Cette thèse décrit le développement et la méthodologie pour la synthèse de 2-pyrazolo[1,5-a]pyridines à partir d’ylures de N-iminopyridinium et d’halogénures de styryle. Des dérivés de chaque ylure de N-iminopyridinium et d’halogénures de styryle ont été utilisés pour la synthèse de plusieurs composés avec un intérêt pharmaceutique. Le premier chapitre présente les précédents littéraires pour la synthèse de pyrazolopyridines. Spécifiquement trois types différents de synthèse seront présentés en détail. L’importance biologique de ces composés sera discutée. La vue d’ensemble des travaux développés dans notre groupe de recherche pour la synthèse des produits de départ sera présentée brièvement. Finalement, la science intéressante qui a apporté cette idée de recherche sera révélée. Le deuxième chapitre décrit les résultats des optimisations étudiées pour la synthèse des 2-phénylpyrazolo[1,5-a]pyridines à partir d’ylures de N-benzoyl-iminopyridinium et d’iodure de styryle. Chaque substrat de la réaction a été étudié individuellement afin d’être optimisé; les ratios, les solvants, la température du milieu réactionnel et le temps optimal de la réaction ont aussi été explorés. Le troisième chapitre présente l’étendue de la synthèse des pyrazolopyridines. L’étendue de la réaction inclut les dérivés des halogénures de styryle. L’étendue de la réaction a été élargie aux dérivés d’ylures de N-iminopyridinium et ils incluent des groupements donneurs d’électrons ainsi que des groupements pauvres en électrons. Des groupements exotiques d’iodure et de bromure de vinyle ont aussi été explorés. Le quatrième chapitre démontre les études mécanistiques que l’on a faites pour mieux comprendre les cycles catalytiques qui ont lieu durant la réaction. Des études de cyclisation avec les ylures de N-iminopyridinium ont été explorées pour les produits de départ suivants : iodure de styryle et phényl acetylène. / This thesis describes the development of a methodology for the one-pot synthesis of 2-pyrazolo[1,5-a]pyridines from N-iminopyridinium ylide and styryl-halide starting materials. Both N-iminopyridinium ylide derivatives and styryl-halide derivatives were employed for the synthesis of various pharmaceutically interesting pyrazolo[1,5-a]pyridines. The first chapter presents the literature precedents for the synthesis of pyrazolopyridines. More specifically, three different types of syntheses will be shown in detail. Furthermore, the biological importance of these compounds will be discussed. An overview of the developed methodologies previously carried out in our research group for the synthesis of the starting materials will be presented. Finally, the copper-catalyzed direct alkenylation of N-iminopyridinium ylides that brought about this research idea will be discussed. The second chapter describes the results of the optimization studies for the synthesis of 2-phenyl pyrazolo[1,5-a]pyridines from N-benzoyliminopyridinium ylides and styryl iodides. Each component of the reaction was individually screened and the loading ratios were optimized: e.g., solvent and temperature. The third chapter presents the scope of the pyrazolopyridine synthesis. The scope includes styryl iodide, –bromide and –chloride derivatives. The scope of the reaction was extended to N-iminopyridinium ylide derivatives and included electron donating and electron withdrawing groups. Substituted vinyl iodides and bromides were also investigated. The fourth chapter demonstrates the mechanistic studies conducted in order to obtain an accurate understanding of the catalytic cycles taking place during the reaction. Cyclization studies were explored for both styryl iodides and phenyl acetylene starting materials reacted with N-iminopyridinium ylides.

La molécule de méthane possède la liaison C-H la plus forte parmi les hydrocarbures (BDE = 104 kcal mol-1) : son oxydation en conditions douces représente un challenge d'importance. La Méthane Monoxygénase particulaire (pMMO) est une enzyme à cuivre qui catalyse l'oxydation du méthane (CH4) en méthanol (CH3OH). Le site actif de l'enzyme est composé d'atomes de cuivre séparés par 2.6 Å. Des recherches récentes suggèrent qu'un cluster Cu2 III,II/O2 à valence mixte soit un intermédiaire-clé du cycle catalytique. L'objectif de ce travail vise à la synthèse et caractérisation de nouveaux complexes dinucléaires à valence mixte de type bis(µ-oxo)Cu2 III,II ou (µ-OH, µ-O)Cu2 III,II. Deux familles de motifs coordinants ont été mises en oeuvre, polypyridyle ou polyamide ; les deux sites sont assemblés par des ponts courts et rigides, phenoxo, naphthyridine ou alkoxo. De nouveaux complexes ont été caractérisés par électrochimie, spectroscopies UV-visible et RPE, et par des calculs théoriques. Un dispositif original de cryo-spectroélectrochimie UV-vis-NIR a été développé en parallèle de cette étude : il permet l'identification spectroscopique d'intermédiaires transitoires, réputés très instables à température ambiante. De nouveaux composés à valence mixte, Cu2 III,II(μ-OH, μ-O) et Cu2 III,IIbis(μ-OH) ont été identifiés. Ces résultats élargissent le champ des données de cette famille d'intermédiaires instables limitée jusqu'ici à un seul exemple. / Methane has the strongest C-H bond of any hydrocarbon (BDE = 104 kcal mol-1); its oxidation under mild conditions remains a great challenge. The particulate Methane Monooxygenase (pMMO) is a copper enzyme that oxides methane (CH4) to methanol (CH3OH). In the active site of the enzyme, two copper ions are located at a short distance (2.6 Å). Recent researches have suggested a mixed-valent Cu2III,II/O2 cluster as a key intermediate in the catalytic cycle. The main objective of this work was the synthesis and characterization of new mixed-valent CuIIICuII bis(μ-oxo) and (μ-OH, μ-O) dinuclear complexes. For this purpose we designed promising symmetrical and unsymmetrical complexes based on specific and distinct scaffolds for each side of the structure. Two families of coordination pattern have been used, polypyridyle or polyamide; the two sites are shortly and rigidly bridged by phenoxo, alkoxo or naphthyridine linkers. New complexes have been characterized by electrochemistry, UV-vis and EPR spectroscopies, and by theoretical calculations. A new cryo-UV-Vis-NIR spectroelectrochemical set up, developed in parallel during this work, has allowed the spectroscopic identification of these transient intermediate species, known to be unstable at room temperature. New mixed-valence Cu2 III,II(μ-OH, μ-O) and Cu2 III,IIbis(μ-OH) complexes have been characterized. These results expand the recent knowledge on the only mixed valent CuIII(μ-OH)CuII species described so far.

La chiralité axiale est une propriété importante de composés biologiquements actifs, de matériaux avancés et plus particulièrement de ligands utilisés en catalyse asymétrique. En effet de nombreuses structures biaryliques atropisomériques ont montré un excellent pouvoir d’induction asymétrique. Ainsi le contrôle de l’atropisomérie et le développement de nouvelles méthodes synthétiques permettant la synthèse de composés à chiralité axiale optiquement purs attire l’attention de la communauté scientifique. Au cours de ce travail une nouvelle stratégie vers l’obtention de biaryles à chiralité axiale atropenrichis a été explorée. L’utilisation de sulfoxydes énantiopurs, jouant à la fois le rôle de groupe directeur et d’auxiliaire de chiralité, dans une stratégie de fonctionnalisation de liaisons C-H par catalyse homogène au palladium, a permis l’obtention efficace de nombreux composés biaryliques hautement atropenrichis . Les méthodologies développées ont ensuite été appliquées à la synthèse formelle d’un composé naturel bioactif à chiralité axiale, la (-)-steganone, ainsi qu’à la synthèse de ligands doublement atropisomériques inédits. / Axial chirality is an important property of biologically active compounds, advanced materials and more importantly of ligands used in asymmetric catalysis. Indeed, numerous atropisomeric biaryls have demonstrated an excellent asymmetric induction capacity. Thus, the control of atropisomery and the development of original synthetic methodologies allowing the synthesis and the obtention of optically pure axially chiral compounds is an important goal for the scientific community. In this work, a new strategy for the synthesis of atropenriched axially chiral biaryls was explored. The use of enantiopur sulfoxides playing the role of both, a directing group and a chirality auxiliary, in a palladium catalyzed C-H functionalization, allowed the efficient construction of numerous highly atropenriched biaryl compounds. The developed methodologies were furthermore applied to the formal synthesis of an axially chiral and bioactive compound, (-)-steganone, as well as the synthesis of doubly atropisomeric unprecedented ligands. These ligands displayed an excellent potential for asymmetric induction in homogenous asymmetric hydrogenation.

Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la synthèse d’hétérocycles arylés via l’activation de liaisons sp2 C-H d’hétéroaromatiques et à la synthèse d’alcènes arylés halo-substitués catalysée par le palladium. Les produits obtenus sont considérés comme des briques moléculaires, intéressantes pour les biochimistes, ainsi que pour la préparation de matériaux. Le système catalytique Pd(MeCN)2Cl2/Li2CO3/dioxane permet l’accès direct à une grande variété de molécules arylées à partir d’hétéroarènes ou d’alcènes et de chlorures de benzènesulfonyle. Nous avons mis au point une méthode permettant l’arylation directe en position β de sélénophènes à partir de sélénophènes et de chlorures de benzènesulfonyle. Nous avons également montré que l’utilisation de chlorures de benzènesulfonyle (poly)halogénés permet de synthétiser par des réactions pallado-catalysées des hétéroarènes arylés, des stilbènes ou des cinnamates (poly)halo-substitués. / In this thesis we have been interested in the synthesis of arylated heterocycles via the activation of sp2 C-H bonds of heteroaromatics and to the synthesis of halo-substituted arylated alkenes using palladium-catalysis. The products obtained are considered to be molecular bricks which are of interest to biochemists as well as to the preparation of materials. The catalyst system Pd(MeCN)2Cl2/Li2CO3/dioxane allows the direct access to a wide variety of arylated molecules from heteroarenes or alkenes and benzenesulfonyl chlorides. We have developed a method for the direct β-arylation of selenophenes from selenophenes and benzenesulfonyl chlorides. We have also shown that the use of (poly)halogenated benzenesulfonyl chlorides makes it possible to synthesize, by Pd-catalyzed reactions, (poly)halo-substituted arylated heteroarenes, stilbenes or cinnamates.

De précédentes études dans notre groupe ont montré que l'α-1-C-nonyl-1,5-didésoxy-1,5-imino-D-xylitol était un inhibiteur puissant de la β-glucocérébrosidase, enzyme impliquée dans la maladie de Gaucher. Il a été supposé que la conformation chaise inversée de ce composé pouvait expliquer en partie sa forte affinité avec la glycosidase cible. L'objectif ce travail de thèse était la synthèse d'une nouvelle classe d’iminosucres, basée sur un squelette 1-azaspiro[3.3]heptane, possédant deux cycles à 4 membres, analogue conformationnellement contraint de notre "lead" en série iminoxylitol. La première stratégie de synthèse envisagée a permis de mettre en avant une nouvelle réaction tandem d'ouverture d'azétidines conduisant à des spirocyclopropyl γ-lactames. La seconde stratégie testée a conduit dans un premier temps à la formation hautement stéréosélective d'un cyclobutane tétrasubstitué par une réaction radicalaire induite par le SmI2 − permettant ainsi la synthèse des premiers exemples de carbasucres à 4 membres − puis à la formation du carbone azaspiranique de notre cible par une réaction de C-H amination catalysée par des complexes de rhodium. / Previous studies in our group has shown that α-1-C-nonyl-1,5-dideoxy-1,5-imino-D-xylitol was a strong inhibitor of β-glucocerebrosidase, the enzyme involved in Gaucher disease. It was supposed that the inverted chair conformation of this compound could partially explain its high affinity with the target glycosydase.The goal of this PhD work was the synthesis of a new class of iminosugars based on 1-azaspiro[3.3]heptane structures, as conformationally strained analogues of our lead in the iminoxylitol series. During the course of our synthetic study, new azetidine ring-opening tandem reaction leading to spirocyclopropyl γ-lactames has been discovered. The most promising strategy evaluated led to the highly stereoselective formation of a tetrasubstituted cyclobutane via a SmI2-mediated radical reaction − leading to the synthesis of the first exemples of 4-membered carbasugars − then to the formation of the azaspiranic carbon of our target by way of rhodium-catalyzed C-H amination reaction.

La conception de ligands est d'une grande importance pour le développement de la catalyse métallique, conformément à une approche de chimie durable.La première partie de cette thèse porte sur une revue bibliographique détaillée des ligands phosphorés couramment employés dans les systèmes catalytiques pour les réactions de couplage carbone‒carbone catalysées au palladium. La deuxième partie traite du contrôle conformationnel du squelette ferrocénique dans les ligands polyphosphines. Ce contrôle conformationnel vise à induire des interactions inédites entre deux atomes de phosphore, et également avec des centres métalliques. De nouveaux anions cyclopentadiényles substitués et encombrés ont été synthétisés, et ont permis de réaliser la synthèse de triphosphines ferrocéniques inédites. Les réactions avec le fer (II) des sels d'anions cyclopentadiényles substitués par des groupements encombrés (tertio-butyle, trityle, super-trityle) et des groupements phosphino enrichis ou appauvris en électrons (isopropyle, cyclohexyle, furyle) ont conduit à une série de nouveaux ligands polyphosphines ferrocéniques multidentes. Leurs coordinations à des sels de palladium ou de platine ont été étudiées. Les complexes de coordination correspondants ont été isolés avec de très bons rendements et caractérisés en solution par RMN 1H, 13C, 31P et à l'état solide par Diffraction des Rayons X.La troisième partie décrit la synthèse et la caractérisation de diphosphines ferrocéniques inédites. Des investigations ont été menées en électrochimie sur ces ligands et les propriétés électroniques des dérivés séléniés correspondants ont été étudiées par RMN 31P‒77Se.Ces ligands se sont montrés des auxiliaires efficaces pour l’arylation pallado-catalysée d’hétéroaromatiques dans l’activation C‒H ou dans le couplage C‒O, surtout à faible charge de catalyseur, en accord avec les exigences du développement de chimie durable / The design of ligands is of great importance for the development of metal catalysis, in keeping with an ever more sustainable approach of chemistry.The first part of this thesis focuses on a detailed literature review of phosphorus ligands commonly used in catalytic systems for the coupling reactions catalyzed carbon-carbon palladium.The second part deals with the conformational control of the ferrocene backbone within polyphosphine ligands. This conformational control aims at inducing unedited interactions between phosphorus atoms, and also with metal centers. New substituted and hindered cyclopentadienyl rings were synthesized, which allow the assembling of original ferrocenyl triphosphines. The reactions with iron(II) salts of cyclopentadienyl anions substituted with hindering groups (tert-butyl, trityl, super-trityl) and holding either electron-donor or electron-withdrawing phoshino groups (isopropyl, cyclohexyl, furyl) afford a set of novel multidentate ferrocenyl phosphine ligands. Their coordinations towards palladium and platinum were studied. The corresponding coordination complexes were isolated in high yields and fully characterized in solution by multinuclear 1H, 13C, 31P NMR and in solid state by X-Ray cristallography.The third part describes the synthesis and characterization of original ferrocenyl diphosphines. Electrochemical investigation of these ligands and electronic properties of their corresponding diselenide derivatives by NMR 31P‒77Se coupling constants were studied.These ligands were found efficient auxiliaries for palladium-catalyzed arylation of heteoaromatics through C–H bond activation or C‒O coupling, especially at low loading of catalyst, in agreement with sustainable chemistry development requirement

Cette thèse présente différents aspects de la cyclonickellation des phosphinites de type Aryl-OP(i-Pr)2, leur potentiel dans la fonctionnalisation et leur utilité pour former des nouveaux types de complexes de types pincer de nickel. Le Chapitre 1 constitue une introduction générale sur l’importance de la liaison carbone-nickel en chimie organométallique. Diverses stratégies de formation des liens C-Ni dans des composés classiques (monodentés), des composés de types pincer (tridentés) et des composé cyclonickellés (bidentés et tridentés) y sont présentées, incluant des réactions impliquant des précurseurs de Ni0, de NiII ou de NiIV. Ce chapitre présente également la réactivité de ces composés comportant des liens C-Ni, et met l’emphase sur la réactivité des liaisons carbone-nickel, en particulier dans les processus catalytiques destinés à la fonctionnalisation des liens C-H, en utilisant des groupes directeurs. Les phosphinites sont ensuite présentées comme des groupes directeurs intéressants en catalyse, bien qu’elles aient surtout été utilisé avec d’autres métaux que le nickel. La dernière partie de ce chapitre pose les questions qui tenterons de trouver réponse dans les travaux présentés aux chapitres suivants. Les Chapitres 2 et 4, basés sur des articles publiés, présentent l’isolation et la caractérisation de composés dimériques de type [{κP,κC-(i-Pr)2POAr}Ni(μ-Br)]2 issus de l’ortho-nickellation des phosphinites dérivées des phénols et des naphtols substitués, ainsi que de certains de leurs adduits monomériques d’acétonitrile ou du ligand lui-même. Ces discussions cherchent à répondre à la question de régiosélectivité de la cyclonickellation : on y démontre que cette réaction est gouvernée par les facteurs stériques, menant à la métallation préférablement (pour les substituants fluor) ou exclusivement (pour les substituants plus volumineux) aux carbones les moins encombrés, lorsque deux positions ortho sont disponibles, et que la réaction mène toujours à la formation de nickellacycles à 5 chainons. Ainsi, les phénols C3-substitués subissent la métallation au carbone C6, alors que les 1- et 2-naphtols subissent la nickellation aux positions C2 et C3, respectivement. Ces deux chapitres démontrent que la métallation peut avoir lieu sur des carbones qui possèdent déjà un voisin encombrant (F, OMe, benzo), menant à des structures relativement distordues, mais que la nickellation n’est pas produite dans les conditions standard au voisinage des substituants Me et Cl qui sont plus volumineux, ni au carbone C8 du 1-naphtol qui mènerait à un nickellacycle à 6 chainons. L’étude structurale permet de rationaliser les régiosélectivités observées, et les études par diverses méthodes RMN complètent la caractérisation de ces nouveaux composés. Le Chapitre 2 démontre que lorsque les sites potentiels de nickellation sont bloqués par des substituants ortho Me ou Ph, la réaction ne prend pas place sur ces substituants en raison de la formation de nickellacycles à 6 ou 7 chainons respectivement. Ceci met en lumière également l’impossibilité d’isoler les composés nickellés aux carbones sp³ des substituants ortho, et le Chapitre 4 démontre par des expériences d’échange H/D que la nickellation à ces positions n’est pas seulement thermodynamiquement défavorisée, mais qu’elle est aussi cinétiquement inexistante. Ce chapitre dévoile également les réactions qui sont observables à 80 °C sont radicalement accélérées à haute température (120 ou 160 °C), et que les produits de nickellation y sont thermodynamiquement stables. Le Chapitre 4 présente également une réaction de fonctionnalisation in situ des liens carbone-nickel de la phosphinite cyclonickellée dérivée du 1-naphthol. Dans cette réaction, qui se produit à haute température en absence de base, la bromophosphine Br-P(i-Pr)2 se génère in situ et permet l’insertion formelle d’un phosphènium [(i-Pr)2P]+ dans le lien carbone-nickel, menant à un complexe phosphine-phosphinite de type {κP,κP’-1-(i-Pr)2PO-2-naphtyl-P(i-Pr)2}NiBr2. Lorsque la position C2 du 1-naphtol est bloquée par un substituant Et, un genre similaire de fonctionnalisation à la position C8 est observé, menant à l’obtention de 8-(i-Pr)2P(O)-2-Et-1-naphtol, ainsi qu’à des sous-produits qui ont été identifiés et caractérisés. Cette réaction démontre l’accessibilité cinétique de la position C8 à haute température, mais démontre également l’instabilité du nickellaycle généré. Les conditions réactionnelles pour l’obtention des phosphinites nickellées dévoilées au Chapitre 2 (utilisant l’acétonitrile comme solvant) ont démontré une efficacité supérieure que celle présentée précédemment (dans le toluène). Ainsi, le Chapitre 3, également basé sur un article publié, cherche à décrire les aspects mécanistiques de cette cyclométallation et démontre que les espèces initialement présentes dans l’acétonitrile sont des adduits mono-phosphinites du nickel au contraire des espèces présentes dans le toluène. Cette étude démontre qu’une base externe est nécessaire pour conduire à l’isolation des composés nickellés, mais qu’elle n’est pas impliquée dans le mécanisme de métallation car la formation des liens C-Ni se produit réversiblement en absence de base. Des suivis cinétiques indiquent que la réaction est de premier ordre et qu’un excès de base ralentit la réaction en formant des espèces non réactives, et que les bases idéales sont fortes et peu coordonnantes. Une étude mécanistique expérimentale révèle que l’étape de nickellation est de nature électrophile (pente de Hammett ρ ≈ –4) et associative (ΔH⧧ = 18(1) kcal·mol–1 and ΔS⧧ = −27(4) cal·mol–1·K–1) et que le transfert de proton est l’étape limitante (kH/kD ≈ 11). Ces résultats sont appuyés par une étude computationnelle par DFT qui démontre que la dissociation d’un ligand Br- mène à une paire d’ions comme intermédiaire, depuis lequel la déprotonation est réalisée par l’anion Br- dans un mécanisme de type CMD. Les résultats de ces calculs théoriques permettent également d’appuyer la thèse d’un état fondamental triplet pour les espèces présentes avant la nickellation dans l’acétonitrile. Les études sur la régiosélectivité ont mené à un résultat surprenant : à la place de subir la nickellation C-H, la phosphinite dérivée du 2-vinylphénol subit une attaque nucléophile sur le groupe vinyle afin de donner un composé tridenté portant un lien Csp³-Ni. Le Chapitre 5 présente ainsi une nouvelle stratégie de préparation des composés pincers par des réactions de type Umpolung. Le ligand 2-vinylphényl-OP(i-Pr)2 réagit avec des amines et des phosphines portant au moins un proton, pour donner des complexes pinceurs de type 6,4-POCY-NiBr (Y = P, N). Ce chapitre dévoile l’étendue des composés qui peuvent être produits par cette méthode, et offre une caractérisation de ces composés par RMN, diffraction des rayons X et par électrochimie, afin de comparer leurs caractéristiques avec les autres pincers décrits dans la littérature. Enfin, alors que le Chapitre 6 présente quelques résultats additionnels reliés aux divers axes de recherche de cette thèse, le Chapitre 7 rappelle les grandes lignes des découvertes présentées aux Chapitres 2-5. Ce chapitre de conclusion générale présente également des perspectives basées sur les résultats de la thèse, et sur les quelques résultats préliminaires. Au menu : une discussion sur la relation entre régiosélectivité et la stabilité, des nouvelles stratégies de nickellation à étudier (à partir de liens carbone-halogène), la fonctionnalisation des liens C-Ni par des composés isolobaux aux phosphèniums et des stratégies pour la fonctionnalisation des oléfines dans les composés de type alcool. / This thesis presents various aspects of the cyclonickelation of phosphinites Aryl-OP(i-Pr)2, as well as their potential in functionalization processes and applications in the preparation of new types of pincer-Ni complexes. Chapter 1 consists of a general introduction on the importance of the carbon-nickel bond in organometallic chemistry. Various strategies leading to C-Ni bonds in classical (monodentate) compounds, pincer complexes (tridentate), and cyclonickelated species (bi- and tridentate) are disclosed, including reactions implicating Ni0, de NiII ou de NiIV precursors. This chapter also presents the reactivity of species featuring C-Ni bonds C-Ni and underlines the reactivity of C-Ni bonds, especially in catalytic processes targeting C-H bonds functionalization, through the use of directing groups. Next, phosphinites are displayed as interesting directing groups in catalysis even though they have been used mostly with metals other than nickel. The last part of this chapter outlines the questions that are meant to be addressed in the next chapters. Chapters 2 and 4, based on published articles, display the isolation and characterization of dimeric complexes of the type [{κP,κC-(i-Pr)2POAr}Ni(μ-Br)]2 arising from the ortho-nickelation of phosphinites derived from substituted phenols and naphthols, as well as some of their acetonitrile or phosphinite adducts. These studies are meant to address the question of regioselectivity in the cyclonickelation. The results obtained prove that when two ortho sites are available for reactivity, the nickelation is governed by steric factors and leads to metalation preferably (in case of F substituents) or exclusively (in case of larger substituents) at the least hidered C-H bond; moreover, the nickelation always leads to 5-membered nickelacycles. Thus, C3-substituted phenols undergo nickelation at the C6 position, while 1- and 2-naphthols undergo nickelation at C2 and C3 positions, respectively. Together, Chapters 2 and 4 show that metalation can take place at the carbon next to a F-, MeO- or benzo substituent, but such nickelation at the hindered sites leads to distorted structures in the products. One the other hand, nickelation never occurs at carbons neighbouring the larger Me- or Cl- substituents, nor at the C8 position of 1-naphthol which would lead to a 6-membered nickelacycle. The structural study allows us to rationalize the observed regioselectivities, and NMR studies complete the characterization of these new compounds. Chapter 2 also reveals that when the ortho sites are blocked by Me or Ph functional groups, no nickelation takes places on these substituents due to the unfavored generation of 6- or 7-membered metallacycles, respectively. This finding also rationalizes why it has not been possible to isolate complexes arising from the nickelation at sp³ carbons of ortho substituents. This point is confirmed in the studies described in Chapter 4, which shows how H/D exchange experiments helped us prove that reactivity at these aliphatic C-H sites is disfavored not only thermodynamically, but also kinetically. This chapter also reveals that reactions observed at 80 °C can be accelerated dramatically at higher temperatures (120 or 160 °C), and that nickelated products are stable in these conditions. Chapter 4 also presents some examples of in situ functionalization of the C-Ni bonds in cyclonickelated 1-naphthyl phosphinites. Conducting these reactions in the absence of base at high temperatures allowed the in situ generation of bromoposphine, Br-P(i-Pr)2, that promotes the formal insertion of a phosphenium fragment [(i-Pr)2P]+ into the C-Ni bond, thus leading to a phosphine-phosphinite complex of Ni, of the following formula: {κP,κP’-1-(i-Pr)2PO-2-naphtyl-P(i-Pr)2}NiBr2. When the C2 position in the naphthyl phosphinite is blocked by an Et substituent, a similar functionalization occurs at the C8 position leading to 8-(i-Pr)2P(O)-2-Et-1-naphtol, along with by-products which have been identified and characterized. These findings demonstrated the kinetic accessibility of the C8 position at high temperatures, while proving the instability of the generated nickelacycle. The reaction conditions used for the syntheses of cyclonickelated phosphinites displayed in Chapter 2 (using acetonitrile as the solvent) have been proven more efficient than that previously reported (in toluene). Thus, Chapter 3, also based on a published article, describes the mechanistic aspects of the new procedure and reveals that acetonitrile generates more reactive species at the pre-nickelation stage, namely mono-phosphinite nickel adducts, as opposed to the bis-phosphinite nickel complexes observed in toluene. This study demonstrates that an external base is required for isolating the nickelated complexes, but that this base is not implicated in the metalation process, since the formation of the C-Ni bond occurs reversibly in the absence of base. Kinetic monitoring reveals that the reaction is 1st order and that an excess of base in fact slows down the rate by generating non-reactive species. Ideal bases for the nickelation are thus strong bases but weakly coordinating nucleophiles. An experiment-based mechanistic investigation shows that the nickelation is of electrophilic (Hammett slope ρ ≈ –4) and associative (ΔH⧧ = 18(1) kcal·mol–1 and ΔS⧧ = −27(4) cal·mol–1·K–1) nature, and that the proton transfer is rate limiting (kH/kD ≈ 11). These results are supported by a DFT-based computational study that points towards an ion pair formation that allows the dissociated Br- anion to capture the proton, in a CMD mechanism. The theoretical calculation also supported a triplet ground state in acetonitrile for the species present in the pre-nickelation mixture in acetonitrile. Regioselectivity studies of a phosphinite bearing an ortho-vinyl substituent led to a surprising finding: instead of undergoing C-H nickelation, the phosphinite derived from 2-vinylphenol is attacked by nucleophiles on the vinyl moiety and give a Ni complex featuring a tridentate pincer-type ligand with a central Csp³-Ni bond. Chapter 5 thus discloses a new Umpolung-based strategy leading to new pincer complexes. Reaction of the ligand 2-vinylphenyl-OP(i-Pr)2 with primary or secondary amines and phosphines produces novel pincer-Ni complexes of the type 6,4-POCsp3Y-NiBr (Y = P, N). This chapter discloses the variety of new complexes that can be prepared by this new synthetic strategy. The characterisation of the new complexes by NMR, XRD and electrochemical analysis allowed us to compare their structural and redox properties to pincer-Ni complexes reported in the literature. While Chapter 6 discloses additional results related to various research axes of this thesis, Chapter 7 recalls the main findings revealed in Chapters 2-5. This conclusion also discloses research perspectives based on the results presented in this thesis, as well as phosphinite-related preliminary results gathered during my Ph. D. studies. The main proposed ideas touch on the following aspects: (a) the relationship between regioselectivity and stability towards functionalization; (b) new nickelation strategies based on the metalation of carbon-halogen bonds; (c) C-Ni functionalization by isolobal compounds to phosphenium ions; and (d) strategies towards the functionalization of alcohols bearing alkene moieties.

Les effets du dérèglement de l’expression des protéines kinases DYRK (Dual-specificity tyrosine phosphorylation-regulated kinase) et plus particulièrement de DYRK1A sont étudiées dans le cas des maladies neurodégénératives (maladie d’Alzheimer, syndrome de Down) et celui de certains cancers. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans la continuité des acquis du laboratoire et des résultats des évaluations de l’activité inhibitrice obtenus sur les thiazolo[5,4-f]quinazolines et les thiazolo[5,4-f]quinazolin-9(8H)-ones. L’objectif principal est la modulation du groupement en position C2 des thiazolo[5,4-f]quinazolin-9(8H)-ones en faisant varier la taille et la nature des substituants afin de former des inhibiteurs potentiels sélectifs de DYRK1A. Le premier chapitre de ce manuscrit concerne l’addition de nucléophiles originaux tels que des acides aminés sur la fonction nitrile en position C2 de la 8-benzylthiazolo[5,4-f]quinazolin-9(8H)-one. Le second chapitre décrit l’optimisation de la synthèse des thiazolo[5,4-f]quinazolin-9(8H)-ones ainsi que l’arylation directe ces motifs. La réaction de débenzylation des dérivés C2-arylés et la fonctionnalisation par C–H alcénylation de la 8-benzylthiazolo[5,4-f]quinazolin-9(8H)-one sont aussi décrites dans cette partie. Le troisième chapitre concerne l’évaluation de l’activité biologique de la plupart des composés synthétisés au cours de ces travaux, révélant le FC162 en tant qu’inhibiteur de DYRK1A. Ces résultats ont conduit à la modulation en position C2 de motifs plus simples : les benzo[d]thiazoles, permettant d’étudier la régiosélectivité du 6-aminobenzo[d]thiazole-2,7-dicarbonitrile et l’arylation directe de ces dérivés bicycliques. / The effects of expression modulation of protein kinases DYRK (Dual-specificity tyrosine phosphorylation-regulated kinase) and especially of DYRK1A are characterized in a variety of diseases including neurodegenerative diseases (Alzheimer’s disease or Down syndrome) and cancers. This thesis deals with our laboratory knowledge and previous results obtained with thiazolo[5,4-f]quinazolines and thiazolo[5,4-f]quinazolin-9(8H)-ones and their activity. The main part of this thesis is focused on the C2-modulation of thiazolo[5,4-f]quinazolin-9(8H)-ones to synthesize potent DYRK1A inhibitors. The first chapter of this manuscript describes the addition of nucleophiles such as amino acids at the C2-function of 8-benzylthiazolo[5,4-f]quinazolin-9(8H)-ones. The second chapter is focused on the optimization of the thiazolo[5,4-f]quinazolin-9(8H)-ones synthesis and their C–H arylation. Deprotection of C2-arylated products and C–H alkenylation approach of 8-benzylthiazolo[5,4-f]quinazolin-9(8H)-one are also described. The third chapter deals with the inhibitory activity evaluation of most of the compounds prepared along this work shown FC162 as DYRK1A inhibitor. These results led to C2 modulation of simpler structures such as benzo[d]thiazoles by studying the C–H arylation of these bicyclic derivatives.

Cette thèse est consacrée au développement de réactions d'amination C(sp³)-H catalysées au Rhodium(ᴵᴵ) impliquant la chimie des nitrènes. La première partie décrit la valorisation des sous-produits des réactifs d'iode hypervalent comme des briques moléculaires dans des séquences Amination/Couplage croisé. Le réactif d'iode hypervalent joue alors le rôle d'oxydant pour la génération d'un nitrène, du substrat pour l'amination C(sp³)-H et de partenaire de couplage pour les réactions palladocatalysées. La seconde partie concerne le développement d'une nouvelle source de nitrène : les carbamimidates dont la structure est inspirée des précédents travaux sur les carbamates et les sulfonimidamides. La préparation de ces nouveaux réactifs ainsi que leur utilisation dans des réactions intramoléculaires est présentée. La troisième partie du manuscrit vise à combiner la chimie des nitrènes et le domaine de la catalyse hétérogène, dans le but d'obtenir un catalyseur pour l'amination C(sp³)-H immobilisé sur une matrice solide. La synthèse d'un catalyseur hétérogène et son utilisation en réaction d'amination est décrite. La quatrième partie montre les résultats obtenus lors de l'étude DFT du mécanisme d'arylation intramoléculaire de glyosides catalysée au Palladium. / This thesis describes the development of Rhodium(ᴵᴵ) catalyzed C(sp³)-H amination reactions with nitrenes. A first part will describe the recycling of hypervalent iodine reagents by-products as building-blocks in Amination/Cross Coupling sequences. The hypervalent iodine reagent is used as an oxidant to generate nitrene, a substrate for C(sp³)-H amination and a building block for palladium-catalyzed cross coupling reactions. A second part is centered on the development of a new nitrene precursor: carbamimidate, which structure is inspired from previous work on both carbamates and sulfonimidamides. Their preparation and use in intramolecular reactions will be presented. A third part of this work aim to combine the nitrene chemistry and the heterogeneous catalysis field to obtain an immobilized catalyst for C(sp³)-H amination. The preparation of the heterogeneous catalyst and its use in amination reactions is described. A last part will show the results obtained from mechanistic insights by DFT about palladium-catalyzed intramolecular arylation of glycosides.

We describe an iron-catalyzed asymmetric oxidative C−C coupling of diarylamines which proceeds at room temperature with air as final oxidant. Using hexadecafluorophthalocyanine-iron(II) as catalyst in the presence of catalytic amounts of an axially chiral biaryl phosphoric acid, the resulting chiral 2,2′-diamino-1,1′-biaryls are obtained in up to 90 % ee as confirmed by chiral HPLC. A detailed mechanism has been proposed with a radical cation-chiral phosphate ion pair as key intermediate leading to the observed asymmetric induction.