Les hétérocycles constituent une des classes les plus importantes de composés chimiques. Ces motifs structuraux sont les éléments clés d’une large gamme de produits naturels possédant des activités biologiques ou thérapeutiques. Toutes ces raisons expliquent le vif intérêt suscité par le développement de nouvelles méthodes de synthèse d'hétérocycles au sein de la communauté scientifique. Avec une volonté de réduire toujours plus l'empreinte environnementale de nos recherches, notre laboratoire vise à développer de nouvelles méthodologies de synthèse efficaces plus vertes et respectueuses de l'environnement. Ainsi, mes travaux de thèse ont fait appel à deux thématiques largement étudiées au sein de notre laboratoire que sont la catalyse photorédox et l'organocatalyse. Dans une première partie, l'utilisation de la catalyse photorédox comme outils pour la synthèse et la fonctionnalisation d'hétérocycles sera détaillée. Des motifs hétérocycliques originaux ont ainsi été préparés avec de bons rendements et dans des conditions réactionnelles très douces. La deuxième partie est quant à elle consacrée à la synthèse d'hétérocycles azotés énantioenrichis grâce à des réactions énantiosélectives organocatalysées d'aza-Diels-Alder à demande inverse d'électrons. En effet, la demande toujours plus accrue en composés optiquement actifs par l'industrie chimique et pharmaceutique explique le fort engouement pour le développement de méthodes de synthèse asymétriques. Ainsi, les procédés développés fournissent de nouvelles voies d'accès à des structures hétérocycliques chirales complexes avec d'excellents résultats en termes d'efficacité mais aussi de stéréosélectivité. / Heterocycles are one of the most important classes of chemical compounds. These structural scaffolds are the key elements of a wide range of natural products with biological or therapeutic activities. As a result, a great deal of research carried out in chemistry is devoted to development of new heterocycle synthesis methods. With a desire to further reduce the environmental footprint of our research, our laboratory aims to develop new methodologies for effective synthesis, more green and environmentally friendly. Thus, my thesis works lie on two themes widely studied in our laboratory that are photoredox catalysis and organocatalysis. In the first part, the use of photoredox catalysis as an efficient tool for the synthesis and functionalization of heterocycles is detailed. Original heterocyclic units have thus been prepared in good yields and under mild reaction conditions. The second part is devoted to the synthesis of enantioenriched nitrogen-containing heterocycles through organocatalyzed enantioselective inverse electron-demand aza-Diels-Alder reactions. Indeed, the increasing demand of optically pure compounds by the chemical and pharmaceutical industry explains the strong craze for the development of asymmetric synthesis methods. Thus, the developed processes provide new access routes to complex chiral heterocyclic structures with excellent results in terms of efficiency as well as stereoselectivity.

O objetivo deste trabalho foi investigar o uso de NbCl5 como ácido de Lewis em reações de cicloadição. Foram estudadas algumas reações de cicloadição [2 + 2], Reações de Diels-Alder entre enonas e ciclopentadieno e Reações da aza-Diels-Alder com bases de Schiff, avaliando o efeito da temperatura e da concentração molar do NbCl5. A comparação dos rendimentos, dos produtos formados e do tempo de reação com NbCl5, também foi um ponto fundamental da pesquisa. As reações de cicloadição [2 + 2] foram realizadas entre ésteres propiólicos e diferentes tipos de alcenos (éteres enólicos de silício e alcenos alifáticos). Nas reações com os éteres enólicos de silício não foi verificada a formação dos respectivos adutos de ciclobuteno, pois o NbCl5 promove a quebra da ligação oxigênio-silício, não levando à formação do produto desejado. Nas reações com os alcenos alifáticos foi possível obter o respectivo aduto, porém com rendimentos menores que com outros ácidos de Lewis. Quanto às reações de Diels-Alder, foram investigadas as reações entre diferentes ciclo-enonas (dienófilos de baixa reatividade) com ciclopentadieno (dieno) na presença de NbCl5. Os resultados obtidos indicam que o NbCl5 é um bom ácido de Lewis para ativar reações de Diels-Alder, apresentando tempos reacionais menores e alta diastereosseletividade a temperaturas mais baixas, quando comparado com outros ácidos de Lewis. A possibilidade de efetuar reações do Diels-Alder a -78 0C é um dos aspectos de destaque neste trabalho, pois, além de demonstrar a forte ativação do sistema enona exercido pelo NbCl5, possibilita obter produtos com alta seletividade. Paralelamente aos estudos de sistemática reacional foram realizados estudos de elucidação estrutural completa de alguns dos compostos sintetizados, utilizando-se diversas técnicas de RMN (uni e bidimensionais), e o auxílio de cálculos teóricos. Nas reações de aza-Diels-Alder entre bases de Schiff e di-hidropirano, o NbCl5 se mostrou um ótimo catalisador para a síntese de derivados de piranoquinolinas. Estes derivados formam uma importante classe de produtos naturais que apresentam ampla atividade biológica. As reações foram conduzidas com baixas concentrações de nióbio e em tempos relativamente curtos, obtendo-se rendimentos variando de 72 a 96 %. Outro fator a se destacar é a alta diastereosseletividade encontrada nestas reações. Também foram realizados estudos da atividade tripanocida dos derivados de piranoquinolinas preparados através das reações de aza-Diels-Alder catalisadas por NbCl5. / The aim of this work was to investigate the use of NbCl5 as Lewis acid in cycloadittion reactions. We have studied [2 + 2] cycloaddition reactions, Diels-Alder reactions between enonas and cyclopentadiene and aza-Diels-Alder reactions with Schiff bases. The effects of the temperature and of the molar concentration of NbCl5 were also evaluated. Comparasion of reaction yields, obtained products as well as reation time with NbCl5 were also a key point on this work. The [2 + 2] cycloaddition reactions were performed using propiolic ester and different types of alkenes (silyl enol ethers and aliphatic alkenes). In the reactions with silyl enol ethers, formation of the corresponding cyclobutene aductts was not verified, since the NbCl5 promotes the rupture of oxygen-silicon bonds, and the desired product is not obtained. In the reactions with aliphatic alkenes, it was possible to obtain the adduct, however, in lower yields as compared to those obtained with others Lewis acids. Regarding the Diels-Alder reactions, we have investigated reactions using different cycloenones (dienophiles of low reactivity) with cyclopentadiene (diene) with NbCl5. The obtained results indicate that NbCl5 is a good Lewis acid to activate these Diels-Alder reactions, resulting in shorter reaction times and higher diastereoselectivity at lower temperatures than other Lewis acids. The possibility of carrying out Diels-Alder reaction at -78 0C is another remarkable aspect of this work. Besides demonstrating the strong activation of the enone system by NbCl5, it opens the possibility of obtaining high stereoselectivity. We have also performed studies of complete structural elucidation of some compounds by using different NMR techniques (uni and bidimensional), with the help of theoretical calculations. In the aza-Diels-Alder reactions between Schiff bases and dihydropyran, the NbCl5 was an excellent catalyst for the synthesis of pyranoquinoline derivatives. These derivatives are an importante class of natural products that exhibit wide range of biological activity. The reactions were carried out at low concentration of niobium and in relatively short times, resulting in yields varying from 72 to 96 %. Another aspect that should be remarked is the high diastereoselectivity found in these reactions. We have also carried out studies of tripanocydal activity of pyranoquinoline derivatives prepared through aza-Diels-Alder reactions catalyzed by NbCl5.

O objetivo deste trabalho foi investigar o uso de NbCl5 como ácido de Lewis em reações de cicloadição. Foram estudadas algumas reações de cicloadição [2 + 2], Reações de Diels-Alder entre enonas e ciclopentadieno e Reações da aza-Diels-Alder com bases de Schiff, avaliando o efeito da temperatura e da concentração molar do NbCl5. A comparação dos rendimentos, dos produtos formados e do tempo de reação com NbCl5, também foi um ponto fundamental da pesquisa. As reações de cicloadição [2 + 2] foram realizadas entre ésteres propiólicos e diferentes tipos de alcenos (éteres enólicos de silício e alcenos alifáticos). Nas reações com os éteres enólicos de silício não foi verificada a formação dos respectivos adutos de ciclobuteno, pois o NbCl5 promove a quebra da ligação oxigênio-silício, não levando à formação do produto desejado. Nas reações com os alcenos alifáticos foi possível obter o respectivo aduto, porém com rendimentos menores que com outros ácidos de Lewis. Quanto às reações de Diels-Alder, foram investigadas as reações entre diferentes ciclo-enonas (dienófilos de baixa reatividade) com ciclopentadieno (dieno) na presença de NbCl5. Os resultados obtidos indicam que o NbCl5 é um bom ácido de Lewis para ativar reações de Diels-Alder, apresentando tempos reacionais menores e alta diastereosseletividade a temperaturas mais baixas, quando comparado com outros ácidos de Lewis. A possibilidade de efetuar reações do Diels-Alder a -78 0C é um dos aspectos de destaque neste trabalho, pois, além de demonstrar a forte ativação do sistema enona exercido pelo NbCl5, possibilita obter produtos com alta seletividade. Paralelamente aos estudos de sistemática reacional foram realizados estudos de elucidação estrutural completa de alguns dos compostos sintetizados, utilizando-se diversas técnicas de RMN (uni e bidimensionais), e o auxílio de cálculos teóricos. Nas reações de aza-Diels-Alder entre bases de Schiff e di-hidropirano, o NbCl5 se mostrou um ótimo catalisador para a síntese de derivados de piranoquinolinas. Estes derivados formam uma importante classe de produtos naturais que apresentam ampla atividade biológica. As reações foram conduzidas com baixas concentrações de nióbio e em tempos relativamente curtos, obtendo-se rendimentos variando de 72 a 96 %. Outro fator a se destacar é a alta diastereosseletividade encontrada nestas reações. Também foram realizados estudos da atividade tripanocida dos derivados de piranoquinolinas preparados através das reações de aza-Diels-Alder catalisadas por NbCl5. / The aim of this work was to investigate the use of NbCl5 as Lewis acid in cycloadittion reactions. We have studied [2 + 2] cycloaddition reactions, Diels-Alder reactions between enonas and cyclopentadiene and aza-Diels-Alder reactions with Schiff bases. The effects of the temperature and of the molar concentration of NbCl5 were also evaluated. Comparasion of reaction yields, obtained products as well as reation time with NbCl5 were also a key point on this work. The [2 + 2] cycloaddition reactions were performed using propiolic ester and different types of alkenes (silyl enol ethers and aliphatic alkenes). In the reactions with silyl enol ethers, formation of the corresponding cyclobutene aductts was not verified, since the NbCl5 promotes the rupture of oxygen-silicon bonds, and the desired product is not obtained. In the reactions with aliphatic alkenes, it was possible to obtain the adduct, however, in lower yields as compared to those obtained with others Lewis acids. Regarding the Diels-Alder reactions, we have investigated reactions using different cycloenones (dienophiles of low reactivity) with cyclopentadiene (diene) with NbCl5. The obtained results indicate that NbCl5 is a good Lewis acid to activate these Diels-Alder reactions, resulting in shorter reaction times and higher diastereoselectivity at lower temperatures than other Lewis acids. The possibility of carrying out Diels-Alder reaction at -78 0C is another remarkable aspect of this work. Besides demonstrating the strong activation of the enone system by NbCl5, it opens the possibility of obtaining high stereoselectivity. We have also performed studies of complete structural elucidation of some compounds by using different NMR techniques (uni and bidimensional), with the help of theoretical calculations. In the aza-Diels-Alder reactions between Schiff bases and dihydropyran, the NbCl5 was an excellent catalyst for the synthesis of pyranoquinoline derivatives. These derivatives are an importante class of natural products that exhibit wide range of biological activity. The reactions were carried out at low concentration of niobium and in relatively short times, resulting in yields varying from 72 to 96 %. Another aspect that should be remarked is the high diastereoselectivity found in these reactions. We have also carried out studies of tripanocydal activity of pyranoquinoline derivatives prepared through aza-Diels-Alder reactions catalyzed by NbCl5.