L'introduction d'atomes d'azote sur des squelettes organiques reste une étape clé pour la synthèse de molécules bioactives alcaloïdes. Depuis quelques années, l'insertion catalytique de nitrène sur les alcènes ou pour la fonctionnalisation des liaisons C-H est devenue un outil indéniable pour une telle introduction. Cependant, les systèmes catalytiques homogènes habituellement utilisés pour cette transformation présentent des inconvénients tels que la stabilité ou la séparation après réaction. Des catalyseurs supportés recyclables sont alors apparus comme une alternative intéressante pour surmonter ces problèmes. Dans le cadre de notre intérêt continu pour le développement de méthodologies durables, nous avons conçu de nouveaux catalyseurs valorisables efficaces, conformes aux principes de la chimie verte. Ici, la première insertion de nitrène pour l'aziridination en utilisant une nanoferrite chargée de cuivre réutilisable comme catalyseur sera présentée. Les propriétés magnétiques des nanoparticules permettent une récupération facile de ces catalyseurs avec un simple aimant externe. Nous montrerons que les catalyseurs peuvent être réutilisés 5 fois avec une conversion totale du styrène et de bons rendements, même après 5 essais. Les investigations après caractérisation complète ont montré une réduction de la charge de cuivre au fur et à mesure des cycles, ce qui peut être dû à un ancrage faible. Ce résultat nous incite à explorer différents linkers entre les nanoparticules magnétiques et le cuivre afin de diminuer cette lixiviation. Plusieurs lieurs présentant des fonctions différentes d'ancrage MNP et de chélation de Cu seront présentés. En outre, l'extrapolation réussie de cette méthodologie à des dérivés de styrène substitués pauvres en électrons ou riches en électrons sera démontrée, ainsi que l'aziridination d'oléfines à longue chaîne qui seront exposées / Introduction of nitrogen atoms onto organic skeletons remains a key step for the synthesis of alkaloid bioactive molecules. Since a few years, catalytic nitrene insertion on alkenes or for C-H bond functionalization has emerged as an undeniable tool for such introduction. However, homogeneous catalytic systems usually used for this transformation present some drawbacks such as stability, or separation after reaction. Recyclable supported catalysts have then arisen as a valuable alternative to overcome these issues.As part of our continued interest for the development of sustainable methodologies, we designed new and efficient recoverable catalysts fitting by the way the green chemistry principles. Here, the first nitrene insertion for aziridination using a reusable copper-loaded nanoferrite as catalyst will be presented. Magnetic properties of the nanoparticles allow an easy retrieval of those catalysts with a simple external magnet. We will show that the catalysts could be reused for 5 times with total conversion of styrene and good yields, even after 5 runs.Investigations after full characterization showed a reduction of copper loading as the runs, which can be due to a weak anchoring. This result prompts us to explore different linkers between magnetic nanoparticles and copper in order to decrease this leaching. Several linkers exhibiting different MNP-anchoring and Cu-chelating functions will be presented. Also, the successful extrapolation of this methodology to electron-poor or electron-rich substituted styrene derivatives will be demonstrated as well as the aziridination of long chain olefins which will be exhibited.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'utilisation des matières premières renouvelables dans la synthèse des molécules organiques ou les additifs alimentaires, les pesticides et les polymères a trouvé un intérêt croissant ces dernières années pour des raisons économiques aussi bien qu'écologiques. Au cœur des produits naturels on trouve les terpènes provenant essentiellement des bioressources et représentant une grande famille de molécules naturelles. Ils offrent un potentiel important pour l'accès à des produits à haute valeur ajoutée en utilisant des outils catalytiques sélectifs, tout en respectant le principe d'économie d'atomes. Les réactions cascades basées sur les processus d’(auto)transfert d'hydrogène, générant uniquement de l'eau et des sels non toxiques comme produits secondaires sont particulièrement propres, efficaces et attractives du point de vue de la valorisation durable des terpènes. Dans ce contexte, nous avons développé un nouveau système catalytique et efficace pour l’amination réductrice des alcools allyliques en présence de différentes amines en utilisant des complexes de ruthénium(II). Cette méthode a été appliquée à une large gamme d'alcools allyliques terpéniques tels que le géraniol, le nérol et le phytol, ce qui a permis leur valorisation d’une façon chimiosélective, ne générant que l’eau et le dioxyde de carbone comme sous produits bénins. La fonctionnalisation sp3 C-H des azaterpènes cycliques a été ensuite réalisée avec différents terpènes aldéhydes en présence de complexe de ruthénium(II). Ces transformations ont permis la production d'une petite librairie de N-et C-azaterpenes. Certains de ces terpènes alcaloïdes ont montré une bonne activité antibactérienne. Par la suite, la synthèse de nouveaux complexes chiraux [Ru(Cp’)] (IV) à partir de (+)-nopinone, un monoterpène issu de l’oxydation de β-pinène a été réalisée. L'application de ces complexes dans l'allylation asymétrique de carbonate de cinnamyle par le phénol a montré une bonne régio- et énantiosélectivité. / The use of renewable feedstock in the synthesis of organic molecules such as food additives, pesticides and polymers, has found increasing interest over recent years due to economic as well as ecological reasons. At the heart of natural products are terpenes derived essentially from bioresources and they represent a large family of natural molecules, which have a moderate cost. They offer a significant potential for the access to products with high added value using selective catalytic tools, respecting the principle of atom economy. Catalytic reactions involving hydrogen (auto)transfer, generating only water and non-toxic salts as byproducts are particularly clean, efficient and attractive methods from a sustainable point of view for the valorization of terpenes. In this context we have developed a new and efficient catalytic system for reductive amination of allylic alcohols in the presence of various amines using arene ruthenium(II) complex. The application of this method to a wide range of terpenic allylic alcohols like geraniol, nerol and phytol allowed the formation of new azaterpenes in good yield and high chemoselectivity generating only water and carbon dioxide as benign side products. The sp3 C–H functionalization of N-terpenylated cyclic amines was then performed with various terpenaldehydes without side alkene reduction in the presence of arene ruthenium(II) catalyst. These eco-friendly transformations enable the production of a small library of N- and C- terpenylated amines. Some of these terpene alkaloids showed good antibacterial activities. The synthesis of new chiral [Ru(Cp’)] (IV) complexes featuring a N,O chelate were successful, using a chiral ligand derived from commercially available (+)-nopinone, a monoterpene derived from oxidation of β-pinene. The application of these complexes in the asymmetric allylation of cinnamyl carbonate by phenol gave high regioselectivity and satisfactory enantioselectivity.

Une méthode simple et efficace a été développée pour la préparation de ligands bifonctionnels associant les motifs phosphine ou phosphite d'une part, et carbène Nhétérocyclique(NHC) ou imidazolium d'autre part. Dans un premier temps, une série de ligands diphénylphosphine-carbène chiraux portant un centre stéréogène en a de la phosphinea été développée à partir b-hydroxyesters. Une famille de ligands a ainsi été développée afin d'évaluer l'influence de l'encombrement stérique de différents groupements alkyles en a de la phosphine et de la nature des groupements aromatiques portés sur l'imidazole sur leur activité catalytique. L’étude s’est ensuite étendue à la synthèse de ligands de type dialkylphosphine carbène et phosphite-carbène. Ces différents ligands ont été complexés avec des métaux tels que l’iridium ou le rhodium de manière à en étudier l’activité en hydrogénation asymétrique. / A straightforward method for the preparation of new bidentate ligands containing aphosphine or a phosphite and a carbene function was developed. Different phosphorus-imidazolium compounds were prepared according to this method. First, diphenylphosphine-NHC ligands featuring a stereogenic center a to the phosphine were synthesized from b-hydroxyesters. This strategy was then extended to the preparation of phosphite-imidazoliumand dialkylphosphine-imidazolium compounds. Complexation of these phosphorus-NHCligands with different metals like Ir or Rh was performed in order to study there catalytic properties in asymmetric hydrogenation.

Le développement de méthodes de synthèse asymétriques a largement été exploré au cours des vingt dernières années et en particulier par le biais de réactifs organométalliques. Bien que ces processus mènent à d’excellents résultats en terme d’énantiodiscrimination, l’objectif de cette thèse a été de développer de nouveaux outils de synthèse peu onéreux, respectueux des fonctions sensibles environantes et permettant l’accès aux composés attendus avec de bons rendements et excès énantiomériques. Dans cet optique, des triorganozincates de lithium chiraux ont été étudiés. Des méthodes d’alkylation et d’arylation 1,2 énantiosélectives d’aldéhydes, comportant comme partenaire chiral la (R)-N-(2-iso-butoxybenzyl)-1- phenyléthanamine, ont ainsi été développées et mises en application sur divers aldéhydes. Les alcools secondaires correspondants ont été obtenus avec de bons rendements (jusqu'à 83%) et d’excellents excès énantiomériques (jusqu'à 99%). Ces procédures ont ensuite été appliquées à la synthèse asymétrique de produits naturels et/ou bioactifs tels que la Spiromastilactone A, la (R)-Néobénodine et la (R)-Orphénadrine. Par ailleurs, la synthèse de nouveaux ligands de type amino-alcool a été développée dans le but ultime de désymétriser des substrats de type imines cycliques. / The development of new asymetric methodologies have been widely explored during the last twenty years and in particular through organometallic reagents. Although these processes lead to excellent results in terms of enantiodiscrimination, the goal of this thesis was to develop new tools: cheap, chemoselective and allowing the access to the desired compounds with high yields and enantiomeric excesses. In this context, chiral lithium triorganozincates have been studied. Enantioselective nucleophilic 1,2 alkylation and arylation of aldehydes reactions, including (R)-N-(2-iso-butoxybenzyl)-1-phenylethanamine as the chiral ligand, have been optimized toward various aldehydes. The expected secondary chiral alcohols have been obtained with good yields (up to 83%) and high enantiomeric excesses (up to 99%).These processes have been then applied to the asymmetric synthesis of naturals and/or bioactive compounds as Spiromastilactone A, (R)-Neobenodine and (R)-Orphenadrine. Finally, the access to new amino-alcohols have been developed with the ultimate goal to engage those species as the chiral partner when reacting chiral lithium zincates with imines.