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Natural products have been demonstrated to be of great significance to the pharmaceutical industry in the development of new drugs and medicine. Unfortunately, synthetic approaches to obtain these natural products often prove increasingly challenging due to the complexity of synthesizing the target drug in the proper stereochemistry. The availability of enantioselective reactions can play a pivotal role in overcoming this challenge, yielding access to optically pure intermediates and products. Chiral ligands based on a trans-1,2-diaminocyclohexane motif are often employed for this purpose and their complexes with transition metals have been demonstrated to act as efficient chiral catalysts in asymmetric reactions. In contrast, studies involving cis-1,2-diaminocyclohexane derivatives as chiral catalysts are strongly underrepresented. We have designed and performed the synthesis of an axially chiral conformationally locked cis-1,2-diamine scaffold, conveniently designed for further derivatization into more complex structures. A key step in this synthesis was the chiral resolution of a racemic intermediate, realized through both chemical and enzymatic means in a comparative study. Utilizing the newly gained optically pure primary diamine scaffold, a library of chemically diverse secondary diamine ligands has been synthesized and characterized through NMR spectroscopy, mass spectrometry, and chiral HPLC. Assignment of the absolute configuration within the cis-1,2-diamine scaffold was realized through single-crystal X-ray crystallography experiments on one of the synthetic intermediates. The synthesized ligands have been evaluated for their potential to function as chiral catalysts in the asymmetric Henry reaction and asymmetric transfer hydrogenation. As a function of both steric and electronic structural variation, a range of catalytic activities and enantioselectivities in the Henry reaction were observed. The ligands proved to be less suitable for asymmetric transfer hydrogenation with only a select number of ligands catalyzing the reaction, and a single example resulting in a decent enantioselectivity. We additionally explored the possibility of incorporating a chemical switch into the scaffold, responsible for switching the axial chirality of the molecule. As a consequence of inverting the axial chirality, the configuration of the potential reaction product in asymmetric synthesis would also be inverted. To this extent, we performed the synthesis of a novel specifically designed crown ether, dicyclohexeno-18-crown-6, furnished with two π-bonds in the cyclohexane rings, allowing for additional modification into more advanced functionalized structures.

S'han sintetitzat derivats de BINOL (2,2'-dihidroxi-1,1'-binaftale) amb substitucio en C-3 i C-3' per grups dialquilaminometil anomenats, genericament, binaftolamines. S'ha evaluat la capacitat coordinant d'aquestes binaftolamines amb sals de lantanids (III) determinant que la combinacio de 3,3'-bis[(dietilamino)metil]-2,2'-dihidroxi-1,1'-binaftale (BINOLAM) i triflats de lantanids (III) condueix a la formacio de complexos quirals, d'estequiometria 3:1, amb simetria D3 i amb quiralitat predeterminada en el lantanid. Son especies estables al aire i emmagatzemables sense cap precaucio especial. Presenten una xarxa organitzada de centres acid de Lewis-acid de Bronsted-base de Bronsted (LABABB) de gran rellevancia per explicar la seva activitat catalitica. En dissolucio, son especies cineticament labils, estables en la majoria de dissolvents organics anhidres. S'ha estudiat la capacitat catalitica enantioselectiva dels complexos obtinguts en la reaccio nitroaldolica directa d'aldehids i α-trifluorometil cetones amb nitrometa obtenint els corresponents β-nitroaldols i α-trifluorometil nitroaldols terciaris amb rendiments quimics i enantioselectivitats de moderats a excel·lents. / Se han sintetizado derivados de BINOL (2,2'-dihidroxi-1,1'-binaftaleno) con sustitucion en C-3 y C-3' por grupos dialquilaminometil denominados, genericamente, binaftolaminas. Se ha evaluado la capacidad coordinante de estas binaftolaminas para con sales de lantanidos (III) determinando que la combinacion de 3,3'-bis[(dietilamino)metil]-2,2'-dihidroxi-1,1'-binaftaleno (BINOLAM) i triflatos de lantanidos (III) conducen a la formacion de complejos quirales, de estequiometria 3:1, con simetria D3 y con quiralidad predeterminada en el lantanido. Son especies estables al aire y almacenables sin ninguna precaucion especial. Presentan una red ordenada de centros acido de Lewis-acido de Bronsted-base de Bronsted (LABABB) de gran relevancia para explicar su actividad catalitica. En disolucion, son especies cineticamente labiles, estables en la mayoria de disolventes organicos anhidros. Se ha estudiado la capacidad catalitica enantioselectiva de los complejos obtenidos en la reaccion nitroaldolica directa de aldehidos y α-trifluorometil cetonas con nitrometano obteniendo los correspondientes β-nitroaldoles y α-trifluorometil nitroaldoles terciarios con rendimientos quimicos y enantioselectividades de moderados a excelentes. / We have synthesized BINOL (2,2'-dihydroxy-1,1'-binaphtalene) derivatives having dialkylaminomethyl groups at C-3 and C-3' generically named binaphtolamines. We assessed the ability of these ligands to coordinate lanthanide (III) salts. We found that the combination of 3,3'-bis[(diethylamino)methyl]-2,2'-dihydroxy-1,1'-binaphtalene (BINOLAM) with lanthanide (III) triflates led to the formation of chiral complexes characterized by having 3:1 stoichiometry, D3 symmetry and predetermined chirality on the lanthanide center. They are shelf stable species i.e., storable for months without any special precautions. They possess an arrayed network of Lewis acid-Bronsted acid-base Bronsted centres (LABABB) which is relevant to explain its catalytic activity. In solution, these species are kinetically labile and are stable in most anhydrous organic solvents. We have studied the ability of these complexes to work as enantioselective catalysts in the direct nitroaldol (Henry) reaction of aldehydes and α-trifluoromethyl ketones with nitromethane thereby giving rise to the corresponding β-nitroaldols and α-trifluoromethyl tertiary nitroaldols with moderate to high chemical yields and enantioselectivity.

Ce travail de thèse est dédié au développement des deux familles de complexes chiraux binaphtolates de terres rares et leur application en catalyse asymétrique dans les réactions d’addition de Michael, de Henry, de Strecker et d’hydroalkoxylation. La préparation d’une nouvelle famille de complexes chiraux bisbinaphtolates de terres rares a été optimisée. Ces nouveaux complexes ont été entièrement caractérisés grâce à des analyses RMN, IR, de spectroscopie de masse et des études de DRX de monocristaux isolés. Après une étude de stabilité, nous avons pu montrer que ces nouveaux complexes de terres rares peuvent être pesés à l’air libre et utilisés dans des réactions asymétriques sans dégazage des réactifs ni des solvants. Les comportements catalytiques de ces nouveaux complexes hétérobimétalliques ont été étudiés en détail dans des réactions énantiosélectives de Henry, de Strecker et d’addition de Michael. Une température d’isoinversion et un effet non linéaire ont notamment été mis en évidence dans la réaction d’addition de Michael de malonates sur des énones conduisant à des produits énantioenrichis avec des excès énantiomériques allant jusqu’à 83%. Une seconde famille de complexes monobinaphtolate monoalkyl de terres rares a été synthétisée et complètement caractérisée. Une structure DRX de ce type de complexe a pu être obtenue pour la première fois. Ces complexes ont été évalués dans des réactions de Strecker et d’hydroalkoxylation. Concernant cette dernière, la sélectivité a tout d’abord été étudiée avec ces complexes dans le cas des allènes et un mécanisme a pu être proposé. D’autre part, les premiers exemples d’hydroalkoxylation asymétrique d’alcènes, catalysés par ces complexes monobinaphtolate monoalkyl de terres rares, ont pu être décrits. / This thesis is mainly devoted to the development of two families of rare earths chiral binaphtolate complex and their application in asymmetric catalysis such as Michael addition, Henry reaction, Strecker reaction and hydroalkoxylation reaction. At first, the preparation of a new family of rare earth bisbinaphtolate complexes has been optimized with complete characterizations including NMR, IR, mass spectroscopy and XRD studies on isolated single crystals. These new rare earths complexes are relative stable which can be used under air condition. The catalytic behavior of these new heterobimetallic complexes have been studied in detail: an isoinversion temperature was determined and the nonlinear effect was observed for asymmetric Michael additions of malonates on enones wich lead products with enantiomeric excess up to 83%. Secondly, a family of rare earth monobinaphtolate monoalkyl complexs has been synthesized and characterized. The first XRD structure of this family of complex was obtained. Steric substitutions of binaphtolate ligands on position 3,3’ have been proven to be essential for the formation of these complex. The selectivity of reaction of hydroalkoxylation of allene was studied with a proposed mechanism. First examples of asymmetric hydroalkoxylation of alkene catalyzed by rare earth complexes have been achieved by our rare earth monoalkyl monobinaphtolate complex.

Des nouveaux ligands chiraux diamine N-aromatiques, dérivés de 1,2-diaminocyclohexane et des a et ß- cétones cycliques aromatiques, ont été synthétisés par alkylation-déshydrogénation catalysée par le palladium sur charbon (Pd/C). Cette méthode, nous a permis de préparer un série des ligands chiraux de types N,N-di-aryles diamine and N-aryle diamine avec de très bons rendements isolés.Premièrement, les efficacités des ligands synthétisés ont été examinées avec succès dans la réaction de réduction par transfert d'hydrure des cétones aromatiques, catalysée avec des catalyseurs homogènes d'iridium formés in situ iridium assistés par l'acide formique et son sel de sodium. Des cétones aromatiques variés ont été réduits, suivant la méthode y développée, en des alcools correspondants avec des complètes et des hautes énantiosélectivités (ee jusqu'au 93%). Ensuite, deux ligands diamine, N,N'-dinaphtyle diaminocylohexane et N-naphtyle diaminocylohexane complexés avec le Cu (II) ont été évalués dans la réaction asymétrique de Henry entre des dérivés de benzaldéhyde et le nitrométhane conduisant aux ß-nitro-aryle-alcools avec des bonnes énantiosélectivités (ee jusqu'au 83%) et des bons rendements isolés. On a aussi transformé ces deux ligands, en sels d'imidazolinium précurseurs des carbènes, pour des ultérieures application en catalyse asymétrique. Le dérrivé mono N-aryle diamine a été transformé en ligand mono-thio. Les trois ligands ainsi préparés ont été obtenus avec des bons rendements isolés / New chiral N-arylated diamine ligands, derived from 1,2-diaminocyclohexane and a and ß-cyclic-aromatic ketone, were synthesized by dehydrogenative alkylation catalyzed by palladium on carbon (Pd/C). This method, allowed to prepare a series of chiral N,N-diarylated diamine and N-aryl diamine ligands with very good isolated yield.First of all, the applicability of the synthesized chiral diamine ligands was successfully examined in asymmetric transfer hydrogenation with homogeneous iridium catalyst associated to formic acid and its sodium salt. Various aromatic ketones were reduced to chiral alchohol with a complete conversion and high enantioselectivity (ee up to 93%). Then, two of the prepared chiral diamine, N,N’-dinaphtyl diaminocylohexane and N-naphtyl diaminocylohexane combined to copper (II), have been evaluated in asymmetric Henry reaction between benzaldehyde derivatives and nitromethane leading to ß-nitro-aryl-alcohol with good enantioselectivities (ee up to 83%) and good isolated yields.Furthermore, we transform these two ligands into imidazolinium salts precursor of carbenes, for further application in asymmetric catalysis. The mono N-arylated diamine was transformed into mono-thiourea ligand. These three new ligands were obtained with very good isolated yields

L’objectif de ce travail étaient le développement de catalyseurs hétérogènes efficaces pour promouvoir des réactions asymétriques, en utilisant la polymérisation oxydante ou la formation de polymères de coordination. De nouveaux complexes de salen Co(III) chiraux modifiés par des groupements aromatiques sur les position 5, 5’ ont été préparés et testés dans le dédoublement cinétique hydrolytique (HKR) des époxydes terminaux en conditions homogènes. Ces complexes ont été ensuite engagés dans les polymérisations oxydantes électrochimiques ou chimiques, et une stratégie de copolymérisation a fourni des polymères chiraux très efficaces et stables pour catalyser l’HKR dans des conditions hétérogènes. Nous avons alors cherché à préparer un catalyseur capable de catalyser deux réactions en cascade, en copolymérisant deux complexes de salen portant des métaux différents. Pendant ces études, les complexes de salen Mn ont révélé leur participation active à la réaction d’HKR des époxydes terminaux catalysée par les complexes de salen Co(III), en augmentant l’excès énantiomérique du produit de façon significative. Les études mécanistiques ont été ensuite réalisées pour tenter de comprendre le rôle des complexes de Mn dans cette réaction. De plus, des complexes de salen fonctionnalisés par le groupement pyridine ou le groupement de type acide isophtalique ont été synthétisés. Ces complexes ont été utilisés pour préparer de nouveaux réseaux de polymères de coordination poreux chiraux (collaboration avec l’équipe LCI de l’ICMMO et l’Institut Lavoisier à Versailles), qui sont ensuite testés comme catalyseurs hétérogènes dans la réaction de Henry asymétrique et la réaction d’HKR. / The aim of this work was to prepare new chiral heterogeneous catalysts for asymmetric catalysis by oxidative polymerization of chiral organometallic complexes or by formation of chiral metal organic frameworks. New chiral salen Co(III) complexes modified by oxidizable aromatic groups at position 5,5’ have been prepared and tested as homogeneous catalysts in the Hydrolytic Kinetic Resolution (HKR) of terminal epoxides. These complexes have also been engaged into the oxidative electrochemical and chemical polymerization, and a copolymerization strategy has afforded very efficient and stable heterogeneous catalysts for the HKR. The idea of copolymerization has then been extended to the copolymerization of two salen complexes with different metals, which is expected to promote successively two different asymmetric transformations. During preliminary investigations, the salen Mn complexes have been found to be able to enhance the catalytic performance of salen Co(III) complexes in the HKR by increasing significantly the enantiomeric excess of the products. Mechanistic studies have thus been realized to understand the role of salen Mn complexes in this reaction. Besides, some chiral salen complexes functionalized by pyridine or isophtalic acid groups have been synthesized for the preparation of new chiral metal organic frameworks (collaboration with LCI of ICMMO and Institut Lavoisier of Versailles), which have also been tested in the asymmetric Henry reaction and the HKR as heterogeneous catalysts.