Les terpènes représentent plus de 80% des essences naturelles du Maroc, sont de faible coût et très abondants dans la nature, et existent sous forme optiquement pure. Ces composés, de par leur structure qui se prête facilement à des réactions de fonctionnalisations, comportent un ou plusieurs centres de chiralité qui les placent en première ligne comme précurseurs potentiels de coordinats optiquement actifs. Nous nous sommes intéressés à la synthèse de nouveaux ligands chiraux a partir de terpènes naturels. En particulier, nous avons préparé des aminoalcools, diimino et diaminodiols à partir de d’α-pinène, et des α-aminooximes, leurs éthers ainsi que leurs diamines correspondantes à partir du limonène. Ces nouveaux coordinats chiraux ont ensuite été appliqués en catalyse asymétrique de transfert d’hydrogène sur des cétones aromatiques sur des complexes à base de métaux de transition, en particulier le ruthénium, et en présence de l’isopropanol comme source d’hydrogène. Ces ligands en comparaison avec la littérature s’avèrent performants en termes d’activité et sont à même d’induire une bonne énantiosélectivité (des excès énantiomériques de l’ordre de 80% ont été obtenu sur certains substrats). Une étude plus approfondie du mécanisme réactionnel a été réalisée avec les ligands α-aminooximes, dont ce travail présente la première application en catalyse asymétrique. / Terpenes represent more than 80% of natural oils of Morocco, are of moderate cost and very plentiful in nature. These compounds are prone to be readily functionalized, and as their backbone includes one or more chiral centers, they are therefore potential precursors for the synthesis of chiral ligands without separation of the enantiomers. In this work, we have been interested in the synthesis of novel chiral ligands from natural terpenes. In particular, we have prepared amino alcohols, diimino and diaminodiols from α-pinene, and α-aminooximes, their ethers and their corresponding diamines from limonene. These new ligands were applied in asymmetric catalysis of hydrogen transfer of aromatic ketones with complexes based on transition metals, particularly ruthenium, in the presence of isopropanol as hydrogen source. These ligands in comparison with the literature prove to be efficient in terms of activity and are shown to induce medium to good enantioselectivities (enantiomeric excesses up to 80% have been obtained on some substrates). Further study on the reaction mechanism have been carried out specifically with the α-aminooximes ligands, as this work is presenting the first application of this new series of ligands in asymmetric catalysis.

Ce mémoire porte sur la synthèse asymétrique de ligands à pont méthano P-stéréogénique, ainsi que sur leurs applications en catalyse asymétrique, en chimie de coordination et pour la préparation de polymères de coordination avec des métaux de transition. Les diphosphines P-stéréogéniques sont synthétisées par création d'une liaison phosphore-carbone au niveau du pont méthano, à partir d'un anion formé en position α d'une méthylphosphines borane. Plusieurs stratégies ont été étudiées selon que l'électrophile est un complexe d’oxazaphospholidine borane, un phosphinite borane ou une chlorophosphine borane. L'utilisation de chlorophosphine borane dans cette synthèse s'est révélée la plus stéréosélective car les excès énantiomériques obtenus sont supérieurs à 99%. Les différentes stratégies étudiées montrent qu'il est possible d’accéder à des diphosphines diborane à pont méthano variées, dissymétriques ou de symétrie C2, porteuses de substituants alkyl ou aryl, tels que Me, OMe, Ph, o-An... Les diphosphines P-stéréogéniques obtenues ont été utilisées pour la synthèse des premiers clusters chiraux du palladium. Ceux-ci sont obtenus par réaction des ligands diphosphines, fraîchement décomplexées avec du DABCO, avec l’acétate de palladium en présence d’acide trifluoroacétique dans un mélange eau/acétone sous pression de CO. La structure cristallographique d'un des clusters de palladium préparés a pu être établie, confirmant la structure avec un cœur trimétallique de palladium. L'étude des propriétés électrochimiques et l'analyse RPE de ces clusters a permis de mettre en évidence la formation du premier radical dans un environnement chiral hautement structuré. Une étude de la réactivité de ces clusters chiraux dans une réaction de Friedel Craft a été réalisée, mais le produit est obtenu de façon non catalytique et sans activité optique significative. Par contre dans le cas de réactions asymétriques, tels que l’hydrogénation, l’hydrosilylation, l’allylation ou la réaction de Diels Alder, catalysées par des complexes du rhodium, du palladium ou d’argent, des inductions asymétriques de 30-38% sont obtenus. Il ressort que les synthèses stéréosélectives mises au point dans ce travail, permettent d'envisager maintenant les modifications structurales nécessaires à l'optimisation de ces catalyses asymétriques. Enfin dans une dernière partie, les diphosphines à pont méthano P-stéréogéniques ont été utilisées pour la préparation d'une nouvelle classe de polymères de coordination chiraux, dérivés du cuivre ou de l'argent. Les études photophysiques et le dichroïsme circulaire ont permis d’établir pour la première fois la structure 1-D de tels polymères et de mettre en évidence les propriétés optiques des macrocomplexes énantiomères. / We were interested in asymmetric synthesis of P-stereogenic methano bridged ligands and in their applications in asymmetric catalysis, coordination chemistry and in the preparation of coordination polymers of transition metals. P-stereogenic diphosphines were obtained highly stereoselectively by creation of a phosphorus-carbon bond on the methano bridge, starting from the anion formed in α position of methylphosphine borane. Several strategies were investigated, with the electrophiles varying from oxazaphospholidine borane complex, phosphinite borane, to chlorophosphine borane. The most stereoselective synthesis was obtained using chlorophosphine borane leading enantiomeric excesses up to 99%. Various methano bridge diphosphine diboranes, dissymmetric or C2-symmetric, bearing alkyl or aryl substituants (Me, OMe, Ph, o-An...), have been synthetised. The first chiral palladium clusters was prepared by reaction of the freshly decomplexed diphosphine with palladium acetate and trifluorocetic acid in water/acetone mixture under CO pressure. The palladium trimetallic center structure of the cluster was confirmed by X-ray analysis. Electrochemical properties and EPR analysis pointed out the formation of the first radical in highly structurated chiral environment. Preliminary studies of the chiral clusters in asymmetric Friedel Craft reaction were carried out, but lead to the product in a non-catalytic way and with no significant optical activity. The prepared chiral ligands were tested in asymmetric catalyzed hydrogenation, hydrosilylation, allylation and Diels Alder reaction using rhodium, palladium and silver derived catalysts and afforded low selectivities from 30 to 38% e.e. Nevertheless, the stereoselective syntheses of the diphosphine ligands elaborated in this work allow to pursue the optimisation of asymmetric catalysis by structural modifications. In the last chapter, P-stereogenic methano bridge diphosphines were used for the preparation of a new class of chiral coordination polymers derived from copper and silver. Photophysical studies and circular dichroism confirmed the 1-D structure and the optical properties of such polymers.

L'objectif de cette thèse de doctorat a été la mise au point de nouvelles méthodologies de synthèse asymétrique, par utilisation de la catalyse homogène, de systèmes hétérocycliques azotés à 5, 6 ou 7 chainons fusionnés ou non avec une unité benzénique. Dans un premier temps, notre travail s'est concentré sur l'étude d'une nouvelle technique d'assemblage asymétrique d'amines cycliques substituées en position 2. Deux approches complémentaires ont alors été envisagées : la première s'est appuyée sur une réaction d'hydrogénation énantiosélective d'énamides et d'ènecarbamates au moyen de catalyseurs chiraux, la seconde a reposé sur le même principe et a consisté en une réaction d'hydrogénation diastéréosélective d'énehydrazides intégrant une copule chirale de type (S)-MéthylProlinol (SMP). La validité de cette méthode a été démontrée par la synthèse totale de la (S)-anabasine.Par la suite, nos efforts se sont concentrés sur l'élaboration d'une nouvelle voie de synthèse stéréosélective d'isoindolinones substituées en position 3 par une chaine acétamide qui s'appuie, en étape clé, sur une réaction d'aza-Michael intramoléculaire asymétrique organocatalysée par des sels de cinchonium. Afin d'améliorer la stéréosélectivité de cette réaction, l'association d'un auxiliaire chiral avec un organocatalyseur a également été étudiée avec comme objectif final, la synthèse totale de la (S)-pazinaclone. / The aim of this Ph.D thesis was the development of new asymmetric synthesis methodologies, by use of homogeneous catalysis, of nitrogenous heterocyclic systems with 5,6 or 7 carbons merged or not with a benzene unit. In a first time, our work focused on study of a new asymmetric strategy to obtain 2-substituted cyclic amines. Two complementary approaches were considered : the first focused on enantioselective hydrogenation reaction of enamides and enecarbamates by means of chiral catalyst, the second rested on the same principle and consisted to diastereoselective hydrogenation reaction of enehydrazides having chiral auxiliary like (S)-MethylProlinol (SMP). The validity of this method was demonstrated by total synthesis of (S)-anabasine. Subsequently, we concentrated our efforts on the elaboration of a new stereoselective synthetic pathway of 3-(N,N-disubstituted)acetamido isoindolinones with an organocatalysed asymmetric intramolecular aza-Michael reaction as key step by means of cinchoninium salts. To improve the stereoselectivity of this reaction, the association between a chiral auxiliary and an organocatalyst was also studied with in a final aim, the total synthesis of (S)-pazinaclone.

Au cours de ce travail, nous avons démontré l’apport que pouvait avoir le développement de nouveaux complexes chiraux de platine et d’or pour la catalyse asymétrique et pour la découverte de nouvelles réactions de cycloisomérisation d’énynes. Dans la première partie, de nouveaux complexes de platine chiraux ont été utilisés pour effectuer la première étude systématique de la réaction de cycloisomérisation d’énynes 1,5 hydroxylées. Les composés bicycliques correspondant ont été obtenus avec de bons rendement et jusqu’à 81% d’excès énantiomérique. Par la suite, de nouveaux complexes chiraux d’or, possédant un ligand phosphahélicène ont permis d’obtenir de très bons résultats dans des réactions de cycloisomérisation d’énynes 1,6 (jusqu’à 86% ee). Des variations structurales des hélices phosphorées ont ensuite été effectuées, en changeant notamment le groupement P-menthyle par un substituant P-isopinocampheyle. Si les complexes d’or correspondant n’ont pas permis de donner des résultats important en catalyse, cela a permis d’avoir une meilleure connaissance de nos catalyseurs, et des substitutions nécessaires à de bonnes inductions asymétriques. D’autre part, ces nouveaux catalyseurs semblent donner des résultats prometteurs dans des réactions d’organocatalyse asymétrique. Enfin, l’exploration de la chimie des phosphéniums N-hétérocycliques comme ligands du platine a permis de se rendre compte de la faible stabilité de ces espèces, mais surtout des activités catalytiques très intéressantes que pouvaient obtenir ces catalyseurs dans des réactions de cycloisomérisation. Ce travail préliminaire démontre la « preuve de concept », qui ne demande qu’à être continué à l’avenir. / In this work, we have carried out the first systematic investigations on the enantioselective transition metal-promoted cycloisomerizations of 1,5-enynes with hydroxyl functions at their propargylic positions. These experiments have highlighted a series of platinacyclic NHC-complexes afforded bicyclo[3.1.0]hexanones in up to 81% enantiomeric excess. In the second part of our work we have prepared both known and new phosphahelicenes via the oxidative photocyclization of olefins suitably made from phosphindole building blocks. We have demonstrated that this synthetic method allows modulation of the phosphahelicene structure. Gold(I) complexes have been prepared then from these phosphahelicenes. These complexes have been evaluated in the challenging field of the gold-catalyzed enantioselective cycloisomerizations of enynes. In the cycloisomerization of NTs tethered 1,6-enynes, we could obtain very high catalytic activity and good enantioselectivity, with up to 81% ee, by using the P-menthyl-substituted helicenes as chiral ligands. The cycloisomerization of 1,6-dien-8-ynes, which afforded bi- or tricyclic compounds in one step, at room temperature, in high yields and excellent enantiomeric excesses (up to 86% ee). Thus, we have demonstrated that phosphahelicenes-gold complexes represent a new class of efficient catalysts, which complements the few chiral gold catalysts known so far. The chiral phosphahelicenes above have been evaluated briefly in a totally different field, that is nucleophilic organocatalysis. The trivalent phosphahelicenes proved able to promote the enantioselective [3+2] cyclizations between olefins and allenes, giving cyclopentene derivatives in excellent enantiomeric excesses (up to 96% ee). Finally, we have investigated the use of N-heterocyclic phospheniums as ligands in transition metal catalysis, starting from platinum promoted cycloisomerizations as the model reactions. In doing these challenging, exploratory experiments, we have noticed a moderate stability of the few platinum-NHP complexes prepared so far. Nevertheless, the cationic Pt(0) complex (mesNHP)Pt(PPh₃)₂⁺OTf could be generated in situ. It displayed moderate but significant catalytic activity in the cycloisomerization of a 3-hydroxy-1,5-enyne (51% isolated yield). These experiments afford a proof-of-concept, but additional work is required to identify the most suitable metal/NHPs pairs leading to stable and efficient pre-catalysts. The cationic nature of the NHP ligands might open totally new perspectives in organometallic catalysis. Further studies on this topic will be carried out in our group in the near future.

Cette thèse traite de dédoublement cinétique, de fonctionnalisation et d’utilisation de composés chiraux dérivés de polyoxométalates lacunaires de structure Dawson [α1-P2W17O61]10¬-. La première partie traite de l’utilisation de complexes organosolubles TBA5K[α1-Hf-P2W17O61] pour catalyser l’addition de nucléophiles comme des ethers d’énol ou des acétals de cétènes silylés mais également des pronucléophiles sur des hémiaminals. La seconde partie détaille l’étude sur la préparation et l’utilisation de trichlorostannanes énantiopures en vue du dédoublement cinétique des composés chiraux lacunaires [α1-P2W17O61]10-¬. La fonctionalisation diastéréosélective de derive chiraux organosoluble TBA7[α2-RSnP2W17O61] est également présentée. Le dernier chapitre décrit des hybrides chiraux POM-imidazolidinones dont la chiralité est uniquement apportée par le polyanion. Utilisé avec succès pour catalyser de manière énantiosélective des réactions de Diels Alder, ces composés sont les premiers POM de structure chirale a transféré la chiralité de manière aussi efficace vers des composés organiques. / This manuscript deals with the kinetic resolution, the functionalization and the use of chiral lacunary Dawson α1-POM [α1-P2W17O61]10-¬. The first part deals with the racemic organo-soluble TBA5K[α1-Hf-P2W17O61] complex used to catalyze the nucleophilic addition of silyl enol ethers, ketene-acetals and activated methylene C-nucleophiles onto hemiaminals. The second part describes the synthesis of enantiopure trichlorostannane complexes as resolving agents for the kinetic resolution of chiral [α1-P2W17O61]10-¬. The diastereoselective functionalization of organosoluble chiral TBA7[α2-RSnP2W17O61] is also reported. The final chapter describes chiral POM imidazolidinones hybrids based on the known chiral α1-Dawson POM. Successfully applied as asymmetric catalysts in Diels-Alder reactions, these compounds are the first intrinsically chiral POM to efficiently transfer chirality to organic products.

Le premier chapitre de cette thèse traite de la portée de la cycloaddition-(4+1) intramoléculaire entre un aminocarbène de chrome et un diène neutre. Une étude ayant pour but de mieux comprendre les facteurs influençant la nature du produit final de réaction y est présentée. Finalement, les résultats d’une étude sur le développement d’une version non racémique de cette cycloaddition-(4+1) en utilisant des auxiliaires chiraux sont discutés. Le deuxième chapitre est focalisé sur le développement d’une version non racémique d’une cycloaddition-(4+1) intramoléculaire entre un diène et un dialkoxycarbène en utilisant des auxiliaires chiraux. L’influence de la nature du diène sur le niveau d’induction asymétrique est discutée. Finalement, le niveau d’induction asymétrique amené par un centre chiral présent sur la chaîne carboné reliant le diène au carbène est discuté. Le troisième et dernier chapitre traite de l’utilisation de la méthode présentée au chapitre deux dans le cadre de la synthèse du carotol, un produit naturel de la famille des sesquiterpènes.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les molécules amphiphiles sont dotées de propriétés d’auto-organisation en solution, conduisant à une grande variété de structures que l’on peut moduler en ajustant des paramètres moléculaires. Nous nous intéressons en particulier à des amphiphiles cationiques, dont nous faisons varier la nature du contre-ion. L’utilisation de contre-ions chiraux alanine à ainsi permis de conduire à l’apparition de structures supramoléculaires chirales, dont nous avons cherché à comprendre et contrôler la formation. Des contre-ion peptidique ont également été confinés à la surface d’assemblage des ces amphiphiles, induisant des structures secondaires particulières et la formation de structures chirales elles aussi remarquables. / Abstract

Ce travail porte sur l'étude de la réaction de Povarov, une réaction de type aza-Diels-Alder à demande inverse d'électrons entre un diène de type 2-aza-diène (généralement une imine dérivée d'une aniline) et un diénophile tel qu'une oléfine riche en électrons, aboutissant ainsi à la formation de tétrahydroquinoléines. Nous sommes parvenus à réaliser cette réaction dans sa version multicomposants, c'est-à-dire en formant in situ l'imine à partir de l'aldéhyde et de l'aniline correspondants. De plus, cette réaction multicomposants a pu être effectuée de manière énantiosélective, en utilisant comme catalyseur des organocatalyseurs de type acides phosphoriques chiraux, et en choisissant judicieusement comme diénophile des ène-carbamates, qui possèdent une liaison N-H capable d'interagir avec l'acide phosphorique. Cette méthodologie a ainsi permis la synthèse de 4-amino-tétrahydroquinoléines avec une diastéréosélectivité totale, de bons rendements, et d'excellents excès énantiomériques. L'utilisation de diénophiles de type ène-thiourées a permis selon la même stratégie d'accéder à des composés hexahydropyrroloquinoléines avec des sélectivités similaires.Nous nous sommes également intéressés au mécanisme de cette réaction de Povarov, qui s'est révélé se dérouler en deux étapes distinctes, l'intermédiaire immonium pouvant être piégé, soit de manière intermoléculaire par l'éthanol, conduisant après réduction à des 1,3-diamines chirales, soit de manière intramoléculaire dans le cas particulier de l'utilisation du phénylacétaldéhyde, conduisant alors à des 1,3-diaminotétralines.

Ce travail de thèse porte dans une première partie sur le développement d'une réaction de type Reformatsky asymétrique appliquée à la synthèse de motifs " 2-méthyl-1,3-aminoalcools " syn, syn et syn, anti. Cette réaction met à l'honneur la chimie des sulfoxydes chiraux dont la présence sur le substrat permet de construire trois centres asymétriques contigus. En effet, dans une première étape, une réaction de type Reformatsy entre un précurseur chiral, un γ-bromo-β-cétosulfoxyde et différentes imines permet de former les deux premiers centres asymétriques. La sélectivité favorise de composé syn. Cette réaction est très sélective avec des sélectivités syn/anti allant jusqu'à 100/0. Ensuite, une réduction diastéréosélective des β-cétosulfoxydes obtenus à l'issue de la réaction de Reformatsky permet de former le troisième centre asymétrique avec une diastéréosélectivité totale. Ainsi, l'utilisation du DIBAL-H seul permet d'obtenir l'aminoalcool 1,3-syn alors que l'utilisation du système DIBAL-H/Yb(OTf)3 permet d'accéder à l'aminoalcool 1,3-anti avec dans les deux cas une diastéréosélectivité totale pour cette étape de réduction.Dans une deuxième partie, ce travail de thèse présente des avancées vers la synthèse totale du (+)-triènomycinol, une molécule naturelle à forte activité cytotoxique. Il s'agit d'un macrolactame à 21 chaînons comportant une partie triènique, une liaison peptidique, une stéréotriade syn, anti et un centre asymétrique isolé. La stratégie proposée consiste à construire tous les centres asymétriques en utilisant la chimie des sulfoxydes chiraux. En effet, la stéréotriade a été construite en utilisant la réaction dévloppée dans la première partie, à savoir une réaction de type Reformatsky asymétrique couplée à une réduction diastéréosélective à l'aide du système DIBAL-H/Yb(OTf)3. Le centre stéréogène isolé a lui aussi été construit grâce à la chimie des sulfoxydes chiraux, par réduction diastéréosélective d'un β-cétosulfoxyde à l'aide de DIBAL-H. Cette molécule a été découpée en deux fragments, un fragments " ouest " et un fragment " est " qui ont été couplés. De nombreuses étapes ont au préalable été mises au point sur un composé modèle. Par manque de temps et de matière, la synthèse totale du (+)-triènomycinol n'a pu être achevée.