Les nanoparticules de métaux de transition ont suscité une attention considérable au cours des dernières années en raison de leur activité catalytique et sélectivité. Elles sont à la frontière entre la catalyse homogène et hétérogène et combinent les avantages des deux. Pour cette raison, les nanoparticules ont émergé en tant que catalyseurs pour différentes réactions telles que l'hydrogénation d'arènes. L'objectif final de cette thèse est la synthèse et la caractérisation de nanoparticules de ruthénium et l’exploration de leur performance catalytique en réactions d'hydrogénation d’arènes et polyarènes.Le Chapitre 1 contient une introduction générale à la synthèse, la caractérisation et l'application des nanoparticules en catalyse. Le Chapitre 2 définit les objectifs généraux de cette thèse.Le Chapitre 3 décrit la synthèse et la caractérisation de nanoparticules de ruthénium et de rhodium stabilisées par des ligands de type phosphine et leur application dans une étude comparative concernant la réduction d'une large gamme de phényles substitués, benzyle et de phénéthyle cétones. Dans le cas des cétones d'aryle, des nanoparticules de ruthénium ont démontré être plus sélectives pour l'hydrogénation du groupe aryle que celles de rhodium. Par contre, les nanoparticules de rhodium fournissent des produits d'hydrogénolyse. En ce qui concerne les arylcétones non conjuguées, les deux métaux sont très sélectifs envers l'hydrogénation du groupe aryle.Le Chapitre 4 décrit l'utilisation de nanoparticules de ruthénium stabilisées par la triphénylphosphine pour l'hydrogénation de substrats polycycliques aromatiques dans des conditions réactionnelles douces. Les systèmes contenant deux, trois ou plusieurs cycles aromatiques condensés sont réduites et montrent une haute sélectivité pour l’hydrogénation partielle. Le produit d'hydrogénation totale est uniquement obtenu pour les substrats moins encombrés, tels que le naphtalène et l'anthracène. L'influence d’un substituant (réductible ou non) sur l'hydrogénation du naphtalène est également étudiée.La recherche dans le Chapitre 5 explore la synthèse d'un nouveau ligand de type phosphine chirale, qui est obtenue avec un bon rendement et avec une pureté optique de 97%. Ensuite, cette phosphine et la cinchonidine commerciale (Figure 2) sont utilisées comme agents de stabilisation pour la synthèse de nanoparticules chirales.Ces nanoparticules ont été testées dans l'hydrogénation asymétrique de différents arènes disubstitués mais en terme d’énantiosélectivité, les résultats n’ont pas été bons. Une étude de deutération a été effectuée pour élucider la coordination des différents substrats à la surface de nanoparticules. Le Chapitre 6 présente les observations finales et les conclusions de cette thèse. / Transition metal nanoparticles have generated considerable attention in recent years as a result of their potential catalytic activity and selectivity. They are at the frontier between homogeneous and heterogeneous catalysis and combine the advantages of both. For this reason, nanoparticles emerged as promising catalyst for different reactions such as for the hydrogenation of arenes. The final goal of this thesis is the synthesis and characterization of ruthenium nanoparticles to explore their performance in arene and polyarene hydrogenation reactions. Chapter 1 contains a general introduction to the synthesis, characterization and application of nanoparticles in catalysis. Chapter 2 sets out the general objectives of this thesis. The research in Chapter 3 describes the synthesis and characterization of ruthenium and rhodium nanoparticles stabilized by phosphine donor ligands and their application in a comparative study in the reduction of a wide range of substituted phenyl, benzyl and phenethyl ketones. In the case of arylketones, ruthenium nanoparticles were found to be more selective than the rhodium ones towards the hydrogenation of the aryl group. Interestingly, only rhodium nanoparticles provided hydrogenolysis products. Concerning the non-conjugated aryl ketones, both metals were found to be really selective towards arene hydrogenation.The research in Chapter 4 describes the use of ruthenium nanoparticles stabilised by triphenylphosphine in the hydrogenation of polyaromatic substrates under mild reaction conditions. Systems containing 2, 3 or more fused benzene rings are reduced obtaining high selectivities towards the partial hydrogenation. The recovering of the total hydrogenated product is only achieved for the less hindered substrates like naphthalene and anthracene. Moreover, the influence on the hydrogenation of naphthalenes containing a substituent (reducible or not) is also studied. The research in Chapter 5 explores the synthesis of a new chiral phosphine ligand, which is obtained in good yield and with 97% optical purity. Then, this phosphine and commercial cinchonidine (Figure 1) are used as stabilizing agents for the synthesis of chiral nanoparticles. These nanoparticles are tested in the asymmetric hydrogenation of different substituted arenes but unsuccessful results in terms of enantioselectivity are obtained. Moreover, deuteration studies to elucidate the coordination of the different substrates to the nanoparticles surface are performed.Chapter 6 presents the final remarks and conclusions extracted from the results obtained in this thesis.

Transformer des produits naturels, les fonctionnaliser par hémi-synthèse ou par voie catalytique est un outil intéressant pour élargir le spectre des structures accessibles et de développer ainsi de nouvelles molécules à potentialité biologique. Nous nous sommes intéressés à la valorisation de sesquiterpènes isolés de l’huile essentielle du Cédres de l’Atlas qui représentent une famille de molécules naturelles abondantes et de faible coût. La première partie de ce travail porte sur des réactions d’hémisynthèse des himachalènes et des α-atlantones par des voies classiques d’époxydation, de dihalogéno cyclopropanation, de Grignard et de Wittig,dans le but d’accroître l’activité biologique reconnue de la molécule naturelle ou de découvrir de nouvelles activités. Les dérivés oléfiniques synthétisés ont été ensuite impliqués dans la réaction d’hydroformylation catalysée par des complexes au rhodium. Cette seconde partie décrit dans un premier temps la synthèse des ligands phospholes et biphospholes chiraux impliqués dans cette réaction. La performance des ligands a été évaluée dans la réaction d’hydroformylation de substrats modèles tels que le styrène, l’octène et l’α-méthylstyrèneet celle des ligands biphosphosles chiraux dans la version asymétrique de la réaction avecle styrène. Ensuite,la réaction a été étudiée sur les composés oléfiniques dérivés des α-atlantones. Les systèmes catalytiques [Rh(acac)(CO)2]/phospholes se montrent actifs e donnent de bonnes chimio- et régiosélectivité en faveur de l’aldéhyde linéaire. Nous avons également réalisé des réactions tandem d’hydroformylation/Wittig/hydroformylation pour obtenir des aldéhydes à long chaines aliphatiques ainsi que les réactions hydroformylation/acétalisation des alcools homo- et allyliques dérivé des α- atlantones afin d’accéder aux motifs lactones après oxydation des hemiacétals correspondants. La dernière partie est consacrée à la synthèse des nouveaux ligands pyrrol-phosphine (phosphole) (P-N) et leur évaluation dans la réaction d’arylation directe intramoléculaire catalysée des complexes du palladium sous micro-ondes. Cette réaction permet d’accéder à des lactones présentant un motif «dibenzo-pyranone».Les complexes associés avec les ligands pyrrol-phosphine montrent de bons résultats en termes de conversion et sélectivité. Un effet électronique remarquable des substituants des esters biaryles sur la chimiosélectivité de la réaction a été observé. / The functionnalisation of natural products by hemisynthesis or catalytic reactions is a useful tool to accessand develop newinteresting molecules with biological properties.We have been interested in chemical transformation of the sesquiterpenes isolated from the essential oil of Atlas Cedar, which represent a family of abundant and inexpensive natural molecules The first part of this work concerns the hemisynthesis reactions on the himachalènes and α-atlantones by classical epoxidation, dihalogénocyclopropanation, Grignard and Wittig reactions with the aim to increase the known biological activity or to investigate novel properties. Olefinic derivatives obtained were then involved in the hydroformylation reaction catalyzed by rhodium complexes. This second part describes first the synthesis of phospholeligands and chiral biphospholes involved in this reaction.The performance of these ligands has been evaluated in the hydroformylation reaction of model substrates like styrene, octene and α-methylstyrene as well as that of the chiral biphosphosles ligands in the asymmetric hydroformylation of styrene. Then the reaction has been studied with the olefin derived from α-atlantones using [Rh(acac)(CO)2]/L (L= phosphine or phosphole) catalytic systems. These systemsshow active and give good chemo- and regioselectivity in favour of the linear aldehyde. We have also carried out the tandem reactions such as hydroformylation/Wittig/hydroformylation to obtain aldehydes with long-chain aliphatic and hydroformylation/acetalization reactions of homo- and allylic alcohols derived from α-atlantones to obtain new five-and six-membered lactones after oxidation of the corresponding hemiacetals. The last part describes the synthesis of new ligands (P-N) pyrrol-phosphine (phosphole) and their evaluation in the direct intramolecular arylation reaction catalyzed by palladium complexes under microwaves.This reaction provides access to lactones with a «dibenzo-pyranone» backbone. The complexes containing pyrrol-phosphine ligands give interesting results in terms of conversion and selectivity from various biaryl esters.

Les alpha oléfines linéaires courtes sont des molécules de base en pétrochimie donc le marché est en constante augmentation notamment pour les oléfines légères (butène-1, hexène-1, octène-1). Ces oléfines, utilisées massivement dans l’industrie des plastiques, sont produites par la réaction catalytique d’oligomerisation de l’éthylène. IFPEN a contribué à développer plusieurs procédés homogènes d’oligomérisation de l’éthylène (AlphaButol, AlphaHexol, AlphaSelect) à base des complexes de titane, chrome ou zirconium. A travers une collaboration avec l’Université d’Amsterdam de nouvelles stratégies de développement de ligands ont été entreprises afin de rendre les catalyseurs à base de nickel sélectifs pour cette transformation. Ainsi, une approche supramoléculaire basée sur des interactions par liaison hydrogène, jusqu’alors décrite pour les métaux nobles, a été développée et appliquée aux complexes de nickel. Des complexes organométalliques originaux ont pu être générés et les interactions supramoléculaires ont été caractérisées par diffraction aux rayons X notamment. Ces complexes se présentent sous forme zwitterionique et sont formés par la combinaison de deux ligands simples donneurs et/ou accepteurs d’hydrogène. Ces complexes se sont avérés très actifs vis-à-vis de l’éthylène et ne nécessite pas l’ajout d’activateur du fait de la présence d’une liaison nickel-carbone réactive. Ils ont permis d’accéder à des sélectivités très importantes en butène-1. Appuyé par des expériences in situ et l’évaluation en catalyse de plusieurs complexes aux propriétés électroniques et stériques variées, cette approche a permis d’identifier l’espèce active et de mesurer l’impact de plusieurs descripteurs permettant de moduler la sélectivité et l’activité de la réaction catalytique en profondeur. / The demand for short linear alpha olefins is constantly increasing and motivates the development of robust and selective catalysts. In this thesis, several libraries of phosphorus ligands with the capacity to form dissymmetric or supramolecular assemblies were synthesized. The variability observed within the aminophosphine libraries, clearly reflected by the various tautomeric equilibrium of the ligand, was also observed in the nickel complexes as a single ligand could generate several complexes with different structures. Sulphonyliminobisphosphine were then introduced as a new class of ligands. These precursors rearrange in the presence of nickel to generate diphosphinamine nickel complexes. Activated by MAO, these complexes are active in the reaction of ethylene oligomerisation and produce short chain olefins. A new approach that forms stable supramolecular nickel complexes was developed by combining two phosphorus ligands with Ni(0). These complexes stabilised by hydrogen bonding are directly active in the reaction of ethylene oligomerisation with some catalysts leading to high selectivity to 1-butene (up to 84%). To understand the origin of that selectivity, the scope of complexes was extended to ligands with different steric and electronic properties. Their evaluation in the reaction of ethylene oligomerisation evidenced a relation between the catalyst structure and the selectivity of the reaction. Mechanistic studies, under an ethylene atmosphere, reveals that cationic complexes rearrange to neutral complexes, which are likely, the active species.