Les réactions d’addition de nucléophiles sur des oléfines catalysées au palladium (II) suscitent depuis plusieurs années un intérêt considérable. Les mécanismes entrant en jeu lors de ce type de réactions ne sont toutefois pas si évidents, nucléopalladation et activation de liaisons C-H allylique étant deux types de réactivités ayant lieu avec les mêmes substrats et conditions réactionnelles. Nous avons alors réalisé une étude permettant de définir les mécanismes entrant en jeu lors de cyclisations oxydantes de nucléophiles azotés et oxygénés insaturés catalysées au Pd(II). Les résultats de cette étude suggèrent l’existence d’un équilibre rapide entre le substrat et l’Intermédiaire NucléoPalladé (INuP) correspondant. Ce dernier peut alors subir une β-H élimination lorsqu’un hydrogène en position distocyclique est disponible. Dans ce cas, l’INuP est considéré comme une espèce éveillée. En revanche, lorsque seul un hydrogène en position proxicyclique est disponible, la déshydropalladation est partiellement ou totalement interdite, l’INuP est alors considéré comme une espèce dormante. La formation de ce dernier étant réversible, l’activation de la liaison C-H aura alors lieu, permettant l’obtention d’hétérocycles vinyliques. Nous sommes ensuite parvenus à réaliser cette β-H élimination proxicyclique jusqu’alors jugée impossible, et ce en utilisant des conditions aérobies bien spécifiques. Des études mécanistiques ont révélé l’importance de la présence d’un contre-ion chlorure, ainsi que de l’utilisation d’une monophosphine. Nous avons également pu démontrer que l’étape d’aminopalladation procède via une stéréochimie trans. Cette réaction a permis l’obtention de nouvelles méthylidene-pyrrolidinones fonctionnalisées. / Although the Pd(II)-catalyzed addition of nucleophiles to olefins has been much described in literature, the in-depth mechanism of such type of process is far from being a simple matter. Indeed, nucleopalladation and allylic C-H activation are two competing reactivities sharing the same type of substrates and reaction conditions. Accordingly, we have undertaken a study aimed at understanding the detailed mechanism of oxidative Pd(II)-catalyzed cyclizations of unsaturated nitrogen based- and oxygen based- nucleophiles. The results of this study strongly suggest the existence of a rapid equilibrium between the substrate and the corresponding cyclic NucleoPalladated Intermediate (NuPI), which can further evolve via easy β-H elimination when a distocyclic H position is involved. In this case, the NuPI is qualified as an evolving species. Contrarily, when only a proxicyclic H position is available, β-H elimination is totally or partially forbidden. In this case, the NuPI is qualified as a dormant species. Then, the formation of the NuPI being reversible, C-H activation will take place affording the corresponding vinylic heterocycle. In a second part, we managed to achieve the otherwise forbidden proxicyclic β-H elimination by using specific aerobic conditions. Mechanistic studies revealed the importance of the presence of chloride conter-ion as well as the use of monophosphine. At the same time, we also demonstrated that the aminopalladation step took place according to a trans stereochemistry. This reaction led to the formation of new functionalized methylidene-pyrrolidinones.

La fonctionnalisation de liaisons C-H réputées peu réactives ouvre de nouvelles perspectives en synthèse organique. Une stratégie efficace consiste en l'utilisation d'un métal de transition. Les travaux de thèse présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans ce contexte. Dans un premier temps, la réaction étudiée, catalysée par le palladium, vise à étendre une méthodologie mise au point au laboratoire, permettant la synthèse de benzocyclobutènes par activation intramoléculaire de liaisons C(sp3)-H de groupements méthyles benzyliques, à des composés non aromatiques. Plusieurs substrats ont été synthétisés pour être ensuite placés dans les conditions de la réaction d'activation C(sp3)-H, dans le but d'induire la formation du cyclobutène ou du cyclobutane désiré. Le processus n'est pas sélectif et de nombreux produits secondaires sont obtenus par des réactions péricyliques ou par des réarrangements suite à l'ouverture du palladacycle intermédiaire. Dans un deuxième temps, nos travaux ont permis de mettre à jour une nouvelle réaction de fonctionnalisation C(sp3)-H, catalysée par le palladium permettant l'arylation d'esters en position β par un mécanisme original. Les investigations portent sur l'optimisation complète de cette réaction, la compréhension du mécanisme et le développement d'une version énantiosélective prometteuse. Le mécanisme de cette réaction, confirmé par des calculs DFT réalisés en collaboration avec C. Kefalidis et E. Clot, se rapproche formellement de celui observé en α-arylation, puisqu'il repose sur la formation d'un énolate de palladium. La stratégie mise au point permet le couplage, dans des conditions douces, d'esters simples et commerciaux avec des halogénures d'aryles contenant un groupement électronégatif en position ortho, donnant ainsi accès à des intermédiaires de synthèse intéressants tels qu'un analogue de la phénylalanine ou des composés fluorés.

La fonctionnalisation de liaisons C-H réputées peu réactives ouvre de nouvelles perspectives en synthèse organique. Une stratégie efficace consiste en l’utilisation d’un métal de transition. Les travaux de thèse présentés dans ce mémoire s’inscrivent dans ce contexte. Dans un premier temps, la réaction étudiée, catalysée par le palladium, vise à étendre une méthodologie mise au point au laboratoire, permettant la synthèse de benzocyclobutènes par activation intramoléculaire de liaisons C(sp3)-H de groupements méthyles benzyliques, à des composés non aromatiques. Plusieurs substrats ont été synthétisés pour être ensuite placés dans les conditions de la réaction d’activation C(sp3)-H, dans le but d’induire la formation du cyclobutène ou du cyclobutane désiré. Le processus n’est pas sélectif et de nombreux produits secondaires sont obtenus par des réactions péricyliques ou par des réarrangements suite à l’ouverture du palladacycle intermédiaire. Dans un deuxième temps, nos travaux ont permis de mettre à jour une nouvelle réaction de fonctionnalisation C(sp3)-H, catalysée par le palladium permettant l’arylation d’esters en position β par un mécanisme original. Les investigations portent sur l’optimisation complète de cette réaction, la compréhension du mécanisme et le développement d’une version énantiosélective prometteuse. Le mécanisme de cette réaction, confirmé par des calculs DFT réalisés en collaboration avec C. Kefalidis et E. Clot, se rapproche formellement de celui observé en α-arylation, puisqu’il repose sur la formation d’un énolate de palladium. La stratégie mise au point permet le couplage, dans des conditions douces, d’esters simples et commerciaux avec des halogénures d’aryles contenant un groupement électronégatif en position ortho, donnant ainsi accès à des intermédiaires de synthèse intéressants tels qu’un analogue de la phénylalanine ou des composés fluorés. / The direct functionalization of C-H bonds represents an atom- and step-economical alternative to more traditional synthetic methods based on functional group transformation, which often require multi-step sequences. In particular, transition-metal catalysis has recently emerged as a powerful tool to functionalize otherwise unreactive C-H bonds. In this context, we first investigated the extension of a methodology that has been developed in our laboratory for the synthesis of benzocyclobutenes via C(sp3)-H activation, to non aromatic compounds. Substrates have been synthesized in order to be evaluated in the reaction to form cyclobutenes or cyclobutanes. The process was not selective and several by-products were formed via pericylic reactions or rearrangements of the intermediate palladacycle. Our research has also focused on a conceptually new palladium catalyzed β-C-H arylation of carboxylic esters method. The investigations consisted of a complete optimization of the reaction conditions, an evaluation of the scope and elucidation of the mechanism. It was found that this type of [bêta]-arylation is mechanistically related to α-arylation because it involves the formation of a palladium-enolate. Computational studies (DFT calculations, C. Kefalidis et E. Clot) confirmed the proposed mechanism. Our strategy allowed a mild and efficient intermolecular arylation reaction from aryl halides bearing an ortho electronegative group, giving rise to a range of synthetically useful functionalized carboxylic esters such as phenylalanine analogues and new fluorinated building blocks.