L'un des axes de recherche du laboratoire Synthèse Métallo-Induites consiste en le développement de nouveaux complexes métallacycliques à chiralité planaire. Le défi majeur de cette thèse, a été l'élaboration de nouvelles approches sélectives de synthèse de complexes cationiques et neutres métallacyliques à chiralité planaire dont le métal chélaté est un centrestéréogène pseudo-tétraédrique.Le projet de thèse fut initié lors de l'étude d'une réaction inhabituelle de cycloruthénation d'un ligand dérivé de la 2-phénylpyridine qui était capable de produire un complexe ruthénacyclique OC-6 triscationique, homobinucléaire et à chiralité planaire comme produit secondaire en une seule étape à partir de substrats simples. Ce type de produit homobinucléaire ne peut se former uniquement que lorsqu'un groupement fortement donneur comme le N,N-diméthylamino (-NMe2) est présent sur le ligand départ. C'est donc à la lumière de ce résultat que nous avons engagé une étude systématique de la synthèse de nouveaux composés iridacycliques à chiralité planaire. Les fragments métalliques positivement chargés (Cp*Ir2+, Cp*Ru+) et neutre (Cr(CO)3) pourraient p-coordiner un fragment aryle riche en électrons d'un composé cyclométallé suivant un cours stéréochimiqueconditionné par la nature des entités ainsi introduites. Une des conséquences inattendues de ces recherches est l'émergence du concept de chiralité constitutionnelle déportée qui a surgi lors de l'étude du comportement conformationnel du complexe endo dicationique IrIr(NMe2) dont les groupes méthyles portés par le substituant N,N-diméthylamino dénotent une diastéréotopicité remarquable en spectroscopie de RMN 1H.A cette quête fondamentale de sélectivité s'est aussi greffée une exploration des propriétés catalytiques de nos complexes qui se sont révélés comme d'excellents précatalyseurs pour la promotion de réactions comme l'oxydation de l'eau et l'hydroamination/hydrosilylation d'alcynes vrais.

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

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

Ce manuscrit décrit la synthèse et les caractérisations physico-chimiques de nouveaux systèmes hétérocycliques π-conjugués contenant un atome de phosphore. Le chapitre d'introduction présente les différentes voies de synthèse du cycle phospholes pouvant être incorporé dans des systèmes π-conjugués. Le chapitre I décrit la synthèse et les propriétés physico-chimiques de dérivés du pyrène contenant soit un phosphole, soit un silole. La synthèse de ces nouvelles structures a été réalisée à l'aide de réactions métallo-catalysées. Deux types de régioisomères ont ainsi été synthétisés afin de déterminer l'impact de la nature de l'hétéroatome (P ou Si) sur leurs propriétés optiques et électrochimiques et sur l'organisation des molécules à l'état solide. Le chapitre II décrit la synthèse et les propriétés physico-chimiques de nouveaux complexes d'Ir(III) ortho-métallés contenant un ligand phosphole. La présence de deux centres stéréogènes induit la formation de diastéréoisomères, dont la formation peut être contrôlée par les conditions réactionnelles. De plus, les propriétés électroniques du ligand phosphole permettent de moduler à façon les propriétés redox et optiques du complexe. Le chapitre III se focalise sur l'utilisation de la phosphépine comme sous-unité pour la construction de nouveaux systèmes π-conjugués. Deux systèmes π-conjugués ont été synthétisés : un squelette de PAH contenant la phosphépine et les dithieno-phosphépines. Les propriétés optiques et redox de ces dérivés ont été étudiées et discutées dans le manuscrit. / This manuscript describes the synthesis and characterisation of new heterocyclic π-conjugated systems built around the phosphorus atom. Firstly, an introduction to the phosphole chemistry (synthesis methods and integration into π-conjugated systems) is presented. The chapter I describes the synthesis and physico-chemical properties of pyrene functionalised either by a phosphole or silole ring. The synthesis of these new structures was achieved by using a transition-metal catalysis. Two types of regioisomers were synthesised in order to study the effect of the heteroatom (P or Si) on the optical and electrochemical properties together with the impact on the solid-state organisation. The chapter II describes the synthesis and the physical properties of the first phosphole-based Ir(III) ortho-metallated complexes. The presence of two stereogenic centres in the complex induced diastereoselectivity issues that could be solved by carefully choosing the reaction conditions. Furthermore, it was demonstrated that the nature of the ligands can tune the optical and the redox properties. The chapter III describes the use of P-containing seven-membered rings (phosphepines) for the development of new π-conjugated systems. Two original π-systems have been synthesised and studied: (i) phosphepine based PAH and (ii) dithieno-phosphepines. The optical and redox properties have been investigated and discussed in the manuscript.

Suite au succès clinique des composés du platine (cisplatin et de ses dérivés) en tant qu’agent anticancéreux, la chimie inorganique médicinale a connu un essor considérable offrant ainsi une alternative à la conception d'agents thérapeutiques. Bien que le cisplatin et ses dérivés soient sans doute une des classes la plus réussie de médicaments anticancéreux, leur utilisation n’est pas efficace contre tous les types de cancer. De plus, ils sont à l’origine d’effets secondaires très invalidants (neurotoxicité, néphrotoxicité, perte de poids, nausées…) et sont également inactifs contre certains cancers présentant une résistance innée ou induite. Par conséquent, la recherche a développé des composés possédant des activités améliorées et des profils de toxicité plus acceptables. Ceci a ainsi stimulé l'intérêt pour les complexes contenant d'autres métaux de la mine du platine tels que le ruthénium, car ces composés présentent une plus faible toxicité que les complexes existants. Certains composés du ruthénium ont déjà montré une activité anticancéreuse prometteuse et deux complexes du RuIII le trans-[RuCl4-(DMSO)(Im)]ImH (NAMI-A) et le trans-[RuCl4(Ind)2]IndH (KP1019) sont entrés récemment en phase clinique.Dans le but d’améliorer l’activité et de réduire les effets secondaires des agents anticancéreux existants, le Laboratoire de Synthèses Métallo-Induites a développé depuis plusieurs années des complexes organométalliques du ruthénium RDC (Ruthenium Derivative Compound) dans lesquels un des ligands est fortement lié au métal par une liaison convalente σ C-Ru qui est elle-même stabilisée par une liaison intramoléculaire N-Ru. Cette thèse présente les avancées récentes du laboratoire dans ce domaine et plus particulièrement le développement d’une chimiothèque de RDC de seconde génération dans laquelle le ligand cyclométallé est stabilisé par deux liaisons N-Ru. Plusieurs complexes ont ainsi atteint des IC50 significativement inférieur à la micromole. En parallèle, le même type d’études a été réalisé sur des complexes de l’osmium aboutissant à une chimiothèque ODC (Osmium Derivative Compound) d’une quarantaine de composés. Cette étude est d’un intérêt particulier car non seulement elle complète la famille des RDC, mais elle permet également de vérifier l’impact du changement de métal. Les études biologiques ont ainsi montré que l'osmium présente un réel intérêt dans le développement de nouveaux médicaments antitumoraux particulièrement efficaces. Les mesures des propriétés physico-chimiques telles que le potentiel d’oxydo-réduction et la lipophilie (log(Po/w)) ont permis de corréler ces paramètres à leur activité in vitro, se rapprochant ainsi d’une éventuelle relation propriété-activité (P.A.R.). Le réel rôle du potentiel d’oxydo-réduction deviendra probablement plus clair au fur et à mesure de notre avancée dans la résolution du mécanisme d'action de ces espèces. / Since the clinical success of platinum drugs (cisplatin and its derivatives) as anticancer agent, medicinal inorganic chemistry has become a field of growing interest because it offers an alternative for the design of therapeutic agents that are not readily available to organic compounds. Although cisplatin is one of the most widely used drugs in chemotherapy, it is not effective for all types of cancer. Moreover, platinum drugs are the cause of disabling side effects (neurotoxicity, nephrotoxicity, weight loss, nausea…) and their applicability is limited by innate or induced resistance to platinum in a narrow range of tumours. Therefore, this clinical success has promoted the search for cytotoxic compounds with enhanced activities and more acceptable toxicity profiles. This has stimulated interest in complexes containing other heavy metals of the platinum group such as ruthenium because these compounds show lower toxicity than drugs based on platinum. Some ruthenium compounds have already shown promising anticancer activity and two RuIII complexes trans-[RuCl4-(DMSO)(Im)]ImH (NAMI-A and trans-[RuCl4(Ind)2]IndH (KP1019) recently enter in clinical phase for their respectively antimetastatic and cytotoxic properties.In the essential aim of increasing activity and reducing side effects of anticancer agents, the Laboratoire de Synthèses Métallo-Induites has developed for several years organometallic ruthenium compounds RDC (Ruthenium Derivative Compound) in which one of the ligand is strongly bound to the metal via a strong σ C-Ru bond and stabilized by an intramolecular N-Ru bond. This thesis presents the recent advances of the laboratory in this field and the development of a second generation RDC in which the cylometallating ligand is stabilized by two N-Ru bonds. Thus, several complexes pass the symbolic barrier of the nanomolar range for their IC50 indicating a critical improvement. At the same time, we decided to focus our studies on osmium heavier congener, not only to complete the RDC chemical library, but also to verify the impact of exchanging the metal. An extensive chemical library ODC (Osmium Derivative Compound) of forty cyclometalated osmium complexes was synthesized and evaluated in vitro. Biological studies on these ODCs showed that osmium is another metal that deserves attention for the development of new effective antitumour drugs. The measurements of physicochemical properties such as red-ox potential and lipophylicity (log(Po/w)) allowed us to tentatively correlate these parameters to the level of activity, thus approaching a possible Property-Activity Relationship (P.A.R.). More insight into the role of the red-ox potential will probably become clearer as we progress into the mechanism of action of these species.

L’un des axes de recherche du laboratoire Synthèse Métallo-Induites consiste en le développement de nouveaux complexes métallacycliques à chiralité planaire. Le défi majeur de cette thèse, a été l’élaboration de nouvelles approches sélectives de synthèse de complexes cationiques et neutres métallacyliques à chiralité planaire dont le métal chélaté est un centrestéréogène pseudo-tétraédrique.Le projet de thèse fut initié lors de l’étude d’une réaction inhabituelle de cycloruthénation d’un ligand dérivé de la 2-phénylpyridine qui était capable de produire un complexe ruthénacyclique OC-6 triscationique, homobinucléaire et à chiralité planaire comme produit secondaire en une seule étape à partir de substrats simples. Ce type de produit homobinucléaire ne peut se former uniquement que lorsqu’un groupement fortement donneur comme le N,N-diméthylamino (-NMe2) est présent sur le ligand départ. C’est donc à la lumière de ce résultat que nous avons engagé une étude systématique de la synthèse de nouveaux composés iridacycliques à chiralité planaire. Les fragments métalliques positivement chargés (Cp*Ir2+, Cp*Ru+) et neutre (Cr(CO)3) pourraient p-coordiner un fragment aryle riche en électrons d’un composé cyclométallé suivant un cours stéréochimiqueconditionné par la nature des entités ainsi introduites. Une des conséquences inattendues de ces recherches est l’émergence du concept de chiralité constitutionnelle déportée qui a surgi lors de l’étude du comportement conformationnel du complexe endo dicationique IrIr(NMe2) dont les groupes méthyles portés par le substituant N,N-diméthylamino dénotent une diastéréotopicité remarquable en spectroscopie de RMN 1H.A cette quête fondamentale de sélectivité s’est aussi greffée une exploration des propriétés catalytiques de nos complexes qui se sont révélés comme d’excellents précatalyseurs pour la promotion de réactions comme l’oxydation de l’eau et l’hydroamination/hydrosilylation d’alcynes vrais. / One of the main research domain in the laboratory of «Synthèse Metallo-Induites» consists in the development of new planar chiral metallacycles complexes. The challenge of this thesis was the development of new selective approaches for the synthesis of new cationic and neutral planar chiral metallacycles complexes in which the chelated metal is a pseudotetrahedral stereogenic center.The thesis project was initiated by the study of the unusual cycloruthenation of a 2-phenylpyridine ligand which was able to produce a tris-cationic homobimetallic planar chiral ruthenacycle as secondary product in a one step reaction starting from simple substrates. This type of homobimetallic product is only formed when a strong electrodonationg group as NMe2 is present on the starting ligand. In view of this result, we engaged a systematic study by synthesizing new planar chiral iridacycles compounds. The positively charged metal fragments (Cp*Ir2+, Cp*Ru+) and neutral (Cr(CO)3) may p-coordinate the electronic rich aryl fragment of the iridacyclic compound by virtue of the coulombic imbalance in the coordination sphere of the chelated metal center. One of the unexpected consequence of this research is the emergence of the concept ″deported constitutional chirality″, which appeared during the study of the conformational behaviour of an endodicationiciridacyclic complex where the methyl groups carried by the N,N-dimethylamino substituent diastereotopicity.To this fundamental quest for selectivity an explanation of the catalytic proprieties of our complexes was added. They were found to be good precatalysts for the promotion of the water oxidation catalysis and to be promising catalysts for tandem hydroamination/hydrosilation of terminal alkynes.

Ce travail de recherche est consacré au développement de catalyseurs à base de métaux de transition abondants de la première rangée du tableau périodique, tels que Mn, Fe, et Ni, pour les réactions d'hydro-élémentation. Tout d'abord, l'hydrosilylation de cétones et d'aldéhydes a été accomplie en utilisant un système catalytique simple Ni(OAc)₂ 4H2O/PCy₃ avec le PMHS, silane peu coûteux et stable en tant que source d'hydrure. L'amination réductrice d'aldéhydes avec des amines a également été réalisée avec le même système catalytique et le TMDS, comme silane. Deuxièmement, l’efficacité des complexes de manganèse demi-sandwich CpMn(CO)₂(IMes) a été prouvée pour la réduction des aldéhydes et des cétones en présence de Ph₂SiH₂ (1,5 équiv.) sous irradiation UV. La transformation difficile d'acides carboxyliques en aldéhydes a été effectuée à l'aide de Mn₂(CO)₁₀ et de Et3SiH. Troisièmement, la méthylation des amines secondaires avec le carbonate de diméthyle en tant que source C1 a été démontrée dans des conditions catalytique douces avec [CpFe(CO)₂(IMes)]I. Ensuite, l'hydroboration d'alcènes et d'alcynes fonctionnalisés a été réalisée en présence d’un complexe de fer (0), Fe(CO)₄(IMes) sous irradiation UV. Enfin, la réaction d'hydroboration a été étendue avec succès à la réduction de CO₂ en methoxyboranes avec Fe(CO)₃[P(OPh)₃]₂ en tant que catalyseur et les diverses sources de borane, tels que HBpin, HBcat ou 9-BBN. / This research work deals with the use of the catalysts based on the earth-abundant transition metals of the first row of the periodic table, such as Mn, Fe, and Ni, for hydroelementation reactions. First of all, the hydrosilylation of aldehydes and ketones was accomplished using a simple Ni(OAc)₂ 4H₂O/PCy₃ catalytic system with the inexpensive and stable silane PMHS as the hydride source. The reductive amination of aldehydes with amines was also achieved with the same catalytic system and TMDS, as the silane. Second, the efficiency of manganese half-sandwich complex CpMn(CO)₂(IMes) was exemplified for the reduction of aldehydes and ketones in the presence of Ph ₂ SiH ₂ (1.5 equiv.) under UV irradiation at room temperature. Still with manganese, the challenging transformation of carboxylic acids to aldehydes was performed using commercial Mn₂ (CO)₁₀ and Et₃SiH. Third, the methylation of the secondary amines with dimethyl carbonate as an alternative and safe C1 source was demonstrated under mild conditions with [CpFe(CO)₂(IMes)]I as the catalyst. Then, the hydroboration of functionalized alkenes and alkynes was catalyzed by an iron(0) carbonyl complex Fe(CO)₄(IMes) under UV irradiation. Finally, the hydroboration reaction was successfully extended to the reduction of CO₂ to methoxyboranes with Fe(CO)₃[P(OPh)₃]₂ as the catalyst and the borane sources, such as HBpin, HBcat or 9-BBN.