Les activités catalytiques de complexes du ruthénium et de l'iridium ont été examinées dans trois thématiques. De nouvelles phosphines chirales bifonctionnelles à groupement acide et les complexes métalliques correspondants ont été préparés. Nous avons montré que le nouveau ligand (S)-Sulfo-binepine est très efficace pour l'hydrogénation énantiosélective de cétones aromatiques catalysée par le ruthénium et l'hydrogénation énantiosélective de cétiminesaromatiques en présence de catalyseurs de l'iridium. Sur la base d'études mécanistiques, un mécanisme de sphère externe a été proposé pour l'hydrogénation de cétones. Dans le cas de l'hydrogénation de cétimines, les intermédiaires-clés ont été obtenus, ce qui a permis de proposer deux chemins réactionnels compétitifs pour expliquer les effets sur l'énantiosélectivité. Les fonctionnalisations d'amines cycliques sur l'atome d'azote et les carbones en α et β de l'hétéroatome ont été réalisées grâce à des processus de transfert d'hydrogène assistés par des catalyseurs du ruthénium et l'iridium à ligand phosphinesulfonate. / In this doctoral thesis, the catalytic activities of new ruthenium and iridium complexes have been examined in three major topics. New chiral phosphine-containing acidic bifunctional ligands and correspondingmetalcomplexes have been prepared. (S)-Sulfo-binepine was shown to be a very efficient novel ligand for ruthenium-catalyzed enantioselective hydrogenation of aryl ketones and iridium-catalyzed enantioselective hydrogenation of arylketimines. Based on mechanistic studies, outer-sphere mechanism was proposed for ketone hydrogenation. For ketimine hydrogenation, the key intermediate and resting species have been obtained, allowing the proposal of two competitive reaction pathways to explain the effects on enantioselectivity. N- and(α,β)-C-functionalization of cyclic amines have been achieved via borrowing hydrogen processes assisted by ruthenium and iridium phosphinesulfonate catalysts.

Cette thèse a porté sur la synthèse de cycloheptatriènes (CHT) silylés et leur désymétrisation pour l’obtention de mimes de sucres. Nous avons ainsi développé une approche synthétique d’analogues de calystégines et mis en évidence un réarrangement inattendu conduisant à un squelette nortropane original. Dans un second temps, nous avons étudié l’équilibre cycloheptatriène-norcaradiène (CHT-NCD) et mis au point une méthodologie de cycloaddition de CHT silylés avec des dérivés nitroso, efficace et hautement stéréosélective, pour la synthèse d’aminocarbasucres via une cascade : électrocyclisation (CHT-NCD)-cycloaddition-ouverture cationique-cycloaddition. En 3 étapes, à partir du CHT méthylsilylé, 7 centres stéréogènes, 5 liaisons C-O et 2 C-N sont formés de façon diastéréo- et régiocontrôlée. Une réaction Hétéro- Diels-Alder énantiosélective sur les CHT silylés, qui conduit en une étape à la formation de 3 centres asymétriques, a aussi été développée. / This work dealt with the synthesis of silylated cycloheptatrienes and their desymmetrisation toward the synthesis of sugar mimics. Calystegines analogues were synthesized and an unexpected rearrangement leading to an original nortropane skeleton was emphasized. In a second part, cycloheptatriene-norcaradiene (CHT-NCD) equilibrium was studied. Silylated cycloheptatriene were also shown to react through cycloaddition reaction with acylnitroso compounds, through cascade processes: electrocyclisation (CHT-NCD)-cycloaddition- cationique cyclopropane opening-cycloaddition, leading highly selectively to aminocarbasugars. Starting from methylsilylated CHT, 7 stereogenic centers, 5 C-O bonds and 2 C-N bonds were formed in only 3 steps. An enantioselective Hetero-Diels-Alder reaction was also developed.

La fonctionnalisation sélective de BINOL en position 6 ou 6 et 6' par des groupements 3 - (diméthylamino)prop-1-yn-1-yl est décrite. Cette méthode constitue une stratégie prometteuse pour le développement de nouveaux ligands recyclables. Les complexes de La et Yb correspondants ont été testés dans la réaction d’époxydation des cétones α, β-insaturées. Les complexes d’ytterbium sont les plus efficaces, fournissant les époxydes chiraux attendus avec 90 ou 93% d’excès énantiomérique en conditions homogène et hétérogène, respectivement.Dans le cadre de nos études, nous avons également évalué de nouveaux catalyseurs comportant un ion de manganèse penta-coordinnée [LMn(III)OH]ClO4 et [LMnCl](MnCl4)0,5. Ces complexes ont été testés dans la réaction d’époxydation des oléfines terminales utilisant H2O2/NaHCO3 et PhIO comme oxydant. Il s'avère que le complexe [LMn(III)OH]ClO4 est le catalyseur le plus efficace de la série. Une autre approche également été envisagée : oxyder une molécule d’eau présente dans la sphère de coordination du métal par le Cerium Ammonium Nitrate (CAN) et utiliser l’espèce oxydante ainsi générée pour oxyder des substrats. Nos études ont montré que cette stratégie était possible et permettait d’oxyder des substrats organiques. / The selective functionalization of BINOL in position 6 or 6 and 6’ with 3-(dimethylamino)prop-1-yn-1yl is described, and it constitutes a promising strategy for the development of a recyclable ligands. The corresponding La and Yb complexes were evaluated towards the epoxidation of α,β-unsaturated ketones. The Yb-complexes displayed an efficient activity, affording the expected chiral epoxides in up to 90 or 93% ee in homogeneous and heterogenous catalysis, respectively.As part of our studies, we also evaluated new catalysts with a penta-coordinated manganese ion [LMn(III)OH]ClO4 and [LMnCl](MnCl4)0.5. These complexes were tested in the epoxidation reaction of terminal olefins using H2O2/NaHCO3 and PhIO as an oxidant. It turns out that the complex [LMn (III) OH] ClO4 is the most efficient catalyst of the series. Another approach was also considered: oxidize a molecule of water present in the coordination sphere of the metal by Cerium Ammonium Nitrate (CAN) and use the generated oxidizing species to oxidize substrates. Our studies have shown that this strategy was feasible and allowed to oxidize organic substrates.

Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse concernent la mise au point de nouvelles méthodologies de synthèse asymétrique en organocatalyse promues par des phénolates d’ammoniums quaternaires, catalyseurs de type paires d’ions coopératifs chirales, et des dérivés de l’acide de Meldrum comme substrats. Dans un premier temps, nous avons utilisé l’acide de Meldrum comme un précurseur de cétène via une cycloréversion induite par O-silylation grâce à une probase silylée, afin de réaliser une réaction de cycloaddition [2+2] avec un aldéhyde ou une imine catalysée par un phénolate d’ammonium chiral, permettant de former des β-lactones et des β-lactames. Les travaux effectués n’ont cependant pas permis d’obtenir le produit désiré. Dans un secont temps, nous avons exploité le caractère électrophile des dérivés disubstitués de l’acide de Meldrum et leur capacité à fragmenter suite à l’addition nucléophile d’un phénolate. Une première partie a été consacrée au développement d’une réaction monotope de désymétrisation de l’acide de Meldrum pour former des malonates dissymétriques après une étape d’alkylation in situ du carboxylate intermédiaire. Bien que de bons rendements isolés aient été obtenus, un maximum de 21% ee a pu seulement être atteint. Dans une seconde partie, nous avons mis au point une séquence originale, catalysée par un phénolate d’ammonium quaternaire chiral, qui est constituée (1) d’une addition nucléophile de phénolate suivie (2) d’une fragmentation avec perte d’acétone qui permet, après (3) une étape de décarboxylation de générer un acétal de cétène acyclique qui va subir (4) une réaction de protonation énantiosélective. Cette méthode a pu être appliquée à un large panel de substrats avec de bons rendements et des excès énantiomériques allant jusqu’à 70% ee. / The work developed in this PhD thesis deals with the development of new asymmetric organocatalytic methodologies implying cooperative chiral ion pairing catalysis, by using chiral ammonium phenoxides as catalysts and Meldrum’s acid derivatives as substrates. First, we used the ability of Meldrum’s acid to generate acylketenes after cycloversion triggered by O-silylation thanks to a silylated probase in the presence of a chiral ammonium phenoxide. Such an approach was applied to the synthesis of β-lactones and β-lactames following a [2+2] cycloaddition reaction with aldehydes or imines respectively. Unfortunately, the desired products have never been observed. Then, we focused on disubstitued derivatives of Meldrum’s acids and their propensity to fragment after a nucleophilic addition of phenoxide. In a first part, we have developed a one-pot desymmetrization reaction of Meldrum’s acid derivatives to form dissymmetric malonates after an in-situ alkylation of the transient carboxylate. However, despite high isolated yields, only an unsatisfactory 21% ee could be reached. In a second part, we have developed an unprecedented sequence consisting of (1) a nucleophilic addition of phenol derivatives to Meldrum’s acid followed by (2) a fragmentation with loss of acetone, leading after (3) decaboxylation to the formation of an acyclic ketene acetal which is involved in (4) an enantioselective protonation reaction to provide a wide range of enantioenriched phenolic esters with moderate to excellent yield and up to 70% ee.

Les travaux exposés dans ce manuscrit ont pour objectif d’étudier des séquences réactionnelles organocatalysées permettant la formation stéréosélective de liaisons carbone-carbone ou carbone-hétéroatome. Plusieurs stratégies ont été développées pour la préparation d’architectures cycliques chirales dont la synthèse représente un enjeu important en raison de leur présence dans un grand nombre de molécules d’intérêt biologique. Le manuscrit débute par une introduction sur le principe de l’organocatalyse en se focalisant sur les différents modes d’activation en aminocatalyse.Le premier chapitre traite de la synthèse, sans solvant, régio- et diastéréosélective de bicycles comportant une hydrazine cyclique. Le deuxième chapitre combine la désaromatisation ou la désymétrisation à une séquence aminocatalysée, pour former des polycycles tridimensionnels énantio-enrichis à partir d’aldéhydes insaturés. Enfin, le troisième chapitre se concentre sur la synthèse de sulfamides non symétriques et leur utilisation comme substrats en aminocatalyse. / The work presented in this manuscript aims to study organocatalytic reaction sequences enabling the stereoselective formation of carbon-carbon and carbon-heteroatom bonds. Various strategies have been developped for the preparation of chiral cyclic architectures, which represents an important challenge due to their presence in a vast number of biologically active compounds. This manuscript starts off by introducing the principal of organocatalysis, and more specifically the different activation means used in aminocatalysis.The first chapter focuses on the regio- and diastereoselective synthesis of cyclic hydrazine-containing bicycles in a solvent-free way. The second chapter merges de-aromatization or desymetrization with an aminocatalytic reaction sequence, to yield tridimensional enantioenriched polycycles from unsaturated aldehydes. Lastly, the third chapter concentrates on the synthesis of unsymmetrical sulfamides and their uses as substrates in aminocatalysis.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L’essor de la chimie supramoléculaire et plus particulièrement de la tectonique moléculaire a rendu la formation de matériaux poreux hautement organisés possible. La fonctionnalisation de tels composés favorise leur utilisation pour de nombreuses applications. Les travaux présentés dans cette thèse ont été consacrés aux réseaux moléculaires poreux homochiraux ainsi que leur utilisation pour le stockage de gaz, la reconnaissance et la séparation d’énantiomères.Le premier chapitre décrit la synthèse de divers ligands organiques optiquement purs et leur assemblage avec des sels de cuivre pour l’obtention de monocristaux. Les isothermes d’adsorption de chacun de ces composés cristallins ont été mesurés via des analyses BET et le stockage de N2,CO2 et CH4 ont été évalué.Le second chapitre s’intéresse à l’utilisation de ces mêmes composés chiraux pour la reconnaissance des énantiomères (L)- et (D)-tryptophane. Des tests de séparation énantiosélective de molécules aminées ou dérivées d’amides sont également exposés.Le dernier chapitre décrit la formation de réseaux moléculaire mono- et tridimensionnels par l’association de ligands organiques avec des sels métalliques variés. Leurs structures cristallines ont pu être déterminées par diffraction des rayons X sur monocristal. / The development in supramolecular chemistry and more particularly in molecular tectonics has madepossible the formation of porous and highly organized materials. The functionalization of suchcompounds favored their use for various applications. This PhD work is about the application ofporous homochiral coordination networks for storage, enantioselective recognition or separation.The first chapter deals with the synthesis of chiral ligands and their combinations with copper salts toenable the formation of single crystals. Their adsorption isotherms were evaluated by BETmeasurements. Storage of N2, CO2 and CH4 by these crystalline architectures was also evaluated.The second part describes the use of these chiral compounds for enantioselective recognition of (L)-and (D)-tryptophan. Tests of enantioselective separation of amines or amides were also carried out.The last part of this work deals with the formation of mono- or tridimensional coordination polymersby combinations of organic ligands and a variety of metallic salts. Their structures were determinedby X-ray diffraction on single crystal.

De nouveaux β-aminoalcools chiraux ont été synthétisés en 3 à 4 étapes avec de bons rendements globaux (19-42%). Ils ont été testés en tant que ligands dans la réaction de réduction de cétones aromatiques par transfert d’hydrogène. Des excès énantiomériques jusqu’à 91% ont été obtenus avec de bonnes conversions jusqu’à 99%. La réduction asymétrique de cétones aromatique par le borane a été également étudiée. Ces β-aminoalcools se sont montrés actifs mais pas très énantiosélectifs. Ces composés ont également été utilisés en tant que ligands dans la réaction d’addition du diéthylzinc sur des aldéhydes aromatique conduisant aux produits désirés avec de bons rendements (jusqu’à 98%) et de bonnes énantiosélectivités (jusqu’à 80%). En revanche, la réaction d’addition d’autres organométalliques (l’organozincique, le silane, l’étain et le nickel) sur aldéhydes montre de faible énantiosélectivité dans la plupart de cas.Dans la dernière partie de ce travail, un des β-aminoalcools synthétisés a été évalué dans la réaction de cyanation catalytique énantiosélective d’aldimines. Malgré des bonnes conversions obtenues, des faible énantiosélectivités ont été observées. / Chiral β-aminoalcohol compounds were prepared in 3 or 4 steps from isosorbide in good overall yields (19-42%). These compounds were used as ligands in the asymmetric transfer hydrogenation of aromatic ketones giving good enantioselectivities (up to 91% ee) and excellent conversions (up to 99%). The asymmetric reduction of aromatic ketones by borane complexes using these aminoalcohols was also evaluated. Good catalytic activity but low enantioselectivity were observed. Asymmetric addition of diethylzinc to aromatic aldehydes using these β-aminoalcohols was also studied leading to desired products in good yields (up to 98%) and good enantioselectivities (up to 80%). However, no asymmetric induction was observed when using other organometallics (organozinc, silane, nickel, tin).The last part of this work consisted in evaluating one of these β-aminoalcohols in the Titanium-catalyzed asymmetric cyanation of aldimines. Despite good conversions, low enantioselectivities were observed.

Ce travail de thèse est dédié au développement des deux familles de complexes chiraux binaphtolates de terres rares et leur application en catalyse asymétrique dans les réactions d’addition de Michael, de Henry, de Strecker et d’hydroalkoxylation. La préparation d’une nouvelle famille de complexes chiraux bisbinaphtolates de terres rares a été optimisée. Ces nouveaux complexes ont été entièrement caractérisés grâce à des analyses RMN, IR, de spectroscopie de masse et des études de DRX de monocristaux isolés. Après une étude de stabilité, nous avons pu montrer que ces nouveaux complexes de terres rares peuvent être pesés à l’air libre et utilisés dans des réactions asymétriques sans dégazage des réactifs ni des solvants. Les comportements catalytiques de ces nouveaux complexes hétérobimétalliques ont été étudiés en détail dans des réactions énantiosélectives de Henry, de Strecker et d’addition de Michael. Une température d’isoinversion et un effet non linéaire ont notamment été mis en évidence dans la réaction d’addition de Michael de malonates sur des énones conduisant à des produits énantioenrichis avec des excès énantiomériques allant jusqu’à 83%. Une seconde famille de complexes monobinaphtolate monoalkyl de terres rares a été synthétisée et complètement caractérisée. Une structure DRX de ce type de complexe a pu être obtenue pour la première fois. Ces complexes ont été évalués dans des réactions de Strecker et d’hydroalkoxylation. Concernant cette dernière, la sélectivité a tout d’abord été étudiée avec ces complexes dans le cas des allènes et un mécanisme a pu être proposé. D’autre part, les premiers exemples d’hydroalkoxylation asymétrique d’alcènes, catalysés par ces complexes monobinaphtolate monoalkyl de terres rares, ont pu être décrits. / This thesis is mainly devoted to the development of two families of rare earths chiral binaphtolate complex and their application in asymmetric catalysis such as Michael addition, Henry reaction, Strecker reaction and hydroalkoxylation reaction. At first, the preparation of a new family of rare earth bisbinaphtolate complexes has been optimized with complete characterizations including NMR, IR, mass spectroscopy and XRD studies on isolated single crystals. These new rare earths complexes are relative stable which can be used under air condition. The catalytic behavior of these new heterobimetallic complexes have been studied in detail: an isoinversion temperature was determined and the nonlinear effect was observed for asymmetric Michael additions of malonates on enones wich lead products with enantiomeric excess up to 83%. Secondly, a family of rare earth monobinaphtolate monoalkyl complexs has been synthesized and characterized. The first XRD structure of this family of complex was obtained. Steric substitutions of binaphtolate ligands on position 3,3’ have been proven to be essential for the formation of these complex. The selectivity of reaction of hydroalkoxylation of allene was studied with a proposed mechanism. First examples of asymmetric hydroalkoxylation of alkene catalyzed by rare earth complexes have been achieved by our rare earth monoalkyl monobinaphtolate complex.

Les carbapénèmes occupent actuellement une place centrale dans la lutte contre les bactéries résistantes aux antibiotiques classiques de type pénicilline. Notre thèse a pour objectif de développer une synthèse de leurs intermédiaires dans l'optique d'une application à l'échelle industrielle. Nous avons exploité, comme stratégie de fermeture de l'hétérocycle, la formation du lien C-3/C-4 par attaque nucléophile intramoléculaire sur un époxyde. Celui-ci est obtenu à partir de la L thréonine qui fournit deux stéréocentres et permet d'induire le troisième carbone asymétrique. Nous avons utilisé le groupe benzhydryle comme groupe protecteur, nouveau dans cette chimie, pour remplacer le groupe para-anisyle habituel qui pose des problèmes industriels. Ce nouveau groupe change fortement la réactivité de l'époxyamide impliquant une optimisation délicate des conditions et un choix judicieux des substituants. De plus, une nouvelle méthode de déprotection par bromation photochimique a été mise au point, complètement compatible avec la fragilité du cycle beta-lactame. Enfin, pour générer le groupe partant en C-4, nous avons utilisé une oxydation de Baeyer-Villiger. La régiosélectivité de cette étape dépend fortement des substituants et apparaît contradictoire avec les exigences de la fermeture de cycle. L'étude de l'influence des substituants sur ces deux étapes nous a permis de sélectionner le substituant optimal. Dans la seconde partie de cette thèse, nous nous intéressons à l'introduction du 4e centre asymétrique caractéristique des carbapénèmes. Nous avons étudié la possibilité de l'effectuer avec des dérivés de l'acide de Meldrum pour substituer la position C-4 de l'intermédiaire-clef, suivi d'une décarboxylation asymétrique. Nous clôturons ce travail par une évaluation économique de notre synthèse d'un précurseur équivalent à l'acétoxyazétidinone. /Carbapenems occupy a central role in the fight against bacteria that are resistant to classical antibiotics such as penicillins. Our thesis has the aim to develop a synthesis of their principal intermediates with the objective to apply it at the industrial scale. We have explored, as strategy of the heterocycle closing, the formation of the C-3/C-4 bond by a nucleophilic attack on an epoxide. This one was obtained from L-threonine which brings two stereocenters and allows the induction for the creation of the third asymmetric carbon. We used the benzhydryl group as protecting group, new in this chemistry, to replace the usual para-anisyl group which causes industrial problems. This new group strongly affects the reactivity of the epoxyamide imposing a fine optimization of the conditions and an adequat choice of substituents. Furthermore, a new deprotection method by photochemical bromination was developed, entirely compatible with the fragility of the beta-lactam ring. Finally, to create the leaving group in C-4, we used a Baeyer-Villiger oxidation. Regiochemistry of this step strongly depends on substituents and appears contradictory with the requirements of the ring closing. The study of the influence of the substituents on these two steps permits us to choose the optimal substituent. In a second part of the work, we were interested in the introduction of the fourth asymmetric center of carbapenems. We studied the feasibility to perform it with Meldrum's acid derivatives by substituting the C-4 position of the key-intermediate, followed by an asymmetric decarboxylation. We ended this work by an economic evaluation of the synthesis of our precursor similar to acetoxyazetidinone.