Les allènes ont longtemps été perçus comme des curiosités scientifiques notamment à cause de leur réactivité et de leur structure très particulières. Cependant ils bénéficient d'une attention de plus en plus importante de la part des chercheurs depuis plusieurs décennies grâce au développement de méthodes efficaces pour les synthétiser. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'hydrofonctionnalisation intermoléculaire de ces molécules insaturées. Les hydrofonctionnalisations sont généralement des réactions très efficaces, qui permettent d'éviter la production de déchets, et qui donnent accès à un très large panel de produits d'intérêts. Jusqu'à maintenant, les réactions d'hydrofonctionnalisations d'allènes ont nécessité l'emploi de systèmes catalytiques faisant appel à des métaux précieux combinés à des ligands complexes. Notre objectif était de rendre ces réactions réalisables avec le système le plus simple possible et un catalyseur peu onéreux et peu toxique : le cuivre. Nous avons tout d'abord étudié les réactions d'hydroaminations, qui ont été réalisées avec de nombreux allènes variés. Par la suite, nous avons souhaité démontrer le potentiel de notre système catalytique, en étendant cette réactivité pour la création de liaisons C-C et C-O. / Allenes were perceived as scientific oddity for a long time, due to their particular reactivity. But they are currently attracting a growing interets of chemists since the discovery of efficient synthesis for these compounds in the past few decades. During this thesis, we focused on intermolecular hydrofunctionalization of these substrates. Hydrofunctionalization process generally avoid the production of any wastes, and give an efficient access to a large scope of valuables compounds. Until now, allenes hydrofunctionalizations required the use of catalytic systems using precious metals combined with complex ligands. Our goal was to perform this sort of reaction with a simplest possible system using a cheap metal with low-toxicity : copper. We started studying hydroaminations process, which were realized on a large scope of allenes. Subsequently, we wanted to demonstrate the potential of our new catalytic system and so applied it for the creation of C-C and C-O bonds.

Hormis la préparation de l’acide salicylique et de l’urée, peu de tentatives ont été réalisées jusqu’à présent pour promouvoir la formation de liaisons C–C et C–N à partir du CO₂. Cette thèse présente de nouveaux procédés catalytiques permettant la formation de molécules organiques azotées grâce à la création de liaisons C–N et C–C par transformation catalytique du CO et du CO₂. Les cibles retenues sont les amides ainsi que les alkylamines qui sont essentiels en chimie organique fine et sont souvent d’origine pétrosourcés. Dans un premier temps, la synthèse d’amide par carbonylation formelle de la liaison C–N d'amine sera étudiée grâce à des catalyseurs à base de métaux carbonyles. Dans un second temps, des procédés d’homologation des amines seront décrits grâce à l’utilisation de catalyseurs métalliques. La première stratégie impliquera l’utilisation de catalyseur de cobalt, en présence de CO et de silanes et permettra l’homologation sélective des liaisons N-méthyle en N-éthyle sous de faible pression de CO (P = 8 bar) et jusqu’au N-pentyle sous de fortes pressions. Dans un second temps, l’utilisation d’un catalyseur de ruthénium en présence d’un gaz de synthèse (CO/H₂) nous permettra de démontrer la possibilité de l’homologation de la diphénylamine. Enfin, la compréhension de ce système nous permettra de transposer cette réaction à l’utilisation du CO₂ comme substitut du CO. / Apart from the preparation of salicylic acid and urea, few attempts have been made so far to promote the formation of C-C and C-N bonds from CO₂. This thesis describes new catalytic processes allowing the formation of nitrogen compounds through the creation of C-N and C-C bonds by catalytic transformations of CO and CO₂. The chosen targets are the amides and the alkylamines which are essential in fine organic chemistry and yet prepared from petrochemicals. In a first part, the amide synthesis by formal carbonylation of the C-N bond HAS been studied using catalysts based on first row transition metal carbonyl complexes. In a second part, methods enabling homologation of amines are described through the use of metal catalysts. The first strategy involved the use of cobalt catalysts in presence of CO and hydrosilanes which allow the selective homologation of N-methyl into N-ethyl derivatives under a low CO pressure (P= 8 bar). Also, the alkyl chain can be homologated under elevated CO pressures to reach N-pentyl derivatives. Finally, the use of a ruthenium catalyst in presence of a synthesis gas (CO / H₂) allowed us to demonstrate the possibility of the homologation of the diphenylamine. Understanding this system led to translate the amine homologation with syngas to the use of CO₂ as a substitute for CO.

Un des défis majeurs du 21ème siècle sera l'économie d'énergie, c'est pourquoi nous recherchons actuellement la plus grande efficacité du matériel et des procédés industriels, couplée à une économie en énergie. La chimie organique moderne n'échappe pas à ce constat et doit en plus fournir les besoins croissants de nouvelles molécules dans le domaine pharmaceutique, l'agrochimie ainsi que la recherche de nouveaux matériaux. L'utilisation de catalyseur à base de métaux de transition a permis de limiter les étapes de synthèse, de diminuer les quantités de réactifs ainsi que d'augmenter l'efficacité des procédés, et donc de réaliser ces économies. De plus, les précurseurs catalytiques, notamment à base de ruthénium, ont permis de créer de nouvelles combinaisons qui ne sont pas permises par les systèmes dit classiques. La transformation d'alcynes catalysée au ruthénium est un outil puissant nous permettant d'accéder en peu d'étapes de synthèse à des molécules polyfonctionnelles. La synthèse de dérivés 1-halo-1,3-diéniques a été réalisé par dimérisation d'alcynes et addition concomitante d'un proton et d'un halogénure. Ces dérivés sont intéressants et pourront être utilisés comme synthon, car de par la présence d'halogènes, les fonctionnalisations et l'incorporation de l'unité 1,3-diènique à des structures plus complexes sont possibles. L'addition d'un halogènure d'hydrogène sur différents alcynes représente la voie de synthèse la plus économique d'un point de vue atomique pour la préparation d'halogénures de vinyles. La catalyse au ruthénium permet d'effectuer cette réaction à température ambiante. Enfin, en appliquant la dimérisation d'alcynes aux diynes, de nouveaux matériaux photoluminescents ont été synthètisés par catalyse au ruthénium. / One of great challenges of this new century will be energy saving. In this order we are looking the most efficient and energy saving equipments and industrial processes. Modern organic chemistry is not an exception, and has to develop more and more molecules to the needs of pharmaceutical, agrochemical and the search for new materials. Shorter synthesis, less quantity of reactants and increased efficiency of reactions can be done by the use of catalyst based on transition metals. Moreover, new reactions have been discovering by the use of catalysts based on transition metal, in particular with catalysts based on ruthenium. This thesis describes the development of new reactions to synthetize complex products from simple reactant as alkynes, by the use of ruthenium-based catalyst. In the first chapter, an efficient, novel and direct access to 1-halo-1,3-butadienes is developed. This stereoselective ruthenium-catalysed reaction proceeds under mild conditions via the head-to-head oxidative coupling of two alkynes and a concomitant hydrohalogenation. In the second chapter, the synthesis of vinyl halide derivatives is developed. The reaction proceeds very fast at room temperature via the Markovnikov addition of hydrogen halide to alkynes. In the third chapter, by application of dimerisation of alkynes to diynes, access to new π-conjugated polymers is developed. UV-visible absorption and emission properties of these polymers will be exposed.

La lignine est l'un des biopolymères les plus importants sur Terre. Elle est extraite des plantes et représente la plus grande source de noyaux aromatiques dans la biomasse. De nombreux projets ayant pour but la dépolymérisation de la lignine en molécules de faibles poids moléculaires, valorisables par les industries chimiques, sont de plus en plus développés au vu du fort potentiel de cette bio-ressource. Le but de notre projet était de développer un nouveau système catalytique pour la dépolymérisation de la lignine. Nous nous sommes intéressés à la conception de nouveaux catalyseurs homogènes et hétérogènes, basés sur la structure connue du complexe Fe(TAML). Nous avons étudié leurs réactivité et stabilité en conditions de catalyse oxydante, et les avons comparés aux caractéristiques du Fe(TAML) existant. Pour ce faire, l'étude catalytique a été réalisée sur des molécules modèles de la lignine, dans le but d'éviter les problèmes analytiques liés à la structure du polymère. Dans un premier temps, nous présenterons la stratégie de fonctionnalisation du ligand TAML connu afin d'obtenir de nouveaux complexes qui puissent être greffés sur un support de silice. Dans un deuxième temps, nous parlerons des résultats de la catalyse oxydante en conditions homogènes et hétérogènes, et de l'influence du changement de la structure des ligands sur l'activité des catalyseurs / Lignin is one of the most abundant biopolymers on earth. It is issued from plants and represents the largest source of aromatics in biomass. Projects aiming at depolymerizing lignin to obtain value-added small molecules for the chemical industry are more and more developed due to the high potential of this bio-resource. The goal of our project was to develop a new catalytic system for the depolymerization of lignin. We have been interested in designing new homogeneous and heterogeneous catalysts based on the known structure of the Fe(TAML) complex. We have studied their reactivity and stability under oxidative catalysis conditions, and have compared them to the characteristics of the existing Fe(TAML). To do so, the catalysis study has been realized on lignin small model molecules to avoid the analytical problems related to a polymer backbone. In a first hand, we will present the strategy of functionalization of the known TAML ligand to design new complexes to be grafted on a silica support. In a second hand, we will talk about the results of oxidative catalysis in homogeneous and heterogeneous conditions, and the influence of the ligand structure change on the activity of the catalysts

Ce manuscrit présente le développement de nouvelles diphosphines et phosphoramidites atropoisomères dissymétriques et leurs applications en catalyse énantiosélective. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à la synthèse de deux nouvelles diphosphines atropoisomères dépourvues de symétrie C2. Ces nouveaux ligands optiquement purs, appelés MeO-NAPhePHOS et TriMe-NAPhePHOS, possédent chacun un squelette biaryle dissymétrique obtenu par couplage intramoléculaire diastéréosélectif entre deux cycles aromatiques reliés par une agrafe chirale. L'évaluation de ces ligands dans des réactions de catalyse énantiosélectives a montré leur véritable efficacité. En effet, de très bonnnes sélectivités ont été obtenus en hydrogénation asymétrique catalysée par des complexes du ruthénium, pour la réaction d'addition-1,4 d'acides boroniques sur des cétones a,b-insaturées catalysée par des complexes du rhodium et pour la réaction de cycloisomérisation d'énynes-1,7 catalysée par des complexes du palladium. De plus, les propriétés stériques du MeO-NAPhePHOS et TriMe-NAPhePHOS ont été réalisées grâce à des calculs de modélisation moléculaire. Des tests comparatifs d'hydrogénation asymétrique réalisés avec nos deux ligands, le BINAP et le MeO-BIPHEP ont montré que les caractéristiques géométriques des diphosphines atropoisomères étaient hautement corrélées aux énantiosélectivités observées. Dans une deuxième partie, nous avons utilisé l'approche synthétique développée pour l'obtention de nouveaux ligands phosphoramidites dissymétriques présentant un phosphore stéréogène. Leur évaluation en catalyse énantiosélective, comme l'hydrogénation et les additions conjuguées, a montré qu'il était indispensable de disposer de ligands énantio- et diastéréomériquement purs afin d'identifier l'espèce la plus active et sélective.

Les ligands multidentes montrent généralement de très bonnes activités dans la catalyse organométallique au palladium à faibles charges. Parmi ces ligands, l'utilisation des ligands polyphosphines ferrocéniques mènent à des résultats intéressants. Des systèmes catalytiques palladium/triphosphine ferrocénique robustes ont permis d'obtenir d'une part des diarylamines et d'autre part des éthers d'aryle et d'hétéroaryle avec de faibles charges catalytiques. Des calculs théoriques de DFT sur le cycle catalytique lors de la formation d'éthers d'aryle et d'hétéroaryle ont été réalisés. La présence d'un troisième groupement phosphino permettrait de stabiliser les états de transition et accélèrerait l'élimination réductrice. Les triarylamines ont pu être obtenues à l'aide d'une diphosphine ferrocénique avec une charge de 2 mol% de palladium. Des résultats modérés à excellents ont été obtenus. Enfin, les thioéthers d'aryle et d'hétéroaryle ont été obtenus avec d'excellents résultats à l'aide d'une tétraphosphine ferrocénique en présence de 0,2 mol% de palladium

De nouveaux matériaux hybrides " inorganique-organique " pour le captage de polluants organiques (pesticides, HAP) ont été préparés soit par greffage sur des oxydes métalliques, soit par procédé sol-gel. Pour préparer ces matériaux nous avons développé une méthodologie catalytique pour la synthèse des motifs organiques aromatiques. Cette méthodologie repose sur la réaction de couplage de Heck palladocatalysée entre le vinylphosphonate de diéthyle avec des différents halogénures d'aryles en utilisant des catalyseurs homogènes et hétérogènes. Des bons rendements isolés ont été obtenus. En complément, nous avons étudié l'arylation du diéthylacétale de l'acroléine en milieu aqueux qui donne principalement l'ester propanoïque et le cinnamaldéhyde. Nous avons mis en évidence l'influence de différents paramètres (catalyseurs, température, bases, additifs) et montré que l'ajout de cyclodextrines est bénéfique, en augmentant dans la plupart des cas la vitesse de la réaction. Dans le cadre de cette étude, nous avons montré que le remplacement de NaOAc par NH(i-Pr)2 conduisait à une inversion de la sélectivité du cinnamaldéhyde vers l'ester propanoïque. Les matériaux azotés (amine; guanidine; biguanide@oxyde métallique) ont été obtenus soit par greffage des composés bi fonctionnels [fonction azoté]/PO(OEt)2 sur les supports, soit par greffage d'un aminophosphonate suivi d'une condensation en phase solide avec le DIP.La capacités de piégeage de différents pesticides par extraction en phase solide a été évaluée et comparés à celle de deux matériaux courants (charbon actif et Si-C18) connus comme support solide universel dans ce domaine. Nous avons ainsi démontré la complémentarité des différents matériaux dans le piégeage des pesticides.

La fonctionnalisation sélective de BINOL en position 6 ou 6 et 6' par des groupements 3 - (diméthylamino)prop-1-yn-1-yl est décrite. Cette méthode constitue une stratégie prometteuse pour le développement de nouveaux ligands recyclables. Les complexes de La et Yb correspondants ont été testés dans la réaction d'époxydation des cétones α, β-insaturées. Les complexes d'ytterbium sont les plus efficaces, fournissant les époxydes chiraux attendus avec 90 ou 93% d'excès énantiomérique en conditions homogène et hétérogène, respectivement.Dans le cadre de nos études, nous avons également évalué de nouveaux catalyseurs comportant un ion de manganèse penta-coordinnée [LMn(III)OH]ClO4 et [LMnCl](MnCl4)0,5. Ces complexes ont été testés dans la réaction d'époxydation des oléfines terminales utilisant H2O2/NaHCO3 et PhIO comme oxydant. Il s'avère que le complexe [LMn(III)OH]ClO4 est le catalyseur le plus efficace de la série. Une autre approche également été envisagée : oxyder une molécule d'eau présente dans la sphère de coordination du métal par le Cerium Ammonium Nitrate (CAN) et utiliser l'espèce oxydante ainsi générée pour oxyder des substrats. Nos études ont montré que cette stratégie était possible et permettait d'oxyder des substrats organiques.

La catalyse homogène à l'aide des complexes des métaux de transition est l'un des domaines les plus dynamiques de la chimie organique moderne. Durant ces dernières années la majorité des nouvelles réactions en chimie organique est issue de ce domaine de recherche. Par exemple la carbonylation, la réaction de Heck, le couplage C--C sont déjà devenues des méthodes classiques en synthèse. L'un des objectifs actuels de la catalyse homogène est la recherche de nouvelles voies de formation de liaisons carbone-hétèroélément en présence de complexes de métaux de transition. Ces réactions ouvrent une nouvelle voie pour la synthèse de différentes familles de composés organiques. Certaines de ces réactions ont largement été étudiées et ont trouvé des applications pratiques dans les laboratoires académiques et dans l'industrie. Nous pouvons citer par exemple l'hydrogénation et l'hydrosilylation catalytique. D'autres, tell la formation des liaisons C(sp2)--O, C(sp2)--N, C(sp2)--Se et C(sp2)--S, sont moins développées et nécessitent encore beaucoup de mises au point avant de pouvoir être utilisées de façon routinière. L'accroissement des besoins en outils permettant de fonctionnaliser facilement, régio- et stéréosélectivement les substrats actuellement à notre disposition, explique la progression constante des recherches dans ce domaine. Les objectifs de ce travail étaient l'étude de la synthèse de ligands polyazotés par la réaction de formation de liaison C(sp2)--N en présence des complexes du palladium. L'intérêt porté depuis de nombreuses années aux polyazamacrocycles saturés a pour origine principalement leur grande affinité vis-à-vis des cations métalliques qui se manifeste par une stabilité thermodynamique et cinétique remarquable de leurs complexes. Les polyazamacrocycles peuvent complexer les atomes métalliques en milieu aqueux et être utilisés in vivo. En général, la stabilité des complexes formés par les récepteurs macrocycliques est supérieure à celle des complexes formés par les ligands non cycliques apparentés en raison de l'effet macrocyclique. De plus, la fonctionnalisation du macrocycle par des groupes coordinants disposés à la périphérie du cycle conduit à des récepteurs plus sophistiqués. Il en découle que les polyazamacrocycles peuvent être adaptés aux métaux ayant un nombre de coordination élevé sans perdre l'avantage de la préorganisation du ligand. Ainsi, l'affinité du ligand vis-à-vis d'un ion métallique peut être contrôlée en faisant varier le nombre et la nature des bras fonctionnels liés au macrocycle. La chimie organique moderne permet de réaliser la synthèse des polyazamacrocycles N-fonctionnalisés selon des schémas simples, efficaces et transposables à grande échelle. Cependant la synthèse de dérivés contenant le fragment diaminoaryl- ou diaminohétèroaryl- incorporé dans l'entité macrocyclique reste délicate. Par ailleurs la présence de tels fragments dans un macrocycle peut influer sur les propriétés coordinantes du ligand et sa solubilité. De plus ces macrocycles présentent un intérêt majeur pour le développement de détecteurs optiques car la plupart des groupes qui sont capables de visualiser la coordination d'une molécule cible sont de nature aromatique ou hétèroaromatique...

Ces travaux de thèse portent principalement sur le développement de nouvelles réactions catalysées par l'or. Ce métal possède un caractère pi-acide de Lewis qui lui permet d'activer des insaturations carbonées et notamment des alcynes vis-à-vis d'attaques de nucléophiles. La variation du type d'insaturation carbonée et des propriétés du nucléophile ouvrent la voie à de nombreuses transformations. Ce manuscrit présente les nouvelles transformations qui ont été développée en choisissant des systèmes alcyne-nucléophile originaux. La réactivité d'hydroxypyridines propargyliques en présence d'un catalyseur métallique électrophile a été étudiée (chapitre 2). Une méthode de synthèse de nombreuses structures hétérocycliques inédites a pu être développée. La substitution en position propargylique est un paramètre important en conditions de catalyse oxydante à l'or ou au cuivre. Lorsqu'un groupement partant substitue cette position, une nouvelle réactivité peut être mise en évidence (chapitre 3). Si cette position est substituée par un acétate, le réarrangement de l'ester propargylique et l'addition oxydante de l'azoture entrent en compétition. Une méthode de synthèse de quinoléines a pu être développée à partir de la réactivité de tels substrats (chapitre 4). Finalement, une nouvelle réaction d'hydroarylation d'alcynes catalysée par l'or a été développée (chapitre 5). Elle donne accès à des dihydroquinoléines et des indoles diversement substitués après un réarrangement photochimique.