De nouveaux liquides ioniques (LIs) contenant un cation phosphonium ou un cation ammonium couplé à un anion dérivé d’acides biosourcés (L-lactate, L-tartrate, malonate, succinate, L-malate, pyruvate, D-glucuronate, D-galacturonate, férulate, p-coumarate) ont été préparés suivant une réaction acido-basique simple et quantitative. Une nouvelle famille de liquides ioniques dendritiques (LIDs) a également été préparée à partir des dendrimères commerciaux (PPI et PAMAM). Les composés synthétisés ont tous été caractérisés par les méthodes usuelles d’analyses (RMN multinoyaux, SM, AE, IR) mais également par des techniques propres aux liquides ioniques (DSC, ATG, viscosité …).Ces solvants ont montré une efficacité avec la possibilité de recyclage du système catalytique [LI+ « Pd »] dans des réactions d’hydrogénations d’alcènes, de polyènes et de cétones α,β-insaturées dans des conditions douces de température et de pression. Ainsi, l’utilisation de ces LIPhs (liquides ioniques à base de phosphonium) permet d’obtenir d’excellents résultats notamment dans le cas de couplage pallado-catalysé de Heck sur 5 cycles sans perte de la réactivité.Les LIDs quant à eux ont été utilisés pour la récupération de quelques métaux lourds sous forme de cations (Cu2+, Ni2+, Pb2+, Cd2+, Ag+) dans des solutions aqueuses. Quelle que soit la nature du LI utilisé (hydrophile ou hydrophobe), d’excellents taux d’extraction sont obtenus sans modification du pH initial. / New biomass derived ionic liquids (ILs) containing phosphonium or ammonium cations with natural organic derived anions (L-lactate, L-tartrate, malonate, succinate, L-malate, pyruvate, D-glucuronate, D-galacturonate, férulate, p-coumarate) were easily prepared with good yields. Other dendritic ionic liquids (DILs) were also obtained from commercial PPI or PAMAM dendrimers. These DILs are containing NTf2 or BF4 anions. The characterization of all ILs was realized through classical NMR, IR, MS and elemental analysis techniques; their viscosity and ATG parameters were also determined.These new solvents proved good performance and recyclability for the selective Pd-catalyzed hydrogenation of alkenes, polyenes and also for the enantioselective hydrogenation of α,β-unsaturated ketones under mild temperature and hydrogen pressure conditions. Furthermore, they showed excellent performances (reaction yields and recycling) for the Heck coupling reaction.Finally, the hydrophilic and hydrophobic DILs were used for removal of metallic ions (Cu2+, Ni2+, Pb2+, Cd2+, Ag+) present in contaminated water and the results of the study proved their excellent catching behaviour.

Le cancer est l'une des principales causes de décès dans le monde et reste une maladie difficile à traiter du fait des difficultés de pronostic, du développement rapide de métastases et de la résistance aux médicaments. Il en résulte une forte demande en méthodologies d'imagerie innovantes pour le diagnostic précoce et précis ainsi qu’en nouveaux agents anticancéreux possédant de nouveaux mécanismes pour surmonter la résistance aux médicaments. Le but de mon projet de recherche de doctorat était donc de contribuer à cet objectif.La première partie de ma thèse de doctorat a porté sur la création de systèmes sensibles et précis d'imagerie pour la détection de tumeurs cancéreuses en utilisant une nanotechnologie novatrice permettant la délivrance des agents d'imagerie spécifiquement dans les lésions tumorales. Nous avons conçu de nouveaux dendrimères amphiphiles pour assurer le transport de différents agents d'imagerie pour les imageries PET/SPECT, par résonance magnétique et par fluorescence optique. Ces systèmes d'imagerie ont été préparés soit par encapsulation de petites sondes d'imagerie à l'intérieur de nanomicelles dendritiques ou par fonctionnalisation de la surface hydrophile ou de la queue hydrophobe du dendrimère. La deuxième partie a eu pour objectif de développer de nouveaux agents anticancéreux possédant nouveaux mécanismes d’action et une meilleure activité antitumorale. A cet effet, nous avons conçu une série de nucléosides arylvinyltriazoles par réaction oxydante de Heck, ce qui nous a permis d'obtenir les composés désirés pourtant difficiles à synthétiser avec un très large éventail de substrats et une stéréosélectivité unique. / Cancer is one of the leading causes of death in the world, and remains a difficult disease to treat because of poor prognosis, rapid tumor metastasis and drug resistance. Therefore, innovative imaging modalities for early and precise diagnosis as well as new anticancer drug candidates with novel mechanisms to overcome drug resistance are in high demand. The aim of my PhD research project was to contribute to this goal.The first part of my PhD thesis was focused on establishing sensitive and precise imaging systems for cancer detection using innovative nanotechnology to deliver imaging agents specifically into tumor lesions. We designed and constructed novel amphiphilic dendrimers to carry different imaging agents for PET/SPECT imaging, magnetic resonance imaging and optical fluorescence imaging. These innovative imaging systems were prepared by either encapsulation of small imaging probes within the dendrimer nanomicelles, or functionalization of the dendrimer hydrophilic surface or hydrophobic tail. The second part of my PhD program aimed to develop new anticancer drug candidates with novel mechanisms for better anticancer activity. Therefore, we designed and synthesized a series of challenging arylvinyltriazole nucleosides via the oxidative Heck reaction, which allowed us to obtain the desired compounds with excellent substrate scope and unique stereoselectivity.

La synthèse de la 5-azagalanthamine, un analogue azoté de galanthamine, utilisée dans le traitement palliatif de la maladie d’Alzheimer, a été envisagée dans le cadre d’une étude de relations structure-activité. Durant cette thèse nous avons examiné quatre voies de synthèse afin d’accéder à la 5-azagalanthamine. La première voie est basée sur la réaction de Pictet-Spengler afin de fermer le dernier cycle de l’azagalanthamine. De nombreuses tentatives ont été effectuées sur différents types de substrats mais cette stratégie s’est révélée inefficace. La deuxième approche consiste en une oxydation d’anilide ortho-substitué par un groupement méthoxy, avec un réactif à base d'iode hypervalent pour accéder à une spirodiènone, un intermédiaire clé de la synthèse. En effectuant cette réaction nous n’avons pas obtenu le produit attendu, mais une 1,2-dispirodiénone, un motif inhabituel, et très rare. Après avoir optimisé les conditions réactionnelles, nous avons étudié la généralité de la réaction avec d'autres substrats. La modélisation moléculaire ainsi que des études de voltammétrie cyclique ont été réalisées (Chabaud, L.; Hromjakova, T.; Rambla, M.; Retailleau, P.; Guillou, C. Chem. Commun. 2013, 49, 11542-11544. Hromjakova, T.; Retailleau, P.; Grimaud, L.; Gandon, V.; Chabaud, L. et Guillou, C. accepté EurJOC, 2015, DOI 10.1002/ejoc.201501160).Ensuite nous avons examiné l’approche basée sur le couplage intramoléculaire pallado-catalysé. Après les premiers résultats encourageant avec le substrat modèle nous avons réalisé une optimisation des conditions réactionnelles. Une étude de généralité de la réaction avec d'autres substrats a été effectuée. Malheureusement, il s’est avéré que la substitution sur le cycle aromatique n’était pas bien tolérée conduisant à de faibles rendements. Par conséquent cette méthodologie n’a pas pu être appliquée à la synthèse de l’azagalanthamine. Dans la dernière voie de synthèse examinée nous avons repris les travaux antérieurs entrepris dans notre laboratoire concernant la réaction de Heck intramoléculaire. La diminution de la longueur de la chaîne liant les deux cycles a permis d’obtenir des résultats très prometteurs. / The synthesis of 5-azagalanthamine, the analogue of galanthamine that is used in Alzheimer treatment, was investigated for structure - activity relationship studies.During this thesis I explored four synthetic approaches with the aim of preparing the 5-azagalanthamine. The first one is based on a Pictet-Spengler reaction used for ring closure of the last cycle of azagalanthamine. We carried out many tests on various types of substrate but this strategy has proved to be ineffective. The second approach consists of an oxidation of ortho-methoxy substituted anilide by hypervalent iodine reagent to access a spirodienone, a key intermediate of the synthesis. Interestingly this reaction did not result in the expected compound but we observed the formation of an unusual motif, the 1,2-dispirodienone. After conditions optimisation we studied the scope and limitations with others substrates. Molecular modelling and cyclic voltammetry studies were also carried out (Chabaud, L.; Hromjakova, T.; Rambla, M.; Retailleau, P.; Guillou, C. Chem. Commun. 2013, 49, 11542-11544. Hromjakova, T.; Retailleau, P.; Grimaud, L.; Gandon, V.; Chabaud, L. and Guillou, C. accepté EurJOC, 2015, DOI 10.1002/ejoc.201501160).Then we investigated an approach based on palladium-catalysed intramolecular coupling. After the first encouraging results with the model substrate, we did optimization of the reaction conditions and the study of substrate scope. Unfortunately we discovered that the substitution was not well tolerated and decreased the yield. Therefore this methodology could not be applied to the synthesis of the azagalanthamine. In the last approach we used previous work of our laboratory on the intramolecular Heck reaction. The reduction of the length of the linker between both cycles showed to be beneficial. We obtained promising results with this approach.

This thesis deals with the development of new reaction methodology as well as stereochemical investigations. The first part concerns the investigation of 1,2- and merged 1,2- and 1,3- asymmetric induction in Mukaiyama aldol additions to α-heteroatom and α,β- heteroatom substituted aldehydes respectively. In particular, the unexpected 1,2-syn selectivity obtained in the addition of sterically hindered nucleophiles to α-chloroaldehydes is examined, and an explanation for the observed stereochemical trends is proposed. The second part describes the development of a novel entry to α-amino-β- hydroxy esters by a 1,3-dipolar cycloaddition reaction of aldehydes and azomethine ylides, generated by thermolysis of aziridines. The third part deals with our efforts to develop a novel entry to vicinal all- carbon quaternary centers, based on an intramolecular domino Heck- carbonylation reaction using tetrasubstituted olefins. / QC 20120611

Project I. Cinchona alkaloid-derived quaternary ammonium salts have been successfully used as phase-transfer catalysts, particularly in asymmetric alkylations. Our group applied this type of catalyst in the synthesis of β-hydroxy α-amino acids via aldol reactions and discovered that the Park-Jew catalyst afforded good yields and good enantiomeric excess of the syn diasteromers, but negligible diastereoselectivity. This project was therefore focused on the synthesis of novel cinchonidine-derived catalysts with the Park-Jew catalyst as the lead structure. The C3 position of cinchonidine nucleus was modified to achieve dimers and catalysts possessing electron-deficient alkyne and alkene moieties. Synthesized catalysts were tested in the asymmetric aldol reactions, with some of them yielding improvements relative to the Park-Jew catalyst. Project II. Celogentin C is a natural product that was isolated from the seeds of Celosia argentea by Kobayashi in 2001. It is the most potent inhibitor of the polymerization of tubulin from among the celogentin family. The novel bicyclic octapeptide structure contains unusual linkages between leucine β-carbon and indole C-6 of tryptophan and between tryptophan indole C-2 and imidazole N-1 of histidine. The project culminated in the first total synthesis of celogentin C. Reaction conditions were developed by synthesizing the left-hand ring and the right-hand ring separately, and the total synthesis was accomplished via a left to right strategy. Key transformations in the construction included intermolecular Knoevenagel condensation, radical conjugate addition, macrolactamization, and oxidative coupling.

The previously described 2-aryl-4-chloro-3-iodoquinolines were prepared following literature procedure and in turn converted to the corresponding hitherto unknown 2-aryl-3-iodo-4-(phenylamino)quinoline derivatives using aniline in refluxing ethanol. These 2-aryl-3-iodo-4-(phenylamino)quinolines were reacted with allybromide in ethanol at room temperature to afford 4-(N,N-allylphenylamino)-2-aryl-3-iodoquinoline derivatives. The 2-aryl-3-iodo-4-(phenylamino)quinoline and 4-(N,N-allylphenylamino)-2-aryl-3-iodoquinoline derivatives were subjected to metal-catalysed carbon-carbon bond formations. Palladium(0)-copper iodide catalysed Sonogashira cross-coupling of 2-aryl-3-iodo-4-(phenylamino)quinoline with terminal alkynes afforded series of 1,2,4-trisubstituted 1H-pyrrolo[3,2-c]quinolines in a single step operation. On the other hand, the 4-(N,N-allylphenylamino)-2-aryl-3-iodoquinoline derivatives were found to undergo palladium-catalysed intramolecular Heck reaction to yield the corresponding 1,3,4-trisubstituted 1H-pyrrolo[3,2-c]quinolines. All new compounds were characterized by using a combination of NMR (1H and 13C), IR, mass spectroscopic techniques as well as elemental analysis. / Chemistry / MSc. (Chemistry)

The previously described 2-aryl-4-chloro-3-iodoquinolines were prepared following literature procedure and in turn converted to the corresponding hitherto unknown 2-aryl-3-iodo-4-(phenylamino)quinoline derivatives using aniline in refluxing ethanol. These 2-aryl-3-iodo-4-(phenylamino)quinolines were reacted with allybromide in ethanol at room temperature to afford 4-(N,N-allylphenylamino)-2-aryl-3-iodoquinoline derivatives. The 2-aryl-3-iodo-4-(phenylamino)quinoline and 4-(N,N-allylphenylamino)-2-aryl-3-iodoquinoline derivatives were subjected to metal-catalysed carbon-carbon bond formations. Palladium(0)-copper iodide catalysed Sonogashira cross-coupling of 2-aryl-3-iodo-4-(phenylamino)quinoline with terminal alkynes afforded series of 1,2,4-trisubstituted 1H-pyrrolo[3,2-c]quinolines in a single step operation. On the other hand, the 4-(N,N-allylphenylamino)-2-aryl-3-iodoquinoline derivatives were found to undergo palladium-catalysed intramolecular Heck reaction to yield the corresponding 1,3,4-trisubstituted 1H-pyrrolo[3,2-c]quinolines. All new compounds were characterized by using a combination of NMR (1H and 13C), IR, mass spectroscopic techniques as well as elemental analysis. / Chemistry / MSc. (Chemistry)

Les réactions pallado-catalysées permettant la formation de liaisons carbone-carbone trouvent de nombreuses applications en synthèse organique et constituent l’étape clé de la synthèse d’un grand nombre de molécules. La première partie de cette thèse décrit la préparation et l’étude de catalyseurs hétérogènes et réutilisables comportant du palladium supporté sur un polymère portant des groupements phosphinés, polymère dérivé soit d'une résine de Merrifield soit d’une résine Rasta. De très bons résultats ont été obtenus pour leur utilisation dans les couplages croisés de Hiyama, Heck et Suzuki et dans chaque cas la possibilité de réutilisation jusqu’à 4 fois du catalyseur a été vérifiée. Notre travail constitue une des premières utilisations d’un catalyseur réutilisable dans le couplage de Hiyama. Nous avons aussi mis au point des conditions permettant d’effectuer le couplage de Heck en présence d’une quantité infime de palladium. Notre étude sur les résines Rasta constitue la première application de ces supports en pallado-catalyse. La deuxième partie de la thèse décrit l’étude de la préparation de catalyseurs où le palladium serait supporté sur des nanoparticules superparamagnétiques et qui pourraient donc être récupérés de tout milieu réactionnel grâce à un champ magnétique externe. Des nanoparticules de cobalt ont été préparées puis recouvertes de pyrocarbone par dépôt chimique en phase vapeur. Des groupements organiques ont été fixés sur la coque de carbone, ce qui permet l’introduction de ligands phosphinés. La structure de ces particules a été étudiée par microscopie électronique en transmission et leur préparation optimisée en fonction des résultats structuraux. / Palladium-catalyzed reactions forming carbon-carbon bonds have found widespread applications in organic synthesis as they represent the key step of many important syntheses in various domains. The first part of this work describes the preparation and study of heterogeneous, reusable, catalysts containing palladium supported on a polymer bearing phosphino groups derived from either a Merrifield resin or a Rasta resin. Very good results have been obtained for the use of these catalysts in Hiyama, Heck and Suzuki cross-couplings and, in each case, the possibility of reuse of the catalyst at least 4 times has been verified. Our work constitutes one of the first use of a reusable catalyst in a Hiyama coupling. We have also found experimental conditions allowing to run the Heck coupling in the presence of only a minimal amount of palladium. Our work constitutes the first use of Rasta resins to prepare heterogeneous palladium catalysts. The second part of the thesis describes the study of the preparation of catalysts where palladium would be supported on superparamagnetic nanoparticles and which could therefore be recovered from any reaction medium by using a magnetic field. Cobalt nanoparticles were prepared and then covered by pyrocarbon by Chemical Vapor Deposition. Organic groups, allowing the subsequent introduction of phosphino ligands, were then grafted on the carbon shells. The structure of the particles was determined by Transmission Electron Microscopy and their preparation optimized according to these structural results.

Le mycothiazole-4,19-diol, découvert en 2006, est une molécule naturelle isolée de l’éponge marine cacospongia mycofijiensis, dont il n’existe à ce jour aucune synthèse. La structure originale, combinée à la faible abondance naturelle et à une activité biologique potentielle du mycothiazole-4,19-diol font de cette molécule une cible synthétique attractive pour le chimiste organicien et constitue l’objectif de ces travaux de thèse. Le principal enjeu de cette synthèse est la construction du motif diol-1,2 allylique. Au total, quatre déconnections ont été étudiées. Pour chacune d’entre elles, plusieurs approches ont été effectuées afin de construire de manière efficace et élégante le mycothiazole-4,19-diol. Une étude sur l’utilisation du palladium en synthèse organique a également été effectuée au cours cette thèse. Parmi les nombreux systèmes catalytiques dans lesquels ce métal intervient, nous nous sommes intéressés à l’oxydation aérobique des alcools en leurs dérivés carbonylés. Nous avons élaboré un nouveau système permettant l’oxydation sélective des alcools allyliques. Les résultats obtenus sur la haute chimiosélectivité intramoléculaire font de cette méthode un outil puissant et efficace et a été mis à profit dans le cadre des approches du mycothiazole-4,19-diol. Une étude supplémentaire réalisée sur l’utilisation du palladium en réactions séquentielles a également été menée avec l’élaboration d’un processus oxydation aérobique-formation de liaison C-C par couplage de Heck. L’originalité de la méthodologie développée est que le catalyseur intervient dans deux réactions totalement différentes permettant ainsi la synthèse rapide de molécules relativement complexes à partir de substrats simples. / Mycothiazole-4,19-diol is a natural compound isolated in 2006 from a marine sponge cacospongia mycofijiensis which has never been synthesized. Its unique structure, its weak abundance and its potential biological activity make mycothiazole-4,19-diol an attractive target in organic chemistry. The challenge is the building of allylic diol-1,2 moiety. In order to make a concise and elegant synthesis of this molecule, four disconnections and many approaches have been studied. A study about the use of palladium in organic synthesis has also been done. Among all the catalytic systems in which this metal is involved, we were first interested in the aerobic oxidation of alcohols into their corresponding carbonyl compounds. We have elaborated a new catalytic system which enables the selective oxidation of allylic alcohols. This methodology has been applied in the different synthetic approaches towards the mycothiazole-4,19-diol. A second study has been done about the use of palladium in sequential processes. We have elaborated a new catalyzed process with two sequential different steps: allylic alcohol oxidation-Heck reaction. The originality of this system is that the catalyst is involved in both reactions which makes an easy access to functionalized α,β-unsaturated ketones from allylic alcohols.

<p>This thesis describes the use of copper and palladium to mediate transformations of carboranes, especially <i>p</i>-carborane.</p><p>1-(1-<i>p</i>-carboranyl)-<i>N</i>-methyl-<i>N</i>-(2-butyl)-3-isoquinolinecarboxamide, a carborane containing analogue of the peripheral benzodiazepine receptor (PBR) ligand PK11195, has been synthesised. A key step in the reaction is the copper (I) mediated coupling of p-carborane with ethyl 1-bromo-isoquinoline-3-carboxylate. </p><p><i>p</i>-Carborane has been arylated on the 2-<i>B</i>-atom in high yields, using the Suzuki–Miyaura reaction. Thus the reaction between 2-I-<i>p</i>-carborane and various arylboronic acids [1-naphthyl-, phenyl-, 4-MeO-C₆H₄-, 3-CH₃CONH-C₆H₄-, 4-NC-C₆H₄-, 3-NO₂-C₆H₄-], gave the corresponding 2-aryl-<i>p</i>-carboranes in DME solution when reacted in the presence of cesium fluoride and the catalytic Pd₂(dba)₃–dppb system. Under the same conditions, the boron-boron bond forming reaction of two <i>p</i>-carboranylboronic esters (2-[(pinacolato)boron]-<i>p</i>-carborane and 2-[(neopentyl glycolato)boron]-p-carborane) was also shown feasible.</p><p><i>p</i>-Carborane has been vinylated on the 2-<i>B</i>-atom in high yields by use of the Heck reaction. The coupling between 2-I-<i>p</i>-carborane and various styrenes [4-H-, 4-C₆H₄-, 4-Cl , 4-Br-, 4-NO₂-, 4-CH3O- and 4 CH₃ ] resulted in the formation of the corresponding<i>trans</i>-β-(2-<i>B</i>-<i>p</i>-carboranyl) styrene in DMF solution when reacted in the presence of silver phosphate and the palladacycle Herrmann´s catalyst. The reaction was shown to proceed at higher rate with electron rich than with electron deficient olefins.</p><p>The feasibility of palladium-catalysed isotopic exchange of an iodinated closo-carborane with a radioisotope of iodine has been studied. 2-I-<i>p</i>-carborane was selected as a model compound. It was shown, that such isotopic exchange is possible and provides a high yield (83 ± 4.2 %) during 40 min long reaction. The reaction conditions were optimised, and it was demonstrated that presence of the tetra n-butylammonium hydrogensulphate is important in order to stabilise catalyst and provide reproducibility of labelling. In this work we have modified the methodology and extended the application to a wider range of iodinated carboranes. By the use of Herrmann’s catalyst in toluene at 100 °C this [¹²⁵I]-iodide labelling could be improved and extended. 2-I-<i>p</i>- 9-I-<i>m</i>-, 9-I-<i>o</i>-, 3-I-<i>o</i>-carborane, 1-phenyl-3-I-<i>o</i>-carborane and 1,2-diphenyl-3-I-<i>o</i>-carborane could be [¹²⁵I]-iodide labelled in high to excellent yields within 5 minutes.This reported palladium catalyzed radio-iodination of the uncharged closo-carboranes might find use in pharmacokinetic studies of carborane derivatives.</p>