Pyridinophane-based, tri-antennae lanthanide (III) complexes : synthesis, characterization, and luminescence properties

Les complexes luminescents d'ions lanthanides(III), de par leurs caractéristiques spectroscopiques, sont des alternatives intéressantes aux fluorophores organiques usuels pour des applications dans le domaine de la bioanalyse et de l'imagerie cellulaire. Les propriétés photophysiques de ces types de complexes sont notamment exploitées en tant que donneur de FRET en temps résolu permettant d'améliorer la sensibilité et la spécificité de la détection. Des développements récents ont aussi permis d'obtenir des sondes luminescentes pour le pH physiologique, pour divers analytes endogènes ou pour des compartiments cellulaires. Dans ce cadre, l'enjeu est d'obtenir des luminophores plus brillants pour une détection plus performante. Pour ceci, nous avons souhaité, par deux approches, apporter des modifications à une plateforme nonacoordinante pyridinophane présentant trois antennes pyridine et possédant trois bras acétate. D'une part, les bras complexants ont été diversifiés soit par d'autres motifs monodentes, soit par des motifs potentiellement bidentes, de manière à protéger l'ion lanthanide de la coordination de toute molécule d'eau qui limiterait l'efficacité de luminescence. La mesure des propriétés photophysiques des complexes d'europium ou de terbium a montré que l'introduction d'un bras coordinant phosphonate permettait de diminuer le degré d'hydratation des complexes, et que, par ailleurs, l'introduction d'un bras coordinant picolinate, portant la coordinance du ligand à 10, conduisait à des complexes exempts d'eau. D'autre part, il a été envisagé de modifier les chromophores pyridine de manière à rapprocher la longueur d'onde du maximum d'absorption de la fenêtre de transparence des milieux biologiques, et à augmenter le coefficient d'absorption molaire de l'édifice. Sur la base de travaux précédents, le motif chlorine a été choisi, synthétisé, et fonctionnalisé en vue de son couplage à un des noyaux pyridine du macrocycle pyridinophane.Lanthanide luminescent complexes are, through their spectroscopic properties, interesting alternatives to organic fluorophores for bioanalyses or cell imaging. Their photophysical properties are in particular used as time-resolved FRET donors that can improve the detection sensitivity and specificity. Recent developments afforded luminescent probes for physiological pH, several endogenous ions or for cell compartments. In this context, developing brighter luminophores is a major stake for a more efficient detection. Following this goal, we envisioned two approaches in order to modify a nonacoordinated pyridinophane platform bearing three pyridine antennae and three acetate pendant arms. First, the pendant arms have been modified, either by other monodentate moieties or by potentially bidentate moieties, in order to shield the lanthanide ion from any water molecule that could limit the luminescence efficiency. Europium or terbium complexes photophysical measurements showed that the introduction of a phosphonate coordinating arm decreased the number of coordinated water molecules, and that the introduction of a picolinate arm, leading to a decacoordinated ligand, afforded a water-free complex. Second, the pyridine chromophores were targeted both in order to bring the maximum absorption wavelength closer to the biological tissue transparency window and to increase the absorption coefficient of the structure. According to previous results (Borbas group), a chlorin antenna has been chosen, synthesized, and functionalized in order to couple this antenna to the pyridinophane macrocycle