Insertion de liaisons hydrogènes dans les assemblages organométalliques

Les cages supramoléculaires organométalliques représentent une classe émergente de nanostructures auto-assemblées, et suscitent un intérêt croissant en raison de leur potentiel dans des domaines variés tels que l'encapsulation, la catalyse, la vectorisation et la thérapie anticancéreuse. Ces architectures tridimensionnelles, construites par auto-assemblage de complexes métalliques et de ligands organiques, offrent des cavités internes capables d'héberger des molécules invitées, permettant ainsi des applications en libération contrôlée de médicaments et en thérapie ciblée. Dans ce contexte, les complexes d’arène ruthénium (II) ont émergé comme des candidats prometteurs en raison de leur faible toxicité, de leur capacité à interagir avec l'ADN et de leur aptitude à générer des espèces réactives. Des études récentes ont démontré que des métalla-cages à base de ruthénium (II) présentent une activité anticancéreuse significative, surpassant parfois celle du cisplatine, tout en montrant une sélectivité accrue envers les cellules tumorales par rapport aux cellules saines. Dans le cadre de ce travail, nous avons développé une série de métalla-cages cationiques de type double étage de rosette supramoléculaires, formées entre des dérivés de mélamine et d’acides barbituriques fonctionnalisés, en interaction avec des clips arène-ruthénium dinucléaires. La conception de ces architectures repose sur la synergie entre les liaisons hydrogènes directionnelles, les interactions π–π et la coordination métal-ligand. Deux voies de synthèse ont été explorées, révélant des différences en termes de cinétique de formation et de rendement global. Les architectures supramoléculaires élaborées contiennent plusieurs sites de coordination métalliques, allant jusqu’à des structures dodécanucléaires. Ces travaux mettent en lumière l’impact de la structure des ligands sur la cinétique de formation et la stabilité des cages, tout en posant les bases pour une optimisation future vers des systèmes plus solubles et plus stables en solution. L’approche développée ouvre des perspectives prometteuses pour la conception de matériaux supramoléculaires multifonctionnels, notamment en chimie médicinale et en nanotechnologie.
Abstract:
Organometallic supramolecular cages constitute an emerging class of self-assembled nanostructures that have attracted growing attention owing to their potential applications in encapsulation, catalysis, drug delivery, and anticancer therapy. These three-dimensional architectures, formed through the coordination-driven self-assembly of metal complexes and organic ligands, possess internal cavities capable of accommodating guest molecules, thus enabling controlled drug release and targeted therapeutic delivery. Within this framework, arene ruthenium(II) complexes have emerged as promising building blocks due to their low toxicity, ability to interact with DNA, and capacity to generate reactive species. Recent studies have revealed that ruthenium(II)-based metalla-cages can exhibit remarkable anticancer activity, occasionally surpassing that of cisplatin, while demonstrating enhanced selectivity toward tumor cells over healthy ones. In this work, we report the design and synthesis of a series of cationic metalla-cages featuring supramolecular double-rosette architectures. The rosettes are formed through the self-assembly of functionalized melamine and barbituric acid derivatives, while the organometallic cage results from the association of two rosettes with dinuclear arene–ruthenium clips. The construction of these assemblies relies on a synergistic interplay between directional hydrogen bonding, π–π stacking interactions, and metal–ligand coordination. Two synthetic strategies were explored, revealing distinct formation kinetics and overall yields. The resulting supramolecular architectures possess multiple metal coordination sites, leading to highly complex dodecanuclear structures. This study underscores the critical influence of ligand structure on the formation kinetics and stability of the cages, establishing a foundation for the future design of more soluble and robust systems. The proposed approach offers promising avenues for the development of multifunctional supramolecular materials with potential applications in medicinal chemistry and nanotechnology.

Membres du jury :
Prof. Bruno Therrien, directeur de thèse, Université de Neuchâtel, Suisse
Prof. ém. Robert Deschenaux, rapporteur interne, Université de Neuchâtel, Suisse
Dr Iwona Nierengarten, rapporteure externe, Université de Strasbourg, France
Prof. Jean-François Nierengarten, rapporteur externe, Université de Strasbourg, France
Défense le 26 juin 2025
N°3208