De nos jours, les composés fluorés sont de plus en plus présents dans notre quotidien et gagnent tous les domaines d’application des sciences de la vie (industries pharmaceutique et agrochimique) mais également dans les matériaux. Cet engouement croissant s’explique de part les caractéristiques uniques que confèrent les motifs fluorés lorsqu’ils sont introduits sur une molécule. En outre, l’association du fluor avec des hétéroatomes, et notamment les chalcogènes, a permis d’apporter de nouvelles propriétés d’intérêt (lipophilie, conformation, stabilité métabolique). Ces deux dernières décennies ont vu la croissance exponentielle des développements autour des motifs OCF3, SCF3 et de leurs dérivés. Bien moins étudié que ses analogues, le groupement SeCF3 n’a pas connu le même essor en dépit des propriétés prometteuses. En effet, communément craint à cause de sa plus grande toxicité, peu de méthodes d’introduction de ce motif ont été décrites. Le sélénium est pourtant un oligoélément essentiel chez l’Homme et est particulièrement étudié en médecine pour ses propriétés anti-oxydantes. Ce manuscrit est dédié à l’introduction directe du groupement fluoroalkylsélénium SeRF sur divers substrats organiques à travers deux générations de réactifs et de leurs dérivés : les chlorures de fluoroalkylsélénium ClSeRF et les fluoroalkyltoluènesélénosulfonates TsSeRF. Si le premier a été impliqué dans dans diverses réactions électrophiles, l’émergence du second a permis de franchir les obstacles synthétiques rencontrés. De plus, en fonction des conditions opératoires, les réactifs TsSeRF peuvent introduire le motif fluoroalkylsélénié de manière électrophile, radicalaire ou nucléophilie. Cette versatilité s’avère être un outil synthétique de choix pour cette chimie. L’apport de ce réactif a contribué aux récents développements autour du motif SeCF3. Cependant, des efforts restent à fournir notamment afin d’apporter des données quant à la toxicité de ce motif lorsqu’il est introduit sur un composé organique. Celles ci ouvriraient alors le champ vers de potentielles applications / Nowadays, organofluorine compounds are widely used, with applications in all fields of life sciences (pharmaceuticals and agrochemicals) as well as materials. This growing interest is due to the unique properties induced by fluorinated motifs. In this context, the association of fluorine with heteroatoms such as chalcogens allows its properties of interest (lipophilicity, conformation, metabolic stability) to be modulated. The development of OCF3, SCF3 and their derivatives has significantly expanded during the past two decades. Despite its promising properties, the selenylated analog SeCF3 has been less studied. Indeed, selenium is well known to be more toxic. Thus, only few methodologies were reported in the literature. However, selenium is an essential trace element for humans and it is well studied in medicinal chemistry for its anti-oxidant properties. This manuscript is devoted to the direct introduction of the fluoroalkylselenylated moiety SeRF onto organic substrates through two generations of reagents: fluoroalkylselenyl chlorides, ClSeRF and fluoroalkyltolueneselenosulfonates, TsSeRF. On the one hand, the former was involved in various electrophilic reactions. On the other hand, the design and the synthesis of the latter allowed challenging transformations to be achieved. Moreover, depending on the conditions, TsSeRF derivatives appeared to be highly versatile since the fluorinated motif can be introduced as electrophile, radical or nucleophile. This unique behavior can be a useful synthetic tool in organofluorine chemistry. TsSeRF reagents are already well established in modern strategies for the introduction of fluoroalkylselenylated moieties. Nevertheless, efforts are still needed to shed some light on the toxicity of the SeRF-containing molecules. Such improvements will pave the way for future applications of this chemistry.

Les amines sont des composés essentiels en biologie, pharmacie et agriculture. La synthèse directe de tels composés constitue un enjeu majeur dans le domaine de la chimie. Le travail présenté dans ce manuscrit porte sur l’étude et le développement de synthèses intégrant le transfert de nitrène par des catalyseurs de fer pour l’obtention de composés aminés. Dans une première partie, nous avons étudié la réaction d’aziridination par plusieurs catalyseurs à base de fer sur différentes oléfines. Nous rapportons ici, comment des études mécanistiques couplées à des investigations des structures électroniques et des profils réactionnels, par des méthodes quantiques de type DFT, peuvent conduire à une complète compréhension du mécanisme, ainsi qu’au développement rationnel de nouveaux catalyseurs de fer pour la réaction d’aziridination. Nous avons pu établir que l’affinité électronique joue un rôle majeur dans ce type de transformation. Dans une seconde partie, nous avons étudié la possibilité d’intégrer la catalyse de transfert de nitrène de fer dans des processus multi-séquentiels. Nous avons pu obtenir des amidines et imidazolidines dans des réactions multicomposants via la réaction entre un substrat, un donneur de nitrène et un nitrile, le tout catalysé par le fer. Les calculs DFT ont pu confirmer le mécanisme proposer expérimentalement. Une seconde étude a pu mettre en lumière les réactions monotopes à travers la synthèse de 2-iminothiazolidines via l’ouverture de cycle d’une aziridine suivie de l’insertion d’un isothiocyanate avec de bons rendements. Ces deux types de réactions ont démontré le fort potentiel du transfert de nitrène dans des réactions multi-séquentielles et ouvrent la porte au développement de nouvelles voies de synthèses efficaces dans une chimie durable. / Amines are essential compounds in biology, pharmacy and agriculture. Therefore, their direct synthesis is a major issue in chemistry. The work presented in this manuscript focuses on the study and development of syntheses integrating nitrene transfer by iron catalysts in order to obtain amines. In a first part, we studied the aziridination reaction with several iron catalysts on different olefins. We report here, how mechanistic studies coupled with investigations of electronic structures and reactivity profiles, by quantum methods of DFT type, can lead to a complete understanding of the mechanism, as well as to the rational development of new iron catalysts for the aziridination reaction. We have been able to establish that electron affinity plays a major role in this type of transformation. In a second part, we studied the possibility to integrate iron-catalyzed nitrene transfer in multi-sequential processes. We have been able to obtain amidines and imidazolidines in multicomponent reactions via the reaction between a substrate, a nitrene donor, a nitrile and an iron catalyst. The DFT calculations were able to confirm the mechanism proposed experimentally. A second study was to highlight telescoping reactions through the synthesis of 2-iminothiazolidines via the ring opening of an aziridine followed by the insertion of an isothiocyanate with good yields. These two types of reactions have shown the strong potential of nitrene transfer in multi-sequential reactions and open the way to the development of new efficient synthesis routes in the context of green chemistry.

Ce mémoire de thèse se concentre sur le développement de réactions multicatalysées impliquant une activation iminium et un transfert d’hydrogène réversible rédox-neutre pour la synthèse de briques moléculaires complexes énantioenrichies à partir de composés 1,3-dicarbonylés et d’alcools allyliques.Une cascade réactionnelle combinant un complexe de fer et une pyrrolidine chirale a été développée pour la préparation d’alcools g-fonctionnalisés énantioenrichis par une approche impliquant économie d’étapes et d’atomes. L’efficacité de cette méthode impliquant une catalyse duale ainsi qu’une étape de rétro-Claisen a été démontré dans la synthèse de fragments clés de produits naturels. Cette méthodologie a ensuite été complétée par une étude mécanistique expérimentale aboutissant à une meilleure compréhension du mécanisme de cette transformation et conduisant également au développement d’une catalyse triple impliquant deux complexes métalliques et un organocatalyseur. Par la suite, une nouvelle approche pour la synthèse de lactones énantioenrichies de taille de cycles moyens a été mise au point. Cette stratégie de synthèse est basée sur une addition-1,4- organocatalysée énantiosélective de Michael, suivie d’une réduction chimiosélective qui engendre une fragmentation de Claisen.Enfin, grâce aux méthodologies développées au cours de cette thèse, la synthèse totale d’un produit naturel, la floribundane B, a été étudiée. / This manuscript is focus on the development of multicatalyzed reactions involving iminium activation and reversible neutral hydrogen transfer reaction for the synthesis of complexe enantioenriched building blocks from allyl alcohols and 1,3-dicarbonyls.An unprecedented cascade catalysis combining an iron catalyst and a pyrrolidine-base catalyst is developed for the preparation of g-fonctionalized enantioenriched alcohols in a formal redox-, atom- and step-economical approach. The efficiency of this method involving a dual catalysis and a retro-Claisen xas further demonstrated in the short synthesis of several key fragments of biologically active natural products or odorant molecule. This methodolgy was then incremented by a experimental mechanistic study allowing a better understanding of the mechanism of this transformation and leading to a new catalytic systeminvolving three different catalysts (iron complex, copper and organocatalyst). Then, we focused on the development of a new synthetic approach to enantioenriched medium-sized lactones. This methodology is based on a 1,4-Michael addition of cycloalkane-1,3-diones to a,b-insaturated aldehydes. Then, a key chemoselective reductively triggered Claisen fragmentation occurred to generate desired lactones in a rapid manner.Finally, thanks to our methodology developed during this thesis, the total synthesis of floribundane B was studied.