Depuis de nombreuses années, des notions telles que « l'économie d'atome » ou encore la nécessité de développer des méthodes de valorisation rapide des hydrocarbures, ont pris une place importante en chimie organique. Dans ce contexte, la fonctionnalisation de liaisons carbonehydrogène (C–H) s'avère être un outil puissant de la chimie moderne, thématique fort présente au sein du laboratoire depuis de nombreuses années. En 2010, le développement de la réaction de β- arylation d'esters a initié au sein du laboratoire de nouvelles perspectives. L'extension de cette réaction fait l'objet des travaux de recherches réalisés dans ce manuscrit, pour la fonctionnalisation de liaisons C(sp3)–H en position α, β et γ d'amines. Ces structures sont présentes au sein de nombreuses molécules naturelles de la famille des alcaloides, ou molécules d'intérêt pharmacologique, ce qui en fait des motifs d'intérêt majeur. Les travaux réalisés dans le cadre de ce projet de thèse s'articulent autour de la réaction de couplage de Negishi (co-lauréat du prix Nobel de Chimie 2010), qui est un outil de synthèse puissant pour la formation de liaisons carbone-carbone. Son application aux couplages migratoires est au coeur des développements présentés dans ce manuscrit, selon trois grands axes de recherche. Le premier s'intéresse à la réalisation de couplages palladocatalysés sélectifs en positions β de N-Boc-pipéridines. Il y est développé l'importance de la flexibilité des ligands biarylphosphines dans le contrôle de la sélectivité α/β. Le second étudie l'extension de ces premiers travaux pour l'α– et β–fonctionnalisation sélective de N-Boc-amines acycliques, qui a nécessité de nouvelles avancées pour la lithiation dirigée d'amines acycliques, et le développement de nouvelles biarylphosphines plus flexibles, et plus sélectives. L'étude des étapes de lithiation, et de transmétallation, a été réalisée par analyse IR in-situ, ainsi que l'influence d'aryles aux propriétés électroniques variées lors de l'α-arylation. Un dernier axe d'étude pour la γ- fonctionnalisation d'allylamines, permet d'étendre le champ d'application du couplage de Negishi pour la fonctionnalisation C–H d'alkylamines, pour la formation de γ–arylamines et β–aryles aldéhydes / Since several years, the emergence of terms such as atom- and step-economy, or the need for the development of rapid and efficient synthetic methods have taken an important place in chemistry. In this context, the transition-metal-catalyzed functionalization of unactivated carbonhydrogen bonds has emerged as a powerful tool and an important field of research. In 2010, the development of the β arylation of esters has initiated a new perspective in our laboratory, and has been at the origin of the research described in this manuscript on the selective C(sp3)–H functionalization of amines at α, β and γ positions. The work performed during this Ph.D. project is related to the Negishi cross-coupling reaction (co-laureate of Chemistry Nobel prize in 2010), an important method for the formation of carbon-carbon bonds. Three different aspects are explored in this manuscript. The first one deals with the development of the palladium-catalyzed β -arylation of N-Boc-piperidines, which highlights the importance of ligand flexibility to control the α- vs. β- arylation selectivity. The second part focuses on the selective α - and β -functionalization of acyclic N-Boc-amines, which required to reinvestigate the directed lithiation of acyclic amines and to synthesize new biarylphosphines possessing greater flexibility. A kinetic analysis of each individual step from the lithiation to the α -arylation was performed by in situ IR spectroscopy, and proved an efficient method to gain further mechanistic insights. Finally, we have developed a selective γ - arylation reaction of allylamines, which represents a new extension of the Negishi cross-coupling for the C–H functionalization of alkylamines, and allows a direct access to valuable γ -arylamines and β - arylaldehydes

Cette thèse est divisée en deux parties. La première porte sur l’utilité de la fonctionnalisation de liaisons C–H hybridées sp2 et sp3 dans la formation d’hétérocycles azotés et fluorophores bioactifs. La deuxième porte sur la première synthèse des cannflavins A, B et C ainsi que l’adaptation d’une des étapes de synthèse en chimie en flux continu. Dans la première partie, il a tout d’abord été montré que la fonctionnalisation de liaisons C(sp3)–H de cyclopropanes catalysée par un complexe de palladium peut être utilisée dans la synthèse de cyclopropanes plus complexes, et ce de façon intramoléculaire. Lorsque le motif cyclopropane n’est pas substitué, ce dernier ouvre afin de former sélectivement l’hexahydroazépinone avec une énamide cyclique. Une fois cette réaction optimisée, elle a été utilisée pour former de nouvelles molécules comportant cet hétérocycle azoté. Cette réaction peut aussi être transposée en flux continu afin de fournir le produit d’ouverture cyclique de façon ininterrompue et ce pendant plusieurs heures. Dans les travaux futurs, nous suggérons de trouver une façon de fonctionnaliser cet hétérocycle dans une réaction de type «one-pot». Ensuite, nous avons montré la force de la fonctionnalisation de liaisons C(sp2)–H via une réaction d’arylation catalysée par un complexe de palladium pour la synthèse de benzo[a]imidazo[2,1,5‑c,d]indolizines, un fluorophore bioactif. Une fois la synthèse complétée, ceux-ci ont été testés dans la bioconjugaison avec un enzyme de type glutamine trans-amidase. Les travaux de biologies sont présentement en cours dans le groupe de la Pre Joelle Pelletier. Dans la seconde partie, nous nous sommes intéressés à la synthèse des cannflavins A, B et C. Ces molécules sont caractérisées comme étant des flavonoïdes qui sont propres à la plante de Cannabis Sativa. En effet, comme une majorité des produits naturels de cette plante, tels que le Δ9-THC et le CBD, ces flavonoïdes sont des molécules bioactives qui ont des propriétés anti-inflammatoires, neuro-protectrices, anti-cancers, anti-parasitiques, et bien d’autres. Nous avons donc effectué la synthèse des cannflavins A, B et C afin d’avoir des quantités adéquates de matériel pour des études biologiques. Dans la synthèse de première génération, nous avons produit la cannflavin A et C en douze étapes avec des rendements globaux de 8,4% et 12%, respectivement. Le développement d’une deuxième stratégie de synthèse a mené à une amélioration concrète de la synthèse de la cannflavin C en diminuant le nombre d’étapes de synthèse de moitié et doublant le rendement, soit en six étapes avec 23%. Ce raccourci synthétique a été mis en place grâce à l’implication d’un complexe de type BF2 comme groupement protecteur et directeur pour fournir un intermédiaire avancé de la synthèse précédente. Les travaux actuels consistent à l’élaboration d’une stratégie similaire pour la synthèse de cannflavin A. Enfin, nous avons optimisé la synthèse de l’acétyl phloroglucinol en flux continu, qui est notamment le matériel de départ pour la synthèse des Cannflavins. En effet, cette réaction d’acylation de Friedel-Crafts a été optimisée en flux continu pour donner l’acétyl phloroglucinol avec 98% de rendement en utilisant le BF3•OEt2 comme acide de Lewis et AcCl comme agent acylant dans l’EtOAc comme solvant vert. La mise en échelle de cette réaction montre qu’il est possible de produire le composé désiré avec une productivité élevée de 99 g/h. Les travaux futurs de ce projet sont d’utiliser le complexe BF2 généré dans cette réaction pour produire un intermédiaire avancé de la cannflavin A. / This thesis is divided into two parts. This first one discusses the use of C–H functionalization of sp2 and sp3 center in the formation of nitrogen-containing heterocycles. The second one describes the first total synthesis of cannflavins A, B and C as well as the continuous flow production of the starting material of this total synthesis. In the first part, we have shown that the use of palladium-catalyzed C(sp3 )–H functionalization of cyclopropanes can be used to synthesize more complex molecules in an intramolecular fashion. When the cyclopropyl motif bears no substitutions, ring opening of the cyclopropane occurs to selectively yield the hexahydroazepinone heterocyclic core as the enamide isomer. We have taken advantage of this opportunity to prepare a variety of hexahydroazepinones using this novel strategy. This reaction can be converted to flow chemistry, thus shortening the reaction time and providing the desired product continuously over several hours. In future work, we will use the enamide motif to further functionalize the azepinone nucleus in a one-pot manner. Furthermore, we have demonstrated the power of the C–H functionalization strategy in the synthesis of benzo[a]imidazo[2,1,5-c,d]indolizines, a fluorescent heterocycle, via palladiumcatalyzed arylation of C(sp 2 )–H bonds. After synthesis, this fluorophore was bioconjugated with a glutamine transamidase enzyme. Biological tests of these compounds are currently being carried out by the group of Pr Joelle Pelletier. In the second part, we are interested in the synthesis of cannflavins A, B and C. These compounds belong to the class of flavonoids and are unique to the Cannabis sativa plant. Like the majority of natural products found in this plant, such as Δ9 -THC and CBD, these flavonoids are indeed bioactive and show various medicinal properties such as being potent anti-inflammatory, neuro-protective, anti-cancer, anti-parasitic and many more. For these reasons, we carried out the total synthesis of cannflavin A, B and C. In the first generation strategy, we achieved the first total synthesis of cannflavin A and C in twelve linear steps with 8.4% and 12% global yield, respectively. The development of a second-generation strategy led to an improvement for the synthesis of cannflavin C in terms of halving the number of steps required and doubling the overall yield, giving 23% yield in six steps. This synthetic shortcut was achieved using a BF2 complex as a traceless directing and protecting group to provide a highly functionalized intermediate in the synthesis of cannflavin C. Current work focuses on the elaboration of a similar strategy for a shorter total synthesis of cannflavin A. We also optimized the synthesis of acetylphloroglucinol in continuous flow chemistry, this phenol being the starting material of Cannflavins. In fact, this Friedel-Crafts acylation using BF3•OEt2 as the Lewis acid and AcCl as the acylating agent in EtOAc as the green solvent has been optimized to achieve 98% yield with a productivity of 99 g/h in the scale-up setup. From now on, we are trying to use this continuously produced BF2 complex to synthesize a late intermediate in the synthesis of cannflavin A.