Fluoroolefins in general represent a valuable class of feedstock materials which have proven integral to a number of industries including (but not limited to) refrigeration, agrochemicals, pharmaceuticals, and propellants. As ligands for transition metals they are privileged in the relative inertness of the C–F bonds and their electrophilicity, which makes them ideal candidates for coordination chemistry with late, electron rich metals. The scope of this thesis encompasses work with TFE and VDF, two readily available fluoroolefins that are used most commonly in the polymer industry. Through the use of low-coordinate nickel systems, value-added derivatives of these two olefins have been prepared. With TFE, a T-shaped perfluoronickelacyclopentane was obtained upon coordination of the bulky SIPr ligand; this complex underwent hydrogenation to give 1H,4H-octafluorobutane at as low as 5 psi of hydrogen, in addition to giving rise to new ring-opened derivatives and a rare perfluorocyclobutyl complex. In the case of VDF, the regioselective hydrodefluorodimerization to a potentially valuable new refrigerant 2,4,4-trifluorobut-1-ene (HFO-1363pyf) catalyzed by nickel is reported, as well as a dimeric 2,4,4-trifluorobut-1-enylnickel derivative which is proposed in this text to originate from the β-fluoride elimination of an unprecedented 5-membered 2H,2H,4H,4H-tetrafluoronickelacycle.

With the blend of addressing issues of sustainable energy with the environmental worries regarding emission of greenhouse gases, there is a motivation to target the efficient chemical reduction of CO2. Re(I) integrated photosensitizers and catalysts, synthesized from commercially available ligands, are introduced with the selective CO2 reduction of formic acid, making for a unique class of Re(I) catalysts typically selective for CO as a reduction product. Furthermore, synthesized Zn(II) phosphino aminopyridine complexes are structurally and computationally characterized as well as observed to function as unprecedented electrocatalysts for the reduction of CO2 to formic acid and CO. Lastly, with the importance and popularity of N-heterocyclic carbenes (NHCs) as a class of ligands in the field of organometallic catalysis, six-membered perimidine based carbenes are further explored. Synthesis of a chelating pyridyl-perimidine NHC in addition to potential transition metal catalysts are also attempted.

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N-Heterocyclic carbenes (NHCs) are one of the few ligand systems that can finely tune transition metal catalysts via sterics and electronics. The strong sigma-donating properties of these ancillary ligands allow the development of robust tridentate NHC pincer framework, which has emerged as an alternative to the phosphine pincer ligands. The combination of NHC and pincer systems has resulted in a new generation of catalytically active organometallic complexes reported throughout the literature. -NHC Rh pincer complexes were found to be catalytically active in C-C and C-B bond formation via 1,4dition reactions. In addition, the in-situ generated -NHC Ir(H) pincer complex demonstrated catalytic activity in borylation of arene C-H bonds. Preliminary results are comparable to the C-H borylation results published by Hartwig and co-workers. The -NHC Ir(H) pincer complex may also prove to be a suitable catalyst for alkane dehydrogenation, due to framework similarities of the highly active and durable PCP and POCOP pincer hydride systems. Expansion of group 9 metal sources for transmetalation of the -NHC Zr pincer complex afforded the development of -NHC Rh(CO) and -NHC Co complexes. Group 9 metal carbonyl complexes have been reported as active catalysts in photocatalytic C-H activation of small molecules. Testing of Co sources for transmetalation afforded three rare Co pincer complexes, and the first examples of -NHC Co pincer complexes to date. Development of -NHC pincer complexes with base metals provide cost-effect alternatives to pincer systems with precious metal centers, and is reported herein.

The impact of N-heterocyclic carbenes (NHC) as ligands for transition metal catalysis has been rigorously investigated since their isolation by Arduengo in 1991. NHCs have become abundant in late-transition metal chemistry. This is attributed to NHCs being stronger sigma-donors than even the strongest phosphine analogues, thus constructing a transition metal-NHC complex with improved stability, catalytic reactivity, and selectivity. Additionally, pincer ligands have become recognized as an important class of ligands for transition metal complexes. The unique steric and electronic tunability of pincer ligands has resulted in pincer-transition metal complexes being exploited as catalysts for a multitude of transformations. Both ligand classes, NHC and pincer, have been reported as stable organometallic catalysts that demonstrate high catalytic activity. The combination of these two ligand systems by incorporation of NHCs into pincer ligands has attracted considerable attention. NHC pincer systems have been reported as stable organometallic catalysts that demonstrate high catalytic activity. The expansion of -NHC ligand precursor methodologies and application of the newly reported methodologies in order to diversify -NHC ligand architectures is reported. Extension of the amine elimination methodology yielded unsymmetrical NHC Ta pincer complexes. Studies on the manipulation of the previously reported symmetrical -NHC pincer Ta complex’s coordination sphere to synthesize a rare Ta diimido complex with unique reactivity towards advantageous proton sources and oxidative amination of aminoalkenes are also expanded upon. These next generation catalysts developed from these architectures may prove useful in catalyzing a broad array of transformations not previously accessible through the four standard NHC containing pincer ligand architectures.

The first stable “free” N-heterocyclic carbene (NHC) was isolated in 1991, since then many classes of NHCs were synthesized and isolated. N-heterocyclic carbene ligands have become a common ligand in the synthesis of metal complexes, due to their strong σ-donation with poor πeptor ability. Among all the NHC metal complexes, Hollis group was interested in exploring -NHC pincer complexes. In 2005, Hollis and co-workers synthesized and isolated first achiral -NHC zirconium pincer amido complex and studied its catalytic ability to perform intramolecular hydroamination of aminoalkenes. Later, Hollis group designed and developed new NHCs with a saturated chiral backbone, and used these new ligands to generate a new series of metal complexes. This dissertation is focused on the design, synthesis and characterization of several chiral bi-dentate NHC ligands with varying substituents on the backbone. These NHC ligands were used to synthesize several chiral mono, bis and tris amido -NHC zirconium pincer complexes. Further, transmetallation to cobalt complexes were achieved. Intramolecular hydroamination was measured for several chiral bis and tris amido -NHC pincer zirconium catalysts. Variants of these catalytic systems were generated with differing steric hinderance and electronic structure. The enantioselectivity of these novel new molecules were studied.

Im Rahmen dieser Arbeit war es möglich, eine Vielzahl NHC-stabilisierter Tetrabromdiboran-Addukte zu synthetisieren und mithilfe von zwei bzw. vier Reduktionsäquivalenten zu reduzieren. Dies führte zur Bildung neuartiger Dibromdiborene bzw. Diborin-Verbindungen, welche infolgedessen charakterisiert wurden. Der Einfluss des Carbens auf die jeweilige Struktur und Elektronik der synthetisierten Verbindungen war hierbei von besonderem Interesse. Im Fall der Diborine gelang es neben den beiden bereits literaturbekannten Verbindungen XXIII und XXXII drei neue Vertreter mit einer B≡B-Dreifachbindung (7, 8 und 9) darzustellen. Aufgrund der Verwendung von gesättigten Carbenen wurden die spektroskopischen und strukturellen Eigenschaften der Verbindungen soweit modifiziert, dass sie zwischen denen mit einer isolierten Dreifachbindung (B2IDip2 (XXIII) und B2IDep2 (XXXII)) und der mit Kumulencharakter (B2CAAC2 (XXXIV)) eingeordnet werden können. Neben der Charakterisierung neuartiger Verbindungen mit Bor–Bor-Dreifachbindungscharakter konnten auch zahlreiche Reaktivitätsstudien durchgeführt werden. So verdeutlichte sich der strukturelle und elektronische Unterschied der Diborine vor allem am Beispiel der Reaktivität gegenüber CO (Schema 42). Während für B2IDip2 (XXIII) der Reaktionsverlauf über das Intermediat XXV zum Bis(boralacton) XXVI reagierte, konnte für die Diborine 7 und 8 primär die Bildung des jeweiligen Bis(boraketens) (16 und 18) beobachtet werden. Die Bindungssituation dieser Zwischenstufen wird vor allem durch die π-Rückbindungen der Boratome in die CO-Bindung geprägt, welche zu einer Schwächung dieser führen und sowohl in den Festkörperstrukturen als auch in den Schwingungsspektren verdeutlicht wird. Die weitere Umsetzung zu den entsprechenden Bis(boralactonen) 17 und 19 erfolgte im Anschluss je nach Substituent bei Raumtemperatur (16) oder durch Heizen der Boraketen-Zwischenstufe (18). Mithilfe quantenmechanischer Betrachtung konnte die Ursache der unterschiedlichen Reaktionsverläufe näher erläutert werden, auch unter Einbeziehung des Diborakumulens XXXIV, welches mit Überschuss an CO auch bei hohen Temperaturen lediglich zur Bildung des Bis(boraketens) (XXXV) führt. Dies zeigt, dass aufgrund der unterschiedlichen Reaktionsbarrieren der jeweiligen Diborine bzw. des Diborakumulens mit CO die Bildung des Ketens bzw. anschließend des Bis(boralactons) verschieden stark bevorzugt wird. Für B2IDip2 (XXIII) wird deshalb aufgrund der hohen freien Gibbs-Energie, welche bei der Bildung des Bis(boralactons) entsteht, im ersten Schritt keine Bildung des IDip-stabilisierten Bis(boraketens) beobachtet und für B2CAAC2 (XXXIV) aufgrund von nahezu keiner Energiegewinnung im zweiten Schritt lediglich XXXV gebildet. Die freien Gibbs-Energien beider Reaktionsschritte der Umsetzungen von B2SIDip2 (7) und B2SIDep2 (8) mit CO ordnen sich zwischen den oben beschriebenen Extrema ein. Einen Einfluss des Carbens auf die Reaktivität zeigte auch die Umsetzung mit Wasserstoffgas. Während bei XXIII, XXXII und 7 keine Reaktionen beobachtet werden konnten, verlief diese bei 8 und XXXIV unter einer 1,2-Addition des H2-Moleküls an die B–B-Bindung und Bildung der jeweiligen Dihydrodiborene 21 (B2H2SIDep2) und XXXVIII (B2H2CAAC2). Neben der Reaktivität gegenüber CO und H2 wurden auch Reaktionen beschrieben, welche zu einer Insertion einer in-situ-gebildeten Borylen-Spezies führten. Diese sind die Umsetzungen von B2IDip2 (XXIII) mit CO-Quellen oder der Brønstedt-Säure Triethylammonium(tetraphenyl)borat. In beiden Fällen kam es im Laufe der Reaktion zur Insertion eines Borfragments in die CH-Bindung des Isopropylrestes und zur Bildung der Boracyclen 20 (B2IDip2CO) und 25 ([B2IDip2H][BPh4]). Daneben konnte eine ähnliche Beobachtung bei der Umsetzung des SIDep-stabilisierten Diborins 8 mit Isonitrilen gemacht werden. Hierbei insertierte bei der Reaktion mit Metyhlisonitril ein Borfragment in den benachbarten Imidazolring unter Ausbildung eines Sechsrings. Gleichzeitig konnte eine CH-Aktivierung des Ethylrestes des Dep-Substituenten beobachtet werden. Bei der analogen Umsetzung mit tert-Butylisonitril wurde neben der einfachen auch die zweifache Insertion beider Borzentren beobachtet. Die Reaktivität gegenüber Chalkogenen und Chalkogenverbindungen stellte einen weiteren, zentralen Aspekt dieser Arbeit dar. Die Umsetzung von B2IDip2 mit elementarem Schwefel und Selen führte dabei zur Spaltung der B≡B-Bindung durch reduktive Insertion von drei Chalkogenbrücken und Bildung der entsprechenden Pentachalkogenverbindungen 26 und 27. Die analogen Umsetzungen des Diborins 7 mit Selen führte ebenfalls zur Bildung einer Pentachalkogenverbindung (29). Da derartige Verbindung in der Literatur bislang nicht bekannt sind, sollte auch deren Reaktivität exemplarisch an 27 untersucht werden. Dabei zeigte sich, dass die Verbindung stabil unter photolytischen Bedingungen ist und sich bei thermischer Behandlung erst nach mehreren Tagen zersetzt. Die Umsetzung mit Triphenylphosphan oder elementarem Natrium zur Entfernung von Selenfragmenten oder mit Triphenylphosphanselenid zur Addition weiterer Seleneinheiten zeigten keine Reaktionen. Lediglich die Umsetzung mit zwei Äquivalenten Natriumnaphthalid führte zur erfolgreichen Darstellung des Dimers 28. Im Gegensatz dazu lieferte die Reaktion des Diborins 8 mit elementarem Selen bereits ein anderes Strukturmotiv (30), in welchem sechs Selenatome in Form von ein-, zwei und dreiatomigen Henkeln zwischen die Boratome insertierten. Durch Umsetzung mit Triphenylphosphan deuteten erste Reaktionsversuche darauf hin, dass es möglich ist, selektiv ein Selenfragment aus der dreiatomigen Selenbrücke zu entfernen und die entsprechende Pentachalkogenverbindung 31 zu generieren. Reaktivitätsstudien der Diborine XXIII, 7 und 8 gegenüber Diphenyldisulfid und -selenid als auch gegenüber Isopropylthiol führten in allen Fällen zur 1,2-Addition an die B≡B-Bindung unter Bildung der Diborene 32 bis 36 bzw. 42 und 43. Im Gegensatz dazu kam es bei der Reaktion von XXIII mit Diphenylditellurid zur Bildung eines salzartigen Komplexes 37, in welchem ein Phenyltellurireniumkation die B≡B-Bindung verbrückte und das entsprechende Phenyltellurid als Gegenion fungierte. Durch den Einsatz von para-substituierten Diphenylditelluriden konnten zwei weitere Verbindungen (38 und 39) dargestellt werden. Dabei zeigte der para-Substituent jedoch nur einen geringen Einfluss auf die elektronische Struktur der gebildeten Produkte. Die Reaktion von Diborin 8 mit Diphenylditellurid zeigte neben der Bildung des salzartigen Komplexes 40 auch die Entstehung des 1,2-Additionsproduktes 41, was vermutlich wie bereits bei der Reaktion mit elementarem Selen auf sterische Effekte zurückzuführen ist (Schema 45). Aufgrund der besonderen Bindungssituation in den Komplexen 37 bis 40 wurden diese eingehender untersucht. Die Auswertung der Röntgenstrukturanalyse, Raman-Spektroskopie, 11B-NMR-Spinkopplungsexperimente sowie der quantenmechanischen Rechnungen ergab dabei Hinweise auf eine Koordinationsverbindung nach dem Dewar-Chatt-Duncanson-Bindungsmodell. Weitere Reaktivitätsstudien v.a. des IDip-stabilisierten Diborins (XXIII) beschäftigten sich mit der Synthese von π-Komplexverbindungen durch Reaktionen von XXIII mit Alkalimetallkationen in der Ligandensphäre schwach koordinierender Anionen mit Kupfer(I)-Verbindungen. Die Bildung sogenannter Kation-π-Komplexe des Diborins mit Lithium bzw. Natrium gelang durch die Umsetzung von B2IDip2 (XXIII) mit je zwei Äquivalenten Lithium bzw. Natriumtetrakis(3,5-dichlorphenyl)borat quantitativ unter Bildung von 46 und 47 als unlösliche, violette Feststoffe. Die in der Kristallstruktur ersichtliche Bindungssituation zeigt die Einkapselung der jeweiligen Kationen durch das B2-Fragment des Diborins sowie der Arylreste der Ligandensphäre, die sich infolgeder Komplexierung ekliptisch zueinander anordnen. Aufgrund der ungewöhnlichen Bindungssituation wurden theoretische Studien aufbauend auf den aus den Kristallstrukturen und den aus spektroskopischen Messungen erhaltenen Daten angefertigt. Diese beweisen eine rein elektrostatische Wechselwirkung der Kationen mit der noch intakten B≡B-Bindung des Diborins. Auch für die Diborine 7 und 8 konnten am Beispiel des Natriumtetrakis(3,5-dichlorphenyl)borats die Komplexe 48 ([B2SIDip2Na2][BArCl4]) und 49 ([B2SIDep2Na2][BArCl4]) erfolgreich dargestellt werden. Dies beweist, dass in den SIDip- und SIDep-substituierten Diborinen noch genügend Elektronendichte auf der B–B-Bindung lokalisiert ist, um derartige π-Wechselwirkungen auszubilden. Die Reaktivität des Diborins XXIII gegenüber Kupfer(I)-Verbindungen wurde bereits von Dr. Jan Mies im Zuge seiner Dissertation untersucht. In dieser Arbeit ist es nun gelungen, weitere Komplexe mit Kupfer(I)-alkinylen (50 und 51) darzustellen. Darüber hinaus war es möglich, eine alternative Syntheseroute zur Darstellung des dreikernigen Kupfer(I)-chlorid-Komplexes XXVII zu entwickeln sowie den entsprechenden Zweikerner 52 darzustellen. Die Verbindungen XXVII, 52 und XXVIII wurden im Anschluss in Kooperation mit der Gruppe um Dr. Andreas Steffen auf ihre photophysikalischen Eigenschaften hin untersucht.Dabei zeigte sich, dass alle drei Verbindungen aufgrund der langen Lebenszeiten ihrer angeregten Zustände phosphoreszieren, die Quantenausbeute der Phosphoreszenz jedoch stark von der Verbindung abhängig ist. Während der dreikernige Kupfer(I)-Komplex XXVII bereits in Lösung eine Quantenausbeute von 29 % aufwies, war eine Bestimmung der Quantenausbeute in Lösung für B2IDip2(CuC2TMS)2 (XXVIII) aufgrund der schwachen Emission nicht möglich. Die Ursache des unterschiedlichen Emissionsverhaltens konnte mittels Betrachtung von Absorptions- und Anregungsspektren erklärt werden. Für B2IDip2(CuCl)3 sind die beiden Spektren in Lösung nahezu identisch. Im Gegensatz dazu weisen die beiden Zweikerner 52 und XXVIII ein vom Absorptionsspektrum verschiedenes Anregungsspektrum auf, was darauf schließen lässt, dass es zu Konformationsänderungen im angeregten Zustand kommt, welche die Emission auslöscht. TheoretischeStudien bestätigen für 52, dass die Barriere zwischen zwei Konformeren, in denen die Kupferfragmente linear bzw. orthogonal angeordnet sind, lediglich 4.77 kcal/mol beträgt und bekräftigen damit die vermutete Ursache der schwachen Emission. Ein zweites Thema dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Darstellung und Untersuchung neuartiger Dibromdiborene, welche im Zuge der Diborin-Synthese beobachtet werden konnten. Dabei gelang es neben dem bereits literaturbekannten IDip-stabilisierten Dibromdiboren (XXIV) noch sechs weitere Vertreter dieser Verbindungsklasse darzustellen (10–15). Auch hier konnte ein Einfluss der Carbenliganden auf die strukturellen und elektronischen Eigenschaften beobachtet werden. Die Reaktivität der Dibromdiborene wurde in einigen Testreaktionen untersucht. Dabei zeigte sich, dass im Hinblick auf ihr Oxidationsverhalten die literaturbekannte Darstellung von Monokationen (53 [B2Br2IDip2][BArF4] und 54 [B2Br2IDep2][BArF4]) nachempfunden werden konnte. Versuche zur Bromsubstitution zeigten durch Umsetzung mit BuLi den Austausch der Bromid-Liganden durch Butylgruppen, jedoch bildeten sich aufgrund von Umlagerungen anstelle der erwarteten Diborene die kondensierten Ringsysteme 56–58. / Within the scope of this work, a variety of NHC stabilized tetrabromodiborane adducts were synthesized. The subsequent two- or four-electron reduction of the latter yielded the novel diborene and diboryne molecules, which were fully characterized. The influence of the carbene ligand on the electronic structure of the final molecule was therefore of particular interest. ...

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Ce travail de thèse est consacré à l’étude de la réactivité du spirosilane de Martin, une molécule présentant des propriétés intéressantes notamment en présence de bases de Lewis, qui a trouvé des applications diverses comme la détection d’ions fluorures. En ce qui nous concerne, nous avons choisi d’étudier l’interaction de ce dérivé du silicium avec des bases de Lewis neutres fortes tels que les Carbènes N-Hétérocycliques (NHC) qui ont été beaucoup utilisés pour stabiliser les espèces de basse valence des éléments du bloc p. Alors que les NHC sont connus pour former avec les chlorosilanes des adduits pentacoordinés stables, aucun exemple avec des silanes non halogénés n’avaient été décrits avant notre étude. Nous avons montré qu’en fonction de l’encombrement stérique des NHC étudiés, ils forment avec le spirosilane de Martin des adduits de Lewis normaux et anormaux stables. Les propriétés « Paires de Lewis Frustrées » (FLP) du spirosilane avec des NHC encombrés ont été examinées ainsi que l’accès à des nouveaux ligands NHC anioniques portant un motif siliconate. / This thesis work is focused on the reactivity of Martin’s Spirosilane, a molecule that displays some interesting properties in particular with different Lewis base, founding some interesting application such us fluoride sensor. In our study, we have chosen N-Heterocyclic Carbene (NHC) because they are well known for stabilising low-valence states of p-block elements or for disclosing new reactivities. Besides, NHC are known to form relatively stable adducts with tetravalent halosilanes and also to stabilise silicon(0) species through potassium graphite reductions, but, to the best of our knowledge, no pentacoordinated NHC-adducts with a non-halogenated silane partner has been synthesised to date.The first part of my PhD was focused on the update of Martin’s spirosilane synthesis due to some problem of reproducibility with the known procedure. Once obtained the product, it was begun the investigation of the interaction with different NHC carbene that afforded the corresponding adducts that were fully characterised. The different adducts were then studied as potential Frustrated Lewis Pair and as precursors of anionic-type ligands for the metal's coordination.

Dans ce travail de thèse, plusieurs groupes de nouveaux complexes d'or(I) à base de carbènes N-hétérocyclique (NHC)contenant des bras amino-aliphatiques et aromatiques avec un potentiel intéressant dans des applications biomédicales ont été synthétisés et entièrement caractérisés. En outre, une série de complexes d'iridium(III) contenant des ligands NHC avec des activités anticancéreuses prononcées pour une application en thérapie photodynamique, a étépréparée et entièrement caractérisée. Le premier groupe représente une famille de complexes cationiques or(I) bis(NHC) contenant des bras latéraux amino-aliphatiques. Ces complexes ont étésynthétisés et étudiés pour leurs activités antiprolifératives vis-à-vis de quatre lignées cellulaires cancéreuses humaines et de la lignée cellulaire non cancéreuse MDCK. Dans cette série, la lipophilie est directement liée àl'activitécytotoxique contre les cellules cancéreuses. La deuxième famille de composés concerne les complexes cationiques or(I) bis(NHC) contenant des bras latéraux amino-aromatiques. La cytotoxicitéin vitro de ces complexes et de leurs proligands sur les lignées cellulaires représentatives du cancer de la prostate PC-3 et de la vessie T24 a étéévaluée. Tous ces complexes présentent des valeurs de Log P (lipophilie) supérieures àcelles de la première série de complexes en accord avec leur cytotoxicité plus élevée, mais une lipophilie trop élevée peut également conduire àune sélectivitéplus faible. Afin de développer un candidat-médicament avec une activitéet une sélectivité optimisées, nous avons conçu et synthétisé la troisième famille de complexes cationiques or(I) bis(NHC). Les valeurs de log P de cette série se situent entre la première série et la deuxième série. Ces complexes moins lipophiles sont moins cytotoxiques envers les lignées cellulaires saines (NIH3T3) et montre des activités anticancéreuses un peu plus faibles sur les cellules PC-3 que la deuxième série, avec néanmoins des valeurs de GI50 dans la gamme du nanomolaire. Les études mécanistiques sur deux complexes d'or(I) ont été réalisées. Les mesures d'absorption cellulaire ont montré une accumulation cellulaire rapide et une bonne biodisponibilitédes complexes, en accord avec l'activitéantiproliférative de ces deux complexes. De plus, les deux complexes inhibent la thiorédoxine reductase (TrxR), une cible commune pour les complexes d'or(I). La mort cellulaire induite par ces deux complexes est dépendante des espèces réactives de l'oxygène. En plus des activités anticancéreuses, nous avons également testédes complexes d'or(I) mono-NHC pour une autre application biomédicale, la leishmaniose, maladie parsitaire. Ils ont été testés in vitro sur les formes promastigotes et amastigotes axéniques de L. infantum. De plus, leur cytotoxicitéa étéévaluée sur les macrophages murins J774A.1 afin de déterminer leur sélectivitéd'action. Un autre sujet de cette thèse concerne les complexes d'iridium(III)-NHC. Trois familles de complexes ont étépréparées et caractérisées. La cytotoxicitéin vitro de tous les complexes sur les cellules cancéreuses de la prostate PC-3 et de la vessie T24, et les cellules non cancéreuses NIH3T3 a étéévaluée. De plus, tous les complexes sont des agents théranostiques, et les expériences de microscopie confocale d'un complexe ont montréqu'il pouvait être rapidement et efficacement absorbédans les cellules PC-3 et se localiser spécifiquement dans les mitochondries. De manière intéressante, ces complexes peuvent agir comme des photosensibilisateurs efficaces. La cytotoxicitéde ces complexes a étéaugmentée substantiellement après une irradiation lumineuse de 365 nm, ce qui suggère le potentiel élevéde ces agents anticancéreux théranostiques ciblant les mitochondries pour la thérapie photodynamique. / In this work of thesis, several groups of novel NHC-based gold(I) complexes containing aliphatic and aromatic amino-side arms with interesting potential in biomedical applications have been synthesized and fully characterized. Also, a series of iridium(III) complexes containing NHC ligands with pronounced PDT anticancer activities has been prepared and fully characterized. The first group represents a family of cationic bis(NHC)-gold(I) complexes containing aliphatic amino-side arms. These complexes have been synthesized and investigated for their antiproliferative activities towards four human cancer cell lines and the non-cancerous MDCK cell line. In this series, the lipophilicity correlates directly with the cytotoxic activity against cancer cells. The second family of compounds concerns cationic gold(I) bis(NHC) complexes containing aromatic amino-side arms. The in vitro cytotoxicity of these complexes and proligands on the representative PC-3 prostate and T24 bladder cancer cell lines has been evaluated. All these complexes show higher Log P values (lipophilicity) than the first series of complexes, and in line with this higher cytotoxicity, nevertheless too high lipophilicity can also lead to lower selectivity. In order to develop a drug candidate with optimized activity and selectivity, we designed and synthesized the third family of cationic gold(I) bis(NHC) complexes. The Log P values of this series were between the first series and the second series. The lower cytotoxicity towards non-cancerous NIH3T3 cells was found for this series of complexes whereas they also displayed less activities towards cancer cells than the second series. The mechanistic studies on two gold complexes by monitoring the cellular uptake showed the rapid cellular accumulation of the intact gold bis(NHC) and a good bioavailability, in good agreement with the antiproliferative activity of these two complexes. Moreover, both complexes inhibit TrxR, a common target for gold(I) complexes. The cell death induced by these two complexes was ROS-dependent. Besides anticancer activities, we also tested gold(I) mono-NHC complexes for other biomedical applications in parasite disease Leishmaniasis. They were screened in vitro against both promastigote and axenic amastigote forms of L. infantum. Moreover, their cytotoxicity was evaluated on the murine J774A.1 macrophages in order to determine their selectivity of action. Another topic of this thesis concerns iridium(III)-NHC complexes. Three families of theranostic iridium(III)-NHC complexes were prepared and characterized. The in vitro cytotoxicity of all the complexes against PC-3 prostate, T24 bladder cancer cells and non-cancerous NIH3T3 cells was evaluated. Moreover, all complexes are theranostic agents, and the confocal microscopy experiments of one complex showed that it can be quickly and effectively taken up into PC-3 cells and specifically localize into mitochondria. Interestingly, these complexes can act as efficient photosensitizers. The cytotoxicity of these complexes was increased substantially upon 365 nm light irradiation, which suggested the high potential to be mitochondria-targeting theranostic anticancer agents for photodynamic therapy.