Dans ce mémoire, deux projets de recherche bien distincts seront présentés. La première moitié du document sera consacrée à l’étude de la formation d’indoles via un intermédiaire diaziridine alors que la deuxième moitié portera sur la synthèse de ligands carbène N-hétérocycliques anioniques obtenus à partir d’ylures de N-sulfonyliminoimidazolium. Le premier chapitre portera sur la synthèse d’indoles et sera divisé en quatre sections : l’introduction, les précédents effectués au laboratoire, le développement de la méthodologie et la conclusion. L’introduction présentera les différents concepts théoriques et précédents de la littérature permettant de comprendre l’origine et l’intérêt du projet. La deuxième section, quant à elle, exposera les premiers résultats obtenus au laboratoire par Julie Prévost, alors que la troisième section présentera les différentes approches employées au courant de ma maitrise. Finalement, ce chapitre se terminera par une conclusion résumant le projet et expliquant l’abandon de celui-ci. Le second chapitre portera sur la synthèse d’une nouvelle famille de ligands N-hétérocycliques anioniques et sera divisé en cinq sections : l’introduction, les précédents reliés au projet, la synthèse des ylures, la synthèse des complexes d’argent et les projets futurs. Encore une fois, l’introduction présentera les différents concepts théoriques et précédents de la littérature permettant de comprendre l’origine et l’intérêt du projet. La seconde section portera sur les premiers travaux effectués par Claude Legault et Hannah Guernon durant sa maitrise. La troisième section présentera la synthèse en trois étapes des différentes familles d’ylures développées, alors que la quatrième section présentera la formation des différents complexes d’argent ainsi que leurs propriétés. Ce chapitre se terminera avec la présentation des différentes applications possibles de ces nouveaux complexes d’argent et présentera les travaux futurs restants à faire.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les réactions de couplage métallocatalysées mises en avant par l'attribution du Prix Nobel de Chimie 2010 permettent la création de liaison C-C impossible par les réactions de type SN1 ou SN2. Or, les composés auxquels elles donnent accès sont très utilisés dans le domaine pharmaceutique, agrochimique ou encore dans celui de la chimie supramoléculaire. Si les réactions sont efficaces, les agents de couplages sont souvent peu accessibles et/ou peu éco(nomique/logique)-compatibles. Les triarylbismuthines lèvent en partie ces limitations, car tous les atomes de ces organométalliques participent aux processus et ces composés sont considérés comme non toxiques mais les réactions engageant ce type d'organométalliques souffrent de leur dimérisation. Afin de lever cette limitation, nous avons développé un système catalytique plus " vert" utilisant le PEPPSI comme pré-catalyseur sur une réaction test. Ces nouvelles conditions donnent généralement d'excellents rendements en série biarylique comme hétérobiarylique. La gamme des substituants sur le dérivé halogéné est très étendue mais plus limitée sur la bismuthine. Ce système catalytique a ensuite été utilisé sans modification dans les réactions domino d'élimination/couplage. Une étude cinétique comparative par GC/MS et RMN 13C a permis de montrer qu'une élimination d'ordre 2 avait lieu avant le couplage. De plus il y a un effet coopératif entre les ions fluorures et la bismuthine : celle-ci joue donc un double rôle : agent organométallique doux de couplage et base. L'ambiguïté mécanistique ainsi levée, il a été permis d'envisager une chimiosélectivité en fonction des divers états d'hybridation du carbone portant le brome au moment du couplage. Plusieurs méthodes d'accès à des molécules de structures Ar-Ar-C C-Ar à géométries variables peuvent être obtenues rapidement. Le système catalytique a également permet l'activation de liaison C-Br de bromocoumarines. Ainsi, il est possible de réaliser le couplage sur les positions 3-, 4- et 6-. L'ordre de réactivité a été déterminé ce qui a permis de réaliser des monocouplages parfaitement sélectifs sur les 3,4- ou 3,6- dibromocoumarines, dont les applications biologiques suscitent un grand intérêt. Le nouveau système catalytique a donc éliminé le problème de dimérisation des triarylbismuthines et donne potentiellement accès à des molécules intéressantes pour leurs propriétés physiques ou biologiques / Metallocatalysed crosscoupling reactions have been highlighted by the attribution of the 2010 Nobel Chemistry Price since they allow CC bond formation when classical SN1 or SN2 do not permit it. Furthermore, they give access to many pharmaceutics and agronomic compounds but also molecules used for their supramolecular properties. Nowadays, reactions are really efficient but reactants are not always readily accessible and can't be classified as green reagents. Since all its atoms act over the catalytic process and because they are not considered as toxic so far, triarylbismuthines may be a good alternative to circumvent the limitation described above. However, they suffer a main drawback, their reductive dimerisation. In order to avoid this side-reaction, a new greenest process has been developed on a benchmark reaction based on PEPPSI, an NHC/Pd catalyst. These conditions gave usually excellent yields, either for the biaryle or heterobiaryle crosscoupling reaction. The range of substituents is really wide on the aryle halide moiety but slightly more limited on the triarylbismuthine reagents. Then, this catalytic process has been applied without modification to an elimination/crosscoupling domino reaction. A GC/MS and 13C NMR supported comparative kinetic study showed that a 2nd order elimination take place before the C-C bond formation. Fluoride anion and triarylbismuthine act together. Therefore triarylbismuthine play a dual role: base and aryl transfer reagent. This mechanism study led to chimioselective reactions that allow many paths for the synthesis of Ar-Ar-C C-Ar containing compounds with a good control on geometry of this highly conjugated structure. This catalytic process allows also bromocoumarine C-Br bond activation. Thus, crosscoupling may be selectively performed at the 3-, 4- or 6- position of coumarines. The reactivity order difference of these positions even allow hightly selective mono crosscoupling reaction on 3,4- or 3,6-dibromocoumarines for further biological application. To conclude, our PEPPSI based greenest process avoid the dimerisation of bismuthines and give easy access to many compounds of great interest either for their biological or physical properties

Les avancées dans la recherche de complexes doués de grandes activités catalytiques ont conduit à l'utilisation intensive des carbènes N-hétérocycliques (NHCs). Depuis une quinzaine d'années cette classe de ligands a fait ses preuves en donnant accès à des complexes d'une grande<br />stabilité et très actif en comparaison à d'autres ligands.<br />Les récents travaux sur la synthèse de ligands bidentes comportant un NHC et un groupement azoté coordonnant, puis de complexes de palladium, rhodium et iridium très actifs en catalyse, nous ont orientés vers la préparation de ligands analogues avec des hétéroatomes différents.<br /><br />Dans cette thématique nouvellement développée au sein de notre équipe, nous avons mis au point deux méthodes de synthèse originales donnant accès à de nouveaux précurseurs de carbènes N-hétérocycliques, composés d'un groupement imidazolium et d'un second groupement<br />coordonnant qui sera soit une phosphine, soit un thioéther.<br /><br />L'étude de ces ligands a permis de développer une chimie de coordination riche avec Ni, Pd, Rh, Ru et Ir. Ainsi, quatre modes de coordination ont été mis en évidence : soit une monocoordination de l'hétéroatome ou du NHC, soit une double coordination de l'hétéroatome et du carbène Nhétérocylique selon des modes dit « normal » ou « anormal ». Nos études ont montré que le mode de coordination adopté par les ligands dépendait des conditions expérimentales, de la réactivité du métal et de son affinité pour l'hétéroatome. <br /><br />L'obtention de tels complexes a permis d'effectuer quelques tests préliminaires en hydrosilylation et hydrogénation avec le rhodium(I). Une étude approfondie de la réaction de couplage d'un organomagnésien et d'un halogénure d'aryle (réaction de Kumada-Corriu-Tamao) a été menée avec les complexes du nickel(II).

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les travaux de recherches présentés dans ce mémoire portent sur le développement de nouveaux ligands carbènes N -hétérocycliques anioniques et de leurs complexes organométalliques. Cette nouvelle famille de ligands, basée sur les ylures de N -iminoimidazolium, sont simples à synthétiser, faciles à purifier et forment des complexes stables et dotés de propriétés électroniques et dynamiques très intéressantes. Le premier chapitre porte sur la synthèse des ylures, ou proligands. Cette synthèse comprend trois grandes étapes, soit la formation des imidazoles N -substitués, suivie de l'amination de ces imidazoles pour finir avec l'addition de différents électrophiles, où il y a également la formation de l'ylure. Au total, c'est la synthèse de 16 ylures qui est présentée, regroupant des composés aux propriétés électroniques et d'encombrements stériques variés. Le second chapitre porte, quant à lui, sur la synthèse des complexes organométalliques. La synthèse des complexes d'argent, par métallation avec différentes sources d'argent, est détaillée. Par la suite, la synthèse de différents complexes de rhodium, de nickel et de cuivre, par transmétallation, est décrite. Au total, la synthèse de 16 complexes organométalliques est présentée incluant une analyse des structures de 9 complexes par diffraction de rayons X. Le dernier chapitre porte sur l'étude des propriétés des différents complexes. Dans un premier temps, l'effet a-donneur des ligands est analysé à travers les fréquences infrarouge de ligands carbonyles, à partir de complexes de rhodium. Par la suite, la labilité des ligands et la nature dynamique des complexes en solution est détaillée. Cette propriété dynamique a également été appliquée à des essais d'auto-assemblage à partir d'un diylure. Puis finalement, la réactivité des complexes d'argent a été analysée à travers leurs comportements face à un agent oxydant tel que l'iode, de même qu'à travers leur application en catalyse de cycloaddition (3+2) d'ylure d'azométhine.

Ces dernières années, les analogues nucléosidiques ont eu un rôle majeur dans le traitement de maladies virales infectieuses tels le SIDA, les hépatites, l'herpès, la variole ou la grippe. Cependant, l'apparition de nouveaux virus ou de mutations virales ont renforcé la nécessité de développer des antiviraux plus efficaces et plus résistants. L'intensive recherche de dérivés nucléosidiques cliniquement actifs a permis l'émergence d'une multitude de nouvelles approches pour leurs synthèses. Parmi ce panel, les réactions catalysées par des métaux de transition tardifs font certainement partie des méthodes les plus importantes pour accéder à une large gamme de pharmacomodulations. Lors de ce projet de recherche, nous nous sommes intéressés à la conception, la synthèse et la découverte de nouveaux dérivés nucléosidiques en tant qu'antiviraux contre le virus de la variole. Pour ce faire, nous avons ciblé des 1,2,3-triazolo-carbanucléosides en série racémique ou énantiosélective ainsi que des nucléosides phosphonates acycliques. Dans un effort de développement et/ou d'amélioration de leurs méthodes de synthèse, nous avons également étudié la contribution de complexes au ruthénium et au cuivre contenant un carbène Nhétérocyclique (CNH) dans des réactions de métathèse croisée et de cycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen. Enfin, en vue d'obtenir des outils efficaces utilisables en synthèse nucléosidique, nous avons développés des nouveaux complexes au palladium portant un ligand CNH et testé leurs réactivités dans des réactions de Narylation de Buchwald-Hartwig et d'hydrogénation d'oléfines.

L'objectif de cette thèse a été de mettre au point l'introduction d'azoles en meso d'une porphyrine par couplage d'Ullmann; Divers azoles ont pu être introduit par cette méthode avec de bons rendements, par formation d'une liaison carbone-azote. il a même été possible avec certains azotes de réaliser des doubles couplages d'Ullmann, conduisant ainsi à des 5.15-diazolyle-porphyrines. De plus, ces même conditions réactionnelles ont été utilisées pour introduire un ou deux dérivés donneurs d'électrons (carbazole, phénoxazine, phénothiazine). L'introduction d'imidazole, de triazole et de benzimidazole en meso a permis, après alkylation, d'obtenir des précurseurs de carbènes N-hétérocycles (NHC). La coordination de deux équivalents de NHC sur un sel de palladium conduit à un dimère de porphyrines via coordination exocyclique. La géométrie de coordination trans-anti autour du palladium a été confirmée par l'obtention de la structure radiocristallographique de deux complexes. Les études par électrochimie de ces complexes ont révélé une communication interporphyrinique à l'état fondamental, mise en évidence par une succession de quatre vagues monoélectroniques en oxydation.

Les nanomatériaux ont beaucoup captivé l'attention pour leur propriétés uniques, fortement associées à leurs dimensions nanoscopiques. En particulier, les nanoparticules (NP) à base de métaux nobles (Au, Ag) présentent des propriétés mécaniques, électroniques, optiques et magnétiques particulières intéressantes pour le développement d'applications dans de nombreux domaines à fort impact sociétal. En raison de leur stabilité élevée par rapport aux autres nano- particules métalliques, les nanoparticules d'or ont été abondamment explorées pour les nanotechnologies. Ces dernières décennies, les NHC ont émergé en tant que classe essentielle de ligands neutres en chimie organométallique. Les NHC sont caractérisés par leur flexibilité synthétique élevée, leur géométrie spécifique, et une liaison métal–Ccarbène très forte dans les complexes métalliques. Toutes ces propriétés ont été largement étudiées et exploitées pour les applications en catalyse homogène et pour le développement de complexes biologiquement actifs. Par comparaison, l'utilisation des NHC dans les matériaux reste largement peu explorée. Dans ce travail, le potentiel de ligands NHC dans le domaine des nanomatériaux, comme des agents de revêtement pour le produit nanocristaux de synthèse de l'or (et l'argent), la produit de stabilisation et de l'auto-assemblage dans supracrystals ont été explorés. Tout d'abord, des complexes d'argent et d'or-NHC qui sont bien définies avec différents ligands qui sont connus comme le NHC, sont étudiés pour leur pertinence afin de générer des astable nanocristaux (NCs) dans des conditions réductrices avec un bon contrôle de la taille des nanocristaux. Nous démontrons que le Au et le Ag NCs peuvent tous être formés par la réduction des complexes métal-NHC avec les amine-boranes. L'efficacité du procédé, la taille moyenne et la taille de la répartition des nanocristaux dépendent fortement de la structure du ligand NHC. Cependant, nous démontrons dans cette partie que les différentes voies sont impliqués à générer des nanocristaux par Au ou Ag précurseurs, comme une spécifique réaction observée entre Ag-NHC et thiols conduisant à la formation de thiolates argent alors que le Au-NHC correspondant reste inchangé... / Nanomaterials have received extraordinary attention owing to their unique properties, strongly associated to their nanoscale dimensions. In particular, noble metal (Au, Ag) nanoparticles (NPs) exhibit particular mechanical, electronic, optical and magnetic properties and present a high potential for developing applications in many domains with important societal impacts. Due to their higher stability by comparison with other metal-based nanoparticles, Au NPs have been extensively investigated for research in nanotechnology. In the last decades, N-Heterocyclic carbenes (NHCs) have emerged as an essential class of neutral ligands in organometallic chemistry. NHCs are characterized by their high synthetic flexibility, their specific geometry, and a very strong metalCcarbene bond in metal complexes. All these properties have been widely studied and exploited for applications in homogeneous catalysis and for the development of biologically active complexes. By comparison, the use of NHCs in nanomaterials remains largely unexplored. In this work, the potential of NHC ligands in the field of nanomaterials, as coating agents for gold nanocrystals synthesis, stabilization and self-assembly into supracrystals has been explored. First, well-defined silver and gold–NHC complexes with different well-known NHC ligands are investigated for their relevance to generate stable nanocrystals (NCs) under reductive conditions with a good control of nanocrystals size. We demonstrate that both Au and Ag NCs can be formed by reduction of metal-NHC complexes with amine-boranes. The efficiency of the process and the average size and size distribution of the nanocrystals markedly depends on the structure of the NHC ligand. However, we demonstrate in this part that different pathways are involved to generate nanocrystals from Au or Ag precursors, as a specific reaction is observed between Ag-NHCs and thiols leading to the formation of silver thiolates whereas the corresponding Au-NHCs remain unchanged...

Depuis une dizaine d'années, les carbènes N-hétérocycliques(CNHs) ont prouvé leur efficacité en organocatalyse et comme ligands en catalyse organométallique. Dans ce contexte nous avons souhaité développer deux nouvelles familles decarbènes N hétérocycliques originaux :* La première famille de CNHs étudiée comporte une chiralité planaire apportée par un motif ferrocénique énantiomériquement pur lié directementsur l'hétérocycle imidazolium ou triazolium. Diverses stratégies ont été envisagées et étudiées afin de préparer des précurseurs de CNH à chiralité planaire.Ces travaux ont notamment permis l'obtention d'un selde triazolium énantiopur, dont la structure a étéconfirmée par diffraction des rayons X. Une étude préliminaire a également été amorcée pour la préparation d'un sel d'imidazolium à chiralité planaire.* La deuxième famille de CNHs considérée durant ce travail de thèse est basée sur l'utilisation de structures spirocycliques originales obtenues par une réaction de cyclopropanation de cyanoesters en présence d'un complexe de titane. Ce travail a été consacré à valider l'utilisation de spirooxazolidinones et de spirolactames comme briques élémentaires pour la synthèse de sels de triazolium originaux, ainsi qu'à étudier le dédoublement d'oxazolidinones et delactames racémiques.