Cette thèse décrit la Chimie Covalente Dynamique (CCD) des échanges imine/imine, Knoevenagel/imine et Knoevenagel/Knoevenagel. La L-proline est un excellent organocatalyseur pour la formation de Bibliothèques Covalentes Dynamiques (BCDs). Cependant, l’interconversion entre des dérivées Knoevenagel de l’acide diméthylbarbiturique et des imines se déroule rapidement sans catalyseur. Une nouvelle classe de CCD basée sur des échanges par substitutions nucléophiles (SN2/SN2’) entre des sels d’ammonium quaternaires et des amines tertiaires est développée, impliquant la catalyse par l’iodure. Les réactions d’échange entre des sels de pyridinium et un dérivé de pyridine génèrent des liquides ioniques dynamiques. Enfin, la sélection cinétique et thermodynamique de la formation d’imines dans la CCD est réalisée en solution aqueuse e ten solvant organique. / This thesis describes the dynamic covalent chemistry (DCC) of imine/imine, Knoevenagel/imine, and Knoevenagel/Knoevenagel exchange. L-proline is shown to be an excellent organocatalyst to accelerate the formation of dynamic covalent libraries (DCLs). The interconversion between Knoevenagel derivatives of dimethylbarbituric acid and imines is found to occur rapidly in the absence of catalyst. A new class of DCC based on nucleophilic substitution (SN2/SN2’) component exchange between quaternary ammonium salts and tertiary amines is developed, by the use of iodide as a catalyst. The exchange reactions between pyridinium salts and a pyridine derivative generate dynamic ionic liquids. Finally, kinetic and thermodynamic selection of imine formation in a DCC is perfomed in aqueous solution and organic solvent.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von a-Azidoalkoholen, welche über die Reaktion von aliphatischen sowie aromatischen Aldehyden mit HN3 leicht zugänglich sind und die im Gleichgewicht mit den jeweiligen Ausgangsstoffen vorliegen. Bei Raumtemperatur stellt sich dieses Gleichgewicht sehr schnell ein und man erhält spezifische Konzentrationen an Eduktaldehyd, Stickstoffwasserstoffsäure und a-Azidoalkohol. Die Reaktion von Aldehyden mit HN3 generiert dabei ein neues Chriralitätszentrum, wodurch die Umsetzung chiraler Aldehyde, wie z. B. von Zuckerderivaten, zwei anomere Produkte hervorbringt. Die erstmalig erfolgreichen Synthesen zur Erzeugung von 4-Brom-4-methylpentanal sowie 4-Azido-4-methylpentanal werden ebenfalls beschrieben. Letztere Verbindung reagiert dabei ebenso wenig via einer intramolekularen 1,3-dipolaren Cycloaddition zum entsprechenden 4,5-Dihydro-1,2,3,4-oxatriazol-Derivat wie das analoge-Azidobutanal, was im Gegensatz zu Literaturangaben steht. Des Weiteren werden einige interessante Reaktionen der a-Azidoalkohole untersucht. Die Oxidation mit Pyridiniumchlorochromat (PCC) bei –60°C führt zu Carbonylaziden. Die Photolyse bei –50°C generiert unter Stickstofffreisetzung Nitrene, welche mittels Wasserstoffwanderung und anschließender Tautomerisierung des resultierenden Intermediats zu Säureamiden umlagern. Die ebenfalls mögliche 1,2-Wanderung einer Gruppe R in a-Position führt dabei zu einem Intermediat, aus welchem sofort das entsprechende Formamid-Derivat entsteht. a-Azidoalkohole reagieren mit PBr3 in einer sauberen Reaktion durch die Substitution der Hydroxylfunktion unter Bildung der jeweiligen 1-Azido-1-brom-Verbindung. / In this work, α-azido alcohols which exist in equilibrium with the starting materials have been studied by the reactions of aliphatic and aromatic aldehydes with HN3. In some cases the title compounds can be isolated from the mixture at low temperature. At room temperature, however, the equilibrium is fast and there are again specific concentrations of the aldehyde, hydrazoic acid, and the α-azido alcohol. The reaction of aldehydes with HN3 creates a new chiral center and a chiral aldehyde, e.g. sugar derivatives, produces two anomeric products. The first procedures to prepare 4-bromo-4-methylpentanal and 4-azido-4-methylpentanal are also reported. The latter compound and also the parent 4-azidobutanal do not lead to 4,5-dihydro-1,2,3,4-oxatriazoles by intramolecular 1,3-dipolar cycloaddition, although it was claimed in the literature. Furthermore, some interesting reactions of the α-azido alcohols have been investigated. The oxidation of α-azido alcohols with pyridinium chlorochromate (PCC) at −60 °C leads to formation of carbonyl azides. The photolysis of α-azido alcohols at −50 °C generates nitrenes with liberation of dinitrogen, which lead to the formation of acid amides after the migration of hydrogen and subsequent tautomerism of the intermediate. 1,2-Migration of a group R in the α-position can produce an intermediate stage which is rapidly converted into formamide derivative. α-Azido alcohols react with PBr3 to give 1-azido-1-bromo derivatives in a clean reaction by substitution of hydroxyl group at the α-position.

Charles University in Prague, Faculty of Science Department of Organic Chemistry Ing. Yana Chernykh Sulfur-Based Reagents for Nucleophilic and Radical Introduction of Tetrafluoroethyl and Tetrafluoroethylene Groups Ph.D. Thesis Prague 2014 ABSTRACT This project was aimed at developing new methodologies for selective introduction of tetrafluoroethyl and tetrafluoroethylene groups into organic molecules. The study was focused on reactivities of fluorinated sulfones and sulfides as tetrafluoroalkylation reagents. In the Introduction part of the thesis, main aspects of organofluorine chemistry are outlined, illustrating beneficial effects of fluorine atoms on physical, chemical and biological properties of organic compounds. General synthetic methods for the selective introduction of fluorine atoms and fluoroalkyl groups to organic molecules are described. Particular attention is given to reactivity and applications of CF2CF2-containing compounds, indicating challenges in synthetic approaches toward tetrafluoroalkylation. The Results and discussion part describes reactivities of four new fluorinated organosulfur reagents as tetrafluoroethyl and tetrafluoroethylene building blocks. The application of these reagents as various carbanionic or radical synthons proved to be effective for the incorporation of CF2CF2...

Ce travail porte sur la modification de matrices polymères à base de fluorure de vinylidene pour permettre leur utilisation en tant que membrane séparatrice dans les supercapacités. Basé sur un procédé d‘irradiation par rayonnement γ, l‘objectif principal était la limitation du gonflement du polymère lorsqu‘il est mis en contact d‘un milieu liquide relatif à l‘application tout en gardant d‘excellentes affinités avec celui-ci. Le processus de base exploité étant la formation et la réaction des radicaux lors de l‘irradiation du polymère, une partie de la thèse a été consacrée à leur étude par résonance paramagnétique électronique (RPE). Un modèle de simulation de spectre RPE a été mis en place pour identifier et quantifier chacune des espèces radicalaires. L‘effet de la dose d‘irradiation, de la durée d‘un recuit et de la nature de la matrice polymère (homo, copolymère) sur la proportion de ces espèces et sur leur réactivité a été évalué. Un lien avec la formation d‘un réseau a été proposé. Une attention particulière a ensuite été apportée à l‘augmentation de la densité de réticulation avec le concours d‘un agent réticulant, le TAIC. Pour terminer, une stratégie de modification des propriétés de surface du PVDF a été élaborée. Elle consiste dans un premier temps à radiogreffer un polymère à la surface du PVDF puis à modifier, dans un second temps, les greffons par une chimie douce et sélective. En conclusion, les approches complémentaires développées au cours de cette thèse ont permis de comprendre la radiolyse des polymères et de mettre à profit les processus élémentaires pour développer des stratégies robustes et prometteuses de modulation des propriétés. / This work deals with the modification of VDF-based polymer induced by γ-radiation as the polymer may be used in electrochemical supercapacitors. The main objective was to limit the swelling of the fluorinated matrix with a given electrolyte while a good wetting of the polymer by the liquid was also required. As the main basic process involved in polymer radiolysis is the formation of radicals, a part of the work was dedicated to the study of such species by using Electron Spin Resonance spectroscopy. A simulation model of ESR spectra was established in order to identify and quantify each radical species. The effect of several parameters such as radiation dose, annealing time or the nature of polymer matrix on the concentration of each species where investigated. A relation with the evolution of the crosslink density of the network formed during the radiolisys was proposed. In addition, one of the key steps of this work was to study the radiation crosslinking ability of VDF-based polymers and find a way to increase the crosslink density. This was achieved by incorporating, prior to the radiation process, a radiation sensitive crosslinker: TAIC. Finally, a new strategy based on the modification of surface properties of PVDF was investigated. It consists in the radiation grafting of pentafluorstyrene onto PVDF surface followed by the chemioselective functionalization of the grafted segments. As a conclusion, the different approaches used in this thesis allowed us to understand the radiolysis of VDF-based polymers and take advantage of the elementary process involved in this type of chemistry, to build up robust and promising strategies for tuning properties.

Due to their outstanding properties, poly(arylene ethers) are useful as toughness modifiers in epoxy resins (EP). Furthermore, these polymers show rather low intrinsic fire risks. According to recent research it has been incorporated that poly(arylene ether phosphine oxides) [PAEPO’s] can further improve the fire behavior. Increasing phosphorous content of the PAEPO can influence the fire behavior too. Fire retardants containing phosphorus – regardless of whether an additive or reactive approach is used – show different mechanisms in the condensed and gas phase. In the present study PSU Control (BPA based polysulfone) with four different PAEPO’s and their corresponding blends with an EP were investigated. All poly(arylene ether phosphine oxides) were synthesized by nucleophilic aromatic polycondensation. The polymers obtained covered a wide range of weight average molar masses (6,000 – 150,000 g/mol) as determined by size exclusion chromatography with multi-angle light scattering detection (MALLS). FTIR, NMR spectroscopy and MALDI-TOF revealed formation of the desired polymer structure of the linear poly(arylene ethers). All polymers were easily soluble in common organic solvents, thus enabling processing from solution.The pyrolysis and the fire retardancy mechanisms of the polymers and blends with epoxy resin (EP) were tackled by means of a comprehensive thermal analysis (thermogravimetry (TG), TG-evolved gas analysis) and fire tests [PCFC, limiting oxygen index (LOI), UL-94, cone calorimeter]. The Mitsunobu reaction of Dimethyl-5-hydroxyisophthalate and a long chain semifluorinated alcohol requires triphenyl phosphine as a reactant. Identical, in some case higher yield was obtained in the usual conditions, with triphenyl phosphine and with trivalent phosphorus containing polymers, which was prepared in solvent free bulk (melt) polymerization technique from trivalent phosphorus monomer and a silylated diphenol in presence of CsF. Purification and the recovery of the final product which is always a big challenge in case of Mitsunobu reaction, was far more easier using polymer compared to triphenyl phosphine. During polymerization there was a possibility to have polymer having repeating unit containing both trivalent phosphorus and phosphine oxide. The trivalent phosphorus content of the polymer can be varied using different molar concentration of CsF.

La compréhension et le contrôle des interactions intermoléculaires est d'une importance fondamentale dans les domaines de la reconnaissance moléculaire et de l'ingénierie cristalline, ainsi que dans les systèmes biologiques. Parmi les contacts faibles les plus fréquents qui lient les molécules dans les solides organiques nous trouvons la liaison halogène, la liaison chalcogène, et la liaison hydrogène faible. Dans cette thèse, des études expérimentales et théoriques de densité de charge rhô(r) basées sur la méthodologie QTAIM ont été effectuées pour l'analyse des liaisons halogènes et chalcogènes, et pour leur comparaison avec les liaisons hydrogène faibles. Pour ce faire, nous avons réalisé l'affinement multipolaire de la densité électronique obtenue à partir de la diffraction des rayons-X sur monocristal, ainsi qu'à partir des calculs périodiques DFT. A l'issue de nos résultats, nous avons définie la nature de ces interactions faibles (électrophile-nucléophile) et caractérisé leur intensité et directionnalité. Basé sur la topologie de L(r) = ¬rhô delta inversé2 rhô(r), le descripteur électrostatique (delta(L/rhô)) nous a permis d'évaluer quantitativement l'interaction électrostatique entre les régions de concentration (CC) et de dilution (CD) de charge de la couche de valence des atomes. L'énergie d'interaction (Eint) a été décrite à partir de descripteurs topologiques de rhô(r). Nous nous sommes intéressés également à la formation de fragments structuraux récurrents, appelés synthons. Il a été prouvé que le synthon peut être créé non seulement par des groupements d'atomes similaires, mais aussi par des ensembles de sites CC et CD qui sont impliqués de façon similaire dans la formation de contact / Understanding and control of intermolecular interactions play a crucial role in molecular recognition, crystal engineering, and biological systems. Three very frequent weak contacts linking the molecules in organic solids are halogen, chalcogen, and weak hydrogen bondings. In this thesis, we perform experimental and theoretical charge density rho(r) studies based on the QTAIM methodology for analyzing halogen and chalcogen bonding, and for comparing them with weak hydrogen bonding, as derived from the high-resolution single crystal X-ray diffraction multipole-refined electron density and from density functional theory (DFT) calculations. Defining the nature of these weak interactions as electrophilic-nucleophilic, we particularly focus on their strength and directionality. Based on the topology of L(r) = ¬rho inverted delta2 rho(r), a proposed electrostatic descriptor (delta(L/rho)) permitted us to evaluate quantitatively the electrostatic intensity between charge concentration (CC) and charge depletion (CD) regions belonging to the valence shell of the interacting atoms. The interaction energy (Eint) was described from the topological properties of rho(r). The attention has been also paid to the formation of recurrent structural fragments, called synthons. By the developed approach, it is proved that the synthon arrangement can be created not only by groups of atoms, but also by sets of CC and CD sites similarly involved in the contact formation

Dans le cadre d’un projet général concernant l’étude de la réactivité des acidesbenzoïques non protégés avec les organométalliques, la synthèse totale d’analoguesstructuraux de l’apogossypol mettant en jeu des réactions de métallation aromatique a étéétudiée ainsi que la réaction de substitution nucléophile aromatique des acides benzoïquesortho-fluorés et ortho-méthoxylés.Le gossypol, (1,1’,6,6’,7,7’-hexahydroxy-5,5’-di-iso-propyl-3,3’-diméthyl-2,2’-binaphtalène-8,8’-dicarboxaldéhyde), pigment principal des graines du cotonnier, existe sousla forme de deux atropoisomères et possède de multiples applications pharmaceutiques. Il estnotamment un inhibiteur efficace des protéines anti-apoptotiques de la famille Bcl-2. Legossypol déformylé ou apogossypol présente des propriétés similaires mais est plus stable,plus sélectif et moins toxique. Une méthode permettant de remplacer les groupes iso-propylesdu gossypol par des groupes structurellement proches a été mise au point. La stratégie retenuemet à profit les compétences du laboratoire dans le domaine des réactions de métallation etrepose sur la lithiation latérale de l’acide 4-hydroxy-6,7-diméthoxy-8-méthyl-2-naphtoïquepar le tétraméthylpipéridure de lithium. Divers dérivés 5,5’-didés-iso-propyl-5,5’-dialkylapogossypol racémiques ont été préparés selon cette méthode. La synthèse asymétriqued’analogues de l’apogossypol a également été étudiée et la voie de synthèse sélectionnéerepose sur le « concept lactone ». Un intermédiaire avancé de la synthèse, une lactonefonctionnalisée potentiellement réductible de façon asymétrique, a été préparée.La deuxième partie est consacrée à l’étude de la réaction de substitution nucléophilearomatique des acides benzoïques ortho-fluorés et ortho-méthoxylés (réaction SNArAB). Unerevue de la littérature des réactions de substitution nucléophile aromatique activée par lesesters est présentée. L’influence de substituants méthoxylés et halogénés (F, Cl, Br) sur lasélectivité SNAr/addition 1,2 a été évaluée. Il est montré que les acides 2-fluoro-6-halogénobenzoïques conduisent, par réaction avec les aryllithiens et les arylmagnésiens, auxproduits d’ipso-C2-substitution avec un excellent rendement et la réaction SNArAB permet unaccès efficace aux acides 3-halogéno-[1,1’-biphényl]-2-carboxyliques. Dans le cas de l’acide2,3-diméthoxybenzoïque, il a été découvert que la présence d’un substituant méthoxy enposition 3 permet de limiter la formation de cétone et le produit d’ipso-substitution est isoléavec un rendement correct. / As part of a program directed toward the study of the reactivity of unprotected benzoicacids with polar organometallics, the total racemic synthesis of apogossypol analogues bymetalation reactions was studied as well as the aromatic nucleophilic substitution reaction ofortho-fluoro- and ortho-methoxybenzoic acids (SNArAB reaction).Gossypol (1,1’,6,6’,7,7’-hexahydroxy-5,5’-di-iso-propyl-3,3’-diméthyl-2,2’-binaphtalène-8,8’-dicarboxaldéhyde) which is the main pigment of cotton seed, displaysmultiple pharmacological applications. It is a potent anti-apoptotic Bcl-2 protein inhibitor.The racemic route developed herein allows the replacement of the iso-propyl groups byvirtually any alkyl groups, providing a series of 5,5’-dides-iso-propyl-5,5’-dialkylapogossypolderivatives. Lateral metalation of 4-hydroxy-6,7-dimethoxy-8-methyl-2-naphthoic acid withLTMP is the key step of the synthesis. Atroposelective synthesis of apogossypol analoguewas also examined. The strategy relies on the “lactone concept” and involves a functionalizedlactone as a key intermediateThe influence of halogen atoms (F, Cl, Br) and methoxy groups on the 1,2-addition/SNArAB selectivity was examined. Treatment of 2-fluoro-6-halobenzoic acids withorganolithiums or Grignard reagents gives ipso-substituted products in excellent yields. Themethod allows the efficient preparation of 3-halo-[1,1’-biphenyl]-2-carboxylic acids and doesnot require protection of the carboxylate. Interestingly, the presence of an additional methoxyin C3 reduces the nucleophilic addition of the organometallic species to the carboxylate and2,3-dimethoxybenzoic acid affords ipso-substituted products in good yields.

Dans une première partie, une méthode efficace et générale de préparation de pyrroles E-fluoroalkylés a été développée. Ces derniers ont été facilement obtenus en deux étapes à partir d'énones E-fluoroalkylées avec de bons rendements. L'oxydation sélective du squelette furanique des pyrroles E-fluoroalkylés, comportant un groupement 2-furyl en position 5 du cycle pyrrolique, puis leur décarboxylation, ont alors donné accès à deux nouvelles familles de synthons pyrroliques fluoroalkylés, très intéressantes pour la conception de molécules bioactives. Dans une seconde partie, deux méthodes originales de trifluorométhoxylation nucléophile, utilisant le triflate de rifluorométhyle (TFMT) ou le 2,4-dinitro(trifluorométhoxy) benzène (DNOB) en tant que générateurs de l'anion trifluorométhanolate, ont été développées. Certains trifluorométhyl éthers ainsi synthétisés ont alors été employés pour la préparation d'énaminones trifluorométhoxylées, précurseurs d’hétérocycles aromatiques trifluorométhoxylés inédits tels que des nicotinates, des pyrimidines, des pyrazoles et des isoxazoles / In a first part, an efficient and versatile method of preparation of E-fluoroalkylated pyrroles has been developed. These compounds have been readily obtained in two steps starting from E-fluoroalkylated enones with good yields. Then, the selective oxidation of the furyl moiety of E-fluoroalkylated pyrroles, bearing a 2-furyl group in the 5-position of the pyrrole ring, followed by their decarboxylation, provided two new classes of pyrrolic building-blocks. In a second part, two original methods of nucleophilic trifluoromethoxylation, using trifluoromethyl triflate (TFMT) or 2,4-dinitro(trifluoromethoxy)benzene (DNOB) as generators of the trifluoromethoxide anion, have been developed. Among the trifluoromethyl ethers so-prepared, some of them have been used to synthesise trifluoromethoxylated enaminones, precursors of novel trifluoromethoxylated aromatic heterocycles such as nicotinates, pyrimidines, pyrazoles and isoxazoles, which are very interesting for the design of bioactive molecules

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Synthese von α-Azidoalkoholen durch die Reaktion von aliphatischen sowie aromatischen Aldehyden mit Stickstoffwasserstoffsäure. Dabei stellt sich ein Gleichgewicht ein, dessen Lage durch die Ermittlung der Gleichgewichtskonstanten quantitativ bestimmt wird. In jedem Fall besteht die Möglichkeit, den α-Azidoalkohol in der Gleichgewichtsmischung zu charakterisieren und teilweise gelingt die Isolierung der reinen α-Azidoalkohole bei tiefen Temperaturen sowie deren Charakterisierung mittels Tieftemperatur-NMR-Spektroskopie. Die Ausgangsaldehyde für die Synthese der α-Azidoalkohole besitzen elektronenschiebende oder elektronenziehende Substituenten oder sind prochiral oder besitzen funktionelle Gruppe für intramolekulare Reaktionen. Die Titelverbindungen werden mit Cyclooctin im Sinne einer 1,3-dipolaren Cycloaddition abgefangen oder mit Carbonsäurechloriden in die entsprechenden Ester der α-Azidoalkohole überführt. Das nur aus theoretischen Arbeiten bekannte Formylazid wird erstmals aus den α-Azidoalkoholen durch Oxidation hergestellt und in Lösung vollständig charakterisiert. Es werden zudem zahlreiche Alternativsynthesen für Formylazid erfolgreich durchgeführt.

In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese und Charakterisierung von chiralen prolylfunktionalisierten Farbstoffen vorgestellt. Als chromophore Schlüsselverbindungen wurden Nitroaniline aber auch größere push-pull pi-Systeme wie Schiffsche Basen, Azofarbstoffe und Merocyanine gewählt. Im Fokus dieser Arbeit stehen dabei deren solvatochrome Eigenschaften, pH-Sensitivität sowie mögliche Wechselwirkung mit Biomolekülen und verschiedenen An- und Kationen. Zusätzlich erfolgten Umsetzungen ausgewählter prolylfunktionalisierter chromophorer Bausteine zu Estern und Amiden. Der Einfluss des Prolylbausteins auf das im Festkörper ausgebildete Wasserstoffbrückenbindungsmusters wurde über Einkristallröntgenstrukturanalysen untersucht und nach der Graph Set Methode von Etter klassifiziert. Neben der Einkristallröntgenstrukturanalyse erfolgte die weitere Untersuchung der Festkörpereigenschaften mit Hilfe von UV/Vis- sowie NMR-spektroskopischen Methoden. Das solvatochrome Verhalten der prolylfunktionalisierten Verbindungen wurde mittels multipler linearer Regressionsanalyse gemäß der LSER- (linear solvation energy relationship) Beziehung nach den Ansätzen von Kamlet-Taft und Catalán beschrieben und vergleichend interpretiert.