Cette thèse porte sur l’étude mécanistique de réactions mettant en jeu des complexes de palladium. Deux systèmes différents sont étudiés, mettant ainsi en évidence des approches mécanistiques à différents niveaux. La première étude réalisée concerne l’addition oxydante de complexes [palladium - ligands azotés] sur des iodoarènes. Une cinétique d’ordre 2 en palladium(0) a été mise en évidence expérimentalement, pour une grande variété de conditions (ligands, solvants, iodoarènes). Un mécanisme coopératif faisant intervenir l’activation de la liaison CI par un complexe de palladium, suivi par l’insertion oxydante d’un deuxième complexe de palladium a été proposé et étudié par DFT. La deuxième étude porte sur formation d’oxazolidine-2,4-diones à partir d’adduits de Passerini, catalysée au palladium. L’objectif est ici de déterminer les intermédiaires mis en jeu dans cette réaction impliquant la formation de 3 nouvelles liaisons sur le squelette carboné. Une double réaction de Tsuji-Trost a été mise en évidence et le rôle particulier de l’allylméthylcarbonate utilisé a été étudié. A la lumière de ces résultats, un cycle catalytique a été proposé. Cette étude montre le potentiel de la compréhension détaillée des phénomènes à l’échelle moléculaire pour imaginer de futurs développements. / In this thesis, the mechanistic study of reactions involving palladium complexes is presented. Two systems have been studied, with different levels of mechanistic investigation. The first study aims at explaining the peculiar behavior of palladium ligated to nitrogen-containing ligands in the oxidative addition on iodoarenes. A second order in palladium(0) reaction rate has been experimentally demonstrated for various conditions (ligand, solvent, iodoarene). A cooperative mechanism involving the pre-activation of the C-I bond by a palladium complex prior to the oxidative insertion itself has been proposed and studied by DFT. In the second study, the palladium-catalyzed formation of oxazolidine-2,4-diones from Passerini adducts is investigated. The goal is to determine the relevant intermediates of the reaction and to explain the formation of the three new bonds. Two Tsuji-Trost reactions occur and the special role of allylmethylcarbonate has been studied. This mechanistic study highlights the potential of thorough understanding of mechanisms at the molecular level to envision further synthetic developments.

Le travail décrit dans ce manuscrit de thèse est consacré à l'utilisation du contre-ion chiral en catalyse asymétrique organométallique. Dans un premier temps, nous avons développé et optimisé une voie de synthèse du phosphate d'argent chiral Ag(S)TRIP de manière à pouvoir obtenir ce dernier avec des rendements reproductibles et de bons degrés de pureté. L'étude de la réactivité d'un complexe Ru/Au original présentant une plateforme organométallique a été entreprise et a montré une différence de réactivité notable de ce dernier comparée à celle de Ph3PAuCl dans le cas particulier des cycloisomérisations de  hydroxyallénynes. L'utilisation du phosphate d'argent Ag(S)TRIP en association avec ce complexe bimétallique a permis d'obtenir un excès énantiomérique prometteur de 25% dans la cycloisomérisation d'un allénol incorporant un lien gem diphényle. Nous avons rapporté le premier exemple de carbocyclisation énantiosélective d'énynes-1,6 métallocatalysée en présence d'un contre-ion chiral grâce au développement d'un système à l'iridium cationique généré in situ à partir du complexe de Vaska. Une étude DFT originale et inédite a permis de mettre en évidence la formation d'une paire d'ions séparée par le substrat et dans laquelle le phosphate établit des liaisons du type liaisons hydrogènes avec l'ényne. Nous avons également rapporté les premiers exemples de cycloadditions [2+2+2] catalysées par des complexes de rhodium cationiques générés in situ en présence du contre-ion chiral Ag(S)TRIP. Ces travaux nous ont permis de justifier pour la première fois l'utilisation originale d'un contre-ion comme inducteur de chiralité dans ces réactions de cycloaddition

Dans le premier chapitre, nous avons synthétisé les premiers phosphino(silyl)carbènes optiquement purs, à partir de la (R,R)- et de la (S,S)-N-N'- ditertiobutyl-1-1,2-éthanediamine. Ces carbènes ont ensuite été impliqués dans des réactions de cyclopropanation asymétriques, conduisant à d'excellents excès diastéréoisomériques, puisque supérieurs à 98%. Préalablement d'autres diamines précurseurs avaient été utilisées, sans succès, démontrant ainsi une fois de plus, l'importance de l'encombrement stérique dans la stabilisation des carbènes singulets. En effet la photolyse du dérivé diazoïque de la trans-N-N'-diisopropylcyclohexane -1,2-diamine ne conduit pas au carbène correspondant mais à un 1,3 -diphosphète, dimère "tête-queue" du carbène attendu. De même la photolyse du dérivé diazoïque de la N-N' -diisopropyl- 1,2 éthanediamine ne conduit pas au carbène correspondant mais à un cycle à 6 chaînons original, correspondant à l'addition d'une molécule de précurseur diazoïque sur le carbène attendu. La réactivité originale de ce phosphino(sylil)diazométhane a d'ailleurs été plus largement étudiée et est présentée dans ce document.<br />Dans le deuxième chapitre, est présentée l'étude de la réactivité des phosphino(amino)carbènes. Ce type de carbènes, découvert récemment au sein de notre laboratoire par Nathalie Merceron-Saffon, est une molécule bi fonctionnelle, présentant une fonction carbénique et une fonction phosphine. Nous avons exploité la réactivité de la paire libre de la phosphine pour réaliser la synthèse de nouveaux phosphonio(amino)carbène par oxydation du phosphore. Une étude sur les propriétés acido-basique de ce carbène a ensuite est menée, ouvrant ainsi une nouvelle voie à la synthèse en une seule étape de dérivés propargyliques par réaction d'un phosphino(amino)carbène avec l'acétone ou l'acétonitrile. Enfin ce carbène a été utilisé comme ligand bidentate du palladium et du nickel. Le complexe de palladium (II) obtenu a alors été testé en catalyse pour la réaction d'amination d'aryle. Les résultats obtenus (90% de conversion en 2h) sont encourageants.<br />Dans le troisième chapitre, nous avons cherché à synthétiser de nouveaux modèles de diphosphinocarbènes cycliques, analogues des NHCs et découverts très récemment au sein de notre laboratoire par David Martin. Dans un premier temps, l'importance cruciale de l'encombrement stérique dans la stabilisation des carbènes singulets a été une nouvelle fois illustrée, puisque la synthèse du diphosphinocarbène présentant un groupement tertiobutyle sur les phosphores s'est révélée impossible, validant ainsi une étude théorique réalisée précédemment par W.W. Schoeller. Dans un deuxième temps, nous avons synthétisé un nouveau modèle de diphosphinocarbène cyclique complexé à GaCl3. Il a été obtenu par déprotonation du diphosphino-carbocation correspondant, synthétisé par piégeage d'un phosphénium par la dimétyl-cyanamide.

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.

Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à la préparation d'esters arylboroniques issus de l'hexylène glycol et porteurs de substituants électroattracteurs. Nous avons d'abord étudié la borylation catalysée au palladium d'halogénures d'aryle pauvres en électrons par MPBH, substitut économique du PinBH. Il s'est avéré que MPBH était moins performant sur ce type de substrats que le PinBH. Nous nous sommes alors tournés vers une borylation par un échange iode/magnésium avec piégeage in situ par le borate MPBOiPr. Cette méthode nous a permis de boryler des iodures d'aryle pauvres en électrons, porteurs de groupes fonctionnels sensibles, de manière propre et sécurisée (pas d'accumulation de magnésien). Elle s'avère applicable à grande échelle (kilogramme). Ces esters arylboroniques ont ensuite été engagés dans des réactions d'addition sur des nitrones, sans succès. Cela nous a amené à développer une nouvelle réaction : l'arylation directe de nitrones cycliques par des halogénures d'aryle. Au cours de l'étude, nous avons démontré l'effet d'accélération de deux additifs introduits en quantité catalytique : un sel de cuivre et l'acide pivalique. Les réactions sont ainsi rapides et propres, et s'appliquent à des iodures, bromures ou chlorures (hétéro)aromatiques très variés. Pour finir, nous avons effectué une étude mécanistique qui nous a permis de proposer deux mécanismes, selon l'additif mis en jeu. / The first part is focused on the preparation of arylboronic esters derived from hexylene glycol, and bearing electron withdrawing substituents. We studied the palladium catalyzed borylation of electron-poor aryl halides with MPBH, an economic substitute for PinBH. MPBH, however, was found less efficient than PinBH. Next, a borylation through iodine/magnesium exchange with in situ trapping by the borate MPBOiPr was developed. This method allowed the borylation of aryl iodides carrying electron withdrawing and sensitive substituents, cleanly and safely (no accumulation of organomagnesium species), and scale up was possible (kilogram scale). Our attempts to use these arylboronic esters in addition reaction onto nitrones were unsuccessful. This led us to develop a new reaction: the direct arylation of cyclic nitrones with aryl halides. The coupling is dramatically accelerated by catalytic amounts of either a copper salt or pivalic acid. The reactions are fast and clean, and various (hetero)aryl iodides, bromides and chlorides can be used. Last, a mechanistic study allowed us to propose a mechanism for each additive.

La recherche de petites molécules bioactives et la quête de diversité moléculaire sont des sources d’inspiration infinies pour les chimistes de synthèse. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse a été de développer de nouvelles voies de synthèse pour accéder aux squelettes de molécules naturelles complexes, et à élaborer une méthodologie de synthèse polyvalente et modulable permettant l’accès à des composés hétéroaromatiques polyazotés. La première partie de ce manuscrit concerne le développement d’une stratégie de synthèse, vers une plateforme de type amincyclopentitol, dont les représentants naturels, la pactamycine et la jogyamycine, présentent un potentiel pharmacologique établi. Ce projet implique l’utilisation de transferts catalytiques de nitrènes dans des réactions d’aziridination et d’amination C-H. La deuxième partie décrit une approche en synthèse totale d’une nouvelle classe de produits naturels, les raputindoles. L’étape clé est une réaction de cycloaddition [3+2] iridocatalysée permettant de préparer des indanes possédant deux centres asymétriques dont la stéréochimie peut être contrôlée. Enfin, la troisième partie relate le développement d’une réaction domino multi-composant, catalysée par le cuivre, pour la synthèse de composés hétéroaromatiques. Les quinazoline-4(3H)-imines, les quinazoline-4-ones et les benzimidazo[1,2-c]quinazolines peuvent être obtenues via l'assemblage d'un cyanamide, d'un acide boronique et d'une amine, promu par un système catalytique unique. / The search for small bioactive molecules and molecular diversity are constant sources of inspiration for organic chemists. In this context, major developments in the design of always more effective, flexible and environment-friendly synthetic methods were described, in particular thanks to organometallic catalysis. Within this context, this Thesis project deals with the development of synthetic approaches towards natural molecules or simplified analogues, and the development of a new methodologies for the synthesis of nitrogen-containing heteroaromatic compounds.The first part of this manuscript concerns the development of a synthetic strategy towards a cyclopentitol platform, found in the natural products pactamycin and jogyamycin which show a great pharmacological potential. This project involves the use of catalytic nitrene transfers within aziridination and C-H amination reactions.The second part of the project describes a total synthesis approach towards a new class of natural products, the raputindoles. The key step is a [3+2] cycloaddition reaction, catalysed by an iridium complex, to prepare indanes possessing two asymmetric centres whose stereochemistry can be controlled. Finally, the third part is devoted to the development of a domino multicomponent reaction, catalysed by copper, for the synthesis of heteroaromatic compounds. Quinazolin-4(3H)-imines, quinazolin-4-ones and benzimidazo[1,2-c]quinazolines can be obtained from the same catalytic system, by the assembly of a cynamide, a boronic acid and an amine with an unique catalytic system.

Le développement de synthèses chimiques "propres" mobilise actuellement un grand nombre d'équipes scientifiques. Ainsi, la catalyse organométallique en milieu aqueux est un procédé qui utilise un solvant vert par excellence, l'eau. Dans ce type de procédés, le catalyseur organométallique est généralement rendu hydrosoluble grâce à l'emploi de phosphanes hydrosolubles. Toutefois, ces systèmes sont peu actifs avec des substrats organiques hydrophobes. Afin de contourner ce problème, il est possible d'utiliser les cyclodextrines afin de favoriser le transfert de matière entre la phase organique et la phase aqueuse. Cependant, un complexe d'inclusion entre la phosphine hydrosoluble et la cyclodextrine peut se former, engendrant une diminution de l'activité catalytique du fait de l'empoisonnement de la cavité du macrocycle, ainsi qu'une modification de la nature du système catalytique aboutissant à la formation d'espèces catalytiques moins sélectives. L'étude de différents systèmes catalytiques mettant en jeu des cyclodextrines modifiées a permis d'obtenir des systèmes catalytiques dont les propriétés sont conservées. Par ailleurs, une autre approche dans l'utilisation des cyclodextrines dans les procédés de catalyse organométallique en milieu aqueux a permis de synthétiser des ligands modifiés par une cyclodextrine qui joue alors le rôle de groupement hydrophile. Dans ce cas, en plus d'assurer l'hydrosolubilité du ligand, la cyclodextrine confère à ces ligands des propriétés de reconnaissance moléculaire pouvant conduire à des systèmes catalytiques possédant des propriétés spécifiques. / The development of clean chemical synthesis currently mobilizes a wide range of scientific teams. Thereby, the aqueous phase organometallic catalysis is a process that uses a green solvent par excellence, water. In this type of processes, the organometallic catalyst generally gets water-soluble thanks to the use of water-soluble phosphanes. However, these systems aren't really active with hydrophobic organic substrates. In order to avoid this problem, we can use cyclodextrins to promote mass transfer between the organic phase and the aqueous phase. However, the formation of an inclusion complex between the water-soluble phosphane and the cyclodextrin can also be created, generating a decrease in the catalytic activity due to the poisoning of the macrocyclic cavity, and also a modification of the catalytic system's nature leading to the formation of less selective catalytic species. Studying various catalytic systems which involve chemically modified cyclodextrins enabled the creation of catalytic systems the properties of which are kept. Otherwise, another approach in the use of cyclodextrins in aqueous phase organometallic catalytic processes enabled the synthesis of cyclodextrin-based ligands where the cyclodextrin plays the role of hydrophilic group. In this case, not only does it ensure the water-solubility of the ligand, but the cyclodextrin also gives molecular recognition properties to these ligands, which can lead to catalytic systems which possess specific properties.

Le développement des synthèses chimiques "vertes" mobilise actuellement beaucoup d'équipes de recherches scientifiques. La catalyse, et notamment la catalyse organométallique en milieu aqueux, répond bien aux critères de la chimie durable. En effet, ce procédé utilise un solvant vert par excellence: l'eau. Toutefois, ces systèmes sont peu actifs avec des substrats hydrophobes. Il est possible d'utiliser un transporteur supramoléculaire comme les cyclodextrines pour favoriser le transfert de matière entre la phase aqueuse et la phase organique. De nouveaux transporteurs supramoléculaires ont été synthétisés dans un premier temps. Les différents récepteurs mono et ditopiques ont été évalués dans deux réactions de catalyse organométallique: la réaction de clivage allylique (Trost-Tsuji) et la réaction d'hydroformylation d'oléfines grasses. Dans un second temps, une autre approche de l'utilisation des cyclodextrines a été mise en place. Elles permettent de former des complexes d'inclusion avec les phosphines hydrosolubles mises en jeu dans le processus catalytique à basse température et donc d'améliorer le recyclage du catalyseur lorsque le système se refroidit. / The development of clean chemical synthesis currently mobilizes a wide range of scientific teams. Aqueous phase organometallic catalysis is a process that uses water as a green solvent. However, these systems are not really active with hydrophobic substrates. We can use supramolecular receptors as cyclodextrins to promote masse transfer between the aqueous and the organic phase. First, news supramolecular receptorss have been synthesized. These various mono and ditopic receptors have been evaluated in two catalytic reactions: allylic cleavage of carbonate and urethane (Trost-Tsuji) and hydroformylation of hydrophobic alkenes. Second, cyclodextrins and PTA-based ligands have been used in a thermocontroled catalytic process. The reaction takes place at high temperature and the catalyst is recycled at low temperature.

Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à la préparation d'esters arylboroniques issus de l'hexylène glycol et porteurs de substituants électroattracteurs. Nous avons d'abord étudié la borylation catalysée au palladium d'halogénures d'aryle pauvres en électrons par MPBH, substitut économique du PinBH. Il s'est avéré que MPBH était moins performant sur ce type de substrats que le PinBH. Nous nous sommes alors tournés vers une borylation par un échange iode/magnésium avec piégeage in situ par le borate MPBOiPr. Cette méthode nous a permis de boryler des iodures d'aryle pauvres en électrons, porteurs de groupes fonctionnels sensibles, de manière propre et sécurisée (pas d'accumulation de magnésien). Elle s'avère applicable à grande échelle (kilogramme). Ces esters arylboroniques ont ensuite été engagés dans des réactions d'addition sur des nitrones, sans succès. Cela nous a amené à développer une nouvelle réaction : l'arylation directe de nitrones cycliques par des halogénures d'aryle. Au cours de l'étude, nous avons démontré l'effet d'accélération de deux additifs introduits en quantité catalytique : un sel de cuivre et l'acide pivalique. Les réactions sont ainsi rapides et propres, et s'appliquent à des iodures, bromures ou chlorures (hétéro)aromatiques très variés. Pour finir, nous avons effectué une étude mécanistique qui nous a permis de proposer deux mécanismes, selon l'additif mis en jeu.

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. / In the last decades, nucleoside analogues have played a major role in the treatment of viral infectious diseases, such as AIDS, hepatitis, herpes, smallpox or influenza. Nevertheless, the apparition of new or mutated viruses highlights the need of more potent and resistant antiviral therapeutics. The intense search for clinically useful nucleoside derivatives has resulted in a wealth of new approaches for their synthesis. Among them, latetransition metal-catalyzed reactions are certainly the most important methods to access variety of appealing pharmacomodulations. In this research project, we were interested in the conception, the synthesis and the discovery of new nucleoside derivatives as antiviral agents against smallpox viruses. Hence, we have targeted racemic or enantiomerically pure 1,2,3-triazolo-carbanucleosides as well as acyclic nucleoside phosphonates. In our effort into the development or/and the improvement of their synthetic methodologies, we have also studied the contribution of ruthenium and copper complexes bearing N-heterocyclic carbene (NHC) ligands in cross-metathesis and Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition reactions. Finally, in order to obtain efficient tools useful in nucleoside synthesis, we have developed new NHC-containing palladium complexes and examined their reactivity in Buchwald-Hartwig N-arylation and olefins hydrogenation reactions.