Les synthèses " one pot " multi-étapes efficaces et éco-compatibles ont été envisagées pour la synthèse de molécules potentiellement bioactives tels que les systèmes bis(bibenzyliques) et leurs précurseurs stilbéniques ou bibenzyliques par catalyse hétérogène au palladium. Une synthèse " one-pot " impliquant une réaction de couplage de Heck suivie d'une hydrogénation des stilbènes ainsi formés a été mise au point en présence de Pd/C. Cette stratégie c'est révélée être limitée lors de l'application à des substrats désactivés et stériquement encombrées. Couplée au manque de disponibilité commerciale d'oléfines aromatiques intéressantes pour nos objectifs, nous avons mis au point une synthèse de styrènes par catalyse hétérogène à partir d'halogénures d'aryles et du vinyltrifluoroborate de potassium impliquant un couplage de Suzuki-Miyaura. Cette vinylation hétérogène a été ensuite appliquée à la synthèse " one-pot " de stilbènes. Des études d'optimisation de ce procédé sont encore en cours. Les stilbènes ainsi obtenus ont été utilisée pour la synthèse de bis(bibenzyles) ouverts et fermés. Pour ce faire différentes stratégies " one-pot " ont été évaluées au cours de ces travaux et des bis(stilbènes) ont été obtenus avec des rendements compris entre 30% et 50%. Les bis(stilbènes) ainsi obtenus ont été l'objet d'études en hydrogénation. A ce jour aucune de nos tentatives n'a permis l'obtention de bis(bibenzyles) quelles que soient les conditions employées. Des études sont en cours pour comprendre les raisons de ces résultats et obtenir les bis(bibenzyles) cibles de nos travaux

Brevisamide was isolated from the red tide dinoflagellate Karenia brevis in 2007. Key features of brevisamide include a substituted tetrahydropyran core and conjugated 3,4-dimethylhepta-2,4-dienal side chain. Total synthesis of brevisamide was highlighted by a stereoselective [4+2]-annulation of a (Z)-crotyl silane to furnish the substituted pyran core and Negishi cross-coupling to construct the conjugated dienal side chain. Successful application of the silane-based annulation methodology provided brevisamide in overall 17 steps and 6.4% overall yield from the known (Z)-crotyl silane. Isatisine A was isolated from the leaf and roots of Isatis indigotica in 2007. Total synthesis of isatisine A commenced with the development of a silyl-directed Mukaiyama-type [3+2]-annulation of an ethoxy allylsilane to construct a tetrahydrofuran core. [3+2]-Annulation reaction of an ethoxy allyl silane with 2-bromocinnamylaldehyde afforded the furan core as a single diastereomer. Further substrate-controlled indole addition and intramolecular copper(I)-mediated amidation provided (+)-isatisine A in overall 12 steps. One-pot Diels-Alder/annulation sequence was developed utilizing a silane-substituted 1,3-diene to give a fused-cyclic scaffold. In this reaction sequence, initial Lewis-acid-promoted Diels-Alder reaction between the silyl-substituted diene and a naphthoquinone constructed an intermediate cyclic allylsilane, and subsequent addition of aldehyde and Lewis acid triggered the annulation to construct a complex cyclic compound with high diastereoselectivity. This one-pot three component reaction sequence allowed for a simple access to various fused-polycyclic compounds, which bear a tetrahydropyran core. Leiodolide A was isolated from the deep-water marine sponge Leiodermatium. Leiodolide A was found to be significantly cytotoxic against HCT-116 human colon carcinoma with IC50 values = 1.4 ug/mL (2.5 uM). Since the natural product leiodolide A was found to comprise less than 0.001% of the dry weight of the sponge, establishing an efficient synthetic method to provide a significant amount of the natural product would be valuable to further biological studies. Our effort to synthesized upper fragment of leiodolide A was conducted through a series of cross-coupling reactions involving Stille coupling. Although proper conditions for the oxidation of (Z)-olefin to introduce the contiguous C15-17 triol system in leiodolide A were not achieved, this synthetic pathway would be useful in the total synthesis of leiodolide A.

This thesis summarizes three novel and general reaction protocols for the synthesis of diaryliodonium salts. All protocols utilize mCPBA as oxidant and the acids used are either TfOH, to obtain triflate salts, or BF3•Et2O that gives the corresponding tetrafluoroborate salts in situ. Chapter two describes the reaction of various arenes and aryl iodides, delivering electron-rich and electron-deficient triflates in moderate to excellent yields. In chapter three, it is shown that the need of aryl iodides can be circumvented, as molecular iodine can be used together with arenes in a direct one-pot, three-step synthesis of symmetric diaryliodonium triflates. The final and fourth chapter describes the development of a sequential one-pot reaction from aryl iodides and boronic acids, delivering symmetric and unsymmetric, electron-rich and electron-deficient iodonium tetrafluoroborates in moderate to excellent yields. This protocol was developed to overcome mechanistic limitations existing in the protocols described in chapter two and three. The methodology described in this thesis is the most general, efficient and high-yielding existing up to date, making diaryliodonium salts easily available for various applications in synthesis.

Lignocellulosic biomass is a promising alternative to non-renewable fossil fuel resources for the sustainable production of fuels and chemicals. Levulinic acid (LA) is considered to be a versatile platform chemical which can be derived from biomass and further upgraded to high-value products like levulinate esters. In this work, the direct chemical conversion of lignocellulosic biomass to ethyl levulinate (EL) through LA was studied in collaboration with Gascon Biomass Research Inc. in an effort to valorize their surplus of lignocellulosic feedstock obtained from biomass recycling activities. A novel one-pot, biphasic, acid-catalyzed hydrolysis-esterification process developed by Prof. Tom Baker's lab (uOttawa Chemistry) was used. Kinetic analyses of the overall reaction pathway and major reaction steps were performed to investigate the effect of reaction conditions such as time, temperature, alcohol concentration, and catalyst concentration and evaluate the kinetic and thermodynamic parameters. Reactions were well modeled by power law rate equations with applicability of the Arrhenius expression and exhibited nearly first-order dependence with respect to each of the corresponding reactants and catalyst, as expected. Kinetic studies of LA esterification to various levulinate esters showed that the reaction is endothermic, endergonic, non-spontaneous, and non-rate-limiting. Increased alcohol alkyl chain length and branching reduced the thermodynamic favourability of LA esterification, likely due to steric effects. Process considerations such as reactor pressure, LA and EL partitioning, solvent:feedstock ratio, solvent recycling, and alternative feedstocks were investigated through various lab-scale studies and simulation case studies with UniSim® Design. The results of experimental studies informed the development of a preliminary potential process flow diagram consisting of eleven batch slurry reactors under agitation in parallel. The product streams feed into a continuous separation process composed of flash vessels and distillation columns to separate and purify the various products, intermediates, unconsumed reactants, and recoverable catalyst and solvent. This work ultimately informs decisions regarding future pilot-scale experiments, process design, and optimization for the envisioned large-scale biorefinery to produce EL.

We present the synthesis and structural characterization of novel ruthenium complexes containing C^C* cyclometalated N-heterocyclic carbene ligands, η6-arene (p-cymene) ligands and one bridging chlorine ion. Complexes of the general formula [Ru(p-cymene)(C^C*)Cl] were prepared via a one-pot synthesis using in situ transmetalation from the correspondent silver NHC complexes. These complexes react with sodium tetrakis[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl]borate (NaBArF4) to form dinuclear complexes of the general structure [Ru(p-cymene)(C^C*)-μ-Cl-(p-cymene)(C^C*)Ru]+[BArF4]−. Solid-state structures confirm that the pseudo-tetrahedral coordination around the metal center with the η6-ligand aligned perpendicularly to the C^C* ligand and the i-Pr group “atop” is retained in the bimetallic complexes.

A highly regio- and diastereoselective approach towards complex 6-membered lactones was developed using allyl/propargyl benzyl ethers and delta keto esters. Crucially, the classical ET reagent SmI2 gave unsatisfactory results and it was necessary to develop and screen new Sm(II) cyclopentadienyl complexes to deliver high selectivity in the transformation. The methodology was extended to a one-pot approach to complex cycloheptanols using SmI2-H2O in a second stage of the process. Samarium(II) folding cascades were developed where simple, linear starting materials are converted to complex polycyclic architectures bearing multiple stereocentres. It was found that, depending on the sidechain in the starting material, it was possible to achieve four different pathways from the common radical intermediate. Crucially, transannular 1,5-HAT from tertiary and benzylic positions was observed to give diverse products. A proposed 1,5-HAT facilitated SmI2-mediated 6-membered lactone radical cyclisations for the first time without an activating proton donor additive. Enantioselective samarium(II) mediated cyclisation cascades were achieved, where simple beta keto esters are converted to complex polycyclic architectures bearing up to five contiguous stereocentres with high diastereo- and enantiocontrol. In the process, a simple and easy to prepare chiral aminodiol was employed which could be recycled after the reaction. Unprecedented, enantioselective transannular radical cascades allowed access to unique 3- dimensional scaffolds inaccessible by other synthetic methods.

Les boranes vinyliques,les acides boroniques vinyliques et les boronates vinyliques sont des organoboranes où la différence d'électronégativité entre le carbone et le bore est très faible[C (2. 55)-B (2. 04)] et la liaison entre ces deux atomes est donc peu polaire. Les propriétés caractéristiques du bore permettent de réaliser une grande variété de réactions dans différentes conditions. Beaucoup de groupes de recherche ont exploré les applications synthétiques des organoboranes en synthèse organique. Par exemple les boranes vinyliques peuvent être transformés en les alcènes correspondants par protonolyse,ils peuvent être facilement oxydés avec H2O2 en présence de base(addition d'un groupe hydroxyle sur la double liaison) pour donner des produits cis-anti Markovnikov. Ils peuvent aussi subir des réactions d'addition pour donner des alcools allyliques ou des cycloadditions [4+2] pour former deux nouvelles liaisons carbone- carbone via des réactions de Diels-Alder. Les acides vinylboroniques peuvent être transformés en halogénures vinyliques via une halogénolyse,réagir via une réaction de cyclisation radicalaire utilisant la méthode catalytique de Corey en présence d'un initiateur de réaction radicalaire pour obtenir des diols 1,3- ou 1,4. Ils peuvent participer à des réactions de couplage au palladium de type Suzuki pour former de nouvelles liaisons carbone-carbone. Ils peuvent réagir avec des anhydrides pour donner différentes cétones insaturatées via des catalyses au palladium ou au rhodium . Les acides vinylboroniques ont aussi été utilisés pour la formation de nouvelles liaisons carbone-azote , carbone-oxygène , carbone-fluor via des réactions catalysées au palladium ou au cuivre. Les boronates vinyliques ont été employés pour former de nouvelles liaisons carbone-carbone via des couplages de Suzuki- Miyaura. Ils sont employés dans la réaction multicomposant de Petasis pour donner des hétérocycles azotés fonctionnalisés. Ils participent aux réactions de métathèse croisée pour donner des boronates vinyliques hautement fonctionnalisés , ils réagissent facilement avec des carbènes générés à partir de diazos pour donner des cyclopropanes et ceci à travers des catalyses au palladium et au rhodium. Les boronates vinyliques, en réaction avec des oxides de nitrile subissent des réactions de cycloaddition 1,3-dipolaire pour donner des isoxazoles . Les boronates vinyliques ont aussi été utilisés comme nucléophiles en réaction d'allylation avec catalyse au cuivre ou au palladium. Les transformations précédentes des organoboranes fournissent des précurseurs importants pour la synthèse totale de molécules bioactives complexes qui ont été utilisées dans les domaines de la médecine, de l'agrochimie, des composés pharmaceutiques et de la chimie fine. Les organoboranes peuvent être synthétisés facilement et ceci les rend particulièrement précieux comme intermédiaires clés en synthèse organique. / Vinylboranes, vinylboronic acids and vinylboronates are organoboranes where the electro negativity difference between carbon and boron bond is very low [C (2. 55)-B (2. 04)] and the bond between them is less polar. The characteristic features of borane allow performing wide range of reactions under different conditions. Several research groups explored the synthetic applications of organoboranes in organic synthesis. For example vinylboranes can be transformed to their corresponding alkenes via protonolysis,can be easily oxidized by hydrogen peroxide in presence of base(addition of hydroxy group at double bond)to result cis-,anti Markovnikov products also participate in addition reactions to give allylic alcohols,they undergo[4+2]cyclo adition reactions to form two new carbon- carbon bonds via Diels- Alder reaction. Vinylboronic acids can be transformed to vinylhalides via halogenolysis,react via boron-tethered radical cyclisation using Corey’s catalytic tributyl-stannane method in presence of radical initiator to afford 1,3- or 1,4-diols,participates in palladium catalyzed Suzuki cross coupling reactions to give characteristic carbon-carbon bond,react with anhydrides to result various unsaturated ketones via palladium and rhodium catalysis,vinylboronic acids were also used for the synthesis of new carbon-nitrogen,carbon- oxygen, carbon-fluoine bonds via palladium and copper catalysis. Vinylboronates were used to synthesize new carbon-carbon bonds via Suzuki- Miyaura cross coupling reaction under palladium catalysis, participates in Petasis multicomponent reaction to give functionalized nitrogen based heterocycles, they undergo olefin cross-metathesis to afford highly functionalized vinylboronate deivaives, readily react with carbene generated from diazo compounds to afford cyclopropane derivatives under palladium and rhodium catalysis. Vinylboronates on treatment with arylnitrile oxides undergo 1,3-dipolar cyclo addition reaction to give isoxazole derivatives, vinylboronates were also used as nucleophiles in allylation with copper and palladium catalysisThe above transformations of organoboranes provide important precursors for building complex bioactive molecules which were developed as medicine, agrochemicals, pharmaceuticals and fine chemicals. Organoboranes can be easily synthesized and this easy access for preparation made them useful key intermediates for organic synthesis. Vinylboranes can be synthesized via hydroboration of alkynes with alkylboranes,vinylboronic acids can be synthesized via hydroboration of alkynes with alkoxyboranes followed by hydrolysis where as vinylboronates were synthesized from organometallic reagents by transmetallation with trimethyl orthoborate,also prepared from hydroboration of alkynes with alkoxyboranes. Grafting a substitution in the allylic position of vinyl boronates confers to these units a high degree of versatility to their use in organic synthesis. -substitue.

Förfrågan efter nya och mer avancerade applikationer är en pågående process vilket leder till en konstant utveckling av nya material. För att förstå relationen mellan en applikations egenskaper och dess sammansättning krävs full förståelse och kontroll över materialets uppbyggnad. En sådan kontroll över uppbyggnaden hos material hittas i en undergrupp till dendritiska polymerer som kallas dendrimerer. I den här doktorsavhandlingen belyses nya metoder för att framställa dendrimer med hjälp av selektiva kemiska reaktioner. Sådana selektiva reaktioner kan hittas inom konceptet klickkemi och har i detta arbete kombinerats med traditionell anhydrid- och karbodiimidmedierad kemi. Denna avhandling diskuterar en accelererad tillväxtmetod, dendrimerer med inre och yttre reaktiva grupper, simultana reaktioner och applikationer baserade på dessa dendritiska material. En accelererad tillväxtmetod har utvecklats baserad på AB2- och CD2-monomerer. Dessa monomerer tillåter tillväxt av dendrimerer utan att använda sig av skyddsgruppkemi eller aktivering av ändgrupper. Detta gjordes genom att kombinera kemoselektiviteten hos klickkemi tillsammans med traditionell syraklorid kopplingar. Dendrimerer med inre alkyn- eller azidfunktionalitet syntetiserades genom att använda AB2C-monomerer. Den dendritiska tillväxten skedde med hjälp av karbodiimidmedierad kemi. Monomererna som användes bär på en C-funktionalitet, alkyn eller azid, och på så sätt byggs får interiören i de syntetiserade dendrimeren en inneburen aktiv funktionell grupp. Ortogonaliteten hos klickkemi användes för att sammanfoga monomerer till en dendritisk struktur. Traditionell anhydridkemi- och klickemireaktioner utfördes samtidigt och på så sätt kunde dendritiska strukturer erhållas med färre antal uppreningssteg. En ljusemitterande dendrimer syntetiserades genom att koppla azidfunktionella dendroner till en alkynfunktionell cyclenkärna. Europiumjoner inkorporerades i kärnan varpå dendrimerens fotofysiska egenskaper analyserades. Mätningarna visade att den bildade triazolen hade en sensibiliserande effekt på europiumjonen. Termiska studier på några av de syntetiserade dendrimerer utfördes för att se om några av dem kunde fungera som templat vid framställning av isoporösa filmer. / The need for new improved materials in cutting edge applications is constantly inspiring researchers to developing novel advanced macromolecular structures. A research area within advanced and complex macromolecular structures is dendrimers and their synthesis. Dendrimers consist of highly dense and branched structures that have promising properties suitable for biomedical and electrical applications and as templating materials. Dendrimers provide full control over the structure and property relationship since they are synthesized with unprecedented control over each reaction step. In this doctoral thesis, new methodologies for dendrimer synthesis are based on the concept of click chemistry in combination with traditional chemical reactions for dendrimer synthesis. This thesis discusses an accelerated growth approach, dendrimers with internal functionality, concurrent reactions and their applications. An accelerated growth approach for dendrimers was developed based on AB2- and CD2-monomers. These allow dendritic growth without the use of activation or deprotection of the peripheral end-groups. This was achieved by combining the chemoselective nature of click chemistry and traditional acid chloride reactions. Dendrimers with internal azide/alkyne functionality were prepared by adding AB2C monomers to a multifunctional core. Dendritic growth was obtained by employing carbodiimide mediated chemistry. The monomers carry a pendant C-functionality (alkyne or azide) that remains available in the dendritic interior resulting in dendrimers with internal and peripheral functionalities. The orthogonal nature of click chemistry was utilized for the simultaneous assembly of monomers into dendritic structures. Traditional anhydride chemistry and click chemistry were carried out concurrently to obtain dendritic structures. This procedure allows synthesis of dendritic structures using fewer purification steps. Thermal analyses on selected dendrimers were carried out to verify their use as templates for the formation of honeycomb membranes. Additionally, a light emitting dendrimer was prepared by coupling of azide functional dendrons to an alkyne functional cyclen core. A Europium ion was incorporated into the dendrimer core, and photophysical measurements on the metal containing dendrimer revealed that the formed triazole linkage possesses a sensitizing effect. / QC 20100629

Cette thèse a pour objectif l'élaboration de nanoparticules hybrides à base de silice par microémulsion inverse. Les nanoparticules de silice constituent une matrice de base permettant de confiner et de protéger des molécules organiques et/ou des nanoparticules métalliques. L'incorporation combinée de différentes entités dans la silice ouvre ainsi de larges perspectives de par l'introduction de nouvelles propriétés liées à la structure hybride. Afin d'élaborer de tels objets, nous avons utilisé des micelles inverses à base d'eau, de Triton X-100, d'hexanol et de cyclohexane comme milieu réactionnel. L'influence des conditions opératoires sur le contrôle de la taille des micelles inverses a d'abord été étudiée. Ces micelles inverses ont ensuite été mises à profit comme nanoréacteurs pour la synthèse de nanoparticules de silice par procédé sol-gel en utilisant les précurseurs alkoxysilanes adéquats. Nous avons regardé dans quelle mesure il était possible de contrôler la taille des nanoparticules de silice en fonction du pourcentage d'eau par rapport au tensioactif. Il a ainsi été possible d'accéder de façon reproductible à des nanoparticules avec de tailles variables, de 30 nm à 200 nm. Nous avons ensuite regardé qu'il était possible d'encapsuler au sein de cette matrice nanométrique des fluorophores et des nanoparticules d'or et d'argent de façon contrôlée. En vue d'assurer une bonne stabilisation colloïdale en solution, ces nanoparticules hybrides ont été fonctionnalisées d'une part par ajout d'un silane fonctionnel et d'autre part par click chemistry. Nous avons ainsi pu montrer qu'il est possible d'effectuer dans un même milieu micellaire l'ensemble des processus de fabrication de la nanoparticule hybride, de la matrice de silice à sa fonctionnalisation en passant par l'incorporation d'entités fonctionnelles. Cette méthode de synthèse séquentielle nous a ainsi permis de supprimer les étapes de purification et de redispersion qui peuvent s'avérer problématiques dans les procédés classiques. L'ensemble de ce travail a été mis à profit pour la conception d'un agent antibactérien à base de nanoparticules argent/silice capables d'empêcher la prolifération bactérienne grâce au relargage progressif des ions argent. Les tests effectués en solution comme sur le coton et le polyéthylène téréphtalate imprégnés montrent effectivement un caractère antibactérien certain de ces systèmes.

Nos travaux de thèse portent sur la mise au point de nouvelles méthodes de synthèse permettant l'accès de façon rapide et efficace à différents dérivés pyrazolo[1,5-a]pyrimidiniques diversement fonctionnalisés.La première partie de ce travail concerne l'étude et l'application de la condensation de la pyran-2-one avec les 5(3)-amino-3(5)-arylpyrazoles que ce soit par chauffage classique ou sous irradiation micro-onde. Par la suite, un nouveau procédé d'(hétéro)arylation pallado-catalysé direct régiosélectif a été mis à profit pour élaborer des pyrazolo[1,5-a]pyrimidines fonctionnalisées tant en position 3 que sur le méthyle situé sur le sommet 7 de la 5,7-diméthylpyrazolo[1,5-a]pyrimidine.Le dernier volet de ce mémoire a été consacré à la préparation des entités pyrazolo[1,5-a]pyrimidiniques substituées en position 7 par des motifs benzyliques et ce, via une procédure " one-pot ", sous irradiation micro-onde, constituée d'une réaction d'arylation directe pallado-catalysée suivie d'une saponification-décarboxylation.