Rhenium complexes based on triazolyl derivatives : from synthesis, structural and theoretical characterization to application as radiopharmaceuticals or fluorophores

• Auteur / Autrice : Jin-Hui Wang
• Direction : Eric Franck Benoist
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organométallique et de coordination
• Date : Soutenance le 29/09/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Triazoles

Médecine nucléaire

Rhénium

Mots clés libres

Complexes de rhénium

Dérivés triazolés

Agents d'imagerie

Aggregation-induced émission

Résumé

Les complexes de rhénium jouent un rôle important dans le domaine de la médecine nucléaire. Si pendant longtemps le rhénium a été utilisé comme modèle structural du technétium-99m, les caractéristiques physiques prometteuses des isotopes 186Re et 188Re, font des complexes de 186/188Re des candidats prometteurs en tant que radiopharmaceutiques thérapeutiques. De même, les propriétés intéressantes de photoluminescence des complexes de rhénium non-radioactifs en font d'excellents outils comme catalyseurs, matériaux luminescents et capteurs d'imagerie. Dans ce travail, notre objectif était (i) de développer, en utilisant une stratégie de chimie Click, des ligands multidentes pour la stabilisation de différents cœurs rhéniés de type [Re(CO)3]+ et [ReO]3+ (M = Re ou 188Re) ainsi que pour les coeurs analogues à base de 99mTc dans certains exemples, (ii) d'évaluer le potentiel des complexes de rhénium (technétium) en tant que sondes d'imagerie (Re naturel ou 99mTc) ou agents thérapeutiques (188Re). Pour ce faire, deux systèmes de chélatants spécifiques du rhénium (technétium) ont été utilisés: un système tripodal semi-rigide dans le deuxième chapitre et un fragment pyta au troisième chapitre, ces deux chélatants ayant été développés précédemment dans notre groupe. Ainsi, sur la base d'un ligand click tridente de type N2O, deux études différentes ont été réalisées dans le chapitre II. Dans la première étude, deux voies de synthèse ont permis de préparer une famille de ligands potentiellement tétradentes de type N3O, conçus pour coordonner les cœurs rhéniés aux états d'oxydation + I et + V. Les études de coordination envers ces différents noyaux de rhénium, ont également été étudiées. Les premiers résultats de radiomarquage combinés aux récents travaux rapportés par l'équipe de Dugave[xii] sur des systèmes similaires indiquent que ce ligand pourrait être un chélatant prometteur pour le 99mTc...voire le 188Re. A court terme, l'extension du radiomarquage au coeur [188ReVO]3+ devra être effectuée et la stabilité in vitro du complexe radioactif testée dans des conditions physiologiques classiques, dans le plasma humain et par des expériences d'échange de cystéine. La deuxième étude portait sur le développement de nouveaux radiopharmaceutiques du 99mTc sélectifs contre l'hypoxie. Notre ligand tripodal de départ a été décoré avec un groupe nitro (soit un groupe nitrobenzyle ou une entité métronidazole (Mtz)). Des positions différentes ont été considérées mais seulement deux ligands contenant du métronidazole (Mtz) et un ligand contenant un groupe nitro ainsi que les complexes correspondants de tricarbonylrhénium(I) ont été obtenus et caractérisés, notamment par électrochimie. Les potentiels de réduction du groupe NO2 dans les complexes [Re(CO)3Cl(L2)] et [Re(CO)3(L6)] sont similaires à ceux reportés dans la littérature pour des complexes de rhénium(I). Le chapitre III est axé sur l'étude de l'effet AIE (émission induite par l'agrégation) dans les complexes tricarbonylrhénium(I), l'association de cet effet avec les propriétés intrinsèques des complexes de Re(I) pouvant conduire à des composés très attrayants. Pour ce faire, nous avons combiné un fluorophore organique (motif benzoxazole ou PBO) qui présente une excellente stabilité et des propriétés optiques intéressantes, avec un complexe tricarbonylrhénium(I) basé sur une unité pyta (soit le 2-pyridyl-1,2,3-triazole ou le 2-pyridyl-1,2,4-triazole). Quatre composés ont été étudiés. Les structures RX ont révélé des différences structurales spectaculaires entre les deux premiers complexes, ReL8 et ReL9. Cette étude étant une nouvelle orientation dans notre groupe, ce travail sera un excellent point de départ pour d'autres recherches. Divers colorants organiques et/ou des modifications structurales de la fraction organique seront bientôt pris en compte pour développer des sondes luminescentes de rhénium(I) hautement émissives.

Rhenium complexes play a significant role in nuclear medicine. Rhenium has been widely used as a surrogate of technetium for a long time, and the promising physical features of 186Re and 188Re, make 186/188Re-complexes promising candidates as therapeutic radiopharmaceuticals.Similarly, the interesting photoactive and photoluminescence properties of non-radioactive Re-complexes make them excellent catalysts, luminescent materials and imaging sensors.Thus, in this work, our goal was to (i) develop, using a click chemistry strategy, multidentate ligands for the stabilization of different rhenium cores [Re(CO)3]+ and [ReO]3+ (M = Re or 188Re) as well as the analogous 99mTc-cores in some examples, (ii) assess the potential of the rhenium(technetium) complexes as imaging (natRe or 99mTc) or therapeutic (188Re) agents. To do so, two rhenium(technetium) specific-chelating systems were used: a semi-rigid tripodal system in the second chapter and a pyta moiety in the third chapter, these two chelators being developed previously in our group. Thus, based on a N2O tridentate click ligand, two different studies were carried out in chapter II. In the first one, two synthetic pathways to a range of potentially N3O tetradentate ligands, designed to coordinate rhenium cores as well as their coordination behaviors towards different rhenium cores (oxidation states +I and +V), were investigated. The first radiolabeling results combined with the recent work reported by Dugave and co-workers indicated that this ligand could be a promising 99mTc-chelator for nuclear imaging applications. As perspectives to this work, the extension of the radiolabelling work using the [188ReVO]3+ core should be performed, and the in vitro stability should be tested under physiological conditions in human plasma and by cysteine exchange experiments. The second study was focused on the development of novel hypoxia-selective 99mTc radiopharmaceuticals. Our semi-rigid tripodal click framework was decorated with an appended nitro group (either a nitrobenzyl group or a metronidazole (Mtz) unit). Different positions were considered and at least only two metronidazole (Mtz)-containing ligands and one nitro group-containing ligand as well as their corresponding tricarbonyl rhenium(I) complexes were obtained and characterized, in particular by electrochemistry. The reduction potentials of NO2 group in complexes [Re(CO)3Cl(L2)] and [Re(CO)3(L6)] were similar to those of reported hypoxic imaging agents, prompting us to further investigate other properties of these complexes. Chapter III was focused on the study of AIE (aggregation-induced emission) effect in tricarbonyl Re(I) complexes, the association of this effect with the intrinsic properties of Re(I) complexes being expected to lead to very attractive compounds. To do that, we combined an organic fluorophore (PBO) which exhibits excellent stability and optical properties, with a tricarbonylrhenium(I) complex based on a pyta unit (either a 2-pyridyl-1,2,3-triazole or a 2-pyridyl-1,2,4-triazole ligands). Four compounds were studied. The X-Ray structures revealed spectacular discrepancies between the two first triazole-based complexes ReL8 and ReL9. Moreover, this study being a novel orientation in our group, this work is a great starting point for further investigations. Various organic dyes and/or structural modifications of the organic moiety will soon be considered in order to develop highly emissive rhenium(I) luminescent probes.