Le but de cette thèse a été de trouver de nouveaux systèmes catalytiques pour l'oxydation de la lignine. Dans ce but, deux stratégies ont été abordées : une méthodologie directe, où différents systèmes catalytiques à base de sels métalliques et de peroxydes d'hydrogène ont été testés. Dans ce cas, le système Na2WO4,2H2O/H2O2 s'est avéré le plus efficace en dépolymérisant la lignine avec des rendements modérés. Une méthodologie indirecte via l'utilisation de molécules modèles de la lignine. Dans ce cas, des catalyseurs plus complexes ont été évalués notamment le Fe(TAML)Li. Ce dernier en combinaison avec le DAIB comme oxydant a montré une activité intéressante avec les molécules modèles, mais décevante avec la lignine. Enfin cette thèse a permis d'évaluer l'activité du Fe(TAML)Li dans l'oxydation d'alcools et d'alcane benzyliques / The goal of the thesis was to find new catalytic systems for lignin oxidation. Two strategies were chosen to reach this objective: a direct methodology, which implied the test of different catalytic systems based on metal salts and hydrogen peroxide. In that case the system Na2WO4,2H2O/H2O2 permitted to obtain the best results, with moderate depolymerization yields. An indirect methodology through the use of lignin model compounds. In that case, more complex catalysts were tested. The system Fe(TAML)Li/DAIB implied the best results with model compounds, but quite disappointing with lignin. Finally, the thesis have permitted to evaluate the activity of Fe(TAML)Li for the oxidation of alcohols and benzylic alkanes

La chimie du fluor suscite un intérêt croissant de la part des chimistes organiciens de par son exploitation industrielle dans les domaines pharmaceutique et agrochimique. Ainsi, depuis plusieurs années, de nouvelles méthodes permettant d'introduire de manière efficace et sélective des groupements fluorés - et plus particulièrement des fluoroalkyles - sur des molécules cibles sont activement recherchées. Les hydrazones sont des molécules largement utilisées en synthèse organique, notamment comme précurseurs de nombreux composés très recherchés par les industries pharmaceutiques ou agrochimiques, incluant les amines primaires et les hétérocycles azotés tels que les pyrazoles et les indoles. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la fluoroalkylation des hydrazones. Les premières études ont visé la trifluorométhylation cupro-catalysée d'hydrazones d'aldéhydes et de cétones, lesquelles ont conduit respectivement à la formation d'hydrazones trifluorométhylées et de diimides alpha-trifluorométhylés. Par la suite, cette transformation a été entendue à la béta-trifluorométhylation régiosélective d'hydrazones alpha,béta-insaturées. Enfin, nous nous sommes intéressés au développement de réactions de difluoroalkylation d'hydrazones d'aldéhydes catalysées par le palladium ou le cuivre. Les divers composés obtenus lors de ces études se sont avérés être d'excellents précurseurs de cétones et d'indoles trifluorométhylés, d'alpha,alpha-difluoro-béta-cétoesters, ou encore d'alpha,alpha-difluorocétones / Fluorine chemistry is attracting the growing interest of organic chemists due to its industrial exploitation in the pharmaceutical and agrochemical fields. Thus, new methods for the effective and selective introduction of fluorinated groups – and particularly fluoroalkyls - on target molecules have been sought in recent years. Hydrazones are widely used reagents in organic synthesis, notably as precursors of many compounds pursued by the pharmaceutical or agrochemical industries, including primary amines and nitrogen heterocycles such as pyrazoles and indoles. This thesis work focused on the fluoroalkylation of hydrazones. The first studies have been directed toward the copper-catalyzed trifluoromethylation of aldehyde- and ketone-derived hydrazones, which led to the formation of trifluoromethylated hydrazones and alpha-trifluoromethylated azenes, respectively. Subsequently, this transformation was extended to the regioselective beta-trifluoromethylation of alpha,beta-unsaturated hydrazones. Finally, our interest focused on the development of difluoroalkylation reactions of aldehyde-derived hydrazones under palladium or copper catalysis. The various compounds obtained in these investigations have proven to be valuable precursors of trifluoromethylated ketones and indoles, alpha, alpha-difluoro-beta-ketoesters, as well as alpha,alpha-difluoroketones

Analogues structuraux des porphyrines et des Salens, des ligands de type dipyrrométhène bis-phénol ont été étudiés dans notre groupe, notamment sous forme de complexes pour la catalyse d'oxydation. L'activité catalytique de ces complexes étant faible, il a été proposé de remplacer les phénols par des triazoles. L'objet de cette thèse était d'étudier et de valoriser une nouvelle famille de ligands dipyrrométhène bis-triazole.Plusieurs voies de synthèse ont d'abord été étudiées et optimisées pour accéder à ces nouveaux ligands. Nous nous sommes attachés ensuite à valoriser ces nouveaux ligands selon plusieurs axes.Un de ces ligands a été testé en reconnaissance d'anions, ainsi que les dérivés monotriazolium et bis-triazolium. Les triazoliums ont également permis l'accès à des métallocomplexes carbéniques, qui ont été étudiés.Par ailleurs, les métallocomplexes des dipyrrométhène bis-triazole ont été préparés et caractérisés, y compris par électrochimie. Des essais d'utilisation en oxydation ont été entrepris. Enfin, la synthèse de BODIPYs® liposolubles et hydrosolubles a été réalisée. Les propriétés optiques ont été mesurées puis ces dérivés fluorescents ont été testés pour le marquage fluorescent de cellules HeLa / Known as structural analogues of porphyrins and Salens, dipyrromethene bis-phenol-type ligands have been studied in our group, especially as complexes for oxidation catalysis. Due to the poor catalytic activity of these complexes, it has been proposed to replace the phenol moieties with triazoles. The purpose of this thesis was to study and develop a new family of dipyrromethene bis-triazole ligands.Several synthetic routes were first investigated and optimized to reach these new ligands. We then have endeavoured to add value to these new ligands along several lines.The ligand has been tested in anion recognition, as well as monotriazolium and bis-triazolium derivatives. The triazoliums also allowed access to carbene metallocomplexes that were studied.Furthermore, dipyrromethene bis-triazole metallocomplexes were prepared and characterized, notably by electrochemistry. Oxidation catalysis tests were undertaken.Finally, the synthesis of liposoluble and hydrosoluble BODIPYs® was performed. Their optical properties were measured and these fluorescent derivatives were tested for the fluorescent labeling of HeLa cells

Le BINOL est un inducteur chiral largement utilisé dans les réactions asymétriques. Le travail de ce mémoire porte sur la synthèse d'un nouveau dérivé du BINOL, porteur de groupements triflyles (CF3SO2) fortement électroattracteurs et présente ses premières applications en catalyse asymétrique.<br />La première partie constitue une mise au point bibliographique sur le BINOL et ses dérivés substitués par des groupements électroattracteurs en position 3,3' et/ou 6,6'. Ces derniers ont montré que la présence de ce type de groupements induit de fortes augmentations de stéréosélectivité et s'est révélée bénéfique pour le turnover.<br />La deuxième partie présente la synthèse et la caractérisation du nouveau (R)-6,6'–bis(trifluorométhanesulfonyl)-1,1'-bi-2-naphtol. Au regard de la difficulté de la trifluorométhanesulfonylation aromatique, cette synthèse a nécessité de nombreuses tentatives que nous citons avant de détailler la voie de synthèse originale de ce ligand que nous avons mise au point.<br />La troisième partie décrit les premières applications du (R)-6,6'-Tf2BINOL en catalyse asymétrique. Les résultats que nous avons obtenus indiquent clairement que ce ligand, complexé à des métaux oxophiles tels que le zirconium ou le titane, conduit à des catalyseurs organométalliques très actifs.<br />Lors de la caractérisation et des essais de cristallisation du complexe du zirconium, nous avons isolé un produit dont la structure correspond à un cluster organométallique. Ce dernier s'est avéré stable à l'air et plus performant dans la catalyse de la réaction type-Mannich que le complexe préparé in situ.

Un nouveau système catalytique d'oxydation aérobie sélective de composés benzyliques a été développé. Ce système efficace fonctionne en présence d'oxygène moléculaire dans des conditions douces et utilise le N-hydroxy-3,4,5,6-tétraphénylphtalimide (NHTPPI) comme catalyseur, associé au chlorure cuivreux. Lors de cette étude, l'optimisation des conditions réactionnelles a permis de réduire la quantité de catalyseur de 10 à 1%. Ces résultats, ainsi que la miniaturisation des essais ont permis d'aborder la version asymétrique de ces oxydations.<br />Pour mettre en œuvre l'oxydation énantiosélective de substrats organiques, une synthèse modulable d'organocatalyseurs à symétrie C2, analogues du NHPI, a été réalisée. Certains de ces organocatalyseurs portant des fonctions carbamates ont montré de bonnes activités catalytiques lors de l'oxydation de nombreux substrats et surtout une très bonne sélectivité dans le dédoublement cinétique d'oxazolidines où des facteurs de stéréosélectivté de l'ordre de 40 ont pu être obtenus. Ces résultats, très intéressants, ouvrent la voie au développement d'une nouvelle méthodologie d'oxydation énantiosélective de substrats organiques.

Les gouvernements et l'opinion publique ont maintenant nettement pris conscience de l'absolue nécessité d'utiliser plus rationnellement et parcimonieusement les énergies fossiles, et plus particulièrement les carburants commerciaux. On distingue deux aspects essentiels à cette problématique : l'aspect écologique avec la nécessité de proposer des carburants plus ‘propres' (au travers notamment du couple interdépendant désulfuration/déazotation), et l'aspect énergétique avec la nécessité d'économiser au maximum les carburants fossiles tout en développant l'utilisation de nouvelles sources d'énergie alternatives, ce deuxième aspect étant aussi étroitement lié à la nécessité de diminuer les émissions de CO2 afin d'enrayer l'effet de serre.<br />Dans ce contexte, les travaux de recherche effectués en France et au Japon présentés dans cet exposé portent essentiellement sur l'amélioration des procédés de désulfuration/déazotation des coupes pétrolières. En outre, des travaux de recherche plus récemment entamés constituent une ouverture vers le développement des nouvelles technologies en rapport avec l'utilisation de l'hydrogène comme nouveau vecteur d'énergie du 21ème siècle.<br /><br />De nouvelles techniques de caractérisation in situ des phases actives ont été mises au point afin d'avoir une meilleure connaissance des modes de fonctionnement des catalyseurs d'hydrotraitement, ce qui a permis de mieux cibler les stratégies à mettre en œuvre pour leur amélioration. Les catalyseurs d'hydrotraitement ont été améliorés grâce à l'utilisation de nouveaux supports pour les phases actives conventionnelles à base de MoS2. De plus, les performances de nouvelles phases actives à base de métaux nobles ont aussi été évaluées. Enfin, de nouvelles technologies de purification de ces coupes pétrolières à basse consommation d'énergie ont été développées, i) la biodéazotation à l'aide d'une nouvelle bactérie, et ii) l'oxy-désulfuration/oxy-déazotation, lesquelles se sont montrées particulièrement efficaces.<br /><br />Par ailleurs pour répondre à la demande croissante d'hydrogène tout en valorisant des déchets particulièrement réfractaires aux procédés de recyclage, un procédé de production d'hydrogène par réformage à la vapeur de déchets de PVC est en cours d'élaboration. Parallèlement, nous tentons actuellement de comprendre le mode de stockage/déstockage de l'hydrogène dans les oxydes mixtes (technologie propre au LCL) à l'aide de diverses techniques de caractérisations physico-chimiques.

Dans ma carrière, j'ai eu la chance et le privilège de m'attaquer à des problématiques scientifiques très variées, qui peuvent être ressemblées par le concept fédérateur de l'application de méthodes d'analyses physico-chimiques pour la compréhension de la structure et de la réactivité d'un matériau inorganique. Parmi les techniques d'analyse que j'ai utilisées, une place d'honneur doit sûrement être attribuée à la spectroscopie Mössbauer, qui a été la technique principale d'analyse de ma thèse et qui a continué jusqu'aujourd'hui, à travers différentes collaborations, à faire partie de mes intérêts. Les types principaux de matériaux étudiés sont les suivants :<br /><br />1. Matériaux d'intérêt historique<br />En parallèle avec mes études de thèse, je me suis intéressé à la caractérisation de trois classes de matériaux inorganiques d'intérêt historique : des céramiques archéologiques, des faïences et des verres rouge rubis à l'or.<br /> Dans le cas des céramiques archéologiques, ce travail à permis de mieux comprendre les propriétés de certaines céramiques anciennes et de reconstruire leur méthode de fabrication. Ces informations sont fondamentales pour les archéologues pour étudier le degré d'avancement et les connaissances de civilisations anciennes.<br /> Dans le cas des verres rouge rubis à l'or, notre travail a permis de clarifier quel est l'état chimique de l'or dans le verre avant l'apparition de la coloration rouge, et de mieux comprendre le rôle chimique d'adjuvants tels que l'oxyde d'étain ou d'antimoine, connus pour influencer la vitesse d'apparition de la couleur et la teinte finale du verre.<br /> Enfin, dans l'étude des faïences, nous avons pu, par le biais de répliques obtenues en suivant des recettes anciennes, clarifier les évènements chimiques lors de l'obtention d'un émail blanc à base d'oxyde d'étain. Ces connaissances nous ont permis par la suite d'étudier convenablement des faïences anciennes.<br /><br />2. Matériaux d'intérêt catalytique<br />A partir de mes études de thèse, en participant à des collaborations scientifiques avec différents groupes de recherche, j'ai pu contribuer au développement de plusieurs types de catalyseurs : la majorité de ces matériaux consistait en des catalyseurs à base de métaux supportés, et ma contribution était surtout liée à leur caractérisation structurale, souvent réalisée in situ. Dans certains cas, toutefois, j'ai participé aussi au développement de nouvelles méthodes de synthèse (entre autres, la mise au point d'un système de préparation de catalyseurs bimétalliques modèles par vaporisation laser et la préparation de catalyseurs bimétalliques par dépôt de clusters bimétalliques préformés) et, dans un cas, à l'étude d'activité catalytique des matériaux synthétisés (étude cinétique en hydrogénation du toluène et en hydrogénation de la tétraline en présence du soufre des catalyseurs Pd-Pt/Al2O3 préparés par vaporisation laser.)<br /><br />3. Surfaces et interfaces<br />Mon initiation aux surfaces et aux interfaces a débuté déjà pendant ma thèse, avec deux études : la première portait sur l'étude de nanoparticules d'or englobées dans une matrice de mylar, n'interagissant pas avec cette dernière ; la deuxième concernait l'adsorption d'un complexe d'or monovalent avec la thio-urée dans la porosité de solides différents. Dans le premier cas, nous avons pu détailler les propriétés électroniques de la surface nue des nanoparticules d'or, alors que dans la deuxième étude nous avons montré que ce complexe peut être utilisé, en combinaison avec la spectroscopie Mössbauer de 197Au, comme sonde pour étudier la force des liaisons hydrogène avec des surfaces de nature différente.<br /> Ensuite, en intégrant le groupe du Prof. J.-F. Lambert au Laboratoire de Réactivité de Surface, j'ai pu affiner mes connaissances sur la chimie aux interfaces, en suivant trois axes thématiques de recherche : la première thématique est le dépôt en phase vapeur de complexes de métaux de transition comme méthode alternative dans la préparation d'un catalyseur. Dans ce cadre, nous avons pu mettre en évidence, au niveau moléculaire, le mécanisme d'interaction entre un complexe de nickel et une surface d'oxyde, sans la médiation d'un solvant.<br /> La deuxième thématique concernait la préparation d'argiles à pilier ferriques en utilisant une approche originale, le pontage par l'intercalation de polycations de structure précisément définie stabilisés par un agent complexant organique. Dans ce cadre, nous avons pu détailler au niveau moléculaire l'adsorption d'un polycation ferrique (Fe8-tacn) entre les feuillets d'une saponite naturelle.<br /> La dernière parmi ces trois thématiques, résumée dans le paragraphe suivant, est devenue maintenant le sujet porteur de ma recherche actuelle et qui sera développé dans le futur.<br /><br />4. L'interface entre matériau inorganique et petites molécules biologiques<br />L'étude systématique de l'adsorption d'acides aminés et d'oligopeptides sur des surfaces peut avoir une grande importance fondamentale et pratique dans plusieurs domaines, tels que la chimie prébiotique, la synthèse de polypeptides à l'état solide, en chromatographie et dans la fabrication de matériaux hybrides organiques/inorganiques. De plus, l'étude de l'adsorption de polypeptides peut fournir des modèles pour l'étude de l'adsorption de protéines (polypeptides de masse moléculaire élevée), ce qui est en effet un problème de grande importance appliquée.<br /> Dans ce cadre, nous avons entrepris une étude systématique de l'adsorption d'acides aminés et oligopeptides sur des surfaces d'oxyde, mettant l'accent sur la compréhension moléculaire des phénomènes impliqués. Du point de vue méthodologique, nous avons décidé de coupler deux approches complémentaires : une approche expérimentale, en utilisant toute une batterie de techniques physico-chimiques disponibles au LRS, et une approche théorique, qui nous a permis de modéliser les sites d'adsorption, et de les valider en comparant les paramètres spectroscopiques calculés avec les résultats expérimentaux.<br /> Cette stratégie, novatrice par rapport aux études précédentes sur ce sujet, nous a fourni un modèle moléculaire précis de la glycine adsorbée et de son interaction avec un site d'adsorption spécifique en surface de la silice.<br /> Nous comptons maintenant faire évoluer ce sujet en envisageant une étude intégrée et systématique de l'adsorption de molécules biologiques selon trois axes de complexité indépendants (complexité des surfaces, complexité du milieu et complexité des adsorbats), tout en mettant l'accent sur la compréhension moléculaire des phénomènes impliqués.

Ce manuscrit présente le développement de réactions de cyclisation de diènes ou d'énynes 1,6 catalysées par des complexes de métaux de transition en milieu organoaqueux et leur application à la synthèse de lignanes. L'utilisation d'une monophosphine trisulfonée (TPPTS) a permis l'étude de deux réactions illustrant le principe d'économie d'atomes. La réaction de métallo-ène a été réalisée en présence de Ni(cod)2/TPPTS pour conduire efficacement à des diènes cycliques. Des réactions d'hydroxy- et de méthoxycyclisation ont été réalisées avec deux systèmes catalytiques complémentaires: PdCl2/TPPTS et PtCl2/TPPTS. Des études mécanistiques basées sur des expériences de deutération ont été conduites. Un nouveau système catalytique a été mis au point: l'utilisation du platine en association avec une monophosphine atropoisomère (Ph-BINEPINE) et des sels d'argent a permis le développement d'une version énantiosélective des réactions d'hydroxy- et de méthoxycyclisation. Les excès énantiomériques obtenus peuvent atteindre 85%. En outre, la réaction d'hydroxycyclisation en présence de palladium a été utilisée avec succès pour conduire au squelette aryltétraline, précurseur de la podophyllotoxine.

Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés au dédoublement cinétique dynamique (DCD) par hydrogénation asymétrique catalysée par des complexes chiraux du ruthénium (II), de divers ß-céto-esters -substitués. Une voie d'accès aux -amino-ß-hydroxy-esters de stéréochimie anti a été développée, basée sur le DCD à l'aide du catalyseur [Ru(SYNPHOS)Br2], de ß-céto-esters -fonctionnalisés sous forme de chlorures d'ammonium. Cette stratégie a également été utilisée aec succès dans la synthèse totale du Diltiazem et de la chaîne latérale du Taxotère, pour préparer avec une excellente diastéréo- et énantiosélectivité, les intermédiaires clés: des -chloro-ß-hydroxy-esters de configuration anti. En outre, lors de la synthèse de la Dolastatine 10 et ses analogues, le DCD efficace d'un -amino-ß-céto--méthyl-ester dérivé de la (S)-proline a été réalisé avec succès, mettant en évidence le rôle crucial joué par le groupe protecteur de l'amine sur la diastéréosélectivité de la réaction d'hydrogénation.

Depuis le début des années 1990, l'hétéroannélation de Larock est apparue comme une méthode de choix pour obtenir, en une seule étape, des indoles 2,3-disubstitués. Cependant, bien qu'efficace, certains inconvénients restaient associés à cette stratégie comme l'utilisation d'un système catalytique homogène associé à l'emploi de sels. Pour cette raison, nous avons développé une nouvelle méthodologie sans sels ou additifs par catalyse hétérogène. Différents catalyseurs commerciaux ou faciles d'accès (Pd/C ou [Pd]/NaY) ainsi que de nouveaux complexes au palladium immobilisés sur SBA-15 ont été testés. De façon surprenante, ces nouvelles conditions ont permis une activation de 2-bromoanilines et ce, sans l'emploi d'additifs. Une autre méthode d'obtention de ces hétérocycles a émergé ces dernières années et se pose comme une alternative aux couplages traditionnels : l'arylation d'indoles. Malgré de nombreuses améliorations, aucun travail ne décrivait une procédure permettant une arylation complémentaire C2 ou C3 d'indoles libres avec un système catalytique unique. Nous avons développé un tel système, basé sur une pallado-catalyse dans l'eau. Cette stratégie permet d'atteindre des sélectivités C2/C3 ou C3/C2 élevées avec de bons rendements isolés par un simple contrôle du couple {base/halogénure d'aryle}.Enfin, dans le cadre de nos travaux visant la synthèse par catalyse hétérogène de produits à haute valeur ajoutée, nous avons initié des études sur l'obtention de pyrroloiminoquinones. La méthode consistant en une catalyse hétérogène monotope en seulement deux grandes étapes devrait permettre un accès rapide à de nombreux dérivés bioactifs isolés d'organismes marins.