Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'activation de liaisons C-H catalysée par des catalyseurs au palladium pour la préparation de biaryles portant un groupement SO₂R. De très nombreux composés biologiques possèdent une fonction SO₂R. Nous avons donc choisi d'étudier activation de liaisons C-H de ce type de substrat. L'activation de liaisons C-H est considérée comme attractive pour l'environnement par rapport à d'autres types de couplages tels que Suzuki, Stille, ou Negishi. D'abord, nous avons démontré qu'il est possible d'appliquer la méthode d'activation de liaisons C-H pour l'arylation directe de thiophènes portant un substituant SO₂R. Nous avons ensuite établi un système catalysé au palladium pour l'arylation sélective en C2 de dérivés N-tosylpyrrole. Nous avons constaté que le N-tosylpyrrole est plus réactif comparé au pyrrole non protégé. Nous avons également étudié l'arylation directe d'hétéroarènes par des bromobenzènes possédant un substituant SO₂R soit en C2 ou C4 par catalyse au palladium. Cette méthode fournit un accès simple à des dérivés de ArSO₂R. Enfin, nous avons développé la première méthode de déshydrogénation de liaisons sp³ C-H catalysée au palladium de N-alkyl-benzènesulfonamides pour produire des N-alcényle benzènesulfonamides. / During this Ph.D. period, we were interested in the C-H bonds activation catalysed by palladium catalysts for the preparation of biaryls units bearing SO₂R group. Many biological compounds present a SO₂R function and thus we chose to activate this family of substrates. This method is considered as cost effective and environmentally attractive compared to other types of couplings such as Suzuki, Stille, or Negishi. First, we demonstrated that it is possible to apply C-H bond activation method for the direct arylation of thiophene derivatives bearing a SO₂R substituent. We then established palladium-catalysed system for the selective C2 arylation of N-tosylpyrrole derivatives. We found that N-tosylpyrrole is more reactive than free NH-pyrrole. We also studied the direct arylation of heteroarenes using bromobenzenes bearing SO₂R substituents either at C2 or C4 via palladium-catalysed C-H activation. This method provides a simpler access to substituted SO₂R derivatives. Finally we developed the first palladium-catalysed dehydrogenative sp³ C-H bond functionalization/activation of N-alkyl-benzenesulfonamides to produce N-alkenyl-benzenesulfonamides. The reaction proceeds with easily accessible ligand-free Pd(OAc)₂ catalyst for aryl bromides bearing electron-withdrawing groups or PdCl(C₃H₅)(dppb) catalyst for aryl bromides with electron-donating substituents. We found that the reaction tolerates a variety of substituents both on nitrogen and on the bromobenzene moiety.

Depuis plus de 40 ans des chimistes se sont intéressés à l’extraction, à l’activité biologique et à la synthèse de l’homoharringtonine, un ester naturel de la céphalotaxine, qui est un puissant antileucémique, en vue de son utilisation thérapeutique, en particulier contre les leucémies résistantes aux inhibiteurs de tyrosine kinase. Ces alcaloïdes sont extraits de Cephalotaxus, des conifères originaires du sud de la Chine à croissance extrêmement lente et menacés d’extinction, la synthèse de ces alcaloïdes est nécessaire pour une utilisation thérapeutique.L’objectif de ce travail consiste à développer une synthèse concise de la (-)-céphalotaxine 1, afin de palier notamment le problème de sa pureté énantiomérique variable lorsqu’elle est issue de la matière première végétale. La stratégie développée dans ce travail nécessite d’effectuer un couplage de Heck avec des substrats désactivés et encombrés. Les résultats préliminaires ayant été décevants, le première objectif à consisté à développer l’utilisation de la méthode des plans d’expérience en synthèse totale, car l’efficacité de chaque étape a une répercussion importante sur le rendement en produit final. Dans une première partie, l’application d’un plan d’expériences a permis de pallier ce problème par une étude modèle pour déterminer les paramètres importants pour effectuer une telle réaction efficacement. Dans une deuxième partie, nous avons synthétisé les précurseurs et réalisé le couplage de Heck en vue de l’accès à un précurseur AC comportant tous les atomes de carbone du squelette de la céphalotaxine et les fonctionnalités requises pour sa cyclisation ultérieure en tétracycle ABCD. Enfin, nous avons fonctionnalisé les produits de Heck en position C3 par différents méthodes. Ces résultats ont permis de valider notre stratégie de synthèse. / For more than 40 years the chemists were interested in the extraction, in the biological activity and in the synthesis of the homoharringtonine, a natural ester of cephalotaxine, which is a powerful antileukemic compound of therapeutic use, in particular against the leukaemia resistant to tyrosine kinase inhibitors. These alkaloids are extracted from Cephalotaxus, conifers native of the South of China with extremely slow growth. The objective of this work thus consisted in developing a concise synthesis of the cephalotaxine, to limit the recourse to the endangered vegetable resource The developed strategy requires an intermolecular Heck-coupling of electronically and sterically deactivated demanding substrates. The preliminary results having been disappointing, the first objective consisted in developing the use of the model of the experimental design in total synthesis because the classic methodology of variation of a single parameter at the same time said of "one by one" was ineffective. The application of a complete factorial design overcomes this problem by a model study, allowing to determine the optimized parameters to make this coupling reaction effective. We then synthesized the precursors from naturally abundant safrol and 2,3-butanedione then realized the Heck coupling with the aim of the access to the precursor AC containing all the atoms of carbon of cephalotaxine and the features required for its later cyclization in pyrrolobenzazepine ABC fragment. The o-iodized homopiperonylic alcohol led in certain conditions to an isochromane through a tandem Heck-oxa-Michael reaction. Finally, we have functionalized the Heck and hydro-arylation products obtained with 69-70 % yield in position C3 by different methods allowing us to validate our strategy to access these alkaloids.

La fonctionnalisation directe des liaisons C-H représente une avancée considérable dans la recherche, car elle constitue une alternative économe en atomes et en étapes aux méthodes de synthèse traditionnelles. L'utilisation des métaux de transition permet de pallier les difficultés liées notamment à une faible réactivité des liaisons C-H et à l'abondance naturelle de celles-ci dans les molécules organiques. L'arylation palladocatalysée en position β d'un ester, développée dans notre groupe au cours des dernières années, s'appuie sur la faiblesse de la liaison C-H en α du carbonyle pour générer un énolate de palladium. Celui-ci encourt ensuite une migration, qui conduit au produit désiré avec une sélectivité dépendant du ligand et de l'aryle utilisés. Les travaux décrits dans ce manuscrit proposent une extension de cette méthodologie aux esters aminés, qui permet d'accéder à un large spectre d'analogues de la phénylalanine, sous-structures de nombreuses molécules bioactives, en seulement deux étapes à partir d'une simple alanine benzylée. Dans la continuité de ce travail, les développements de cette réaction nous ont conduit à l'utilisation d'α-bromo carbonyles comme précurseur des énolates de palladium. Ceux-ci conduisent à la formation d'espèces α,β-insaturées et à des réactions d'addition (1,4). Par la suite, afin de mieux comprendre les différentes limitations de cette réaction de β-arylation et l'important effet de ligand, nous avons réalisé une étude mécanistique se concentrant sur l'isolement d'espèces du cycle catalytique. Enfin, dans le prolongement de la β-arylation de carbonyles, des couplages migratoires ont été explorés via une arylation de type Negishi entre des alkylzinciques, générés par insertion de zinc dans des alkyles bromés, et des aryles bromés. Cette réaction conduit à une très bonne sélectivité en faveur du produit linéaire, est applicable à de nombreux aryles mais reste à ce jour limitée au niveau de la fonctionnalisation des alkylzinciques / The direct functionalization of C-H bonds is one of the most attractive research subjects today because it constitutes an atom- and step-economical alternative to more traditional synthetic methods. In spite of the significant challenges due to the low reactivity of C-H bonds and their abundance in organic molecules, homogeneous transition metal catalysis has emerged as a powerful tool for their selective transformation. The palladium-catalyzed β-arylation of esters, recently developed in our group, takes advantage of the weakness of the C-H bond α to this group to generate a palladium enolate. The latter can be engaged into a migrative pathway, giving rise to the desired product with a selectivity depending on the aryl bromide and the ligand. The work detailed within this manuscript describes an extension of this methodology to amino esters, which gives rise in only two steps from simple benzylated alanine to a broad range of phenylalanine analogues and useful intermediates to bioactive natural molecules. Following this work, developments of this reaction have led us to consider α-bromo carbonyls as precursors of palladium enolates, leading to the formation of α,β-unsaturated species than can undergo (1,4)-addition reactions. Then, in order to better understand the limitations of our reaction, we have investigated the role of the phosphine ligand by isolating Pd complexes which model key intermediates of the catalytic cycle. Finally, running away from carbonyl compounds, migrative couplings have been explored through a Negishi-type arylation between aryl bromides and alkylzinc species, generated by zinc insertion into alkyl bromides. This reaction gives a very good selectivity in favor of the linear product and can be applied to numerous aryls, but is unfortunately limited so far to a small number of alkylzinc compounds

Les imidazo[1,2-b]pyrazoles tout comme les imidazo[1,2-a]imidazoles sont des entités présentant diverses applications intéressantes notamment dans le domaine pharmacologique. Cependant, malgré ce potentiel, ces structures hétérobicycliques ont été, jusqu’à ce jour, relativement peu étudiées tant au niveau de leur préparation que de leur fonctionnalisation. De ce fait, ces travaux de thèse ont pour objet la mise au point de nouvelles voies d’accès à ces systèmes bicycliques et ce, au départ de substrats facilement accessibles. Des stratégies de fonctionnalisation de ces charpentes moléculaires ont ensuite été développées dans le but de concevoir des librairies diversifiées de ce type de composés, librairies destinées à être évaluées biologiquement. Les premiers résultats d’évaluation sur des lignées cancéreuses de dérivés imidazo[1,2-b]pyrazoliques sont également présentés. / Imidazo[1,2-b]pyrazoles and imidazo[1,2-a]imidazoles are entities with some interesting applications in pharmacology. However, despite this potential, few methods of preparation and direct functionalisation of the heterocyclic moiety have been described. In this context, the overall goal of our research is to develop new routes to these bicyclic systems from readily available starting materials. Strategies of functionalisation of the heterocyclic moiety were then explored in order to design diversified libraries for the evaluation of potential biological activities. Herein, the results of the tests of imidazo[1,2-b]pyrazole series against various cancer lines are reported.

Depuis plus d’un siècle, la chimie hétérocyclique représente l’un des plus vastes domaines de recherche en chimie organique. En particulier, les hétérocycles bicycliques fusionnés à 5 chaînons, contenant à la fois des atomes de soufre et d’azote, présentent, de par leur rareté et leur potentiel biologique, un champ d’intérêt croissant pour les équipes de recherche et développement académiques ou des entreprises pharmaceutiques. Parmi les nombreux composés bicycliques [5-5], notre étude s’est focalisée sur le noyau imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole décrit sporadiquement dans la littérature et pour lequel les voies d’accès actuelles ne se limitent qu’à une seule méthode faisant intervenir une étape de cyclisation et des conditions drastiques. Ce verrou entraine inéluctablement une faible diversité fonctionnelle autour de cet hétérocycle, restreignant ainsi les domaines d’applications notamment biologiques. Afin de pallier à cette problématique, nous avons initié une étude de la réactivité de chacune des trois positions fonctionnalisables du bicycle imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole, développant ainsi diverses réactions pallado-catalysées (Suzuki-Miyaura, CH-arylation, Buchwald-Hartwig), de substitution nucléophile aromatique et de Pictet-Spengler. L’étude des propriétés biologiques des différents composés synthétisés et hautement valorisables durant ces travaux a abouti à la découverte de deux séries de molécules inhibant sélectivement les kinases DYRK-1A et CLK-1, deux protéines d’intérêt dans le traitement des affections du système nerveux central (neuropathies, Alzheimer…). / For more than a century, heterocyclic chemistry is one of the largest area in organic chemistry research. In particular, because of their rarity and their biological potential, [5-5] fused ring heterocycles containing both sulfur and nitrogen atoms are a large area of interest for both academic and industrial research and development teams. Among these numerous [5-5] bicycles, our study is focused on imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole scaffold, which is quite few described in the literature and whose pathways are limited to almost one method involving a cyclisation step and drastic conditions. This lock leads inevitably to low functional diversity around this heterocycle, thus restricting its applications, including biological. In order to overcome this problematic, we then initiated the reactivity study of each three positions of the bicycle imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole, developing thereby several palladium couplings (Suzuki-Miyaura, direct arylation, Buchwald-Hartwig), as well as aromatic nucleophilic substitution and Pictet-Spengler reaction. The study of the biological properties of the different compounds synthesized in this work and highly valuable led to the discovery of two series of molecules, inhibiting selectively DYRK-1A and CLK-1, two kinases of interest in the treatment of dysfunction of central nervous system (neuropathies, Alzheimer…).

Dans ce mémoire sont décrites deux méthodologies impliquant la synthèse de biaryles via l’arylation directe d’espèces aromatiques non activées, catalysée par différents éléments de transition. La première partie présente les résultats obtenus dans le cadre du développement d’une méthode simple d’arylation directe du benzène catalysée au palladium. Cette méthodologie a l’avantage de procéder sans l’ajout de ligand phosphine généralement utilisé dans les systèmes catalytiques avec le palladium et par conséquent cette réaction peut évoluer à l’air libre sans nul besoin d’une atmosphère inerte. Il est proposé que le mécanisme de formation de ces motifs biarylés pourrait passer par la mise en place d’un palladium d’espèce cationique. Ces composés pourraient éventuellement s’avérer intéressants dans la synthèse de produits pharmaceutiques comportant un motif biphényle de ce type. La deuxième partie est consacrée à une méthodologie très attrayante utilisée pour la synthèse des biphényles impliquant le fer comme catalyseur. Plusieurs catalyseurs à base de rhodium, palladium et ruthénium ont démontré leur grande efficacité dans les processus de couplage direct (insertion C-H). Cette méthodologie consiste en la première méthode efficace d’utilisation d’un catalyseur de fer dans les couplages directs sp2-sp2 avec les iodures d’aryles et iodures d’hétéroaryles. Les avantages du fer, impliquent sans contredit, des coûts moindres et des impacts environnementaux bénins. Les conditions réactionnelles sont douces, la réaction peut tolérer la présence de plusieurs groupements fonctionnels et cette dernière peut même se produire à température ambiante. La transformation s’effectue généralement avec de très bons rendements et des études mécanistiques ont démontré que le processus réactionnel était radicalaire. / This thesis describes the development of two methodologies involved in the biaryls synthesis. The first part is directed towards the use of a directing group or stabilizing group for the palladium catalyzed direct arylation. In all the examples found in the literature, the moiety bearing the directing group has the proton subject to abstraction in the ortho-position leaving the halide to the other coupling partner. We thought that by designing a compound having both a directing group and a halide, at the ortho position, the direct arylation of unactivated molecule species would be possible. This reaction is performed under air and without the use of any phosphine ligand providing a low cost and practical access to the pharmaceutically useful biaryl moieties containing a versatile ester functionality for further transformations. Owing to the ubiquity of C-H bonds in organic compounds, the possibility of directly introducing a new C-C bond (or other functionalities) via a direct C-H bond transformation is a highly attractive strategy in synthesis. Several rhodium, palladium, and ruthenium catalysts have proven to be highly effective in such direct coupling processes. Herein the first general and efficient iron-catalyzed direct arylation of iodo-aryls and iodo-hetereoaryl derivatives using a cost effective and environmentally benign catalyst is described. The reaction is performed under neat conditions and can even proceed at room temperature providing 22 examples of biaryls and heteroaryls construction with moderate to excellent yield. Mechanistic studies showed that the transformation was going through an aryl radical transfer pathway.

<p>This thesis describes the use of copper and palladium to mediate transformations of carboranes, especially <i>p</i>-carborane.</p><p>1-(1-<i>p</i>-carboranyl)-<i>N</i>-methyl-<i>N</i>-(2-butyl)-3-isoquinolinecarboxamide, a carborane containing analogue of the peripheral benzodiazepine receptor (PBR) ligand PK11195, has been synthesised. A key step in the reaction is the copper (I) mediated coupling of p-carborane with ethyl 1-bromo-isoquinoline-3-carboxylate. </p><p><i>p</i>-Carborane has been arylated on the 2-<i>B</i>-atom in high yields, using the Suzuki–Miyaura reaction. Thus the reaction between 2-I-<i>p</i>-carborane and various arylboronic acids [1-naphthyl-, phenyl-, 4-MeO-C₆H₄-, 3-CH₃CONH-C₆H₄-, 4-NC-C₆H₄-, 3-NO₂-C₆H₄-], gave the corresponding 2-aryl-<i>p</i>-carboranes in DME solution when reacted in the presence of cesium fluoride and the catalytic Pd₂(dba)₃–dppb system. Under the same conditions, the boron-boron bond forming reaction of two <i>p</i>-carboranylboronic esters (2-[(pinacolato)boron]-<i>p</i>-carborane and 2-[(neopentyl glycolato)boron]-p-carborane) was also shown feasible.</p><p><i>p</i>-Carborane has been vinylated on the 2-<i>B</i>-atom in high yields by use of the Heck reaction. The coupling between 2-I-<i>p</i>-carborane and various styrenes [4-H-, 4-C₆H₄-, 4-Cl , 4-Br-, 4-NO₂-, 4-CH3O- and 4 CH₃ ] resulted in the formation of the corresponding<i>trans</i>-β-(2-<i>B</i>-<i>p</i>-carboranyl) styrene in DMF solution when reacted in the presence of silver phosphate and the palladacycle Herrmann´s catalyst. The reaction was shown to proceed at higher rate with electron rich than with electron deficient olefins.</p><p>The feasibility of palladium-catalysed isotopic exchange of an iodinated closo-carborane with a radioisotope of iodine has been studied. 2-I-<i>p</i>-carborane was selected as a model compound. It was shown, that such isotopic exchange is possible and provides a high yield (83 ± 4.2 %) during 40 min long reaction. The reaction conditions were optimised, and it was demonstrated that presence of the tetra n-butylammonium hydrogensulphate is important in order to stabilise catalyst and provide reproducibility of labelling. In this work we have modified the methodology and extended the application to a wider range of iodinated carboranes. By the use of Herrmann’s catalyst in toluene at 100 °C this [¹²⁵I]-iodide labelling could be improved and extended. 2-I-<i>p</i>- 9-I-<i>m</i>-, 9-I-<i>o</i>-, 3-I-<i>o</i>-carborane, 1-phenyl-3-I-<i>o</i>-carborane and 1,2-diphenyl-3-I-<i>o</i>-carborane could be [¹²⁵I]-iodide labelled in high to excellent yields within 5 minutes.This reported palladium catalyzed radio-iodination of the uncharged closo-carboranes might find use in pharmacokinetic studies of carborane derivatives.</p>

This thesis describes the use of copper and palladium to mediate transformations of carboranes, especially p-carborane. 1-(1-p-carboranyl)-N-methyl-N-(2-butyl)-3-isoquinolinecarboxamide, a carborane containing analogue of the peripheral benzodiazepine receptor (PBR) ligand PK11195, has been synthesised. A key step in the reaction is the copper (I) mediated coupling of p-carborane with ethyl 1-bromo-isoquinoline-3-carboxylate. p-Carborane has been arylated on the 2-B-atom in high yields, using the Suzuki–Miyaura reaction. Thus the reaction between 2-I-p-carborane and various arylboronic acids [1-naphthyl-, phenyl-, 4-MeO-C6H4-, 3-CH3CONH-C6H4-, 4-NC-C6H4-, 3-NO2-C6H4-], gave the corresponding 2-aryl-p-carboranes in DME solution when reacted in the presence of cesium fluoride and the catalytic Pd2(dba)3–dppb system. Under the same conditions, the boron-boron bond forming reaction of two p-carboranylboronic esters (2-[(pinacolato)boron]-p-carborane and 2-[(neopentyl glycolato)boron]-p-carborane) was also shown feasible. p-Carborane has been vinylated on the 2-B-atom in high yields by use of the Heck reaction. The coupling between 2-I-p-carborane and various styrenes [4-H-, 4-C6H4-, 4-Cl , 4-Br-, 4-NO2-, 4-CH3O- and 4 CH3 ] resulted in the formation of the correspondingtrans-β-(2-B-p-carboranyl) styrene in DMF solution when reacted in the presence of silver phosphate and the palladacycle Herrmann´s catalyst. The reaction was shown to proceed at higher rate with electron rich than with electron deficient olefins. The feasibility of palladium-catalysed isotopic exchange of an iodinated closo-carborane with a radioisotope of iodine has been studied. 2-I-p-carborane was selected as a model compound. It was shown, that such isotopic exchange is possible and provides a high yield (83 ± 4.2 %) during 40 min long reaction. The reaction conditions were optimised, and it was demonstrated that presence of the tetra n-butylammonium hydrogensulphate is important in order to stabilise catalyst and provide reproducibility of labelling. In this work we have modified the methodology and extended the application to a wider range of iodinated carboranes. By the use of Herrmann’s catalyst in toluene at 100 °C this [125I]-iodide labelling could be improved and extended. 2-I-p- 9-I-m-, 9-I-o-, 3-I-o-carborane, 1-phenyl-3-I-o-carborane and 1,2-diphenyl-3-I-o-carborane could be [125I]-iodide labelled in high to excellent yields within 5 minutes.This reported palladium catalyzed radio-iodination of the uncharged closo-carboranes might find use in pharmacokinetic studies of carborane derivatives.

Dans ce mémoire sont décrites deux méthodologies impliquant la synthèse de biaryles via l’arylation directe d’espèces aromatiques non activées, catalysée par différents éléments de transition. La première partie présente les résultats obtenus dans le cadre du développement d’une méthode simple d’arylation directe du benzène catalysée au palladium. Cette méthodologie a l’avantage de procéder sans l’ajout de ligand phosphine généralement utilisé dans les systèmes catalytiques avec le palladium et par conséquent cette réaction peut évoluer à l’air libre sans nul besoin d’une atmosphère inerte. Il est proposé que le mécanisme de formation de ces motifs biarylés pourrait passer par la mise en place d’un palladium d’espèce cationique. Ces composés pourraient éventuellement s’avérer intéressants dans la synthèse de produits pharmaceutiques comportant un motif biphényle de ce type. La deuxième partie est consacrée à une méthodologie très attrayante utilisée pour la synthèse des biphényles impliquant le fer comme catalyseur. Plusieurs catalyseurs à base de rhodium, palladium et ruthénium ont démontré leur grande efficacité dans les processus de couplage direct (insertion C-H). Cette méthodologie consiste en la première méthode efficace d’utilisation d’un catalyseur de fer dans les couplages directs sp2-sp2 avec les iodures d’aryles et iodures d’hétéroaryles. Les avantages du fer, impliquent sans contredit, des coûts moindres et des impacts environnementaux bénins. Les conditions réactionnelles sont douces, la réaction peut tolérer la présence de plusieurs groupements fonctionnels et cette dernière peut même se produire à température ambiante. La transformation s’effectue généralement avec de très bons rendements et des études mécanistiques ont démontré que le processus réactionnel était radicalaire. / This thesis describes the development of two methodologies involved in the biaryls synthesis. The first part is directed towards the use of a directing group or stabilizing group for the palladium catalyzed direct arylation. In all the examples found in the literature, the moiety bearing the directing group has the proton subject to abstraction in the ortho-position leaving the halide to the other coupling partner. We thought that by designing a compound having both a directing group and a halide, at the ortho position, the direct arylation of unactivated molecule species would be possible. This reaction is performed under air and without the use of any phosphine ligand providing a low cost and practical access to the pharmaceutically useful biaryl moieties containing a versatile ester functionality for further transformations. Owing to the ubiquity of C-H bonds in organic compounds, the possibility of directly introducing a new C-C bond (or other functionalities) via a direct C-H bond transformation is a highly attractive strategy in synthesis. Several rhodium, palladium, and ruthenium catalysts have proven to be highly effective in such direct coupling processes. Herein the first general and efficient iron-catalyzed direct arylation of iodo-aryls and iodo-hetereoaryl derivatives using a cost effective and environmentally benign catalyst is described. The reaction is performed under neat conditions and can even proceed at room temperature providing 22 examples of biaryls and heteroaryls construction with moderate to excellent yield. Mechanistic studies showed that the transformation was going through an aryl radical transfer pathway.

Organic semiconducting polymers are widely employed in organic electronics such as organic photovoltaics (OPVs), organic field-effect transistors (OFETs) and organic light emitting diodes (OLEDs). Their remarkable mechanical and charge transport properties as well as solution processability allow low-cost fabrication of light-weight and flexible devices. Among them indacenodithiophene (IDT)-based materials are promising candidates for application in organic electronics. Due to their low energetic disorder, extended conjugation and high electron density the IDT-based polymers show high field-effect mobilities and high absorption coefficients. However, their synthesis suffers from long reaction sequences and is often accomplished using toxic materials. Commercialization requires development of more efficient and sustainable reaction pathways to ease tailoring of structures and to limit molecular defects. Herein, the development of new synthetic pathways towards IDT-based polymers is presented in which all C-C coupling steps are achieved by C-H activation – an atom-economic alternative to conventional transition-metal catalyzed cross couplings. Two different strategies were established to synthesize a series of well-defined IDT-based homo- and copolymers with different side chain patterns and varied molecular weights. The first way starts by synthesis of a precursor polymer and subsequent cyclization affording IDT homopolymers. In the second approach, cyclized IDT monomers were prepared first and then polymerized using direct arylation polycondensation (DAP) yielding IDT homo- and copolymers. The synthetic pathways were optimized in terms of maximizing molecular weights and limiting defect structures. While the first pathway enables synthesis of well-defined homopolymers, the latter is the method of choice for preparation of IDT-based copolymers in high yields and adjustable molecular weights. The polymers were further characterized in detail by optical, thermal, electrical and morphological analyses. OFETs as well as all-polymer solar cells (all-PSCs) were fabricated to investigate the influence of structural modifications and molecular weight on their optoelectronic performance. Thus, this thesis provides a comprehensive study of the structure-property correlations of IDT-based polymers and simplified synthetic protocols for the design and preparation of donor-acceptor copolymers in the future.