Dans le cadre d'une coopération université-industrie, le laboratoire du Professeur Robert Chênevert du département de chimie de l'Université Laval s'est associé à la compagnie Omegachem dans le but de développer une gamme diversifiée de nouveaux composés chiraux, dans ce cas-ci, des dérivés chiraux du glycerol démontrant des intérêts majeurs pour l'industrie chimique et pharmaceutique. Dans cette optique, la première partie du projet consistait au développement d'une méthode de synthèse générale chimio-enzymatique pour l'obtention des deux énantiomères d'une gamme d'isopropylidèneglycérols 2-substitués. Ces derniers constituent des synthons tétrasubstitués très fonctionnalisés pouvant être introduits dans diverses stratégies de synthèse énantiosélective. La seconde partie concernait l'élaboration d'une méthode de synthèse efficace pour la préparation de diols chiraux énantiopurs en faisant appels aux isopropylidèneglycérols 2-substitués en tant que produits de départ. Ces diols fonctionnalisés et polyvalents étant également intéressants de par leur carbone tétrasubstitué fonctionnalisé offrant maintes possibilités réactionnelles. La dernière section du projet consistait quant à elle à la réalisation de tests préliminaires pour l'élaboration d'une voie de synthèse permettant l'obtention de dérivés organofluorés à partir des synthons énantiopurs obtenus aux sections précédentes. La chimie du fluor est devenue un secteur très important depuis les dernières décennies, spécialement dans le domaine pharmaceutique, dû principalement aux effets bénéfiques engendrés par cet halogène lors de son introduction sur des molécules bioactives par modulation de leurs propriétés physico-chimiques et pharmacologiques.

La chimie des composés organofluorés peut être subdivisée en deux domaines d’activité. L’un concerne la création des composés organofluorés, que ce soit par la formation du lien C-F ou par une modification apportée à un motif préalablement fluoré, tandis que l’autre concerne plutôt le bris du lien C-F, le plus fort lien simple carbone-élément. La présente étude sur la réactivité des mono- et difluorures allyliques et propargyliques envers certains nucléophiles, séparée en trois grands projets où la catalyse aura été une thématique centrale, nous aura fait explorer ces deux volets de la chimie des composés organofluorés. Les monofluoroalcènes sont au coeur du premier projet. Malgré une littérature abondante sur le sujet, une voie de synthèse générale pour leur préparation se fait encore attendre. L’approche que nous avons d’abord préconisée repose sur la substitution nucléophile des 3,3-difluoropropènes. Nos travaux sur la catalyse au platine et au nickel n’auront cependant pas été à la hauteur de nos attentes. Se tourner vers les 3-chloro-3-fluoropropènes aura toutefois représenté un net progrès : un catalyseur métallique n’est généralement pas nécessaire pour permettre la substitution nucléophile de ces substrats et une gamme incomparable de nucléophiles peut être employée. La réaction ne dépend que de la différence de caractère nucléofuge entre un fluor et un chlore en relation géminale. Le second projet traite de l’activation du lien C-F, ici appliquée aux monofluorures propargyliques. Alors que des conditions fortes sont typiquement requises, notre groupe s’intéresse à l’activation par les liaisons hydrogène, une interaction faible. Nous aurons ainsi pu développer une réaction de Friedel-Crafts des monofluorures propargyliques. Enfin, le dernier projet porte sur l’hydrofonctionnalisation des gem-difluorures propargyliques catalysée à l’or. À ce jour, l’hydratation et l’hydroalkoxylation ont été explorées. La transformation présente une régiosélectivité parfaite pour l’attaque du nucléophile sur le carbone de l’alcyne distal au groupement fluoré. Une étude computationnelle par DFT indique que le biais électronique imposé par les atomes de fluors est responsable de cette sélectivité inusitée. / Organofluorine chemistry as a whole can be divided into two main topics. While the first concerns the synthesis of specific fluorinated moieties, either through the creation of C-F bonds or by the elaboration of an already fluorinated motif, the second one deals with the cleavage of the C-F bond, the strongest single bond carbon can make with any other element. The current study of the reactivity of allylic and propargylic mono- and difluorides with certain nucleophiles, separated in three projects for which catalysis ended being at the very core, had us delve into those two areas of organofluorine chemistry. The first project involves the preparation of monofluoroalkenes. Notwithstanding the abundant literature on the subject, a general and versatile route to monofluoroalkenes is still sought after. Our initial approach revolved around the nucleophilic substitution of 3,3-difluoropropenes. However, our attempts at platinum catalysis and nickel catalysis did not meet expectations. The breakthrough came from resorting to 3-chloro-3-fluoropropenes as no transition metal was now necessary in most cases for the allylic substitution to occur, and this with an unmatched scope of nucleophiles. The success of the transformation is only attributable to the difference in leaving group ability of a fluorine atom and a chlorine atom in geminal relationship. The second project focusses on C-F bond activation as applied to propargylic monofluorides. While strong conditions are commonplace for C-F bond activation, our group approaches this problem through hydrogen bonding, a weak interaction. This has led us to develop the Friedel-Crafts reaction of propargylic monofluorides. Finally, the last project concerns the hydrofunctionalization of propargylic gem-difluorides under gold catalysis. To this date, both the hydration and hydroalkoxylation reactions were explored. The transformation displays a perfect regioselectivity for nucleophilic attack onto the carbon of the alkyne distal to the fluorinated unit. DFT calculations point towards the electronic bias brought about by the fluorine atoms as being at the origin of this unusual selectivity.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Cette thèse porte sur le développement de nouvelles méthodologies de synthèse asymétrique permettant l'accès aux ct-fluorocétones. Deux nouvelles méthodes de synthèse énantiosélectives par voie catalytique d'a-fluorocétones ont été développées. La stratégie employée implique l'utilisation de précurseurs d'énolates fluorés comme nucléophiles prochiraux dans la réaction d'alkylation allylique catalysée par le palladium. En premier lieu, les éthers d'énol silylés ont été examinés dans cette réaction et une grande variété d'a-fluorocétones a pu être synthétisée avec de très bonnes énantiosélectivités. Ensuite, une méthode alternative utilisant les carbonates d'énol allylés fluorés a également été développée dans le but de simplifier les conditions réactionnelles et de pallier aux problèmes de stabilité observés pour certains éthers d'énol silylés. En plus de remédier à ces problèmes et de permettre l'accès aux mêmes oc-fluocétones, l'élément clé de cette deuxième approche est l'utilisation de moins de ligand chiral que de catalyseur de palladium. Cet important effet du ratio ligand/palladium, très peu documenté dans la littérature, a démontré la différence de réactivité entre les précurseurs d'énolates fluorés et les composés non fluorés. Finalement, la dernière partie de cette thèse met l'emphase sur le design, la synthèse et l'application de nouveaux ligands chiraux phosphinooxazolines (PHOX) en catalyse asymétrique. Le but visé est de généraliser les deux méthodes précédentes en permettant l'accès aux deux séries d'énantiomères des a-fluorocétones. La synthèse de plusieurs nouveaux ligands PHOX dérivés de la valine, de la leucine et de l'isoleucine a été réalisée et leur efficacité a été démontrée dans diverses réactions énantiosélectives.

OmegaChem, une compagnie québécoise, a développé en 2009 une nouvelle classe d’agents de déoxofluoration : le XtalFluor®. Ce réactif, un sel cristallin de type aminodifluorosulfinium, représente une solution de rechange plus sécuritaire aux réactifs classiques tels que le DAST et le Deoxo-Fluor® parce qu’il est plus facile à manipuler et plus stable thermiquement. De plus, lorsqu’il est utilisé avec une source externe de fluorure, le XtalFluor® montre une excellente réactivité envers une grande variété d’alcools et de dérivés carbonylés. Cependant, les conditions initialement développées pour ce type de transformation sont loin d’être idéales du point de vue de la chimie verte parce qu’elles impliquent l’utilisation du dichlorométhane, un solvant potentiellement cancérigène, et de Et3N·3HF, une source de fluorure corrosive. Ce mémoire porte ainsi sur l’optimisation des conditions de déoxofluoration utilisant le XtalFluor®. L’intérêt des molécules organiques fluorées sera abordé en guise de préambule à ce mémoire. Une présentation générale de la réaction de déoxofluoration incluant les caractéristiques du XtalFluor® de même qu’une courte introduction aux principes de la chimie verte seront ensuite dressées afin de bien comprendre le contexte dans lequel les projets ont évolué. Les travaux portant sur l’optimisation des conditions réactionnelles seront ensuite présentés pour la synthèse de deux motifs fluorés d’intérêts. Dans un premier temps, les caractéristiques des fluorures d’acyle seront abordées puisqu’ils représentent potentiellement d’excellents intermédiaires en chimie organique. La méthodologie ayant mené au développement d’une méthode de synthèse utilisant le XtalFluor® sera présentée (Chapitre 1). La déoxofluoration d’aldéhydes sera ensuite abordée en suivant la même méthodologie dans le but de rendre le groupement -CF2H plus facilement accessible au domaine pharmaceutique, qui l’utilise principalement pour faire varier la lipophilie d’un médicament (Chapitre 2). / Developed by OmegaChem in 2009, XtalFluor® is an aminodifluorosulfinium fluorinating reagent which is safer than those typically employed for the deoxofluorination reaction (DAST, Deoxo-Fluor® and their counterparts). Indeed, its crystalline structure and its thermal stability make it easier to handle in comparison to the other reagents. In addition, when used with an external source of fluoride, XtalFluor ® shows excellent reactivity toward a wide range of alcohols and carbonyl derivatives. However, the conditions generally employed for this type of transformation are far from being ideal as they imply the use of dichloromethane, a potentially carcinogenic solvent, and Et3N·3HF, a corrosive fluoride source. Therefore, this project aims at developing greener conditions for the deoxofluorination reaction using XtalFluor®. To introduce this thesis, the motivations behind the growing interest for fluorinated organic molecules will be depicted. A general presentation of the deoxofluorination reaction, including the characteristics of XtalFluor®, and an introduction to the principles of green chemistry will serve to illustrate the general context in which the project has grown. The optimization of the reaction conditions will then be presented for the synthesis of two fluorinated motifs of interest. First, acyl fluorides characteristics will be portrayed because this motif potentially represents excellent intermediates for organic chemistry. The methodology that has led to the development of a synthetic way using XtalFluor® will be detailed in Chapter 1. The deoxofluorination of aldehydes will then be illustrated following the same methodology in order to allow access to difluorinated molecules more easily (Chapter 2). This motif is of interest especially for the pharmaceutical branch which uses it to moderate a drug’s lipophilicity.

Dans les dernières années, l'avancement rapide du domaine de l'électronique organique a mené au développement d'une multitude de nouvelles classes de polymères n-conjugués. Parmi ces polymères, les dérivés du poly(2,7-fluorène) se sont avérés être des matériaux prometteurs pour des utilisations en dispositifs opto-électroniques légers, flexibles et peu coûteux à produire. Plus récemment, de nouvelles classes de polymères à base d'hétérofluorènes comme les dérivés du poly(2,7-carb, azole) et du poly(2,7-dibenzosilole) ont été largement étudiées et ont démontré des résultats prometteurs dans les dispositifs électroniques à base de polymère comme les diodes électroluminescentes (DEL), les transistors à effet de champ (TEC) et les cellules photovoltaïques (CP). Suite aux bons résultats obtenus avec ces poly(hétérofluorène)s, nous voulions étudier une nouvelle classe de polymères à base d'hétérofluorène qui a été que très peu étudiée jusqu'à maintenant, c'est-à-dire le germafluorène. Le germafluorène étant un .analogue du fluorène et du dibenzosilole, nous voulions évaluer si cette nouvelle cl.asse possédait le même potentiel que ces dernières. C'est ainsi que nous avons synthétisé deux monomères de germafluorène. Trois dérivés du poly(germafluorène) soit PGFDTBT, PGFDTDPP (C4) et PGFDTDPP (Cg), ont été synthétisés en utilisant soit le 5,5-(4', 7'-di-2-thienyl-2', l', 3'-benzothiadiazole) ou le 3,6-bis(thiophen-5-yl)-2,5-dioctyl-2,5-dihydropyrrolo[3,4-]pyrro le-l, 4-dione] comme comonomère. De plus, deux homopolymères de germafluorène, PGF (C4) et PGF (C4, Cg) ont aussi été synthétisés. Tous ces polymères ont été caractérisés pour déterminer leurs propriétés thermiques, optiques et électrochimiques. Des cellules photovoltaïques ainsi que des transistors à effet de champ ont été fabriqués avec certains de ces polymères pour obtenir des taux de conversion énergétique allant jusqu'à 2,8 % avec le PGFDTBT et des mobilités de charge allant jusqu'à 0,04 cm2/V-s pour le PGFDTDPP (C4).

Les membranes biologiques sont principalement composées d'une bicouche de phospholipides et de protéines isolant l'intérieur des cellules du cytoplasme. H est donc fondamental d'étudier la nature des interactions entre ces composants afin de bien comprendre la relation étroite qui existe entre la structure et le fonctionnement des membranes. Comme les membranes naturelles sont composées de plusieurs protéines et de plusieurs lipides, elles se prêtent plus difficilement à des études structurales par des techniques spectroscopiques. Notre approche consiste donc à étudier des membranes modèles composées de complexes de phospholipides fluorés avec des peptides, protéines ou drogues qui agissent sur les membranes. Cette méthode mise sur l'excellente sensibilité du ¹⁹F en résonance magnétique nucléaire (RMN) ainsi que sur son abondance naturelle de 100% et son absence presque complète des organismes vivants. Ce mémoire versera sur la synthèse de ces composés lipidiques fluorés ainsi que sur une étude préliminaire de leurs propriétés physiques dans des vésicules. Les résultats présentés ont été obtenus à l'aide d'analyses en spectroscopie RMN à l'état solide et en infrarouge à transformée de Fourier.