L’étude comparée des réactions de formation de paires d’ions et de simple photoionisation de la molécule NO2 induites par rayonnement synchrotron (RS) d’une part et par impulsions laser femtosecondes (fs) d’autre part, démontre le rôle remarquable de l’excitation résonante d’états de Rydberg dans la dynamique électronique et nucléaire induite. Trois réactions principales, la photoionisation non dissociative (NO2+ (X 1Σ+g) + e), la photoionisation dissociative (NO+ (X 1Σ+) + O(3P) + e) et la formation de paires d'ions, (NO+ (X 1Σ+) + O- (2P)), ont été caractérisées en utilisant la méthode des corrélations vectorielles ou spectroscopie en coïncidence des impulsions du photoélectron et des photoions, auprès des sources RS (SOLEIL, DESIRS) et lasers fs (CEA, Saclay), respectivement. Le diagramme de corrélation des énergies cinétiques électron-ion, première observable issue de ces mesures, met en évidence un partage de l’énergie en excès entre noyaux et électrons qui dépend fortement du mode d’excitation photonique. Les déviations significatives observées par rapport aux profils d’ionisation de type Franck Condon sont attribuées à des couplages vibroniques entre états excités NO2*, tels que ceux induits par une intersection conique. Les chemins réactionnels identifiés confirment le rôle de l’excitation des séries de Rydberg [R*(6a1)-1] et [R*(4b2)-1] intervenant comme états intermédiaires dans l’excitation multiphotonique ou dans le continuum d’ionisation exploré. Une étude complémentaire par spectroscopie à haute résolution des états [R*(6a1)-1] a été mise en œuvre (UBC, Vancouver).Pour une réaction de photoionisation dissociative (PID), l’observable la plus complète est la distribution angulaire des photoélectrons dans le référentiel lié à la vitesse de recul de l’ion fragment (RFPAD) déduite de la mesure de la corrélation vectorielle (Vi, Ve, P). Afin d’accéder aux éléments de matrice dipolaire décrivant la photoionisation de l’état électronique considéré, le formalisme développé en collaboration avec R. R. Lucchese (Texas A&M) décrivant la photoémission dans le référentiel moléculaire pour la simple PID d'une molécule linéaire par excitation à un photon, a été étendu à l'étude des réactions de PID par excitation multiphotonique d'une molécule polyatomique, telle que la molécule NO2 de symétrie C2v. L’analyse multivariée de la RFPAD multiphotonique proposée constitue une stratégie fructueuse en vue d’extraire l’information optimale sur la dynamique complexe de photoionisation et de réaliser une comparaison détaillée entre les résultats expérimentaux et les calculs de photoionisation des états excités de la molécule. / The comparative study of ion pair formation and simple photoionization of the NO2 molecule induced by synchrotron radiation (SR) on the one hand and by femtosecond (fs) pulses on the other hand reveals the remarkable role of Rydberg states in the induced electronic and nuclear dynamics. Three main reactions, namely (NO2+ (X 1Σ+g) + e) non dissociative photoionization, (NO+ (X 1Σ+) + O(3P) + e) dissociative photoionization and (NO+ (X 1Σ+) + O- (2P)) ion pair formation have been characterized using the vector correlation method, or photoion and photoelectron coincidence momentum spectroscopy, at SR sources (SOLEIL DESIRS) and at fs laser platforms (CEA, Saclay), respectively. The electron-ion kinetic energy correlation diagram, which is the first observable obtained from these measurements, highlights the excess energy sharing among nuclei and electrons, which strongly depends on the photon excitation mode. The observed remarkable deviations from Franck Condon ionization profiles are attributed to vibronic couplings such as those induced at a conical intersection. The identified reaction pathways confirm the role of the [R*(6a1)-1] and [R*(4b2)-1] Rydberg series excitation as stepping states in multiphoton excitation or in the explored ionization continua. A complementary study of high resolution spectroscopy of [R*(6a1)-1] Rydberg series has been performed (UBC, Vancouver). For a dissociative photoionization (DPI) process, the most complete observable is the photoelectron angular distribution in the reference frame attached to the recoil ion fragment velocity (RFPAD) deduced from the measured (Vi, Ve, P) vector correlation. In order to get access to the dipole matrix elements describing photoionization of the considered excited electronic state, the formalism developed in collaboration with R. R. Lucchese (Texas A&M) describing molecular frame photoemission for a DPI of a linear molecule by one-photon excitation has been extended to the study of DPI processes induced by multiphoton excitation for a polyatomic molecule, such as the NO2 molecule of C2v symmetry. The proposed multivariate analysis of the multiphoton RFPAD constitutes a successful strategy to extract the optimal information on the complex photoionization dynamics and to perform a detailed comparison between experimental results and calculations of photoionization of the molecular excited states.

L'étude comparée des réactions de formation de paires d'ions et de simple photoionisation de la molécule NO2 induites par rayonnement synchrotron (RS) d'une part et par impulsions laser femtosecondes (fs) d'autre part, démontre le rôle remarquable de l'excitation résonante d'états de Rydberg dans la dynamique électronique et nucléaire induite. Trois réactions principales, la photoionisation non dissociative (NO2+ (X 1Σ+g) + e), la photoionisation dissociative (NO+ (X 1Σ+) + O(3P) + e) et la formation de paires d'ions, (NO+ (X 1Σ+) + O- (2P)), ont été caractérisées en utilisant la méthode des corrélations vectorielles ou spectroscopie en coïncidence des impulsions du photoélectron et des photoions, auprès des sources RS (SOLEIL, DESIRS) et lasers fs (CEA, Saclay), respectivement. Le diagramme de corrélation des énergies cinétiques électron-ion, première observable issue de ces mesures, met en évidence un partage de l'énergie en excès entre noyaux et électrons qui dépend fortement du mode d'excitation photonique. Les déviations significatives observées par rapport aux profils d'ionisation de type Franck Condon sont attribuées à des couplages vibroniques entre états excités NO2*, tels que ceux induits par une intersection conique. Les chemins réactionnels identifiés confirment le rôle de l'excitation des séries de Rydberg [R*(6a1)-1] et [R*(4b2)-1] intervenant comme états intermédiaires dans l'excitation multiphotonique ou dans le continuum d'ionisation exploré. Une étude complémentaire par spectroscopie à haute résolution des états [R*(6a1)-1] a été mise en œuvre (UBC, Vancouver).Pour une réaction de photoionisation dissociative (PID), l'observable la plus complète est la distribution angulaire des photoélectrons dans le référentiel lié à la vitesse de recul de l'ion fragment (RFPAD) déduite de la mesure de la corrélation vectorielle (Vi, Ve, P). Afin d'accéder aux éléments de matrice dipolaire décrivant la photoionisation de l'état électronique considéré, le formalisme développé en collaboration avec R. R. Lucchese (Texas A&M) décrivant la photoémission dans le référentiel moléculaire pour la simple PID d'une molécule linéaire par excitation à un photon, a été étendu à l'étude des réactions de PID par excitation multiphotonique d'une molécule polyatomique, telle que la molécule NO2 de symétrie C2v. L'analyse multivariée de la RFPAD multiphotonique proposée constitue une stratégie fructueuse en vue d'extraire l'information optimale sur la dynamique complexe de photoionisation et de réaliser une comparaison détaillée entre les résultats expérimentaux et les calculs de photoionisation des états excités de la molécule.

Les appariements d’ions sontomniprésents dans la nature, des océans auxaérosols, et passant par les organismes vivants.Les paires d’ions présentes dans les solutionsriches en ions y jouent un rôle crucial, notammentdans le déroulement des mécanismes réactionnelschimiques et biochimiques. En dépit de leurimportance, la caractérisation expérimentale despaires en solution reste problématique en raison dela coexistence de plusieurs types. Ainsi, le premierobjectif de ce travail est de développer uneapproche originale en phase gazeuse, pour l’étudedes paires d’ions modèles entre un groupementcarboxylate et un cation alcalin, illustrant le typed’appariement observé dans le milieu biologique.Ces premières études sont menées à l’aide d’uneapproche de spectroscopie IR et UV sélective enconformation, combinée à des calculs au niveauchimie quantique sur des modèles de formulegénérale (C6H5-(CH2)n-COO-, M+; M = Li, Na, K,Rb, Cs et n ≤ 4). L’appariement entre les ions a étéainsi caractérisé sur l’ensemble de ces systèmes, etune compétition entre les interactions cation-anionet cation-π a été observée pour les systèmes de plusgrande taille.Dans un second temps, une étude théorique estdéveloppée dans l’objectif de proposer un spectrethéorique pour chaque type de paires, et de leconfronter aux spectres expérimentaux en solutionde la littérature. L’approche repose sur le calcul dela signature vibrationnelle de paires (CH3-COO-,M+; M = Li, Na) et de l’anion libre, entouréssuccessivement de molécules d’eau explicitesdécrites au niveau chimie quantique, puis auniveau champ de force et enfin par un modèle desolvant continu.Cet apport original pour l’étude des paires d’ionsneutres ouvre la voie vers une meilleurecaractérisation de ces paires dans les solutions électrolytiques. / Ion pairs are ubiquitous in nature andwere documented in sea waters, aerosols andliving organisms, thus they play a crucial role inmany chemical and biochemical mechanisms.Although many experimental approaches aimedat identifying these ion pairs in solutions, theyfailed in characterizing their microscopicproperties, mainly due to the coexistence of manytypes of pairs in solution. This original study aimsto identify the structural properties of ion pairmodels in the gas phase that depicts theinteraction between carboxylate group and alkalication, largely present in biological media.Model systems (M+, C6H5(CH2)nCOO-, M = Li,Na, K, Rb, Cs and n ≤ 4) were the subject of thefirst studies conducted using gas phaseconformational selective IR and UV spectroscopycombined to quantum chemistry calculations.Among the identified structures, we found asecondary interaction between the cation andphenyl ring (cation-π interaction) for systems witha flexible carbon chain, which led us to study thecompetition between cation-anion and cation-πinteractions.The second study developed focused mainly oncharacterizing ion pairs (M+, CH3COO-; M = Li,Na) and free anion in solution, where the firstsolvation layer were described at the quantumlevel, followed by a solvent continuum. Thus thevibrationnal signatures proposed for theseaggregates were compared to solution spectra inlitterature, thus offering a reliable structuralassignement.This study on neutral ion pairs paves way to a betterunderstanding of ion pairing and offers a uniqueapproach to adress the structural characterization ofthese systems in solution.

Ce travail avait pour ambition de caractériser deux processus collisionnels différents impliquant des paires d'ions. Ces derniers, que ce soit sous forme de cations ou sous forme d'anions, ont une importance majeure pour l'astrochimie. Ainsi, il est vital de pouvoir fournir des données théoriques ou expérimentales sur les processus conduisant tant à la formation qu'à la consommation de ces ions. Le premier processus que nous avons étudié, nommé la dissociation en paires d'ions, conduit à la formation d'ions secondaires. Nous avons caractérisé ce processus tant théoriquement qu'expérimentalement. Ainsi, au moyen de collisions à haute vitesse entre un jet d'atomes d'hélium et un faisceau d'agrégats carbonés neutres ou ionisés, nous avons obtenu les différents rapports de branchements et sections efficaces concernant la dissociation en paires d'ions de ces composés de tailles n et de charges q variées. Grâce à ce travail, qui a permis d'effectuer une étude expérimentale sur l'influence de ces deux paramètres, nous avons ainsi montré que la dissociation en paires d'ions est toujours présente, quelle que soit la taille ou la charge du composé étudié. Dans le but de décrire la dissociation en paires d'ions au moyen de méthodes ab initio, nous avons également calculé les courbes d'énergies potentielles relatives aux états très excités de l'ion moléculaire C_2+. Sur base de l'analyse de population de Mulliken des fonctions d'onde relatives à ces états moléculaires, nous avons ainsi pu mettre en évidence le canal ionique impliqué dans la dissociation en paires d'ions de C_2+, via une méthodologie purement ab initio. Nous avons également calculé les taux théoriques de dissociation en paires d'ions pour les molécules C_2+ et C_3+, au moyen d'un modèle statistique basé sur le nombre de limites de dissociation et d'états moléculaires s'y corrélant. Nous avons ainsi pu comparer les données expérimentales et théoriques pour ces deux systèmes et avons montré que ce modèle, malgré de nombreuses hypothèses, permet de prédire le comportement relatif de la dissociation en paires d'ions au sein de ces composés. Le second processus que nous avons caractérisé est la neutralisation mutuelle d'ions atomiques de charges opposées conduisant ainsi à la consommation de ces ions. Nous avons étudié ce processus au sein des systèmes Li+/H-, Li+/D-, O+/O- et N+/O-, à la fois d'un point de vue théorique mais également expérimental. Ainsi, en utilisant un dispositif de faisceaux confluents, nous avons pu mesurer les sections efficaces totales de neutralisation mutuelle pour ces différents systèmes, à des énergies de collisions inférieures à 1 eV. Nous avons également pu obtenir les différents rapports de branchements associés à chacun des états atomiques peuplés au sein de ces systèmes lors de la neutralisation mutuelle. De manière assez surprenante, les mesures obtenues pour les collisions N+/O- ont permis de mettre en évidence une contribution importante d'un état atomique impliquant un processus à deux électrons. Nous avons caractérisé la neutralisation mutuelle au sein de ces quatre systèmes via différentes méthodes théoriques. Ainsi, nous avons utilisé des méthodes ab initio afin de calculer les courbes d'énergies potentielles et les éléments de couplages non-adiabatiques radiaux impliqués dans les systèmes Li+/H- et Li+/D-, en utilisant et en optimisant différentes bases de calculs ab initio. Au moyen d'une méthodologie Landau-Zener multivoies, nous avons ensuite pu mettre en évidence l'influence de ces bases de calculs sur les différentes sections efficaces totales et les rapports de branchements en découlant, tout en comparant les résultats théoriques aux données expérimentales. Dès lors, nous avons pu montrer que les éléments théoriques clés pour la bonne description de la neutralisation mutuelle Li+/H- et Li+/D- sont l'obligation d'utiliser les éléments de couplages non-adiabatiques radiaux ainsi que la description adéquate des croisements évités entre les états moléculaires. Pour des systèmes complexes tels que N+/O- et O+/O-, les méthodes ab initio habituelles ne peuvent être utilisées vu le nombre conséquent d'états moléculaires à prendre en compte afin de décrire la neutralisation mutuelle au sein de ces systèmes. Cependant, nous avons pu obtenir les sections efficaces totales et rapports de branchements théoriques pour ces deux systèmes en utilisant une méthode asymptotique à un électron afin d'obtenir les couplages impliqués dans la neutralisation mutuelle de ces systèmes. Ces couplages ont ensuite été utilisés dans une méthodologie Landau-Zener multivoies afin d'obtenir les sections efficaces totales et rapports de branchements, malgré la complexité de la description théorique de la neutralisation mutuelle O+/O- et N+/O- Dans ce dernier système, nous avons également utilisé des calculs purement atomiques afin de tenir compte du processus à deux électrons, mis en évidence par les résultats expérimentaux. Ainsi, nous avons pu montrer que les sections efficaces et rapports de branchements prédits sont en assez bon accord avec les résultats expérimentaux obtenus au moyen du dispositif expérimental de faisceaux confluents. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les récepteurs moléculaires synthétiques sont au cœur de la chimie supramoléculaire. Ils procurent un apport théorique important en reconnaissance moléculaire et peuvent trouver des applications en nanoscience, science séparative, biologie, médecine, catalyse, chimie analytique, science des matériaux ou industrie alimentaire. Dans le cadre de la reconnaissance moléculaire, les calix[6]arènes sont des candidats de choix car ils possèdent des arguments structuraux uniques et une cavité hydrophobe de taille propice à l’inclusion de petites molécules organiques. De plus, de nombreuses méthodes ont été mises au point pour les modifier chimiquement. Ainsi, dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la complexation d’anions, de paires/triades d’ions de contact (anion et ammonium(s) associé(s)) ou de cations métalliques et de molécules neutres. Ces complexations sont classiquement mises en évidence par spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN). Toutefois, cette méthode souffre d’un manque de sensibilité, et nous nous sommes donc proposé de développer une nouvelle génération de calix[6]arènes portant des fluorophores, ce qui permettait la détection d’analytes présents en faible concentration dans le milieu par des méthodes spectrophotométriques. A notre connaissance, seuls de rares exemples de calix[6]arènes porteurs de fluorophores ont été décrits pour la détection de paires/triades d’ions de contact ou de cations métalliques et de molécules neutres. Notre démarche est donc tout à fait originale dans le sens où la cavité du récepteur est exploitée, au contraire de la plupart des exemples décrits dans la littérature qui n’utilisent que des sites de complexation extra-cavité.<p><p>Deux types de récepteurs ont été étudiés :les calix[6]trisurées qui sont capables de complexer des anions et des paires d’ions et les calix[6]trisimidazoles qui peuvent coordiner un ion métallique et une molécule neutre. En ce qui concerne le fluorophore, nous nous sommes particulièrement intéressés au pyrène, connu pour son aptitude à former des excimères, facilement détectables par fluorimétrie. Ainsi, le calix[6]trispyrénylurée, portant un site de reconnaissance pour anions au niveau de son petit col, a été synthétisé avec succès. La haute flexibilité de la structure associée à la taille importante des groupes pyrène du récepteur ont conduit à des problèmes de stœchiométrie pour la complexation de la plupart des anions dans le CDCl3 et dans un mélange CDCl3/CD3CN. Toutefois, l’anion sulfate est le seul à être reconnu en stœchiométrie 1:1 par ce récepteur avec une constante d’association élevée, déterminée avec précision par fluorimétrie. Ce récepteur est même sélectif pour le sulfate dans le DMSO. Un problème de sélectivité du mode de reconnaissance, lié à la flexibilité du récepteur et à l’encombrement des groupes pyrène, a été observé avec des paires d’ions de type RNH3+X- (X-=anion). Toutefois, de manière remarquable, la complexation de triades d’ions de type ammoniumTBASO4 (ammonium = PrNH3+, HexNH3+, DodNH3+, TMA+, pyrrolidinium) a pu être observée au sein du récepteur avec une sélectivité assurée par la cavité du calixarène, ceci par spectroscopie de RMN ainsi que par des méthodes spectrophotométriques. Un mécanisme d’adaptation induite de la structure du récepteur a en outre été observé au cours de la complexation de ces ammoniums de tailles différentes. Trois récepteurs calix[6]trisimidazoles portant des fluorophores de type pyrène, dansyle ou dérivé du benzothiazole au niveau du grand col ont également été obtenus. La complexation de cations métalliques tels que Zn2+, Cd2+, Co2+, Mg2+, Cu+ ou Cu2+ a pu être détectée par fluorimétrie, méthode qui a également permis de déterminer les constantes d’association de ces complexes, ce qui n’était pas possible par spectroscopie RMN. Le complexe zincique du récepteur trisimidazole trispyrényle a pour sa part permis d’inclure des amines primaires linéaires (PrNH2, DodNH2) ainsi qu’un dérivé de la dopamine, composé d’importance biologique, au sein de la cavité avec une haute sélectivité assurée par un effet cavitaire du calixarène. En outre, la complexation de ces espèces a pu être mise en évidence par fluorimétrie avec une grande sensibilité via une modification du rapport IM/IE du fluorophore en présence de l’amine d’intérêt endo-complexée. La fonctionnalisation sélective d’un invité ditopique complexé dans la cavité du récepteur a également pu être réalisée. Enfin, l’utilisation de multiples méthodes d’analyse (RMN, UV-Vis, fluorimétrie, ITC) pour mettre en évidence les phénomènes de complexation a permis de montrer leur complémentarité et de mettre en lumière certaines de leurs limites.<p><p>Tous ces travaux prometteurs permettent de valider le concept de détection d’espèces neutres ou chargées par des calix[6]arènes porteurs de fluorophores via des méthodes spectrophotométriques avec une haute sélectivité assurée par la cavité du calix[6]arène.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le développement de nouvelles méthodologies énantiosélectives organocatalysées est au centre des projets de cette thèse. Nous avons plus particulièrement considéré le potentiel de "paires d'ions coopératifs" chirales possédant une partie ammonium dérivée des alcaloïdes de quinquina et une partie anionique à caractère nucléophile permettant d'activer un réactif. Dans un premier temps, nous avons employé un amidure d'ammonium chiral (généré in situ par réaction entre un amide N-silylé et un phénolate de quininium) comme base de Brønsted délivrée en quantité catalytiques en deux réactions distinctes. Initialement, cette stratégie nous a permis de mettre au point un procédé de désymétrisation de cétones prochirales par déprotonation éniantosélective. Bien que les excès énantiométriques obtenus restent modestes, notre approche constitue la première version organocatalysée. Puis, nous avons pu développer avec succès une nouvelle réaction d'aldolisation directe vinylogue énantiosélective de (5H)-furan-2-ones avec de bons rendements et diastérosélectivités anti et des excès énantiométriques allant jusqu'à 94 %. Dans un second temps, nous avons décrit deux nouveaux cycles catalytiques de protonation énantiosélective d'énolates masqués. Tout d'abord, l'utilisation d'hydrogénocarbonate de potassium et d'une amine chirale a conduit à l'obtention de cétones énantioenrichies α-substituées avec des excès énantiométriques allant jusqu'à 93 % à partir des trifluoacétates d'énols correspondants. Puis, les propriétés de base de Lewis de nos phénolates d'ammoniums quaternaires chiraux ont été valorisés lors de la protonation énantiosélectives d'éthers d'énols silylés en présence de phénols. / This work deals with the development of new asymetric organocatalyzed methodologies. More particularly we were focused on using "cooperative chiral ion pairs" having an ammonium moiety derived from cinchona alkaloids and an anionic moiety with nucleophilic properties able to activate a reagent.Firstly, we used an in situ generated chiral ammonium amide (from the combination of an aminosilane and a quininium aryloxide) as a Brønsted base in two distinct reactions. Initially, this strategy was applied to an organocatalyzed desymmetrization of prochiral ketones by enantioselective deprotonation. Despite modest enantiometric excesses, this report constitutes the first example of an enantioselective orgonacatalyc approach. Then, an anti-selective direct vinylogous asymmetric aldol reaction of (5H)-furan-2-ones was achieved in good yields and enantioselectivities up to 94%.Secondly, we described two new catalytic cycles for the enantioselective protonation of latent enolates. By means of cinchona alkaloids and hydrogenocarbonates, enantioenriched α-substituted ketones were obtained with good enantiometric excesses up to 93% starting from the corresponding enol trifluoacetates. Finally, the nucleophilic properties of our ammonium phenoxide catalysts prompted us to develop an enantioselective protonation reaction of silyl enol ethers in the presence of phenol as achiral proton source.

Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse concernent la mise au point de nouvelles méthodologies de synthèse asymétrique en organocatalyse promues par des phénolates d’ammoniums quaternaires, catalyseurs de type paires d’ions coopératifs chirales, et des dérivés de l’acide de Meldrum comme substrats. Dans un premier temps, nous avons utilisé l’acide de Meldrum comme un précurseur de cétène via une cycloréversion induite par O-silylation grâce à une probase silylée, afin de réaliser une réaction de cycloaddition [2+2] avec un aldéhyde ou une imine catalysée par un phénolate d’ammonium chiral, permettant de former des β-lactones et des β-lactames. Les travaux effectués n’ont cependant pas permis d’obtenir le produit désiré. Dans un secont temps, nous avons exploité le caractère électrophile des dérivés disubstitués de l’acide de Meldrum et leur capacité à fragmenter suite à l’addition nucléophile d’un phénolate. Une première partie a été consacrée au développement d’une réaction monotope de désymétrisation de l’acide de Meldrum pour former des malonates dissymétriques après une étape d’alkylation in situ du carboxylate intermédiaire. Bien que de bons rendements isolés aient été obtenus, un maximum de 21% ee a pu seulement être atteint. Dans une seconde partie, nous avons mis au point une séquence originale, catalysée par un phénolate d’ammonium quaternaire chiral, qui est constituée (1) d’une addition nucléophile de phénolate suivie (2) d’une fragmentation avec perte d’acétone qui permet, après (3) une étape de décarboxylation de générer un acétal de cétène acyclique qui va subir (4) une réaction de protonation énantiosélective. Cette méthode a pu être appliquée à un large panel de substrats avec de bons rendements et des excès énantiomériques allant jusqu’à 70% ee. / The work developed in this PhD thesis deals with the development of new asymmetric organocatalytic methodologies implying cooperative chiral ion pairing catalysis, by using chiral ammonium phenoxides as catalysts and Meldrum’s acid derivatives as substrates. First, we used the ability of Meldrum’s acid to generate acylketenes after cycloversion triggered by O-silylation thanks to a silylated probase in the presence of a chiral ammonium phenoxide. Such an approach was applied to the synthesis of β-lactones and β-lactames following a [2+2] cycloaddition reaction with aldehydes or imines respectively. Unfortunately, the desired products have never been observed. Then, we focused on disubstitued derivatives of Meldrum’s acids and their propensity to fragment after a nucleophilic addition of phenoxide. In a first part, we have developed a one-pot desymmetrization reaction of Meldrum’s acid derivatives to form dissymmetric malonates after an in-situ alkylation of the transient carboxylate. However, despite high isolated yields, only an unsatisfactory 21% ee could be reached. In a second part, we have developed an unprecedented sequence consisting of (1) a nucleophilic addition of phenol derivatives to Meldrum’s acid followed by (2) a fragmentation with loss of acetone, leading after (3) decaboxylation to the formation of an acyclic ketene acetal which is involved in (4) an enantioselective protonation reaction to provide a wide range of enantioenriched phenolic esters with moderate to excellent yield and up to 70% ee.

La synthèse de molécules possédant une cavité présente un grand intérêt car ces dernières peuvent agir comme récepteurs moléculaires ou comme catalyseurs supramoléculaires et ainsi mimer l'activité des enzymes. Les hémicryptophanes possèdent ainsi des cavités dissymétriques complexes formées à partir d'une unité cyclotrivératrylène et d'une seconde unité de symétrie C3 et présentent des propriétés catalytiques et de reconnaissance particulièrement intéressantes.Les travaux effectués au cours de cette thèse reposent donc sur la synthèse de nouveaux hémicryptophanes et sur leur utilisation pour la reconnaissance moléculaire de composés biologiquement actifs et pour la catalyse supramoléculaire. A ce titre, différentes voies de synthèse ont été abordées et ont permis d'obtenir un panel de nouveaux récepteurs. Ces composés ont alors été appliqués dans un premier temps à la reconnaissance sélective de paires d'ions et de neurotransmetteurs zwitterioniques puis à la reconnaissance stéréosélective de sucres. Les propriétés complexantes de ces composés ont principalement été étudiées par spectroscopie RMN et à l'aide de calculs quantiques. Enfin, la synthèse de complexes supramoléculaires cuivre-hémicryptophane nous a permis de développer l'utilisation de ces composés pour la catalyse biomimétique d'oxydation des alcanes. / Molecular containers are very attractive as they can act as molecular receptors or supramolecular catalysts and so mimic biological entities such as enzymes. Hemicryptophanes are heteroditopic host molecules created from the association of a cyclotriveratrylene unit with another C3-symmetric moiety and which present interesting catalytic and recognition properties. During this thesis, we based our work on the synthesis of new hemicryptophanes and their application, first in molecular recognition of bioactive molecules and then in supramolecular catalysis. Different synthetic paths have been developed to obtain several new receptors. Their binding abilities have then been studied in selective recognition of ion pairs and neurotransmitters and in stereoselective recognition of carbohydrates. These works have been performed mainly thanks to NMR spectroscopy and quantum calculations. Finally, copper-hemicryptophane complexes have been synthesized and used as supramolecular catalysts in C-H oxidation of alkanes.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la chimie supramoléculaire, domaine s'intéressant à l'étude d'édifices moléculaires liés par des interactions non-covalentes, fréquemment rencontrés dans le monde du vivant. Afin de mieux comprendre les phénomènes de complexation, de nombreux récepteurs moléculaires synthétiques ont été développés depuis ces cinquante dernières années. Dans le cadre de la reconnaissance moléculaire, les calix[6]arènes s'avèrent être des plateformes idéales puisqu'ils sont aisément fonctionnalisables et possèdent une cavité hydrophobe propice à l'inclusion de petites molécules organiques. D'ailleurs de nombreux récepteurs calix[6]aréniques ont déjà été développés et ont été étudiés pour leur aptitude à complexer des molécules neutres, des anions, des paires d'ions ou des ions métalliques. Cependant, ils souffrent de certaines limitations puisqu'ils ne sont pas hydrosolubles et sont difficilement post-fonctionnalisables limitant de ce fait leur applicabilité. Nous nous sommes donc intéressés à la synthèse de récepteurs calix[6]aréniques fonctionnalisés ainsi qu'à l'étude de leurs propriétés réceptrices vis-à-vis d'entités chargées ou de molécules neutres. Les études de ces systèmes ont été réalisées essentiellement par spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN).<p>Dans le cadre de ce travail, des récepteurs ditopiques mono- et trisfonctionnalisés de type calix[6]cryptamide ont tout d'abord été développés. Ces récepteurs présentent un motif trenamide qui constitue un second site de reconnaissance, distinct mais proche du premier formé par la cavité calix[6]arénique. Ces récepteurs se sont révélés capables de complexer les molécules neutres polaires ainsi que des entités chargées avec une grande sélectivité en milieu aprotique mais également en présence d'un solvant protique. Le chapeau trenamide étant relativement contraint et bien préorganisé, il assure un fort effet chélate et permet une sélectivité de taille pour l'anion fluorure. La proximité des deux sites de reconnaissance ainsi que la sélectivité pour l'anion fluorure permettent à ces récepteurs de reconnaître des ammoniums sous forme de paires d'ions de contact uniquement avec le fluorure comme partenaire anionique. Les résultats obtenus ont démontré que l'introduction de fonctionnalisations soit au niveau du chapeau trenamide, à proximité du site de reconnaissance, soit au niveau du petit col du calix[6]arène n'inhibait pas les propriétés de complexation de ces récepteurs. Les premiers essais d'introduction de groupes hydrosolubilisants ont alors été réalisés et se sont révélés très prometteurs. En effet, l'introduction de groupements PEG sur un calix[6]cryptamide trisfonctionnalisé a permis de démontrer l'aptitude de ce récepteur à complexer des molécules neutres en milieu aqueux (CD3OD/D2O).<p>Dans un second temps, des récepteurs mono- et trisfonctionnalisés de type calix[6]tren ont été développés. Les études préliminaires réalisées ont permis de mettre en évidence que, comme le calix[6]tren non fonctionnalisé, ces récepteurs étaient capable de complexer de petites molécules organiques lorsqu'ils sont polarisés, soit sous leur forme per-protonnée soit sous la forme d'un complexe métallique (Zn2+ ou Cun+). <p><p>L'ensemble de ces travaux a ainsi permis de valider la stratégie de synthèse visant à introduire des bras fonctionnels sur des récepteurs ditopiques calix[6]aréniques et de démontrer que ces nouveaux récepteurs fonctionnalisés conservaient des propriétés de reconnaissance. Ces travaux permettent donc d'envisager de multiples applications pour ce type de récepteurs.<p>This work falls within the field of supramolecular chemistry, a field concerned with the study of molecular structures linked by non-covalent interactions. Such weak interactions are frequently encountered in the living world and in particular in molecular recognition processes. In order to better understand and exploit these recognition processes, many synthetic molecular receptors have been developed over the last fifty years. In this regard, calix[6]arenes have proved to be ideal platforms because they can be easily functionalized and they possess a hydrophobic cavity suitable for the inclusion of small organic molecules. Hence, many calix[6]arene based receptors have been studied for their ability to complex neutral molecules, anions, ion pairs or metal ions. However, most of these receptors suffer from major limitations that limit their applicability: they are not water soluble and hardly post-functionalizable. In the frame of this thesis, we were therefore interested in the synthesis of functionalized calix[6]arene based receptors and in the study of their host-guest properties toward charged species or neutral molecules. Studies of these host-guest systems have been carried out mainly by Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR).<p><p>First, mono- and trisfunctionalized ditopic receptors based on a calix[6]cryptamide skeleton were synthesized. These receptors possess two binding sites in close proximity: a trenamide subunit and the calix[6]arene cavity. They have proved to be capable of complexing neutral polar molecules as well as charged species with high selectivity in aprotic solvents but also in a protic environment. The trenamide cap being relatively constrained and well pre-organized, it provides a strong chelate effect and allows a selectivity of size for the fluoride anion. Remarkably, the proximity of the two recognition sites allow these receptors to recognize ammonium ions in the form of contact ion pairs but only with a fluoride anion as the partner. The results have shown that the introduction of functionalizations at the trenamide cap or at the narrow rim of the calix[6]arene do not inhibit the complexation properties of these receptors. First attempts in order to introduce water-solubilizing groups have been undertaken and promising results have been obtained. Indeed, the introduction of PEG groups on a trisfunctionalized calix[6]cryptamide has led to a receptor able to complex neutral molecules in an aqueous environment (CD3OD/D2O).<p><p>In a second step, mono- and trisfunctionalized receptors derived from calix[6]tren have been synthesized. Preliminary studies have highlighted that, similarly to the parent calix[6]tren, these receptors are able to complex small organic molecules when they are polarized either in their per-protonated form or in the form of a metal complex (Zn2+ or Cun+).<p><p>All this work validates the synthetic strategy that consists of introducing functional arms on ditopic calix[6]arene based receptors and opens new perspectives for the elaboration and study of molecular receptors in an aqueous environment. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished