WO2007074174A2 - Composes fluorescents et utilisation de tels composes dans le cadre de procedes ou dispositifs multiphotoniques - Google Patents

Composes fluorescents et utilisation de tels composes dans le cadre de procedes ou dispositifs multiphotoniques Download PDF

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WO2007074174A2
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Mireille Blanchard-Desce
Laurent Porres
Olivier Mongin
Céline LE DROUMAGUET
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Universite De Rennes 1
Cnrs
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F5/00—Compounds containing elements of Groups 3 or 13 of the Periodic System
    • C07F5/02—Boron compounds
    • C07F5/022—Boron compounds without C-boron linkages

Definitions

  • Fluorescent compounds and the use of such compounds in multiphoton processes or devices
  • the invention relates to the field of the design and production of fluorescent compounds ("fluorophores") having properties making them capable of being used in multiphoton methods and devices and in particular biophotonic methods and devices.
  • fluorescent compounds fluorophores
  • the study of the major cellular functions such as, for example, the expression of the genome, the membrane traffic, the study of the mobility of the cells and their organization in tissues, need to locate, measure and quantify in vivo, on the scale microscopic and nanoscopic, dynamics and interactions between molecules of biological interest (proteins, nucleic acids, lipids, ions ).
  • Multiphoton microscopy makes it possible to overcome these problems thanks to the fluorescence technique induced by two-photon excitation (hereinafter sometimes referred to as "TPEF").
  • TPEF fluorescence technique induced by two-photon excitation
  • ADP absorption property two-photon
  • fluorescent molecules excitable by a photon of energy hv and wavelength ⁇ are also likely to be excited simultaneously by two photons of energy hv / 2 and wavelength 2 ⁇ .
  • a single-photon excitation in the UV-blue region of the visible spectrum can thus be replaced by a two-photon excitation in the red-near-infrared range, which is non-toxic for living tissue and generates less endogenous fluorescence in the samples observed.
  • the non-linear nature of the absorption localizes the excitation, and therefore the emission of the fluorophores, to the point of focus of the laser in the sample to be studied.
  • three-dimensional images of biological tissues in vivo can be obtained with a resolution of the order of a micrometer up to depths of at least 500 ⁇ m and without causing damage to these tissues.
  • This nonlinear character of the absorption also allows a fine three-dimensional spatial resolution.
  • these compounds have poor ADP properties in the spectral window of biological interest (700 to 1200 nm) and must be used at concentrations likely to disturb the observed environment.
  • boron dipyrromethenes commonly designated in the literature by the generic term "BODIPY” belong to a class of fluorescent chromophores having interesting properties: a photoluminescence
  • Tunable in wavelengths 500-650 nm, ie the optimal operating range for high-performance detectors (photomultipliers and avalanche photodiodes), a high fluorescence quantum yield in various media (y including water in the case of water-soluble derivatives), and fluorescence decay times sufficiently long (of the order of 4 to 5 ns).
  • These compounds have therefore been used as fluorescent probes in a wide variety of applications, for example as cation sensors, as ionofluorophores, as dosimetric reagents, for the control of bioactivity (NO imaging), for imaging of living cells and even for fluoro-immunological tests.
  • the main objective of the present invention is to provide novel fluorescent compounds especially adapted to be used in two-photon techniques.
  • an object of the present invention is to describe such compounds which make it possible to guarantee the safety of the techniques in which they are used, while having a high sensitivity and selectivity.
  • Another objective of the present invention is to propose a panoply of such fluorescent compounds capable of addressing very different targets.
  • Yet another object of the present invention is to provide such compounds capable of producing distinguishable light signals by their emission wavelengths and thus allowing the implementation of a multiplexing (the luminous flux emanating from the sample labeled with several fluorophores can thus simultaneously carry several separable signals using filters).
  • a high ADP cross section reduces the concentration of fluorescent molecular markers and / or excitation intensity, which is highly desirable for biological imaging.
  • R 1 to R 7 represents a covalent bond with said core, the other identical or different, each denoting a radical selected from the group consisting of hydrogen, alkyl radicals (sometimes denoted "AIk” in the following the description) in C 1 to C 25 , preferably C 1 to C 12 , (CH 2 ) m -SO 3 M, (CH 2 ) m NAlk 3 + , (CH 2 ) m - (OCH 2 -CH 2 p -OH, M being an alkali metal and m being equal to 0 or being an integer between 1 and 12, preferably between 1 and 6, p being an integer between 1 and 25, the aryl radicals (sometimes referred to as "Ar”); In the following description), heteroaryl, arylethenyl or arylethynyl.
  • aryl radicals is intended to mean hydrocarbon aromatic radicals, mono-, bi- or tricyclic, containing from 6 to 14 carbon atoms, preferably
  • heteroaryl radicals aromatic radicals ics comprising one or more heteroatoms, preferably the pyridyl, quinolinyl, thienyl, furyl, pyrrolyl radicals.
  • the compounds according to the present invention therefore consist of a core whose spectral characteristics allow the absorption of two photons and thus forming a "two-photon antenna", linked to at least two emitter components located at the periphery, of the dipyrromethene type.
  • boron (-BDP) likely to offer "tunable" luminescence properties.
  • the compounds according to the invention constitute systems whose size varies according to the nature of the core and the emitting components as well as the number of these.
  • the compounds according to the present invention have the advantage of allowing "decoupling" of two-photon absorption and emission. Thus, it is possible to overcome the strict constraints related to the inter-relationships between absorption and emission in systems where the absorption is exclusively provided by the issuer group.
  • the compounds according to the present invention make it possible to take advantage of the luminescence qualities (high fluorescence quantum yield, tunability, photo stability) of boron dipyrromethene type units while having a very high two-photon absorption cross section.
  • the heart performing the role of two-photon absorption is directly connected to the emitter components.
  • the compounds according to the present invention do not make use of a Förster-type energy transfer.
  • the absorption concerns the entire system (two-photon absorber core and emitters). This absorption involves excited states of increasing energy. That of lower energy (responsible for the single-photon absorption in the visible and the low two-photon absorption of BDP to 1000 nm) is located on BDP transmitters. The following states more particularly involve the two-photon absorber core. Fast relaxation after excitation always returns to the excited state of lower energy responsible for the emission. In the compounds of the invention this state of lower energy is located on the BDP-type emitting patterns.
  • each of said boron dipyrromethene emitters has the formula (-BDP), in which R 4 is a covalent bond.
  • an advantage of the present invention is to benefit from great latitude in the design of the two-photon antenna core.
  • the core may thus be chosen such that the compounds according to the present invention correspond to one of the following formulas.
  • BDP represents identical boron dipyrromethene emitters as defined above:
  • n is an integer from 1 to 7;
  • R 8 and R 9 which may be identical or different, denote a radical chosen from the group consisting of hydrogen, linear or branched C 1 -C 25 alkyl radicals, preferably C 1 -C 12 radicals, (CH 2 ) m - SO 3 M and their branched and polyanionic analogs, (CH 2 ) m NAlk 3 + as well as their branched and polycationic analogs, (CH 2 ) m - (OCH 2 -CH 2 ) p -OH and their branched analogs, M being an alkali metal and m being equal to 0 or being an integer between 1 and 12, preferably between 1 and 6, p being an integer between 1 and 25.
  • the compounds according to this one correspond to one of the following formulas:
  • the compound corresponds to the formula
  • R 10 and R 11 identical or different, each representing an OH, OAIk, OAr radical,
  • Z 1 representing O, S, NH, NAIk, NAr, PH, PAIk or PAr;
  • Z 2 , Z 3 each representing CH, CAIk or N;
  • Z 5 , Z 6 , Z 7 each representing CH, CAIk or N;
  • Z 8 is O or S;
  • q being an integer of 1 to 7;
  • r is an integer of 1 to 7;
  • s being an integer between 0 and 7;
  • t being an integer between 1 and 7.
  • the compound has the following formula:
  • W being CH or B or N or P or PO
  • Z 9 represents C, N + or P + or Si or Ge or Sn.
  • the compound has the following formula:
  • BDP r, s, t have the same meaning as before; u is 0, 1, 2, 3, 4, 5 or 6; and,
  • the compound according to this one corresponds to one of the following formulas:
  • the compound according to this formula has the following formula:
  • the invention also covers any use of such compounds in any process or device implementing an absorption at one but preferably two photons or even three photons, especially in any two-photon method or device.
  • the present invention covers any use of such compounds in the context of a photonic imaging process or device.
  • FIG. 1 represents the synthesis route of two compounds (LP42 and
  • FIG. 2 represents the synthesis route of a third compound (CL64) according to this, with a triphenylamine core
  • FIG. 3 represents the route of synthesis of a fourth compound (CL108) according to the invention, having a dendrimeric core
  • FIG. 4 represents the synthesis route of a fifth compound (MC237) according to the invention, the triphenylbenzene core of which is connected to three boron dipyrromethene emitters via phenylene-ethynylene spacers;
  • FIGS. 5 represents the route of synthesis of a sixth compound (MC263) according to the invention, the triphenylamine core of which is connected to three boron dipyrromethene emitters via spacers containing a triazole heterocycle;
  • FIG. 6 represents the route of synthesis of a compound (MC297) according to the invention and perfectly soluble in water;
  • FIG. 7 represents the route of synthesis of a compound (MC303) according to the invention and emitting a red fluorescence.
  • this compound was synthesized from (1,1'-biphenyl) -4,4'-dicarboxaldehyde (2) and 4 equivalents of 2,4-dimethyl-3-ethylpyrrole (1) according to Figure 1 below. Its synthesis requires three steps: firstly adding trifluoroacetic acid (TFA) to the mixture of aldehyde and pyrrole to give in situ the corresponding dipyrromethane, then conversion of the latter to dipyrromethene by oxidation with DDQ, and finally treatment with an excess of BF 3 -Et 2 O in the presence of base to lead to the corresponding boron complex.
  • TFA trifluoroacetic acid
  • a third compound according to the present invention arbitrarily called CL64, was also synthesized, according to scheme 2 below, by a triple Sonogashira coupling between the trialyne 4b
  • a fourth compound according to the present invention arbitrarily called CL108 and having a dendrimeric heart was also synthesized, according to scheme 3 below. More specifically, the compound ⁇ , N-bis (4-iodophenyl) -4 - [(trimethylsilyl) ethynyl] benzenamine (6b) was first synthesized.
  • the dendron 8a was then made.
  • the air is purged with a solution of compound 6b (200 mg, 0.337 mmol), compound 7 (341 mg, 0.843 mmol) and tri-o-furylphosphine (23 mg, 0.099 mmol) in 15 mL of toluene / And 3 N (5/1) by bubbling argon for 30 min.
  • Pd 2 dba 3 (12.3 mg, 0.013 mmol) is added, and the mixture is stirred at 20 ° C. for 15 h.
  • the crude product is purified by chromatography on a silica column (heptane / CH 2 Cl 2 30:70) to give 280 mg (73%) of the dendron 8a.
  • the dendron 8b was then synthesized.
  • a fifth compound according to the present invention arbitrarily called MC237 and preenting a dendrimeric heart was also synthesized, according to diagram 4 below.
  • MC263 a sixth compound according to the present invention, arbitrarily called MC263 was synthesized, according to scheme 6 below.
  • Chlorosulphonic acid 52 mg, 30 microL, 0.447 mmol is added dropwise at -10 ° C., under argon, to a solution of 1,3,5,7-tetramethyl-8- (4-iodophenyl) -4,4'-difluoroboradiazaindacene (12) (100.5 mg, 0.223 mmol) in 2.2 mL of dichloromethane. After 45 min, the reaction mixture is allowed to warm to room temperature. The red solid obtained is isolated by vacuum filtration and washed with dichloromethane. The precipitate is then dissolved in water and the resulting aqueous solution is neutralized with sodium bicarbonate. After evaporation of the solvent under reduced pressure, ethanol is added and the yellow precipitate obtained is filtered. The solvent is evaporated and the crude product is purified by reversed phase silica column chromatography (H 2 O) to give 40 mg (31%) of 13.
  • a seventh compound according to the present invention arbitrarily called MC297 was synthesized, according to scheme 6 below.
  • the air is purged with a solution of 3,5-bis ((E) -2-phenylethenyl) -8- (4-iodophenyl) -4,4'-difluoroboradiazaindacene (17) (105 mg, 0.176 mmol), 4-ethynyl-N, N-bis (4-ethynylphenyl) -benzenamine (4b) (15.9 mg, 0.050 mmol) and tri-2-furylphosphine (0.5 mg, 2.15 micromol) in 2 mL of toluene / Et 3 N (5/1) by bubbling argon for 20 min.
  • Tris (dibenzylideneacetone) -dipalladium (0) (2.8 mg, 3.06 micromol) is then added and the mixture is stirred at 20 ° C. for 15 h. After evaporation of the solvent under reduced pressure, the crude product is purified by chromatography on a silica column (heptane / CH 2 Cl 2 70:30, 50/50 then pure CH 2 Cl 2 ) to give 50 mg (58%) of MC303. .
  • This band can be attributed to the absorption of biphenyl and triphenylbenzene cores.
  • the second band gains a lot in intensity, in agreement with the increase of the size of the antenna core; in parallel, the maximum of this second band is shifted to red.
  • the compounds all have a single band, of similar width and vibronic structure, with a maximum that varies very little (from 539 nm for the CL76 model at 544 nm for the compounds MC237 and CL108).
  • the ADP spectra of the four compounds synthesized (LP42, LP52, CL64, CL108, MC237 and MC263) as well as the reference boron dipyrromethene CL76 were also determined in the near infrared (700-1000 nm) by studying their fluorescence. by two-photon excitation (TPEF), and are shown in FIGS.
  • the measurements were carried out in 4 M toluene solutions, using a titanium laser: sapphire in locked mode, delivering pulses of ⁇ 80 fs at 80 MHz.
  • ⁇ cbs represents the maximum wavelength of absorption of the compound, DA e m its maximum emission wavelength,
  • the TPEF measurements were made with a titanium laser: sapphire in locked mode delivering pulses of ⁇ 80 fs at 80 MHz, by calibrating with fluorescein), r its fluorescence lifetime (also called fluorescence decline time) ).
  • the ADP cross-sections of LP42 and LP52 are respectively 48 and 75 GM at 990 nm, which corresponds to 2.5 and 3.75 times more than that of the CL76 model at the same wavelength.
  • the invention therefore makes it possible to increase the effective cross section of the maximum of lower energy.
  • the cross sections of LP42 and LP52 are respectively 3 and 4 times higher than that of the CL76 model. With MC237, this cross section is also 4 times higher than that of CL76. This phenomenon is still increasing with the CL64 and CL108 triphenylamine derivative systems, with ADP cross sections at 700 nm respectively 9 and 14 times higher than those of the model dipyrromethene (CL76).
  • This higher energy excitation band responsible for the exaltation of ADP between 700 and 850 nm, is well linked to the presence in the multichromophoric systems of a heart acting as a two-photon antenna.
  • the multichromophoric approach based on the combination of several boron dipyrromethene fluorophores with cores capable of exalting the two-photon absorption is therefore an effective strategy for improving the properties of ADP.
  • This approach towards new TPEF probes offers different advantages, since it allows to preserve the excellent characteristics of fluorescence and robustness of boron dipyrromethenes, while taking advantage of antenna cores to exalt and modulate ADP.

Abstract

Composé chimique présentant une section efficace d'absorption à deux photons supérieure à 50 GM, et préférentiellement supérieure à 100 GM pour au moins une longueur d'onde située dans la gamme 700-1200 nm caractérisé en ce qu'il est constitué d'un coeur présentant des propriétés d'absorption à double photon lié par des liaisons covalentes distinctes à au moins deux émetteurs de type dipyrrométhène de bore de formule (-BDP) (I) dans laquelle l'un de R1 à R7 représente une liaison covalente avec ledit coeur, les autres identiques ou différents, désignant chacun un radical choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, les radicaux alkyles en C1 à C25, préférentiellement C1 à C12, (CH2)m-SO3M, (CH2)mNAlk3+, (CH2)m-(OCH2-CH2)p-OH, M étant un métal alcalin et m étant égal à 0 ou étant un entier compris entre 1 et 12, préférentiellement entre 1 et 6, p étant un entier compris entre 1 et 25, les radicaux aryles, hétéroaryles, aryléthényl ou aryléthynyl.

Description

Composés fluorescents et utilisation de tels composés dans le cadre de procédés ou dispositifs multiphotoniques.
L'invention concerne le domaine de la conception et de la réalisation de composés fluorescents ("fluorophores") présentant des propriétés les rendant susceptibles d'être mis en oeuvre dans les procédés et dispositifs multiphotoniques et notamment les procédés et dispositifs biophotoniques.
L'étude des grandes fonctions cellulaires telles que par exemple l'expression du génome, le trafic membranaire, l'étude de la mobilité des cellules et de leur organisation en tissus, nécessitent de localiser, mesurer et quantifier in vivo, à l'échelle microscopique et nanoscopique, les dynamiques et interactions entre molécules d'intérêt biologique (protéines, acides nucléiques, lipides, ions...).
La microscopie de fluorescence classique, qui met en oeuvre des marqueurs (fluorophores) excitables par une excitation monophotonique, même si elle constitue un outil puissant pour l'imagerie du vivant présente toutefois un certain nombre d'inconvénients, qui limite son intérêt dans ce domaine d'application.
En premier lieu, elle met souvent en oeuvre des sondes excitables dans le domaine ultraviolet ou dans la partie bleue du spectre visible. Une telle excitation dans ce domaine peut s'avérer toxique pour les tissus vivants.
En second lieu, elle ne permet qu'une observation de profondeur limitée dans les tissus vivants du fait de la diffusion plus importante de la lumière visible que de la lumière infra-rouge, et de l'absorption intrinsèque des biomolécules.
En troisième lieu, elle peut induire une fluorescence endogène des tissus vivants gênante pour l'observation.
La microscopie multiphotonique permet de s'affranchir de ces problèmes grâce à la technique de fluorescence induite par excitation à deux photons (ci-après parfois dénommée "TPEF").
Cette technique est basée sur le concept selon lequel certains atomes ou molécules peuvent absorber simultanément deux photons. Cette propriété d'absorption à deux photons (ci-après parfois appelée "ADP") de certaines molécules est caractérisée par leur section efficace d'ADP, notée σ2.
Ainsi, certaines molécules fluorescentes (fluorophores) excitables par un photon d'énergie hv et de longueur d'onde λ sont aussi susceptibles d'être excitées simultanément par deux photons d'énergie hv/2 et de longueur d'onde 2λ. Une excitation monophotonique dans le domaine UV-partie bleue du spectre visible peut ainsi être remplacée par un excitation biphotonique dans le domaine rouge-proche infrarouge, non toxique pour les tissus vivants et générant moins de fluorescence endogène des échantillons observés. De plus, le caractère non linéaire de l'absorption localise l'excitation, et donc l'émission des fluorophores, au point de focalisation du laser dans l'échantillon à étudier. Ainsi, des images tridimensionnelles de tissus biologiques in vivo peuvent être obtenues avec une résolution de l'ordre du micromètre jusqu'à des profondeurs de 500 μm au moins et ce sans provoquer de dommage pour ces tissus. Ce caractère non linéaire de l'absorption permet également une résolution spatiale en trois dimensions fine.
En pratique, l'absorption à deux photons observée chez certains atomes ou molécules a permis le développement de nombreuses technologies dans des domaines d'application très variés, tels que la microfabrication en 3 dimensions, le stockage optique des données, la thérapie photodynamique et la limitation optique (c'est-à-dire la protection contre l'agression laser).
Le développement de la TPEF a donc ouvert la voie à la mise au point de procédés et de dispositifs performants adaptés au milieu vivant (et donc dits procédés et dispositifs "biophotoniques") dans le domaine de l'imagerie cellulaire (microscopie, imagerie 3D), dans le domaine des outils de diagnostic (sondes fluorescentes, particules absorbantes, biopuces), dans le domaine thérapeutique (photothérapie ou thérapie photodynamique).
Or, on constate sur le marché un manque de composés fluorophores spécialement adaptés à ces nouvelles technologies. En effet, les composés fluorophores actuellement utilisés dans les techniques multiphotoniques sont optimisés pour les techniques classiques de fluorescence, c'est- à-dire mettant en oeuvre une excitation monophotonique.
Ces composés classiques de l'état de la technique ne sont pas optimisés pour les techniques multiphotoniques et notamment pas pour les techniques biphotoniques.
En pratique, ces composés présentent des propriétés d'ADP médiocres dans la fenêtre spectrale d'intérêt biologique (700 à 1200 nm) et doivent être utilisés à des concentrations susceptibles de perturber le milieu observé.
Ainsi, les dipyrrométhènes de bore, couramment désignés dans la littérature par le terme générique "BODIPY", appartiennent à une classe de chromophores fluorescents présentant des propriétés intéressantes : une photoluminescence
« accordable » dans les longueurs d'onde 500-650 nm, c'est-à-dire la gamme de fonctionnement optimale pour les détecteurs performants (photomultiplicateurs et photodiodes à avalanche), un rendement quantique de fluorescence élevé dans des milieux variés (y compris l'eau dans le cas de dérivés solubles dans l'eau), et des temps de déclin de fluorescence suffisamment longs (de l'ordre de 4 à 5 ns). Ces composés ont donc été utilisés comme sondes fluorescentes dans des applications très diverses, par exemple comme senseurs de cations, comme ionofluorophores, comme réactifs dosimétriques, pour le contrôle de la bioactivité (imagerie de NO), pour l'imagerie de cellules vivantes et même pour des tests fluoro-immunologiques.
Cependant, ces composés bien que présentant un grand nombre d'avantages en terme de luminescence et de solubilité ont l'inconvénient majeur de montrer des performances d'ADP très médiocres, présentant des sections efficaces d'absorption à deux photons inférieures ou égales à 20 GM dans la gamme spectrale d'intérêt biologique. Ils ne sont donc pas optimisés pour la TPEF.
L'objectif principal de la présente invention est de proposer de nouveaux composés fluorescents spécialement adaptés pour être mis en oeuvre dans les techniques biphotoniques. Notamment, un objectif de la présente invention est de décrire de tels composés qui permettent de garantir l'innocuité des techniques dans le cadre desquelles elles sont utilisées, tout en présentant une sensibilité et une sélectivité élevées. Notamment un objectif de la présente invention est de proposer de tels composés qui présentent à la fois un rendement quantique de fluorescence élevé dans des milieux variés (y compris l'eau dans le cas de dérivés solubles dans l'eau), des sections efficaces d'ADP (σ2) optimisées, c'est à dire présentant une section efficace d'absorption à deux photons de plus de 100 GM pour au moins une longueur d'onde située dans la gamme spectrale d'intérêt biologique (700-1200 nm), des temps de déclin de fluorescence élevés, une bonne photo stabilité et une faible toxicité, notamment une faible phototoxicité.
Egalement un objectif de la présente invention est de proposer une panoplie de tels composés fluorescents susceptibles de s'adresser à des cibles très différentes. Encore un autre objectif de la présente invention est de proposer de tels composés capables de produire des signaux lumineux distinguables par leurs longueurs d'onde d'émission et autorisant ainsi la mise en oeuvre d'un multiplexage (le flux lumineux émanant de l'échantillon marqué par plusieurs fluorophores peut ainsi transporter simultanément plusieurs signaux séparables à l'aide de filtres). Une section efficace d'ADP élevée permet de réduire la concentration en marqueurs moléculaires fluorescents et/ou l'intensité d'excitation, ce qui est hautement désirable pour l'imagerie biologique.
Ces objectifs sont atteints grâce à l'invention qui concerne tout composé chimique caractérisé en ce qu'il est constitué d'un cœur présentant des propriétés d'absorption à deux photons lié par des liaisons covalentes distinctes à au moins deux émetteurs de type dipyrrométhène de bore de formule (-BDP) :
Figure imgf000005_0001
dans laquelle l'un de R1 à R7 représente une liaison covalente avec ledit coeur, les autres identiques ou différents, désignant chacun un radical choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, les radicaux alkyles (parfois notés « AIk » dans la suite de la description) en C1 à C25, préférentiellement C1 à C12, (CH2)m-SO3M, (CH2)mNAlk3 +, (CH2)m-(OCH2-CH2)p-OH, M étant un métal alcalin et m étant égal à 0 ou étant un entier compris entre 1 et 12, préférentiellement entre 1 et 6, p étant un entier compris entre 1 et 25, les radicaux aryles (parfois notés « Ar » dans la suite de la description), hétéroaryles, aryléthényl ou aryléthynyl.On entend dans la présente description par « radicaux aryles », les radicaux aromatiques hydrocarbonés, mono, bi, ou tricyclique de 6 à 14 atomes de carbone, préférentiellement les radicaux phényle, naphtyle, anthryle, fluorényle et par « radicaux hétéroaryles » , les radicaux aromatiques comprenant un ou plusieurs hétéroatomes, préférentiellement les radicaux pyridyle, quinoléinyle, thiényle, furyle, pyrrolyle.
Les composés selon la présente invention sont donc constitués d'un coeur dont les caractéristiques spectrales permettent l'absorption de deux photons et formant ainsi une "antenne à deux photons", lié à au moins deux composants émetteurs situés en périphérie, de type dipyrrométhènes de bore (-BDP), susceptibles d'offrir des propriétés de luminescence "accordables".
Les composés selon l'invention constituent des systèmes dont la taille varie en fonction de la nature du cœur et des composants émetteurs ainsi qu'en fonction du nombre de ces derniers.
Les composés selon la présente invention présentent l'avantage d'autoriser un "découplage" de l'absorption à deux photons et de l'émission. Ainsi, il est possible de s'affranchir des contraintes strictes liées aux inter-relations entre absorption et émission dans les systèmes où l'absorption est exclusivement assurée par le groupe émetteur.
Les composés selon la présente invention permettent de tirer avantage des qualités de luminescence (rendement quantique de fluorescence élevé, accordabilité, photo stabilité) des motifs de type dipyrrométhènes de bore tout en disposant d'une section efficace d'absorption à deux photons très élevée. Dans les composés selon la présente invention, le cœur assurant le rôle d'absorption biphotonique est directement relié aux composants émetteurs.
On notera par ailleurs que les composés selon la présente invention ne font pas appel à un transfert d'énergie de type Fôrster. En effet, dans les composés de l'invention l'absorption concerne l'ensemble du système (cœur absorbeur à deux photons et émetteurs). Cette absorption implique des états excités d'énergie croissante.Celui de plus basse énergie (responsable de l'absorption monophotonique dans le visible et de la faible absorption à deux photons des BDP vers 1000 nm ) est localisé sur les émetteurs BDP. Les états suivants impliquent plus particulièrement le cœur absorbeur à deux photons. La relaxation rapide après excitation ramène toujours à l'état excité de plus basse énergie responsable de l'émission. Dans les composés de l'invention cet état de plus basse énergie est localisé sur les motifs émetteurs de type BDP. L'émission provient donc exclusivement des émetteurs et les caractéristiques d'émission de ces motifs BDP sont alors totalement préservées. Par contre l'implication dans l'absorption d'états excités de plus haute énergie (plus spécifiquement localisés sur les cœurs) conduit à des caractéristiques d'absorption à deux photons beaucoup plus marquées dans le proche IR. Cette approche permet notamment d'utiliser des cœurs absorbeurs à deux photons dans lesquels l'extension de la conjugaison ou délocalisation électronique permet d'augmenter significativement l'absorption à un et deux photons sans que cela se traduise par une diminution de la durée de vie naturelle (loi de Strickler-Berg) de fluorescence car celle-ci provient exclusivement des émetteurs de type BDP.
Les composés selon la présente invention permettent donc de préserver totalement les caractéristiques d'émission des motifs de type dipyrrométhène de bore tout en donnant une grande flexibilité chimique (via le choix des cœurs absorbeurs à deux photons) pour amplifier la réponse en absorption à deux photons des systèmes. Il est ainsi possible de régler, en fonction des besoins, les propriétés de luminescence des émetteurs tout en gardant toute latitude pour la conception du cœur absorbeur à deux photons. Une telle approche offre de plus une grande flexibilité en terme de modulation des propriétés de luminescence (couverture du spectre visible via l'« accordabilité » des émetteurs), de solubilité (élaboration de dérivés solubles dans l'eau et fluorescents intéressants pour l'imagerie biologique en particulier). Selon une variante préférentielle de l'invention, chacun desdits émetteurs de type dipyrrométhène de bore répond à la formule (-BDP), dans laquelle R4 est une liaison covalente.
Comme indiqué ci-dessus, un intérêt de la présente invention est de bénéficier d'une grande latitude quant à la conception du cœur formant antenne à deux photons. Le coeur pourra ainsi être choisi de façon telle que les composés selon la présente invention répondent à l'une des formules suivantes.
Figure imgf000008_0001
dans lesquelles :
« BDP » représente des émetteurs de type dipyrrométhène de bore identiques tels que définis ci-dessus :
n est un entier compris entre 1 et 7 ; R8 et R9, identiques ou différents, désignent un radical choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, les radicaux alkyles linéaires ou ramifiés en C1 à C25, préférentiellement en C1 à C12, (CH2)m-SO3M ainsi que leurs analogues ramifiés et polyanioniques, (CH2)mNAlk3 + ainsi que leurs analogues ramifiés et polycationiques, (CH2)m-(OCH2-CH2)p-OH ainsi que leurs analogues ramifiés, M étant un métal alcalin et m étant égal à 0 ou étant un entier compris entre 1 et 12, préférentiellement entre 1 et 6, p étant un entier compris entre 1 et 25.
Selon des variantes de l'invention, les composés selon celle-ci répondent à l'une des formules suivantes :
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0002
Egalement selon une variante de la présente invention, le composé répond à la formule
Figure imgf000010_0001
dans laquelle
Figure imgf000010_0002
R et R ayant la même signification que précédemment
Figure imgf000011_0001
R10 et R11, identiques ou différents représentant chacun un radical OH, OAIk, OAr,
SH, SAIk, SAr ;
Z1, représentant O, S, NH, NAIk, NAr, PH, PAIk ou PAr ;
Z2, Z3 représentant chacun CH, CAIk ou N ;
Z4 représentant N ou P ;
Z5 ,Z6 ,Z7 représentant chacun CH, CAIk ou N ; Z8 représentant O ou S ; q étant un entier compris entre 1 et 7 ; r étant un entier compris entre 1 et 7 ; s étant un entier compris entre O et 7 ; t étant un entier compris entre 1 et 7.
Selon une autre variante de l'invention, le composé répond à la formule suivante :
Figure imgf000013_0001
ou à la formule suivante
dans lesquelles
Figure imgf000013_0002
même signification que précédemment et,
Figure imgf000014_0001
W étant CH ou B ou N ou P ou PO
R8 et R9 ayant la même signification que précédemment ;
Z9 représente C, N+ ou P+ ou Si ou Ge ou Sn.
Selon une variante de l'invention, un composé selon celle-ci répond ainsi à l'une des formules suivantes :
Figure imgf000015_0001
ou
Figure imgf000015_0002
ou
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0002
OU
Figure imgf000017_0001
Encore selon une autre variante de l'invention, le composé répond à la formule suivante :
Figure imgf000017_0002
dans laquelle :
BDP,
Figure imgf000017_0004
Figure imgf000017_0003
r,s,t ont la même signification que précédemment ; u est égal à O, 1 ,2, 3, 4 , 5 ou 6 ; et,
Figure imgf000018_0001
et W ayant la même signification que
Figure imgf000018_0002
précédemment.
Encore selon une variante de l'invention, le composé selon celle-ci répond à l'une des formules suivante :
Figure imgf000018_0003
Encore selon une variante de l'invention, le composé selon celle-ci répond à la formule suivante :
Figure imgf000019_0001
L'invention couvre également toute utilisation de tels composés dans tout procédé ou dispositif mettant en œuvre une absorption à un mais préférentiellement à deux photons voire trois photons, notamment dans tout procédé ou dispositif biphotonique. Tout particulièrement, la présente invention couvre toute utilisation de tels composés dans le cadre d'un procédé ou d'un dispositif d'imagerie photonique.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre de plusieurs modes non limitatifs de réalisation de celle-ci donnés en référence aux figures dans lesquels : - la figure 1 représente la voie de synthèse de deux composés (LP42 et
LP52) selon la présente invention, à cœur respectivement biphényle et triphénylbenzène ; la figure 2 représente la voie de synthèse d'un troisième composé (CL64) selon celle-ci, à cœur triphénylamine ; - la figure 3 représente la voie de synthèse d'un quatrième composé (CL108) selon l'invention, à cœur dendrimérique ; la figure 4 représente la voie de synthèse d'un cinquième composé (MC237) selon l'invention, dont le cœur triphénylbenzène est relié à trois émetteurs dipyrrométhènes de bore par l'intermédiaire d'espaceurs de type phénylène-éthynylène ; la figure 5 représente la voie de synthèse d'un sixième composé (MC263) selon l'invention, dont le cœur triphénylamine est relié à trois émetteurs dipyrrométhènes de bore par l'intermédiaire d'espaceurs contenant un hérérocycle triazole ; - la figure 6 représente la voie de synthèse d'un composé (MC297) selon l'invention et parfaitement soluble dans l'eau ; la figure 7 représente la voie de synthèse d'un composé (MC303) selon l'invention et émettant une fluorescence rouge. les figures 8a, 8b et 8c représentent les spectres respectivement d'absorption et d'émission des composés LP42, LP52, CL64, CL108, MC237 et MC263 ainsi que d'un composé de l'art antérieur (CL76) ; les figures 9a et 9b représentent les spectres d'absorption à deux photons dans le toluène de ces sept composés.
1°) Synthèse du tétrafluoro[μ-[2,2'-[(l,lt-biphényl)-4,4'-diylbis[[4- éthyl-3,5-diméthyl-2H-pyrrol-2-ylidène-]méthylene]]bis[4-éthyl-3,5-diméthyl- lH-pyrrolato]]]dibore (LP42).
En référence à la figure 1, ce composé a été synthétisé à partir du (1,1'- biphényl)-4,4'-dicarboxaldéhyde (2) et de 4 équivalents de 2,4-diméthyl-3- éthylpyrrole (1) selon le Schéma 1 ci-dessous. Sa synthèse nécessite trois étapes : tout d'abord addition d'acide trifluoroacétique (TFA) au mélange d'aldéhyde et de pyrrole pour donner in situ le dipyrrométhane correspondant, puis conversion de ce dernier en dipyrrométhène par oxydation avec du DDQ, et enfin traitement avec un excès de BF3-Et2O en présence de base pour conduire au complexe de bore correspondant.
Plus précisément, à une solution de 2,4-diméthyl-3-éthylpyrrole (367.4 mg, 3 mmol) et de 4,4'-biphényldicarboxaldéhyde (158 mg, 0.75 mmol) dans le dichlorométhane anhydre (95 mL), est ajoutée une goutte d'acide trifluoroacétique. Le mélange est agité pendant 2 h et une solution de DDQ (340.5 mg, 1.5 mmol) dans le dichlorométhane anhydre (45 mL) est ajoutée. Après 1 h d'agitation, de la diisopropyléthylamine (3 mL, 17.2 mmol) puis du BF3-Et2O (3 mL, 23.7 mmol) sont ajoutés. La solution est agitée pendant 1 h et de l'eau (100 mL) est ajoutée. Après filtration de la phase organique sur silice, le solvant est évaporé et le produit est purifié par chromatographie sur colonne de silice
(heptane/CΗ2Cl2 3:2), pour donner 240 mg (42%) de LP42.
2°) Synthèse de l' hexafluoro[μ3-[2,2t,2"-[l,3,5-benzènetriyltris[4,l- phénylène[[4-éthyl-3,5-diméthyl-2H-pyrrol-2-ylidène]méthylène]]tris[4-éthyl- 3,5-diméthyl-lH-pyrrolato]]]]tribore (LP52). Egalement en référence à la figure 1, ce composé a été préparé en faisant réagir le trialdéhyde 3 avec 6 équivalents de pyrrole 1 en utilisant la même procédure que pour LP42.
Plus précisément, à une solution de 2,4-diméthyl-3-éthylpyrrole (491.5 mg, 4 mmol) et de l,3,5-tris(4-formylphényl)benzène (261.8 mg, 0.67 mmol) dans le dichlorométhane anhydre (95 mL), sont ajoutées deux gouttes d'acide trifluoroacétique. Le mélange est agité pendant 2 h et une solution de DDQ (457 mg, 2 mmol) dans le dichlorométhane anhydre (50 mL) est ajoutée. Après 1 h d'agitation, de la diisopropyléthylamine (4 mL, 22.9 mmol) et du BF3-Et2O (4 mL, 31.6 mmol) sont ajoutés. La solution est agitée pendant 1 h et de l'eau (100 mL) est ajoutée. Après filtration de la phase organique sur silice, le solvant est évaporé et le produit est purifié par chromatographie sur colonne de silice
(gradient heptane-CH2Cl2, de 1:1 jusqu'à 0:1)), pour donner 185 mg (23%) de
LP52. 3°) Synthèse du composé CL64
En référence à la figure 2, un troisième composé selon la présente invention, arbitrairement appelé CL64, a également été synthétisé, selon le schéma 2 ci-après, par un triple couplage de Sonogashira entre le trialcyne 4b
(obtenu par déprotection de 4a en milieu basique) et 3.5 équivalents du dérivé iodé 5.
Plus précisément, à une solution du composé 4a (2.33 g, 4.36 mmol) dans le THF (30 mL) est ajoutée une solution aqueuse de NaOH (1 M, 30 mL), et le mélange est agité vigoureusement à 20 0C pendant 18 h. Après évaporation du THF, du dichlorométhane est ajouté. La phase organique est séparée, lavée avec de l'eau et séchée (Na2SO4). Le résidu obtenu après élimination du solvant est purifié par chromatographie sur colonne de silice (heptane/CH2Cl2 90:10 puis 85:15), pour donner 1.20 g (87%) du composé 4b.
L'air est purgé d'une solution du composé 4b (17.9 mg, 0.056 mmol), de composé 5 (100 mg, 0.197 mmol) et de tri-o-furylphosphine (0.52 mg, 2.26 μmol) dans 1.5 mL de toluène/Et3N (5/1) par bullage d'argon pendant 30 min. Puis du Pd2dba3 (0.26 mg, 0.28 μmol) est ajouté, et le mélange est agité à 20 0C pendant 20 h. Après évaporation du solvant sous pression réduite, le produit brut est purifié par chromatographie sur colonne de silice (heptane/CH2Cl2 60:40 puis 50:50) pour donner 19 mg (24%) de CL64.
4°) Synthèse du composé CL108
En référence à la figure 3, un quatrième composé selon la présente invention, arbitrairement appelé CL108 et présentant un cœur dendrimérique a également été synthétisé, selon le schéma 3 ci-après. Plus précisément, le composé Λ^,Λ^-bis(4-iodophényl)-4-[(triméthylsilyl) éthynyl]benzènamine (6b) a d'abord été synthétisé.
L'air est purgé d'une solution de composé 6a (1.00 g, 1.605 mmol) dans 8 mL de toluène/Et3N (5/1) par bullage d'argon pendant 20 min. Puis du CuI (12 mg, 0.063 mmol), du Pd(PPh3)2Cl2 (22.5 mg, 0.032 mmol) et du triméthylsilylacétylène (0.227 mL, 1.605 mmol) sont ajoutés, et le mélange est agité à 40 0C pendant 3 h. Après évaporation du solvant sous pression réduite, le produit brut est purifié par chromatographie sur colonne de silice (heptane) pour donner 352 mg (37%) de composé 6b.
Le dendron 8a a ensuite été réalisé. L'air est purgé d'une solution de composé 6b (200 mg, 0.337 mmol), de composé 7 (341 mg, 0.843 mmol) et de tri-o-furylphosphine (23 mg, 0.099 mmol) dans 15 mL de toluène/Et3N (5/1) par bullage d'argon pendant 30 min. Puis du Pd2dba3 (12.3 mg, 0.013 mmol) est ajouté, et le mélange est agité à 20 0C pendant 15 h. Après évaporation du solvant sous pression réduite, le produit brut est purifié par chromatographie sur colonne de silice (heptane/CH2Cl2 30:70) pour donner 280 mg (73%) du dendron 8a.
Le dendron 8b a ensuite été synthétisé.
Pour ce faire, à une solution de composé 8a (200 mg, 0.174 mmol) dans le THF (75 mL) est ajoutée une solution aqueuse de NaOH (1 M, 50 mL), et le mélange est agité vigoureusement à 20 0C pendant 24 h. Du dichlorométhane est ajouté, puis la phase organique est séparée, lavée avec de l'eau et séchée (Na2SO4). Le résidu obtenu après élimination du solvant est purifié par chromatographie sur colonne de silice (heptane/CH2Cl2 25:75), pour donner 98 mg (52%) du dendron 8b.
Enfin, on a procédé à la synthèse du composé CL108 selon la présente invention.
Dans ce but, l'air a été purgé d'une solution de composé 6a (11.1 mg, 17.8 μmol) et du dendron 8b (67 mg, 62.4 μmol) dans 1.8 mL de toluène/Et3N (5/1) par bullage d'argon pendant 25 min. Puis du Pd(PPh3)2Cl2 (0.50 mg, 0.71 μmol) et du CuI (0.27 mg, 1.42 μmol) sont ajoutés, et le mélange est agité à 40 0C pendant 16 h. Après évaporation du solvant sous pression réduite, le produit brut est purifié par chromatographie sur colonne de silice (heptane/CH2Cl2 20:80) pour donner 15 mg (25%) de CL108. 5°) Synthèse du composé MC237
En référence à la figure 4, un cinquième composé selon la préente invention, arbitrairement appelé MC237 et préentant un coeur dendrimérique a également été synthétisé, selon le schéma 4 ci-après.
L'air est purgé d'une solution de l,3,5-tris(4-iodophényl)benzène (9) (50 mg, 0.073 mmol), de 4,4-difluoro-8-(4'-éthynylphényl)-l,3,5,7-tétraméthyl-2,6- diéthyl-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacène (7) (103 mg, 0.256 mmol) et de tri-2- furylphosphine (0.8 mg, 3.45 micromol) dans 2.2 mL de toluène/Et3N (5/1) par bullage d'argon pendant 20 min. Puis du tris(dibenzylidèneacétone)-dipalladium
(0) (4.0 mg, 4.37 micromol) est ajouté et le mélange est agité à 20 0C pendant 20 h. Après évaporation du solvant sous pression réduite, le produit brut est purifié par chromatographie sur colonne de silice (heptane/CH2Cl2 70:30 puis 50:50) pour donner 55 mg (50%) de MC237.
6°) Synthèse du 4-[(4-azidophényl)éthynyl]-N,N-bis[4-[(4- azidophényl)éthynyl]phényl]-benzénamine (11). En référence à la figure 5, ce composé a été synthétisé, selon le schéma 5 ci-après.
L'air est purgé d'une solution de 4-éthynyl-N,N-bis(4-éthynylphényl)- benzénamine (4b), (64 mg, 0.202 mmol), de l-azido-4-iodo-benzène (10) (197.6 mg, 0.807 mmol) et de tri-2-furylphosphine (2 mg, 8.6 micromol) dans 6 mL de toluène/Et3N (5/1) par bullage d'argon pendant 30 min. Puis du tris(dibenzylidèneacétone)-dipalladium (0) (11 mg, 12 micromol) est ajouté et le mélange est agité à 20 0C pendant 20 h. Après évaporation du solvant sous pression réduite, le produit brut est purifié par chromatographie sur colonne de silice (heptane/CH2Cl2 80:20) pour donner 30 mg (22%) de 11.
7°) Synthèse du composé MC263
En référence à la figure 5, un sixième composé selon la présente invention, arbitrairement appelé MC263 a été synthétisé, selon le schéma 6 ci-après.
A une solution de 4-[(4-azidophényl)éthynyl]-N,N-bis[4-[(4- azidophényl)éthynyl]phényl]-benzénamine (11) (27 mg, 0.040 mmol) et de 4,4'- difluoro-8-(4'-éthynylphényl)-l,3,5,7-tétraméthyl-2,6-diéthyl-4-bora-3a,4a-diaza- s-indacène (7) (57 mg, 0.141 mmol) dans du THF anhydre (4 mL), est ajoutée de la DIEA (0.2 mL). L'air est purgé de la solution par bullage d'argon pendant 20 min. Puis du CuI (1.2 mg, 6.06 micromol) est ajouté et le mélange est agité à 35 0C pendant 16 h. Après évaporation du solvant sous pression réduite, le produit brut est purifié par chromatographie sur colonne de silice (heptane/CH2Cl2 20:80 puis 10:90) pour donner 23 mg (30%) de MC263.
8°) Synthèse du Sel de disodium de 2,6-disulfonato-8-(4-iodophényl)- l,3,5,7-tétraméthyl-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacène (13). En référence à la figure 6, ce composé a été synthétisé, selon le schéma 6 ci-après.
De l'acide chlorosulfonique (52 mg, 30 microL, 0.447 mmol) est ajouté goutte à goutte à -10 0C, sous argon, à une solution de l,3,5,7-tétraméthyl-8-(4- iodophényl)-4,4'-difluoroboradiazaindacène (12) (100.5 mg, 0.223 mmol) dans 2.2 mL de dichlorométhane. Après 45 min, on laisse le mélange réactionnel revenir à température ambiante. Le solide rouge obtenu est isolé par filtration sous vide et lavé avec du dichlorométhane. Puis le précipité est dissous dans de l'eau et la solution aqueuse obtenue est neutralisée avec du bicarbonate de sodium. Après évaporation du solvant sous pression réduite, de l'éthanol est ajouté et le précipité jaune obtenu est filtré. Le solvant est évaporé et le produit brut est purifié par chromatographie sur colonne de silice phase inverse (H2O) pour donner 40 mg (31%) de 13.
9°) Synthèse du composé MC297 En référence à la figure 6, un septième composé selon la présente invention, arbitrairement appelé MC297 a été synthétisé, selon le schéma 6 ci- après.
L'air est purgé d'une solution de sel de disodium de 2,6-disulfonato-8-(4- iodophényl)-l,3,5,7-tétraméthyl-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacène (13) (109.7 mg, 0.168 mmol), de 4,4"-diéthynyl-5'-(4-éthynylphényl)-l,r:3',r'-terphényl (14) (18 mg, 0.0479 mmol) et de tri-2-furylphosphine (0.2 mg, 0.86 micromol) dans 1.8 mL de DMF/Et3N (5/1) par bullage d'argon pendant 20 min. Puis du tris(dibenzylidèneacétone)-dipalladium (0) (0.9 mg, 0.98 micromol) est ajouté et le mélange est agité à 20 0C pendant 60 h. Le résidu obtenu après élimination du solvant sous pression réduite est purifié par chromatographie sur colonne de silice
(H2O) pour donner 45 mg (48%) de MC297.
10°) Synthèse du 3,5-Bis((E)-2-phényléthényl)-8-(4-iodophényl)-4,4'- difluoroboradiazaindacène (17).
En référence à la figure 7, ce composé a été synthétisé, selon le schéma 7 ci-après.
A une solution de 4-iodobenzaldéhyde (15) (913 mg, 3.935 mmol) et de 2- [(lE)-2-phényléthényl]-lH-pyrrole (16) (333 mg, 1.968 mmol) dans du CH2Cl2 anhydre (83 mL), sont ajoutées trois gouttes d'acide trifluoroacétique, sous argon. Le mélange est agité pendant 5 h, puis du DDQ (447 mg, 1.968 mmol) est ajouté et 15 min plus tard, de la DIEA (3.56 g, 27.55 mmol) et du BF3-Et2O (5.59 g, 39.36 mmol) sont additionnés. Après 30 min, le mélange est lavé avec de l'eau, séché et le solvant est évaporé sous pression réduite. Le résidu est purifié par chromatographie sur colonne de silice (heptane/CH2Cl2 70:30) pour donner 222 mg (38%) de 17.
11°) Synthèse du composé MC303
En référence à la figure 6, un septième composé selon la présente invention, arbitrairement appelé MC297 a été synthétisé, selon le schéma 6 ci- après. L'air est purgé d'une solution de 3,5-bis((E)-2-phényléthényl)-8-(4- iodophényl)-4,4'-difluoroboradiazaindacène (17) (105 mg, 0.176 mmol), de 4- éthynyl-N,N-bis(4-éthynylphényl)-benzénamine (4b) (15.9 mg, 0.050 mmol) et de tri-2-furylphosphine (0.5 mg, 2.15 micromol) dans 2 mL de toluène/Et3N (5/1) par bullage d'argon pendant 20 min. Puis du tris(dibenzylidèneacétone)-dipalladium (0) (2.8 mg, 3.06 micromol) est ajouté et le mélange est agité à 20 0C pendant 15 h. Après évaporation du solvant sous pression réduite, le produit brut est purifié par chromatographie sur colonne de silice (heptane/CH2Cl2 70:30, 50/50 puis CH2Cl2 pur) pour donner 50 mg (58%) de MC303.
Les caractéristiques d'absorption et de photoluminescence des 4 composés dont les synthèses ont été décrites ci-dessus ont été évaluées.
Dans ce cadre, les spectres d'absorption et d'émission de fluorescence de ces composés ont été effectués et sont représentées sur les figures 8a, 8b et 8c .
En référence à celles-ci, tous les composés présentent dans le toluène une bande d'absorption fine et intense à 527-528 nm, caractéristique du chromophore dipyrrométhène de bore.
Les coefficients d'extinction molaires augmentent avec l'augmentation du nombre d'émetteurs de type dipyrrométhène de bore. Mais ces composés présentent aussi une seconde bande d'absorption située entre 300 et 400 nm. On observe que cette bande est sensiblement plus large et intense pour les multichromophores LP42 et LP52 que pour le composé modèle CL76 ([4-éthyl- 2-[(4-éthyl-3,5-diméthyl-2H-pyrrol-2-ylidène)phénylméthyl]-3,5-diméthyl-lH- pyrrolato]difluorobore, décrit dans l'article de Kollmannsberger et al., Angew. Chem., int. Ed. Engl.1997, 36, 1333-1335). Cette bande peut être attribuée à l'absorption des cœurs biphényle et triphénylbenzène. Avec le composé MC237, et plus encore avec les composés CL64, MC263 et CL76, la seconde bande gagne beaucoup en intensité, en accord avec l'augmentation de la taille du cœur antenne ; parallèlement, le maximum de cette seconde bande est déplacé vers le rouge. En émission, les composés présentent tous une seule bande, de largeur et de structure vibronique semblables, avec un maximum qui varie très peu (de 539 nm pour le modèle CL76 à 544 nm pour les composés MC237 et CL108).
Les spectres d'ADP des quatre composés synthétisés (LP42, LP52, CL64 ,CL108, MC237 et MC263) ainsi que du dipyrrométhène de bore de référence CL76 ont également été déterminés dans le proche-infrarouge (700-1000 nm) en étudiant leur fluorescence par excitation à deux photons (TPEF), et sont représentés aux figures 9.
Les mesures ont été réalisées dans des solutions de toluène 104 M, en utilisant un laser titane: saphir en mode-locké délivrant des impulsions de ~80 fs à 80 MHz.
La dépendance quadratique de l'intensité de fluorescence avec l'intensité d'excitation a été vérifiée pour chaque point de mesure. La calibration est faite par rapport aux sections efficaces de TPEF de la fluorescéine dans l'eau (pH = 11), qui ont été déterminées de manière absolue dans la littérature antérieure dans la gamme 690-1000 nm.
Cette méthode donne accès aux sections efficaces de TPEF {σzφ), à partir desquelles sont déduites les sections efficaces d'ADP (σ≥) correspondantes. Les valeurs à 700 et à 990 nm pour les 4 composés synthétisés et pour le composé de référence sont données dans le Tableau 1 ci-après. Les données de la littérature pour le composé PM556 y ont été ajoutées pour comparaison.
Dans ce tableau :
Λcbs représente la longueur d'onde maximale d'absorption du composé,D Aem sa longueur d'onde maximale d'émission,
Φ son rendement quantique de fluorescence, déterminé relativement à la fluorescéine dans NaOH 0.1N, σ2 sa section efficace d'ADP (en GM, avec 1 GM
= 1050 crn^.s.photon 1); les mesures de TPEF ont été réalisées avec un laser titane: saphir en mode-locké délivrant des impulsions de ~80 fs à 80 MHz, en calibrant avec la fluorescéine), r sa durée de vie de fluorescence (appelée aussi temps de déclin de fluorescence).
Tableau 1
(GM)
Λabs ε
Composé λera τ
Φ
(nm) (M '.cm 1) (nm) (ns) à 700 nm à 990 nm
CL76a 527 76180 539 0.75 20 20
LP42a 527 161900 542 0.72 4.76 57 48
LP52a 527 244300 542 0.69 4.78 82 75
CL64a 528 221700 543 0.93 4.02 190 45
CL108a 528 435000 544 0.67 3.17 545 31
MC237a 528 216400 544 0.89 3.95 93 34
MC263a 528 211100 542 1 4.36 185 40
PM556b 491 98600 519 0.83 4.23 - 9 (20c)d a Dans le toluène. b Dans l'eau. c Section efficace d'ADP à 920 nm. d Données de la littérature (Xu, C; Webb, w.w. /. Opt. SocAm. B 1996, 13,
481-491).
Les sections efficaces d'ADP du composé LP42 et du composés LP52 sont respectivement de 48 et de 75 GM à 990 nm, ce qui correspond à 2.5 et 3.75 fois plus que celle du modèle CL76 à la même longueur d'onde.
L'invention permet donc d'augmenter la section efficace du maximum de plus basse énergie.
Avec les composés CL64 et CL108, ce maximum semble se décaler vers le proche-rouge (et n'a par conséquent pu être déterminé).
Plus important, on observe une augmentation encore plus marquée de la bande d'ADP située dans la région proche du rouge confirmant l'implication d'états excités de plus haute énergie liés à la présence des cœurs. Ainsi, à 700 nm, les sections efficaces de LP42 et LP52 sont respectivement 3 et 4 fois plus élevées que celle du modèle CL76. Avec MC237, cette section efficace est aussi 4 fois plus élevée que celle du CL76. Ce phénomène prend encore de l'ampleur avec les systèmes dérivés de triphénylamines CL64 et CL108, avec des sections efficaces d'ADP à 700 nm respectivement 9 et 14 fois plus élevées que celles du dipyrrométhène modèle (CL76). Le cas du composé MC263, qui possède des hétérocyles triazoles dans chacune de ses trois branches, est aussi très intéressant : sa section efficace d'ADP à 700 nm est sensiblement la même que celle de CL64, mais le maximum de cette bande est décalé vers les grandes longueurs d'onde avec une section efficace atteignant 270 GM à 750 nm (contre 15 GM pour le composé modèle CL76 à la même longueur d'onde, soit un rapport de 18 pour 1). L'invention permet donc de moduler la position de cette bande d'absorption à deux photons.
On observe que les rendements quantiques et les durées de vie de fluorescence varient peu d'un composé selon l'invention à l'autre. Ceci démontre que l'énergie d'excitation est bien localisée sur les motifs dipyrrométhènes de bore et que l'émission a lieu à partir de ces unités, ce qui permet de conserver leurs excellentes propriétés de photoluminescence.
On observe avec les composés CL64,CL108 et MC237 un élargissement marqué de la bande de plus haute énergie vers le proche infrarouge (et ce jusqu'à plus de 850 nm), ce qui a pour effet d'élargir la gamme d'activité en ADP de ces systèmes comme on peut le voir sur la Figure 2.
Cette bande d'excitation de plus haute énergie, responsable de l'exaltation d'ADP entre 700 et 850 nm, est bien liée à la présence dans les systèmes multichromophoriques d'un cœur jouant le rôle d'antenne à deux photons.
L'approche multichromophorique basée sur l'association de plusieurs fluorophores de type dipyrrométhènes de bore avec des cœurs capables d'exalter l'absorption à deux photons est donc une stratégie efficace pour l'amélioration des propriétés d'ADP. Cette approche vers des nouvelles sondes TPEF offre différents avantages, puisqu'elle permet de conserver les excellentes caractéristiques de fluorescence et de robustesse des dipyrrométhènes de bore, tout en tirant parti des cœurs-antennes pour exalter et moduler l'ADP.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composé chimique présentant une section efficace d'absorption à deux photons supérieure à 50 GM, et préférentiellement supérieure à 100 GM pour au moins une longueur d'onde située dans la gamme 700-1200 nm caractérisé en ce qu'il est constitué d'un cœur présentant des propriétés d'absorption à double photon lié par des liaisons covalentes distinctes à au moins deux émetteurs de type dipyrrométhène de bore de formule (-BDP) :
Figure imgf000033_0001
dans laquelle l'un de R1 à R7 représente une liaison covalente avec ledit coeur, les autres identiques ou différents, désignant chacun un radical choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, les radicaux alkyles en C1 à C25, préférentiellement C1 à C12, (CH2)m-SO3M, (CH2)mNAlk3 +, (CH2)m-(OCH2-CH2)p- OH, M étant un métal alcalin et m étant égal à 0 ou étant un entier compris entre 1 et 12, préférentiellement entre 1 et 6, p étant un entier compris entre 1 et 25, les radicaux aryles, hétéroaryles, aryléthényl ou aryléthynyl.
2. Composé selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacun desdits émetteurs de type dipyrrométhène de bore répond à la formule (-BDP), dans laquelle R4 est une liaison covalente.
3. Composé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il répond à l'une des formules suivantes :
Figure imgf000033_0002
Figure imgf000034_0001
dans lesquelles :
« BDP » représente des émetteurs de type dipyrrométhène de bore, identiques répondant à la formule selon la revendication 1 ;
n est un entier compris entre 1 et 7 ;
R8 et R9, identiques ou différents, désignent un radical choisi dans le groupe constitué par l'hydrogène, les radicaux alkyles en C1 à C25, préférentiellement en C1 à C12, (CH2)m-SO3M ainsi que leurs analogues ramifiés et polyanioniques, (CH2)mNAlk3 + ainsi que leurs analogues ramifiés et polyanioniques, (CH2)m- (OCH2-CH2)p-OH ainsi que leurs analogues ramifiés , M étant un métal alcalin et m étant égal à 0 ou étant un entier compris entre 1 et 12, préférentiellement entre 1 et 6, p étant un entier compris entre 1 et 25.
4. Composé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il répond à la formule :
Figure imgf000034_0002
5. Composé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il répond à la formule :
Figure imgf000035_0001
6. Composé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il répond à la formule suivante :
Figure imgf000035_0002
dans laquelle,
Figure imgf000036_0001
R8 et R9 ayant la même signification que précédemment ;
R10 et R11, identiques ou différents représentant chacun un radical OH, OAIk, OAr,
SH, SAIk, SAr ;
Z1, représentant O, S, NH, NAIk, NAr, PH, PAIk ou PAr ;
Z2, Z3 représentant chacun CH, CAIk ou N ;
Z4 représentant N ou P ;
Z5 ,Z6 ,Z7 représentant chacun CH, CAIk ou N ;
Z8 représentant O ou S ; q étant un entier compris entre 1 et 7 ; r étant un entier compris entre 1 et 7 ; s étant un entier compris entre O et 7 ; t étant un entier compris entre 1 et 7.
7. Composé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il répond à la formule suivante :
Figure imgf000037_0001
ou à la formule suivante
Figure imgf000038_0001
dans lesquelles BDP, r, s, t,,
Figure imgf000038_0002
ont la même signification que précédemment et,
Figure imgf000039_0001
W étant CH ou B ou N ou P ou PO R8 et R9 ayant la même signification que précédemment ; Z9 représente C, N+ ou P+ ou Si ou Ge ou Sn
8. Composé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il répond à la formule :
Figure imgf000040_0001
9. Composé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il répond à la formule :
Figure imgf000040_0002
10. Composé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il répond à la formule :
Figure imgf000041_0001
11. Composé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il répond à la formule :
Figure imgf000041_0002
12. Composé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il répond à la formule :
Figure imgf000042_0001
13. Composé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il répond à la formule suivante :
Figure imgf000042_0002
dans laquelle :
BDP,
Figure imgf000042_0004
Figure imgf000042_0003
r,s,t ont la même signification que précédemment ; u est égal à 2, 3, 4 , 5 ou 6 ; et, 2)
3)
4)
Figure imgf000043_0001
5)
6)
Figure imgf000043_0002
et W ayant la même signification que
Figure imgf000043_0003
précédemment.
14. Composé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il répond à l'une des formules suivantes :
Figure imgf000043_0004
15. Composé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il répond à l'une des formules suivantes :
Figure imgf000044_0001
BDP ayant la même signification que
Figure imgf000044_0002
précédemment.
16. Composé selon la revendication 14 caractérisé en ce qu'il répond à la formule :
Figure imgf000044_0003
17. Utilisation d'un composé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16 dans tout procédé ou dispositif mettant en œuvre une absorption à un ou deux photons.
18. Utilisation selon la revendication 17 dans le cadre d'un procédé ou d'un dispositif biphotonique.
19. Utilisation selon la revendication 17 ou 18 dans le cadre d'un procédé ou d'un dispositif d'imagerie photonique.
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