la maladie d'Alzheimer, de la trisomie 21, ainsi que de phénomènes de résistance. Nous avons identifié au sein de notre laboratoire une molécule inhibant ces 2 kinases. Initialement développé dans le but d'inhiber la protéine kinase CK2 (caséine kinase 2), notre composé a montré une activité inhibitrice et une sélectivité sur DYRK1A et DYRK1B. De par son activité, cette molécule est aujourd'hui notre composé « hit » et nous visons, à travers les travaux de cette thèse, la synthèse de multiples analogues dans le but d'améliorer l'activité initiale mais aussi sa spécificité sur DYRK1A ou sur DYRKB. Dans cette optique, nous avons réalisé différentes pharmacomodulations de nos composés dits « indénobenzo[b]thiophènes » et étudier les effets de tels composés sur DYRK1A, DYRK1B, DYRK2 mais aussi sur CK2. Ceci nous a permis d'affiner nos connaissances vis-à-vis des kinases de type DYRK et de sélectionner les molécules les plus prometteuses afin de (i) réaliser une étude autour de leurs caractéristiques physico-chimiques (Log P, solubilités dans différents solvants), (ii) d'analyser leurs comportements au niveau de la barrière hémato-encéphalique (BHE) et (iii) de réaliser des nano-encapsulations / Up to now, cancer is the second deadliest pathology in the World and is still considered as one of the most challenging public health issue. Globally, it has been assessed to be the main pathologic cause of death by the World Health Organization. This bad prognosis is partly due to the ability of cancer cells to give metastases but also to resistances phenomenon impeding drastically the effect of chemotherapeutic and radiotherapeutic treatments. As a consequence, there is currently a critical lack of effective treatments which would completely eradicate tumor cells, with minimal side effects. In spite of some difficulties in this competitive research area, the discovery of cancer therapeutics remains stimulating and we aim to achieve the synthesis of novel anticancer agents.Given its pivotal role in tumor growth and survival, the tumor vasculature represents an attractive target for anticancer therapy. Apart from angiogenesis inhibitors that compromise the formation of new blood vessels, the class of vascular disrupting agents (VDAs) targets endothelial cells and pericytes of the already established tumor vasculature, resulting in tumor ischemia and necrosis. A striking example of VDA is the combretastatin A-4, also known as CA-4, which was originally isolated from the bark of the South African willow tree Combretum caffrum by the American scientist G.R. Pettit in 1989. These products demonstrated to be efficient against a wide array of cancers such as breast, colon, lung or ovarian cell lines. New CA-4 analogs containing different heterocycles instead of the hydroxymethoxy substituted pharmacomodulable B ring were prepared and evaluated for their in cellulo tubulin polymerization inhibition and antiproliferative activities. In the other hand, tumor cell survival is a complex process which remains poorly understood. As part of the survival machinery, chemoresistances and DNA repairs are central elements regulated by a prosurvival/proapoptotic signal balance. Protein kinases are known to be directly involved in this signal transmission through molecular interactions. As such, DYRK kinases and most specifically DYRK1A/1B, were part of numerous recent studies due to their involvement in cancer and other pathologies. DYRK1B (also called Mirk kinase) is an ubiquitous kinase which was proved to be over-expressed in many cancers such as pancreatic, ovarian or colon. Its involvement as a regulator of DNA repair and tumor cell survival was assessed, phosphorylating specifically serine, threonine and tyrosine residues. Also, another closely related isoform known as DYRK1A, was mapped in the Down syndrome critical region located itself on chromosome 21. Interestingly, this kinase was not only uncovered to play a fundamental role in glioblastomas survival but was also associated with abnormal brain development in early stages and mental retardations. Particularly, DYRK1A was found to hyperphosphorylate microtubule-associated tau protein, resulting into genesis of neurofibrillary tangles. As a consequence, DYRK1A has become one of the most targeted proteins in order to improve cognitive impairment of patients suffering from Down syndrome or Alzheimer’s disease. Initially designed to target protein kinase CK2, one of our molecules was also tested on DYRK kinases. This compound exhibited a strong activity against DYRK1A/DYRK1B whilst being inactive on other protein kinases. Consequently, it was considered as our hit compound and (i) we synthetized derivatives as dual or single inhibitors of DYRK1A/DYRK1B, (ii) evaluated their biological activities (with emphasis on the blood brain barrier), and (iii) finally synthesized nanoparticles loaded with our inhibitors

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.