Ces travaux de thèse avaient pour objectif la synthèse asymétrique d’hétérocycles énantioenrichis par des méthodes à hautes valeurs ajoutées. Pour cela des catalyseurs ont été employés dans des réactions de cycloaddition. D’une part, l’organocatalyse asymétrique permet d’utiliser un matériel chiral peu coûteux en faible quantité pour générer des produits chiraux, d’autre part, les réactions de cycloadditions permettent une économie d’atome certaine et la création de plusieurs liaisons en une réaction.La première partie de cette thèse concerne des réactions de cycloadditions d’aza-Diels-Alder à demande inverse en électrons. Ces travaux mettent en jeu des 1-Azadiènes et des énecarbamates pour générer des tétrahydropyridines possédant 3 centres stéréogènes contigus.Les produits ont été obtenus sous la forme d’un seul diastéréomère avec de bons rendements et de bons excès énantiomérique. La modification des substrats sur diverses positions a été possible sans influencer l’efficacité de la réaction.Dans la seconde partie, une réaction de cycloaddition entre des quinones et des énecarbamates a été étudiée. L’utilisation d’un acide phosphorique à squelette SPINOL s’est révélée très efficaces, menant à des 2,3-Dihydrobenzofuranes optiquement actifs. Les produits sont isolés avec d’excellents rendements et excès énantiomériques, mais des ratios diastéréomériques faibles. Ces derniers peuvent être améliorés en engageant des énethiocarbamates.Une cascade réactionnelle peut aussi être effectuée en formant la quinone in situ à l’aide d’un réactif hypervalent iodé. L’étendue de notre cycloaddition ainsi que sa variante initié par du PIDA est conséquente mais reste encore à améliorer. Différentes hydroquinones seront ainsi évaluées. Les cycloadduits seront ultérieurement transformés de manière à valoriser cette méthodologie. Les configurations relatives et absolues des centres asymétriques formés seront déterminées avec précision par cliché de diffraction des rayons X. Ces pistes sont en cours d’étude et de réalisation au laboratoire.Enfin, la dernière partie concerne une réaction de cycloaddition 1,3-Dipolaire entre des nitrones et des énecarbamates. Si l’utilisation d’un acide phosphorique ne s’est pas révélée efficace, l’utilisation d’un phosphate de cuivre est en revanche convaincante. Initialement, la réaction a montré d’excellents résultats, malheureusement non reproductibles. Une optimisation rigoureuse a été nécessaire pour obtenir des résultats satisfaisants. Cette réaction nécessite une évaluation de son étendue vis-À-Vis des énecarbamates. Des transformations sont également envisagées pour valoriser cette méthodologie. / This thesis works were aimed the asymmetric synthesis of optically pure heterocycles by high added value methodology. On one hand, the asymmetric organocatalysis allows using an inexpensive chiral materials in small quantities to generate chiral products, on the other hand, the cycloaddition reactions allow atom economy and the creation of several bonds in one reaction.The first part of this thesis concerns inverse electron demand aza-Diels-Alder cycloaddition reaction. These works involve 1-Azadienes and enecarbamates to generate tetrahydropyridines with three contiguous stereocenters.The products were obtained as a single diastereomer in good yields and good enantiomeric excess. The modification of substrates at various positions was possible without influencing the efficiency of the reaction.In the second part, a cycloaddition reaction between quinones and enecarbamates was studied. The use of a backbone SPINOL phosphoric acid proved to be very effective, leading to optically active 2,3-Dihydrobenzofurans. The products are isolated in excellent yields and enantiomeric excesses, but low diastereomeric ratios. These can be improved by engaging enethiocarbamates.A cascade reaction may also be carried out by forming the quinone in situ with a hypervalent iodine reagent. The scope of our cycloaddition and its variant initiated by PIDA is substantial but still needs to be improved. Different hydroquinones will thus be evaluated. The cycloadducts will later be transformed to develop this methodology.The last part concerns a 1,3-Dipolar cycloaddition reaction between nitrones and enecarbamates. If the use of a phosphoric acid has not proved effective, using a copper phosphate is convincing. Initially, the reaction shown excellent results, unfortunately not reproducible. A rigorous optimization was necessary to obtain satisfactory results. This reaction requires an assessment of its extent. Transformations are also envisaged to enhance the methodology.

Les minerais de phosphates, principalement exploités pour la production d'acide phosphorique et d'engrais, contiennent une quantité non-négligeable d'uranium (50 à 300 ppm) qui suscite l'intérêt de l'industrie nucléaire. Notre étude s'inscrit dans ce contexte de valorisation de l'uranium en tant que sous-produit de l'industrie des fertilisants.L'objectif de ce travail de thèse a été de mettre au point un matériau hybride, constitué d'un support inorganique sur lequel est greffée une molécule complexante, capable d'extraire sélectivement l'uranium du milieu acide phosphorique. La première étape de notre démarche a consisté à identifier un support inorganique capable de résister aux conditions particulières du milieu acide phosphorique (acidité élevée et milieu très complexant). Pour ce faire, la stabilité chimique et mécanique de différents matériaux, silice, verre et carbone mésoporeux, a été étudiée. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à l'identification et l'optimisation de molécules complexantes spécifiques de l'uranium en milieu acide phosphorique. Ces dernières ont ensuite été greffées sur les supports les plus stables. Enfin, l'efficacité de ces systèmes hybrides a été évaluée lors de tests d'extraction, de sélectivité et de désextraction. / Phosphate rocks are industrially processed in large quantities to produce phosphoric acid and fertilisers. These rocks contain significant concentration of uranium (50 to 300 ppm) which could be interesting for nuclear industry. This work deals with the valorisation of uranium as a by-product from fertiliser industry.The aim of this study is to develop a hybrid material, constituted of an inorganic solid support grafted with an extractant (complexing molecule), which can extract selectively uranium from phosphoric acid medium. The first step of our approach was to identify an inorganic support which is stable under these particular conditions (strong acidity and complexing medium). The chemical and mechanical stability of different mesoporous materials, such as silica, glass and carbon was studied. In a second phase, we focused on the identification and the optimisation of complexing molecules, specific of uranium in phosphoric acid. These ligands were then grafted on the most stable solids. Finally, the efficiency of these hybrid systems was evaluated through different tests of extraction, selectivity and desextraction.

Cette thèse avait pour objectif de développer de nouveaux systèmes d’extraction liquide-liquide compatibles avec le procédé Prayon pour la purification de l’acide phosphorique produit par voie humide. Une étude bibliographique complète des solvants d’extraction étudiés dans la littérature pour l’extraction liquide-liquide de l’acide phosphorique nous a permis d’identifier des candidats potentiellement intéressants. Une étude approfondie des propriétés d’extraction de ces systèmes et de leur sélectivité vis-à-vis des espèces métalliques nous a finalement permis de nous focaliser par la suite sur trois solvants d’extraction : le dibutyl éther (DBE), le diisobutyl carbinol (DiBC) dilué dans le diisopropyl éther (DiPE) et la Fentamine T0810 (ATS) dilué dans le DiPE. La formulation de ces mélanges a ensuite été optimisée en veillant à étudier le comportement de ces systèmes à chaque étape du procédé d’extraction liquide-liquide, c’est à dire l’extraction, la désextraction et le lavage. Cette étude a également permis de fixer les conditions opératoires optimales, notamment le rapport des volumes des phases. Au cours de cette étude, des phénomènes complexes de transitions de phases réversibles de la phase organique de monophasique vers biphasique (formation de troisième phase) et biphasique vers monophasique (retour à une phase organique unique) ont été mis en évidences expérimentalement. Pour finir, un modèle physicochimique d’extraction fondé sur des bilans de masse a été développé. Ce modèle s’avère très utile pour décrire l’extraction de l’acide phosphorique et de l’eau et la variation des volumes des phases au cours de l’extraction. / This PhD thesis was focused on the development of new extraction systems to purify phosphoric acid from wet phosphoric acid (WPA). The new system should be respectful of the current Prayon’s process flowsheet designed for the use of the mixture tri-n-butyl phosphate(TBP) and diisopropyl ether (DiPE) as extraction solvent. Firstly, extractants exhibiting different structures and functional groups were screened in order to assess their efficiency and selectivity towards phosphoric acid. Three new promising extraction systems were identified: diisobutyl ether (DBE), diisocarbinol (DiBC) in DiPE, and Fentamine T0810 (ATS) in DiPE. Secondly, our effort was directed to the comprehension of the physico-chemical phenomena involved in the extraction of phosphoric acid by the mixture TBP/DiPE at first, and enriched to describe the other systems studied later. Finally, a simulation model describing the solvent extraction of phosphoric acid by the solvent currently employed by Prayon is presented. This model accounts for the significant volume variation during the extraction of phosphoric acid and allows performing optimizations of extraction parameters even at very high phosphoric acid concentrations (6-14M).

Les acides phosphoriques chiraux sont des organocatalyseurs très efficaces qui permettent de catalyser une grande variété de réactions asymétriques. Depuis leur développement en 2004, de nombreux acides phosphoriques à chiralité axiale ou à chiralité centrale ont vu le jour. Cependant, aucun exemple d’acides phosphoriques à chiralité planaire n’avait été reporté.Deux nouvelles familles d’acides phosphoriques à chiralité planaire, possédant un motif paracyclophane et un espaceur ferrocénique ou biphénylène, ont été développées au laboratoire. Les propriétés catalytiques de ces nouvelles familles ont été étudiées, notamment dans la réaction de réduction de quinoléines par les esters de Hantzsch. Une bonne activité et des excès énantiomériques allant jusqu’à 92% ont été obtenus. Ces squelettes à motif paracyclophane ont également été exploités pour développer de nouveaux catalyseurs organométalliques chiraux, qui ont été testés dans des réactions de catalyses organométalliques avec des complexes d’or et de rhodium. / Chiral phosphoric acids as organocatalysts have shown high efficiency and versatility in order to catalyze a lot of reactions. Since their development in 2004, a number of chiral phosphoric acids displaying an axial or a central chirality have been synthesized. Nevertheless, there was no example of planar chiral phosphoric acids.We have developed two new families of planar chiral phosphoric acids, based on a paracyclophane scaffold and displaying a ferrocenic or a biphenylene linker. These phosphoric acids have been evaluated, as organocatalysts, in an organocatalytic reaction of quinolines reduction using Hantzsch esters. Good yields and enantiomeric excess up to 92% have been obtained. These new paracyclophane scaffolds have been used to develop chiral organomelallic catalysts, which have been engaged in gold and rhodium complexes catalysis reactions.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail vise à montrer l'intérêt de valoriser des phosphates d'origine animale, après une étape de calcination qui produit des cendres minérales constituées essentiellement d'hydroxyapatite : Ca10(PO4)6(OH)2. Elles constituent une matière première renouvelable, riche en phosphore. Plusieurs voies de valorisations sont examinées. La première est la fabrication d'un acide phosphorique très pur, de pureté supérieure à celui produit industriellement à partir de phosphates géologiques. Les propriétés des hydroxyapatites font que ces cendres pourraient être utilisées comme des barrières chimiques pour fixer des éléments polluants contenus dans un sol, un effluent ou une nappe. L'étude de la fixation de divers éléments polluants a montré les grandes capacités de fixation de ces matériaux. / Natural phosphorus sources are drastically decreasing, and it is necessary to find new phosphorus sources. Ashes obtained from calcination of bone meals are mainly hydroxyapatite: Ca10(PO4)6(OH)2. Thus, they can be used as phosphorus-rich raw material. Several valorization ways were evaluated. Bone ashes can be used for the synthesis of a pure phosphoric acid without metallic elements, mainly cadmium and uranium. Hydroxyapatite properties suggest that bone meals ashes can be used for remediation of soils, sludge, effluents and groundwater. Experiments with different metallic elements (Cr, Pb, La...) showed the high sorption properties of this material.

Les 1,2-diamines sont présentes dans de nombreux produits biologiquement actifs, ce qui a poussé les chimistes organiciens à développer de nouvelles voies d’accès à ces motifs. Dans ce contexte, la maitrise de leur stéréochimie est essentielle puisque leur activité biologique en découle. Afin de répondre à cette problématique, nous nous sommes intéressés au développement d’une réaction d’amination électrophile de dérivés d’énamides catalysée par des acides phosphoriques chiraux. Ces catalyseurs interagissent avec les substrats via des liaisons hydrogènes permettant d’activer simultanément un nucléophile et un électrophile. Notre stratégie s’est révélée très efficace et a permis de synthétiser une gamme de 1,2-diamines extrêmement variée. De nombreux motifs d’intérêt biologique, incorporant notamment des hétérocycles, très employés en chimie pharmaceutique et cosmétique, ont été compatibles avec ce procédé. Dans un second projet, nous nous sommes intéressés au design de composés d’iode hypervalent chiraux. Ces composés ont connu un essor considérable ces dernières années en raison de leur stabilité à l’air et à l’humidité, leur faible toxicité et leur réactivité intéressante. Cependant, malgré ces développements, l’exploitation des dérivés d’iode hypervalent dans des versions catalytiques asymétriques mériterait d’être plus amplement étudiée. Dans ce contexte, de nouveaux précatalyseurs ont été élaborés au laboratoire puis employés dans des réactions d’oxygénations énantiosélectives. La structure particulière de ces composés a permis d’obtenir les meilleurs excès énantiomériques de la littérature à ce jour. / The 1,2- diamines can be found in many biologically active compounds, which pushed organic chemists to develop new methodologies to synthesize those molecules. In this context, the stereochemistry is essential because the biological activity ensues. Thus, we were interested in developing an enantioselective amination of enamide derivatives catalyzed by chiral phosphoric acids. These catalysts interact with substrates via hydrogen bonds to activate a nucleophile and an electrophile simultaneously. Our strategy proved to be very effective and allowed us to synthesize a wide range of 1,2- diamine. Many compounds of biological interest, including heterocycles used in pharmaceutical and cosmetic industry, were tolerated with this process. In another project, we looked at the design of chiral hypervalent iodine compounds. These compounds have recently gained considerable attention because of their stability to air and moisture, their low toxicity and their interesting reactivity. However, despite considerable development, the use of hypervalent iodine derivatives in catalytic asymmetric reactions deserves to be further studied. In this context, new pre-catalysts were developed in our laboratory and used in enantioselective oxygenation reactions. The special structure of these compounds yielded the best enantiomeric excesses of the literature to date.