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Ce travail de thèse porte sur la chimie organométallique des complexes d'or(I) et sur l'étude de leurs réactivités. Plus particulièrement, le travail présenté ici dans ce manuscrit avait pour objectif d'approfondir nos connaissances sur l'impact des ligands utilisés sur la réactivité de l'or vis-à-vis (i) de l'addition oxydante intermoléculaire et (ii) la possibilité de stabiliser des intermédiaires d'or(I) hautement réactifs. Dans la première partie de ce manuscrit, l'addition oxydante intermoléculaire des halogénures d'aryle (iodure et bromure) à des complexes moléculaires d'or(I) a été étudiée en détails. Nous avons pu montrer que cette étape élémentaire de la chimie organométallique, considéré comme impossible avec l'or, était en fait un processus favorable lorsqu'un ligand adéquat est employé, et deux stratégies différentes ont été élaborées. La première consiste à utiliser un ligand bis-phosphine bidenté qui impose une géométrie coudée autour de l'or, tandis que la deuxième stratégie implique l'utilisation d'un ligand hémi-labile bidenté avec des groupements donneurs doux et dur. Les deux stratégies ont été fructueuses, et les complexes d'or(III) issus des réactions d'addition oxydante ont été caractérisés spectroscopiquement et structuralement. Dans la deuxième partie, ayant à notre disposition deux complexes d'or(I) capable d'effectuer l'addition oxydante, nous voulions aller au-delà de cette étape élémentaire. Dans cet objectif, nous avons construit un nouveau cycle catalytique Au(I)/Au(III) impliquant une séquence d'addition oxydante Csp2-X, de Csp2-H auration et d'élimination réductrice, illustrant le premier exemple d'arylation directe d'arènes avec des halogénures d'aryle catalysée à l'or. Enfin, dans la dernière partie, nous avons tenté de stabiliser et de caractériser des intermédiaires d'or(I) très instables, comme le a-oxo carbène d'or(I). Cette espèce hautement électrophile est proposée comme un intermédiaire clés dans des nombreuses transformations catalytiques, mais n'a jamais été isolé ou caractérisé (en solution ou à l'état solide). L'utilisation d'un ligand bis-phosphine bidenté nous a permis de caractériser spectroscopiquement et structuralement le carbène a-oxo d'or(I) pour la première fois. Nous avons ensuite étudié sa réactivité vis-à-vis des réactions d'insertion et de cyclopropanation. / The present work is an organometallic study concerning the chemistry of gold(I) complexes and their reactivity. Of particular interest was to gain further knowledge on the impact of the ligands employed on the reactivity of gold towards (i) the intermolecular oxidative addition of aryl halides and (ii) the possibility of stabilizing high reactive gold(I) intermediates. In the first part of the manuscript, the intermolecular oxidative addition of aryl halides (iodide and bromide) with molecular gold(I) complexes was investigated in detail. We showed that this organometallic elementary step, usually considered to be impossible for gold, is actually a favorable process when an adequate ligand is employed and two different strategies have been elaborated. The first one consists in the use of a bis-phosphine bidentate ligand that forces a bent geometry around gold, whereas the second strategy implicates the use of a hemi-labile bidentate ligand bearing a soft and a hard donor group. Both strategies were found fruitful, and the gold(III) complexes stemming from oxidative addition reactions were characterized by spectroscopic and structural means. In the second part, having in hands two gold(I) complexes that undergo the oxidative addition reaction, we wanted to go beyond this elementary step. In that objective, we constructed a new Au(I)/Au(III) catalytic cycle involving a sequence of Csp2-X oxidative addition, Csp2-H auration and reductive elimination, allowing the first example of gold-catalyzed direct arylation of arenes with aryl halides. Finally, in the last part, we attempted to stabilize and characterize high reactive gold(I) intermediates, like the a-oxo gold(I) carbenes. This electrophilic species is proposed in many catalytic transformations as key intermediates, but has never been isolated or characterized (in solution or in solid state). The use of a bidentate diphosphine ligand allowed the characterization of the a-oxo gold(I) carbene for the first time by means of multinuclear NMR spectroscopy, X-ray diffraction analysis and high resolution mass spectroscopy (ESI+). We then investigated the reactivity of the a-oxo gold(I) carbene towards insertion and cyclopropanation reactions. Interestingly, the reactivity of the generated gold(I) carbenes can be modulated depending on the electronic properties of the aryl ethyl diazoacetate used.

De nos jours, parmi toutes les transformations chimiques dont disposent les chimistes organiciens, le réarrangement sigmatropique [3,3] constitue un outil puissant afin de créer une liaison C-C ou encore C-hétéroatome. Le réarrangement d’allyl cyanate en allyl isocyanate, jusqu’ici peu utilisé, est en train d’émerger, comme une nouvelle méthode efficace de préparation d’allylamines substituées. C’est dans ce contexte que s’inscrit mon travail de thèse qui a pour objectif d’étudier et d’utiliser le réarrangement sigmatropique [3,3] d’allyl cyanates diversement substitués pour la synthèse de molécules d’intérêt biologique. Dans une première partie, l’emploi d’allyl cyanates borylés nous a permis de synthétiser, de façon stéréocontrôlée, des ènecarbamates et des ènehydroxyurées cycliques à 7 chainons ainsi que des γ-butyrolactones. Cette méthodologie a été appliquée à la première synthèse totale de la (-)-Galbacin. Les ènecarbamates cycliques ont fait l’objet, en seconde partie, d’une étude structure-activité en tant qu’inhibiteur du protéasome humain. Dans une troisième partie, nous avons étudié le réarrangement d’allyl cyanates silylés ce qui nous a permis d’accéder à des α-amino allylsilanes énantioenrichis. En dernière partie, nous avons mis en évidence un oxo-réarrangement à partir d’allyl carbamates substitués par un groupement aryle. / Nowadays, among all chemical transformations in the organic chemist’s toolbox, [3,3] sigmatropic rearrangements represent a powerful method to create carbon-carbon or even carbon-heteroatom bonds. The allyl cyanate to allyl isocyanate rearrangement, underused so far, is becoming an attractive method to prepare substituted allylamines. In this context, I studied and applied in my thesis this [3,3] rearrangement on diversely substituted allyl cyanates for the synthesis of molecules of biological interest. First, we used borylated allyl cyanates to prepare, stereoselectively, cyclic seven membered enecarbamates and enehydroxyureas as well as γ-butyrolactones. This methodology was applied to the first total synthesis of (-)-Galbacin. Then, a library of cyclic enecarbamates was performed to study the structure-activity relationship on the human proteasome. Next, the study of silylated allyl cyanates allowed us to prepare some new enantioenriched α-amino allylsilanes. Finally, we brought to light an unexpected oxo-rearrangement from aryl substituted allyl carbamates.

L’oxydation catalytique des liaisons C-H, en condition aérobie est l’une des réactions « phare » de la chimie, aussi bien d’un point de vue fondamental qu’industriel. Le principal défi consiste en l’utilisation de l’oxygène moléculaire comme oxydant « vert » pour l’activation de ces liaisons C-H. De nombreuses métalloprotéines, telles que les mono-oxygénases (Fe, Cu), sont capables de réaliser ces réactions dans des conditions douces. Une stratégie actuelle consiste à développer des systèmes synthétiques capables de reproduire de manière efficace les propriétés catalytiques de ces enzymes. L’objectif principal de nos travaux a été de synthétiser et de caractériser des modèles de mono-oxygénases solubles (sMMO) et membranaires (pMMO). Deux approches ont été développées. La première a consisté à élaborer des ligands ditopiques dissymétriques, dont les deux sites de coordination tris-(2-pyridymethyl)amine “TPA” et pyridinedicarboxamide “PydCA”, sont enclavés dans un seul macrocycle afin de favoriser une distance intermétallique optimale. La seconde stratégie est basée sur la synthèse de ligands ditopiques où les motifs coordinants, tetraazacyclotetradecane “cyclam” et dipicolylamine “DPA”, sont séparés par un espaceur de type phényle. Ces deux approches ont conduit à l’obtention et à la caractérisation, à l’état solide (structure aux rayons X) et en solution (spectroscopie, électrochimie), de nombreux complexes mono et dinucléaires du fer, du cuivre et du cobalt. L’étude de la réactivité de certains complexes mononucléaires vis-à-vis des oxydants tels que O2 et H2O2, en l’absence de substrats organiques, a permis d’identifier des espèces métal-oxygène. L’oxydation catalytique de substrats organiques a également été réalisée. / Catalytic oxydation of C-H bonds using molecular oxygen as ‘green’ oxidant remains a great challenge from both fundamental and industrial point of views. Many metalloproteins, such as copper end iron-based mono-oxygenases are able to perform these reactions under mild conditions. A current strategy is to develop synthetic complexes which can reproduce the efficiency of such enzymes. The main objective of our work has been to synthesize and characterize new models of soluble (sMMO) and particulate (pMMO) mono-oxygenases. Two approaches have been developed. The first strategy was to synthesize unsymmetrical dinucleating ligands bearing two coordination sites, tris-(2-pyridylmethyl)amine “TPA” and pyridinedicarboxamide “PydCA”, which are embedded in a single macrocycle to favor intermetallic interaction. The second strategy is based on the synthesis of dinucleating ligands where coordinating patterns, tetraazacyclotetradecane “cyclam” and dipicolylamine “DPA”, are separated by a phenyl type spacer. These two approaches have led to the formation and characterization in the solid state (X-ray structure) and in solution (spectroscopy, electrochemistry) of many mononuclear and dinuclear iron, copper and cobalt complexes. The study of the reactivity of some mononuclear complexes towards oxidants such as O2 and H2O2, in absence of organic substrates, has led to the identification of metal-oxygen species. Catalytic oxidation of organic substrates was also conducted.

L'objectif de cette thèse était de préparer par voie chimie organométallique de surface de nouveaux complexes organométallique supportés portant des ligands oxo pour la métathèse des oléfines. La première approche consiste en l'utilisation d'un précurseur inorganique WOCl4 pour accéder en deux étapes à une espèce majoritaire bi-siloxy [(=SiO)2WOMe2] (80 %) active en métathèse de l'isobutène pour donner le 2,3-diméthylbutène. L'utilisation de précurseurs organotungstiques a permis de préparer et caractériser avec des techniques spectroscopiques (EXAFS, RAMAN, RMN Solide, DRIFT…) de nombreux complexes tungstènes oxo supportés avec des ligands spectateurs qui ont des réactivités variés. En effet, Un premier modèle du catalyseur industriel (=SiO)2W(=O)(CH2SiMe2)2 a été obtenu par réaction de greffage de [WO(CH2SiMe3)3Cl] sur une silice déshydroxylée à 200 °C. L'application de la RMN du solide de l'17O à l'étude structurale de cette espèce oxo de surface, combinée avec des calculs DFT montrent que deux structures, bipyramidale trigonale (TPB) et pyramide à base carrée (SP), peuvent co-exister en surface en raison de la faible barrière d'activation (< 5 kcal.mol-1). Cette nouvelle espèce de surface a montré une forte activité de 24 000 TON après 25 h avec une faible désactivation au cours du temps en métathèse du propène. Une approche originale pour la préparation des catalyseurs oxo de tungstène de structures [(=SiO)WO(CH2SiMe3)2OAr] a été développée et consiste en une simple modification de complexe monopodal supporté [(=SiO)WO(CH2SiMe3)3] par des phénols avec différents substituants en position ortho, ortho'. Les complexes supportés portant des ligands phénoxydes électroattracteurs se sont avérés plus actives et plus stable en métathèse du propène que leurs homologues portant des ligands phénoxydes riche en électrons. Ces différentes approches seront par la suite étendues au complexe de molybdène oxo alkyl / The aim of this thesis was to apply surface organometallic chemistry in order to prepare novel supported organometallic complexes bearing oxo ligands for olefin metathesis. The first approach consists of the utilization of an inorganic precursor (WOCl4) to obtain mainly (80%) the bis-siloxy species [(=SiO)2WOMe2] in two steps: grafting followed by alkylation with SnMe4. The latter material catalyzes isobutene self-metathesis to 2,3-dimethylbutene. Employing oxo organotungstene precursors results in materials that can be characterized by spectroscopic techniques (EXAFS, RAMAN, Solid-state NMR, DRIFT…) and offer a large variety to alter the spectator ligands. In fact, the first model of the industrial catalyst (=SiO)2W(=O)(CH2SiMe2)2 has been obtained by grafting of [WO(CH2SiMe3)3Cl] onto silica dehydroxylated at 200 °C. Elucidation of the surface structure by 17O MAS NMR along with DFT calculations suggest that there are most likely two co-existing geometries, trigonal bipyramidal (TPB) and square pyramide (SP), as the activation barrier is found to be low (<5 kcal.mol-1). This new surface species has shown a high activity in propene self-metathesis and low deactivation rate, at reflected by the high turn-over number of 24000 after 25 hours on stream. Furthermore, an original approach to access variety solid tungsten oxo catalysts expressed generally as [(=SiO)WO(CH2SiMe3)2OAr] has been developed and comprises a simple modification of the supported monopodal species [(=SiO)WO(CH2SiMe3)3] by desired phenol derivatives. Catalysts with electron withdrawing phenoxide ligands exhibit higher activity and stability in propene self-metathesis than their electron rich phenoxide homologue. The developed methodologies will be extended to molybdenum oxo alkyl complexes

Les processus d’oxydation et d’amination sont très importants dans le monde de l’industrie mais les procédés actuels sont polluants. Afin de réaliser ces transformations de manière catalytique et propre, les réactions bioinspirées par transfert d’atome d’oxygène (TAO) et d’azote (TAN) ont été étudiées. La formation de l’espèce active à haut degré d’oxydation étant bien connue dans le cas des TAO, l’enjeu se situe dans le design des ligands. Dans le cas des TAN, cette étape est moins bien étudiée, limitant le développement de nouveaux catalyseurs. Enfin, l’utilisation d’une source d’énergie lumineuse, et non plus chimique, est recherchée afin de diminuer les déchets produits lors de ces réactions.Deux stratégies ont été mises en œuvre au cours de ce projet. Pour l’étude des réactions par TAO, deux nouveaux jeux de ligands, similaires aux porphyrines et aux BODIPY, ont été synthétisés. L’obtention et la caractérisation des complexes de ruthénium ainsi que leur réactivité par oxydation chimique ou électrochimique ont été réalisées. Pour les réactions de TAN, le mécanisme du dimère connu Rh2(esp)2 de type PCET (transfert couplé de proton et d’électron), semblable à celui des réactions par TAO, a été étudié en identifiant les différents intermédiaires formés grâce à une étude spectro-électrochimique. Ces différentes étapes ont ensuite été réalisées par voie photochimique développant ainsi l’utilisation de l’énergie lumineuse pour réaliser des réactions de TAO et TAN de manière éco-compatible. / Processes of oxidation and amination hold an important place on an industrial level but the current available methods are polluting and non-sustainable. To perform these transformations in the contour of green catalysis, bio-inspired oxygen atom transfer (OAT) and nitrogen atom transfer (NAT) reactions were addressed. In the case of OAT, the mechanism for the formation of the active species, the highly oxidized metal-oxo, is rather well described, and the challenge relies in the design of ligands to stabilize such species. For NAT, this step is less studied which limits the development of new catalysts. An even more challenging task resides in the use of light energy to generate these active species in the perspective to replace the classic oxidants. During this thesis, two projects have been undertaken. Firstly, the synthesis of dipyrrin based ligands and the corresponding ruthenium complex was evaluated for their ability to perform OAT reactions using conventional oxidants or the electrochemical way. Regarding the NAT reactions, we have investigated on the electrochemical, chemical and photochemical activation of the known catalyst Rh2(esp)2. Our strategy consisted in the activation of the nitrogen atom donor substrate, the sulfonamidate, in the coordination sphere of the catalyst. We disclose the spectroscopic signatures for the stepwise activation of the catalyst-substrate form. This work has as objective to set us on the path to develop a sustainable way to perform these reactions.

In der vorliegenden Arbeit werden die Synthese und die Charakterisierung neuer Titan-oxo-Monomere beschrieben. Ein weiterer Teil beschäftigt sich mit dem kationischen Polymerisationsverhalten dieser Verbindungen, welche dem Typ der „Zwillingspolymerisationen“ zugeordnet werden kann. Die Charakterisierung der dabei entstehenden nanostrukturierten Hybridmaterialien aus Titandioxid und organischen Polymeren wird beschrieben. Als Vergleich dienen Simultanpolymerisationen von Titanalkoxiden und polymerisierbaren organischen Alkoholen.

Catalytic oxidation plays a crucial role in current chemical and pharmaceutical industries which is also a leading technology for green chemical processes. In Nature, the ubiquitous cytochrome P450 enzymes can catalyze a wide variety of oxidation reactions with high efficiency and selectivity. Many transition metal catalysts are designed as the biomimetic model of cytochrome P450 enzymes. In this work, series of metalloporphyrins and metallocorroles have been successfully synthesized to investigate and develop catalytic selective oxidation of sulfides to sulfoxides. Manganese(III) porphyrin complexes (2) and manganese(III) corrole complexes (6) with iodobenzene diacetate [PhI(OAc)2] as a mild oxygen source exhibited remarkable catalytic activity toward selective oxidation of sulfides to sulfoxides under mild conditions. Conspicuous is the fact that readily soluble PhI(OAc)2 in the presence of a small amount of water is more efficient than the commonly used PhIO and other oxygen sources under identical conditions. It was found that the reactivity of manganese(III) porphyrin catalysts was greatly affected by axial ligand and the weakly binding chlorate gave the highest catalytic activity in the oxidation of sulfide. Both porphyrin-manganese and corrole-manganese catalysts catalyzed the highly selective oxidation of para-substituted thioanisoles with PhI(OAc)2 in the presence of a small amount of water. Complete conversion and of sulfide and excellent selectivities for sulfoxide were achieved within 120 min. We discovered that photo-disproportionation of a bis-porphyrin-diruthenium(IV)- μ-oxo dimer gave a porphyrin-ruthenium(III) species and a putative poprhyrinruthenium( V)-oxo species that can be detected and studied in real time using laser flash photolysis methods. As determined by its spectral and kinetic behavior, the same oxo transient was also formed by photolysis of a porphyrin-ruthenium(III) N-oxide adduct. Second-order rate constants for reactions with several substrates at 22 °C were determined; representative values of rate constants were kox = 6.6 × 103 M-1 s-1 for diphenylmethanol, kox = 2.5 × 103 M-1 s-1 for styrene, and kox = 1.8 × 103 M-1 s-1 for cyclohexene.

Les conséquences économiques, politiques et environnementales de la consommation énergétique galopante de nos sociétés nécessitent le développement d'énergies renouvelables. Le dihydrogène est un des principaux candidats à ce poste. Sa production par électro- ou photolyse de l'eau est réalisée par des catalyseurs métalliques. Dans le processus de la photosynthèse, cette réaction est réalisée par un agrégat d'ions manganèses liés par des ponts oxo, selon un mécanisme qui reste inconnu. Le développement de nouveaux catalyseurs de coût plus faible nécessite la compréhension des mécanismes fondamentaux de la réaction d'oxydation de l'eau. Notre travail de thèse a consisté à étudier les étapes élémentaires de cette réaction, à savoir, l'activation d'une molécule d'eau par des complexes de manganèse. Nous avons étudié pour cela la formation par voie électrochimique de complexes mononucléaires manganèse(IV) et (V)-oxo. Le premier chapitre traite de la problématique environnementale et énergétique actuelle. Le second chapitre décrit les éléments fondamentaux de la chimie du manganèse, ainsi que la structure et le fonctionnement de l'enzyme responsable de l'oxydation de l'eau. Une approche générale de la catalyse artificielle d'oxydation de l'eau est également présentée, ainsi que les objectifs de nos travaux. Le chapitre trois présente la synthèse et la caractérisation d'une nouvelle famille de ligands tétradente et des complexes de nickel(II) et de manganèse(III) correspondant. La préparation électrochimique de complexes de nickel(III) et manganèse(V) est présentée. Le chapitre quatre décrit la préparation d'un complexe mononucléaire manganèse(IV)- oxo par oxydation électrochimique d'un complexe manganèse(II)-aqua. Le complexe de manganèse(IV), ainsi que certains intermédiaires de manganèse(III) ont été caractérisés par différentes techniques spectroscopiques. Le chapitre cinq présente la synthèse d'une famille de ligands pentadentes et des complexes de manganèse(II) et (III) correspondant. La formation électrochimique de deux complexes de manganèse(IV) mononucléaire et (III/IV) dinucléaire nous renseigne sur les critères régissant la nucléarité au sein d'une même famille de ligands. Le chapitre six présente la synthèse d'un ligand possédant une double cavité, pour l'élaboration de complexes dinucléaires de manganèse en face-à-face.

Ultraviolet radiation (UVR) is known to be highly mutagenic. What types of DNA lesions that are induced by different UVR wavelengths are still a matter of debate. UVR induces mutagenesis mostly by the formation of photoproducts and the induction of reactive oxygen species (ROS). ROS can give rise to mutations via oxidation of nucleotides in the DNA or the nucleotide pool. Oxidized nucleotides in the nucleotide pool can thereby be incorporated into the DNA during replication and ultimately give rise to mutations. MTH1 however, dephosphorylates oxidized nucleotides in the nucleotide pool, in particular 8-oxo-dGTP and 2-OH-dATP, and inhibits their incorporation into the DNA.The aim of the present study was to investigate the role of MTH1 in mutagenesis and cytogenetic damage induced by UVR in a human lymphoblastoid TK6 cell line. The clonogenic survival, mutant frequency and micronucleus frequency were measured following exposure to UVA, UVB and UVC in MTH1-knockdown and wild-type TK6 cells. As a biomarker for oxidative damage the level of intracellular and extracellular 8-oxo-dG was measured in TK6 cells exposed to UVA. The mutational spectra of UVA-induced mutations at the thymidine kinase gene in MTH1-knockdown and wild-type TK6 cells were investigated.The results show that MTH1 protects against UVA and UVB mutagenesis significantly. MTH1, however, has been shown to offer no protection against UVR-induced cytogenetic damage and is therefore suggested to mainly inhibit mutagenesis. The mutational spectra show that GC&gt;AT and AT&gt;GC transitions are the dominant mutation types in cells exposed to UVA.In conclusion, MTH1 protects TK6 cells against mutagenesis induced by longer wavelengths of UVR. This indicates that the nucleotide pool is a significant target in mutagenesis for longer wavelengths of UVR. The type of mutations induced by UVA, GC&gt;AT and AT&gt;GC, can be formed by the incorporation of 2-OH-dATP from nucleotide pool into the DNA. UVA is therefore suggested to induce mutations by induction of oxidized nucleotides such as 2-OH-dATP. / <p>At the time of the doctoral defense, the following paper was unpublished and had a status as follows: Paper 4: Manuscript.</p>