Les recherches sur le photovoltaïque organique depuis une dizaine d’année ont permis une constante progression de l’efficacité des cellules solaires. Plusieurs groupes de recherche ont amorcé une réflexion sur les procédés de synthèse qui permettraient de limiter les déchets. Ainsi le couplage par arylation directe qui évite l’utilisation de dérivés organométalliques a émergé comme alternative au couplage organométallique classique. Une première partie est consacrée à l’étude méthodologique du couplage par arylation directe de la triphénylamine avec des dérivés du thiophène-2- carboxaldéhyde substitués en C3 et C4 par des groupements électro-accepteurs et électro-donneurs. Ce motif de base permet l’accès à trois séries de petites molécules par simple condensation. Des cellules photovoltaïques atteignant des rendements de photo-conversion de 3% en cellules bicouches, ont été obtenues. Dans une deuxième partie, la polymérisation par arylation directe sur des monomères du thiophène substitué par des groupements nitriles comme accepteur et des groupements alcoxy ou thioalkyl comme donneur conduit en une seule étape à une nouvelle famille de polymères conjugués. Ces polymères ont été utilisés comme matériaux donneurs et accepteur dans des cellules. Enfin en dernière partie, un travail exploratoire sur les propriétés d’émission de dérivés du benzofurane a été entrepris. Des réactions de condensation de Knoevenagel ont été développées pour obtenir toute une série de dérivés contenant l’unité cyano-vinylbenzofurane. La plupart des composés présente une forte émission à l’état solide. / Research on organic photovoltaics over a decade allowed a steadily increasing in the efficiency of solar cells. Several research groups have begun a reflection on the synthesis processes to limit wastes. Thus the direct arylation coupling which avoids the use of organometallic compounds, has emerged as an example of green reaction. The first part is devoted to the methodological study of direct arylation of bromotriphenylamine with thiophene-2-carboxaldehyde derivatives substituted in C3 and C4 by electron-withdrawing groups and electron-donor groups. This basic pattern allows access to three small molecules by condensation. Photovoltaic cells reaching photoconversion efficiencies of 3% were obtained. In the second part, the polymerization by direct arylation of sustituted thiophene monomers by nitrile groups as the acceptor and by alkoxy or thioalkyl as the donor led in one step to a novel family of conjugated polymers having donor and acceptor groups alternately. Solar cells were made with the polymers as donors or as acceptors materials. Finally, in the last part, exploratory work on the emission properties of benzofuran derivatives have been made. Knoevenagel condensations have been developed for a range of compounds containing the cyano-vinylbenzofuran unit. Most compounds have high emission in the solid state.

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Les ions phosphiraniums sont connus depuis plus d’une cinquantaine d’année mais leur ouverture C-centrée n’a jamais été décrite. Une telle réactivité permettrait d’obtenir des phosphines β fonctionnalisées de façon innovante ouvrant ainsi la voie à de nouvelles perspectives synthétiques. De nouveaux phosphiranes ainsi que les ions phosphiraniums correspondant ont été synthétisés au travers de réactions innovantes d’alkylations et d’arylations. Ces composés ont par la suite pus être ouverts sélectivement sur le carbone du cycle pour la première fois, ce par l’intermédiaires de différents nucléophiles azotés. La méthodologie proposée au cours de ce projet de thèse a permis l’obtention de composés de type β-aminophosphines innovants tant par la structure que par la voie d’accès. De nombreux paramètres ont pu être étudiés pendant cette étude afin de mieux appréhender les différentes interactions et facteurs régissant cette réactivité singulière. / Phosphiraniums ions are known for more than fifty years. However, heir C-centered ring opening has never been reported. This novel reactivity would grant access to β-functionalized phosphines in an innovative manner, opening the way to new synthetic perspectives. Novel phosphiranes as well as their corresponding phosphiraniums have been synthesized through alkylation and arylation reactions. Then, these compounds were reacted with different nitrogen compounds allowing their ring opening in a C-centered fashion for the very first time. New β-aminophosphines could be accessed this way in regards for their innovative structure and synthetic pathway. Various parameters have been studied to increase our understanding on these specific yet promising reactions.In this line, along this PhD project, interactions and factors which might rule this particular reactivity were screemed.

[pt] O advento da catálise fotorredox permitiu o desenvolvimento de uma série de novas reações de formação de ligação C-C utilizando luz visível e catalisadores para gerar radicais orgânicos. Isso permite que metodologias sejam desenvolvidas à temperatura ambiente e com curtos períodos de tempo. Reações de arilação, que envolvem a inserção de grupos aril, podem ser realizadas utilizando sais de diazônio como fontes de radicais arila. O objetivo dessa tese foi estudar reações de alfa-arilação de compostos carbonílicos usando catálise fotorredox. A tese é dividida em quatro capítulos, sendo o primeiro, a Introdução Geral. No segundo, foi desenvolvida uma metodologia de arilação de cumarinas, baseada na Arilação de König, para obtenção de compostos do tipo 4-(N-fenil)amino-3-fenilcumarina. Esses compostos foram obtidos em rendimentos de até 95 por cento. O mecanismo da reação foi estudado a partir de experimentos de trapeamento com TEMPO e correlação de Stern-Volmer. As cumarinas obtidas tiveram suas atividades biológicas avaliadas, e três delas mostraram-se promissoras como fármacos contra leishmaniose. Por fim, uma das cumarinas foi utilizada para a síntese do azacumestano, análogo nitrogenado do produto natural cumestano. No terceiro capítulo da tese, um estudo teórico via Teoria do Funcional da Densidade (DFT) foi realizado para estudar a alfa-arilação de enóis acetatos para obtenção de aril-cetonas. Estudos previamente realizados mostraram que essas reações têm melhor performance quando grupos retiradores de elétrons estão presentes nos sais de diazônio. O uso do modelo de Fischer-Radom permitiu verificar que efeitos polares são mais proeminentes do que efeitos entálpicos. A origem desses efeitos foi verificada como partindo de efeitos de campo e não de efeito de ressonância, uma vez que o orbital SOMO em radicais fenila é ortogonal ao sistema Pi. Finalmente, o efeito de substituintes nos enóis acetatos foi estudado a partir das correlações de Taft e Charton. Finalmente, no quarto capítulo foram abordadas as tentativas de alfa-arilação de cetonas cíclicas combinando-se catálise fotoredox com organocatálise, trabalho esse desenvolvido durante período sanduíche na Universidade de Michigan. Diversas metodologias foram testadas, entretanto nenhuma permitiu a formação do produto desejado. Estudos via DFT mostraram que a combinação da nucleofilicidade das cetonas e efeitos estéricos impediram que essa reação pudesse ser realizada. Sendo assim, uma nova metodologia foi testada a partir do uso de isonitrilas de haletos de alquila. Após extensa otimização, foi possível obter uma metodologia de tosilação catalisada por níquel. / [en] The advent of photoredox catalysis allowed the development of a series of new C-C bond formation reactions using visible light and photocatalysts to generate organic radicals. It allows methodologies to be developed at room temperature and within short periods of time. Arylation reactions, which involve the insertion of aryl groups, can be performed using diazonium salts as source of aryl radicals. The aim of this dissertation was to study alfa-arylation reactions of carbonyl compounds using photoredox catalysis. This dissertation is divided into four chapters, being the General Introduction the first one. In the second chapter, a coumarin arylation methodology was developed, based on Konig s Arylation, to obtain 4-(N-phenyl)amino-3-phenylcoumarins. These compounds were obtained in up to 95 percent yield. The reaction mechanism was studied from trapping experiments with TEMPO and Stern-Volmer correlation. The obtained coumarins had their biological activities evaluated, and three of them showed promising results as antileishmaniasis candidates. Finally, one of the coumarins was used for the synthesis of azacoumestan, a nitrogenous analog of the natural product coumestan. In the third chapter of the thesis, a theoretical study via Density Functional Theory (DFT) was carried out to study the alfa-arylation of enols acetates to obtain aryl ketones. Previous studies have shown that these reactions perform better when electron withdrawing groups are present in diazonium salts. The use of the Fischer-Radom model allowed us to verify that polar effects are more prominent than enthalpic effects. The origin of these effects was verified as field effects and not resonance effect, since the SOMO orbital in phenyl radicals is orthogonal to the Pi system. Finally, the effect of substituents on enol acetates was studied by Taft and Charton correlations. In the fourth and last chapter, attempts were made to alfa-arylate cyclic ketones combining photoredox catalysis with organocatalysis, work developed during the internship period at the University of Michigan. Several methodologies were tried, however none allowed the formation of the desired product. Studies via DFT showed that the combination of ketone nucleophilicity and steric effects prevented this reaction from being carried out. Therefore, a new methodology was tested using isonitriles of alkyl halides. After extensive optimization, it was possible to obtain a nickel-catalyzed tosylation methodology.

A brief summary of the use of palladium as a catalyst, the characteristic reactivity of palladium complexes and the commonly used palladium-catalysed cross coupling reactions is given, with a special focus on the palladium-catalysed α-arylation of enolates and its application to the synthesis of aromatic heterocycles. The synthesis of aromatic heterocycles via both traditional methods and more recent metal-catalysed approaches is discussed in the context of isoquinolines. The palladium-catalysed oxidation of dihydrofurans bearing an ortho-bromophenyl group at the 2-position to the corresponding 2-phenyl furans is disclosed along with some preliminary mechanistic investigations. A novel synthetic route to isoquinolines is detailed involving the palladium-catalysed α-arylation of ketone enolates with an appropriate ortho-substituted aryl halide to furnish a protected 1,5-dicarbonyl intermediate. The versatility of these intermediates is demonstrated with their conversion into isoquinolines, isoquinoline N-oxides and naphthols. The scope of the synthetic procedure is fully exemplified across more than 30 different scaffolds covering the full spectrum of electron-rich to electron-deficient moieties. The intermediates were shown to be amenable to functionalisation with electrophiles, leading to isoquinolines bearing additional substitution at the C4 position. Sequential one-pot procedures were developed allowing three and four component couplings to directly deliver highly-substituted isoquinolines from commercially available starting materials. This methodology was utilised in the total synthesis of the natural product berberine in 26% overall yield and a longest linear sequence of six steps.

<strong>Chapter 1. Introduction</strong> Scientific background on the development of homogeneous palladium-catalysed cross coupling reactions, focusing on the &alpha;-arylation reaction of enolates and its application to the synthesis of heteroaromatic compounds. The classical syntheses of isoquinolines are discussed, followed by an account of modern methods for their synthesis, including the recent &alpha;-arylation-based methodology developed by the Donohoe group. <strong>Chapter 2. Results and Discussion</strong> 2.1 Studies towards the development of a palladium-catalysed, C–H activation-based &alpha; arylation reaction of ketones, resulting in a C–H bromination/&alpha;-arylation sequence for the synthesis of isoquinolines and isoquinoline N-oxides. 2.2 The one-pot, four component coupling of a ketone, an acetal protected ortho-bromobenzaldehyde or ketone, an electrophile, and an ammonia source is described. This protocol, which ultimately provides C4 functionalised isoquinolines, is later extended to a novel &alpha;,&alpha; heterodiarylation protocol to furnish C4-aryl isoquinolines. 2.3 It is shown that the synthesis of 3 aminoisoquinolines can be achieved via the &alpha; arylation of nitriles. tert-Butyl cyanoacetate can act as a substitute for primary alkyl nitriles, with sequential &alpha;-arylation, in situ functionalisation, decarboxylation and cyclisation reactions provide C4 functionalised 3 aminoisoquinolines. 2.4 The synthetic utility of the &alpha; arylation based methodology for isoquinoline synthesis is exemplified by the total synthesis of the alkaloid berberine in 68% yield over five steps. This is followed by syntheses of pseudocoptisine, palmatine, dehydrocorydaline, and an unnatural fluorine containing analogue, in yields of 46%, 73%, 60% and 37%, respectively. 2.5 Finally, preliminary investigations demonstrate the utility of palladium-catalysed enolate arylation in the synthesis of &beta;-carbolines.

Vu l’importance des molécules fluorées dans différents domaines et vu la réactivité engendrée par le 4,4,4-trifluorobut-2-ynoate d’éthyle 1 lors des travaux antérieurs réalisés au laboratoire, nous avons décidé d’étudier le comportement de dérivé fluoré 1 vis-à-vis d’hydrure tributylétain sans l’emploi de catalyseurs ou d’additifs. Le but est d’accéder à de nouveaux synthons fluorés par voies originales.Après une étude préliminaire pour effectuer cette réaction d’hydrostannation dans les meilleures conditions, nous avons réalisé pour la première fois la synthèse totalement régio- et stéréosélective des vinylétains (Z)-2α et (Z)-2β par un simple choix de solvant et sans l’utilisation d’aucun additif. Ces résultats inédits et très encourageants, nous ont conduis à étendre cette stratégie à d’autres hydrures comme l’hydrure de diphénylphosphine et l’hydrure de triphénylgermane..Les vinylétains (Z)-2α et (Z)-2β- de configurations bien définies sont des réactifs de choix pour élaborer de nouvelles structures fonctionnelles trifluorométhylées. En effet, le couplage cupro-catalysé de ces vinylétains en présence d’une quantité catalytique de CuI (10 moles%) avec une variété de bromures d’allyles, de propargyles, d’aryles, de benzyles et d’alcynyles conduisent à une grande variété de composés fluorés jamais décrits dans la littérature.Les méthodes de synthèse développées dans ce travail sont originales et permettent la synthèse d’une grande famille de composés fluorés avec un moindre coût. / The development of a simple method to obtain perfluoroalkylated building blocks for their subsequent utilization in the synthesis of Rf-containing compounds is therefore essential to organofluorine chemistry. Perfluoroalkylated vinyl metals constitute an important class of these building blocks.In order to prepare a new perfluoroalkylated bulding blocks, we investigated transition metal-catalyzed-free hydrostannylation of ethyl 4,4,4-trifluorobut-2-ynoate 1. The hydrostannylation took place smoothly in the absence of additive, providing regioselectively high yields of the corresponding α or β stannylated alkenoates depending on the nature of the solvent used. Indeed, we have demonstrated that the hydrostannylation of 1 in hexane provided the β-stannylated product with high regioselectivity (>95%) and excellent yield (>97%). Using methanol as solvent, total α-regioselectivity of the hydrostannylation of 1 was observed, providing α -tributylstannylacrylate as the sole regioisomer in a nearly quantitative yield.Theses new vinyltins reagents readily undergo copper (I) catalyst coupling reactions with various electrophiles as allyl, propargyl, benzyl and alkynyl bromides to provide good yields of the new corresponding acrylates esters bearing a β-trifluoromethyl group.This method provided a new efficient entry to this important class of compounds

Fluoreszenzfarbstoffe wurden über neuartige Palladium-katalysierte Domino-Reaktionen synthetisiert, die aus einer Sonogshira-Reaktion, zwei Carbopalladierungen und einer C-H-Aktivierung bestanden.

La synthèse de produits complexes se doit de prendre en compte de nouvelles méthodes desynthèse plus efficaces, dont la fonctionnalisation de liaisons carbone-hydrogène. Dans cecontexte, la catalyse homogène par les métaux de transition s'est avérée performante, tout encontrôlant la régio- et la chimiosélectivité de la réaction. Les travaux de thèse présentés dansce manuscrit témoignent de l'efficacité de cette stratégie pour la construction rapide decomplexité moléculaire.Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'utilisation de précurseurs chlorés, cequi a permis d'étendre significativement le champ d'application de l'arylation C(sp3)-Hintramoléculaire pallado-catalysée. Ces travaux ont conduit à la synthèse de nombreuxhétérocycles, difficilement accessibles par d'autres voies de synthèse plus traditionnelles.Dans un deuxième temps, le développement d'une méthodologie de double arylation C-Hnous a permis de synthétiser des molécules polycycliques aux squelettes originaux. Une seuleet même espèce catalytique permet dans ce cas de réaliser les deux opérations d'activation CHavec succès.Par la suite, nous avons montré qu'il était possible de synthétiser des composés énantioenrichispar arylation C(sp3)-H intramoléculaire asymétrique. Pour cela, les ligands chiraux detype phosphépine se sont avérés particulièrement performants, et induisent desénantiosélectivités prometteuses.Enfin, notre attention s'est portée vers la synthèse de polycycles par arylation C(sp3)-Hintramoléculaire deshydrogénante. Les résultats encourageants obtenus apparaissent commeune preuve de concept dans ce domaine, où très peu de travaux de recherche ont été rapportés.

Face à l'apparition grandissante de souches bactériennes multi-résistantes à l'arsenal d'antibiotiques actuels, les thiopeptides antibiotiques, bien que connus depuis plus de 60 ans, suscitent actuellement un fort regain d'intérêt. En effet, cette classe de molécules présente une forte activité antibiotique contre des souches bactériennes résistantes et multirésistantes, et met en œuvre deux modes d'inhibition originaux de la synthèse protéique encore inexploités en thérapie antibiotique humaine. Leur développement pharmacologique est en particulier freiné par la difficulté de préparation de ces molécules très complexes. L'élaboration d'une stratégie innovante de synthèse de la partie la plus complexe de ces molécules, le cœur hétérocyclique est étudiée dans ce travail. Cette approche repose sur l'étude et la valorisation de nouvelles méthodologies de fonctionnalisation directe des liaisons C-H et C-X de mono- et bis-thiazoles avec une large gamme d'hétéroaromatiques. Sa viabilité est démontrée par la préparation du cœur hétérocyclique commun aux amythiamicines.