Les systèmes biphasiques eau/huile stabilisés par des nanoparticules (NPs) amphiphiles et catalytiques sont à l'origine du concept "Pickering Interfacial Catalysis" (PIC). Favorisant la réaction à l'interface eau/huile grâce à une aire de contact fortement accrue, ces milieux réactionnels micro-dispersés constituent une alternative à l'utilisation de catalyseurs homogènes ou de transfert de phase, difficiles à recycler. La combinaison de NPs amphiphiles à base de polyoxométallates et de silices modifiées par greffages de chaînes aliphatiques et de sites acides a permis de transposer avec succès le concept PIC au clivage oxydant des oléfines pour la synthèse verte de diacides à fort intérêt industriel (e.g. l’acide adipique). En effet, l'association des deux types de NPs a révélé un fort effet synergique non seulement sur les propriétés des émulsions (taille des gouttelettes, stabilité) mais aussi vis-à-vis des performances catalytiques. En particulier, une sélectivité très élevée a été obtenue pour la synthèse de l'acide adipique mettant ainsi en avant la possibilité de réaliser des cascades catalytiques acide-redox à l’interface eau/huile. Au regard des résultats obtenus, nous avons dénommé cette nouvelle application du concept PIC "Pickering Interfacial Cascade Catalysis" (PICC). En associant deux types de NPs catalytiques à l’interface eau/huile, il s’avère ainsi possible de réaliser des cascades catalytiques en milieu biphasique tout en respectant les principes de chimie verte par rapport à l’économie d’atomes et à la séparation du produit de réaction et des NPs catalytiques. / Biphasic water/oil systems stabilized by catalytic amphiphilic nanoparticles (NPs) are the origin of the Pickering Interfacial Catalysis (PIC) concept. By favoring the reaction at the water/oil interface driven by an enhanced contact between the phases, these micro-dispersed systems provide an alternative to the use of homogeneous and phase-transfer catalysts, which are hardly recyclable. The combination of amphiphilic NPs based on polyoxometalates and silicas modifed by grafting alkyl chains and acid centers allowed the transposition of the PIC concept to the oxidative cleavage of olefins for the green synthesis of diacids with potential industrial value (e.g. adipic acid). Indeed, the combination of both NPs revealed a strong synergistic effect for Pickering emulsions (droplet size, stability) and the catalytic performance. In particular, very high selectivities were achieved for the synthesis of adipic acid, thus highlighting the possibility of carrying out acid-redox catalytic cascades at the water/oil interface. In light of the results, we termed this new application of the PIC concept as Pickering Interfacial Cascade Catalysis (PICC). By assembling two types of catalytic NPs at the water/oil interface, it is possible to design catalytic cascades in biphasic media while complying with the Green Chemistry principles with respect to atom economy and the separation of the reaction product and the catalytic NPs.

Ces travaux de thèse nous ont permis de mettre au point différentes voies de synthèse de systèmes polycycliques complexes tels que des fenestradiènes et des cyclooctatriènes, par réactions en cascades palladocatalysées. Celles-ci débutent par une réaction de cyclocarbopalladation 4-exo-dig et est suivie par un couplage de Sonogashira. Dans des conditions adéquates, une réaction d'addition d'alcyne sur une triple liaison a ensuite lieu et [permet] d'accéder à un intermédiaire de type tétraène, dont les quatre doubles liaisons conjuguées permettent au système de subir spontanément une électrocyclisation à huit électrons. Sous contrôle des conditions d'irradiation, une réaction supplémentaire d'élecrocyclisation à six électrons re s'effectue alors. Plusieurs exemples de [4.6.4.6] fenestradiènes, ainsi que des cyclooctatriènes 6-4-8 et 7-4-8 comportant des différents substituants ont ainsi été synthétisés, en partant du même substrat de départ de structure relativement simple et en utilisant des réactifs et catalyseurs courants. Notre étude souligne notamment la remarquable régiosélectivité de la réaction d'addition d'alcyne qui se déroule lors de cette cascade réactionnelle catalysée au palladium.

Ces travaux de thèse nous ont permis de mettre au point différentes voies de synthèse de systèmes polycycliques complexes tels que des fenestradiènes et des cyclooctatriènes, par réactions en cascades palladocatalysées. Celles-ci débutent par une réaction de cyclocarbopalladation 4-exo-dig et est suivie par un couplage de Sonogashira. Dans des conditions adéquates, une réaction d'addition d'alcyne sur une triple liaison a ensuite lieu et [permet] d'accéder à un intermédiaire de type tétraène, dont les quatre doubles liaisons conjuguées permettent au système de subir spontanément une électrocyclisation à huit électrons. Sous contrôle des conditions d'irradiation, une réaction supplémentaire d'élecrocyclisation à six électrons re s'effectue alors. Plusieurs exemples de [4.6.4.6] fenestradiènes, ainsi que des cyclooctatriènes 6-4-8 et 7-4-8 comportant des différents substituants ont ainsi été synthétisés, en partant du même substrat de départ de structure relativement simple et en utilisant des réactifs et catalyseurs courants. Notre étude souligne notamment la remarquable régiosélectivité de la réaction d'addition d'alcyne qui se déroule lors de cette cascade réactionnelle catalysée au palladium. / This PhD thesis focuses on the study of methodologies employing cascade reactions and allowed access to a large variety of highly tense and functionalized polycyclic structures as fenestradienes and cyclooctatrienes. Those cascades reactions are initiated by a 4-exo-dig cyclocarbopalladation followed by a Sonogashira cross-coupling. Under appropriate conditions, an alkyne addition reaction on a triple bond allow to access a tetraene intermediate, Those four conjugated double bonds realize a conrotatory Sn electrocyclization. Under microwave irradiation conditions control, a supplementary 6n lectrocyclization can be performed. Several examples of [4.6.4.6] fenestradienes, 6-4-8 and 7-4-8 cyclooctatrienes have been synthesized, employing the same starting material and widely used catalysts and reactants. A particular attention is paid to alkyne addition reaction, which is carried out in the studied palladocatalyzed cascade reaction.

Le développement de nouvelles méthodes de synthèse de molécules hétérocycliques originales représente un enjeu actuel majeur en chimie organique. L’objectif est de fournir de nouveaux outils chimiques pour le développement de molécules actives en chimie médicinale et/ou pour l’étude de la biologie chimique, tout en contribuant à l’exploration de l’espace chimique.Dans ce contexte, le travail effectué au cours de cette thèse de doctorat a visé à élaborer de nouvelles voies de synthèse de motifs tétrahydro-[1,6]-naphtyridines. La pierre angulaire des méthodologies développées réside dans l’utilisation des 3-vinyl-1,2,4-triazines comme des plateformes synthétiques bifonctionnelles. Ces composés ont été développés pour réagir à la fois comme accepteurs de Michael et comme aza-diènes dansdes cycloadditions de Diels-Alder à demande électronique inverse. Un intérêt tout particulier a été porté à lamise au point de stratégies synthétiques innovantes, par des réactions en cascade permettant une synthèse rapide et efficace des molécules cibles, et des approches de catalyse organique visant des transformations énantiosélectives.La synthèse de nouvelles 3-vinyl-1,2,4-triazines et le développement de stratégies de réactions d’addition conjuguée/cycloadditions en cascade et de synthèses monotopes organocatalysées ont fournis l’accès à une vaste gamme de nouvelles tétrahydro-[1,6]-naphthyridines diversement substituées. / The development of new methods for the synthesis of original heterocyclic molecules represents a current concern in organic chemistry, aiming to furnish medicinal chemistry and chemical biology with new chemical tools and contribute to the exploration of chemical space.In this context, the work which was carried out during this PhD thesis focused on the elaboration of new approaches for the synthesis of tetrahydro-[1,6]-naphthyridine scaffolds. The original use of 3-vinyl-1,2,4-triazines as bifunctional synthetic platforms, able to react both as Michael acceptor and as aza-diene in inverse-electron-demand Diels-Alder cycloadditions, is the keystone our methodology is based upon. The development of domino reactions – allowing quick and efficient synthesis of targeted compounds – remaineda perpetual concern evolving along side our preoccupation to access enantioselective transformations relying on organocatalysis.The synthesis of new 3-vinyl-1,2,4-triazines platforms and the elaboration of domino conjugate addition/cycloadditions and orgonocatalyzed one-pot synthesis strategies enabled to synthetize a wide panelof new diversly substituted tetrahydro-[1,6]-naphthyridines compounds.

Ces travaux de thèse portent sur la possibilité de combiner la catalyse hétérogène et la catalyse enzymatique dans une réaction en cascade de transformation de la cellulose en produits d’intérêt. Le prétraitement enzymatique (Celluclast, un cocktail de cellulases) a été choisi comme première étape de transformation de la cellulose en vue de la fragiliser; elle est réalisée dans une solution tampon d’acide acétique et d’acétate de sodium à pH 4,75, à 50°C. Cette étape produit principalement du glucose et modifie structurellement la cellulose résiduelle en diminuant seulement son degré de polymérisation (DP), fournissant de nouvelles extrémités réductrices sans toucher sa cristallinité. L’identification des verrous de la deuxième étape de catalyse hétérogène, réalisée en autoclave à une température supérieure ou égale à 190°C, a consisté à trouver un catalyseur hétérogène qui peut tolérer le milieu réactionnel enzymatique tamponné, qui peut avoir une activité catalytique favorisée sur les celluloses de DP inferieurs et qui peut valoriser le glucose obtenu dans des conditions identiques à la cellulose. Parmi les différentes familles de catalyseurs testés, le catalyseur métallique à base de Pt/charbon, s’est révélé plus efficace que les catalyseurs acides de Lewis et de Brønsted en raison de sa résistance au milieu tamponné et de sa capacité à convertir la cellulose et le glucose dans des conditions identiques malgré l’insensibilité de ce type de catalyseur de la diminution du DP de la cellulose prétraitée. Il a permis de convertir sélectivement la cellulose en propylène et éthylène glycols à 240°C dans une transformation cascade incluant une étape enzymatique suivie d’une étape catalytique hétérogène / This thesis deals with the possibility of combining heterogeneous catalysis and enzymatic catalysis in a cascade reaction for cellulose transformation into value-added products. The enzymatic pretreatment was chosen as the first cellulose transformation step to weaken the cellulose structure which is carried out in a buffer solution of acetic acid and sodium acetate at a pH 4.75, at 50°C. This step is selective, producing mainly glucose, and it has structurally modified the residual cellulose by only decreasing its degree of polymerization (DP) by providing new reducing ends without affecting its crystallinity. The challenges of the second step, heterogeneous catalysis, which is done in a closed autoclave at a temperature greater than or equal to 190°C, were then to find a heterogeneous catalyst that can tolerate the buffered enzyme reaction medium, that can have a favored activity on lower DP celluloses and that can valorize the obtained glucose and cellulose in identical conditions. Among the different families of catalysts tested, the metallic catalyst based on Pt/carbon was shown to be more efficient than the other Lewis and Brønsted acid catalysts due to its resistance to the buffer medium and its abilities to valorize glucose and cellulose in equivalent conditions despite the independence of this type of catalyst to the reduction of the DP of the pretreated cellulose. It allowed to selectively convert cellulose into propylene and ethylene glycols at 240°C in a cascade reaction including an enzymatic catalytic step and a heterogeneously catalyzed one

Ces travaux de thèse ont permis, au cours de deux projets, de s’attacher à la synthèse de structures complexes au moyen de réaction en cascade et de catalyse au rhodium.Dans une première partie, une méthodologie robuste pour la synthèse de 2,4,6-cycloheptatriénones entièrement substituées et non-symétriques par réaction de cycloaddition carbonylative [2+2+2+1] catalysée par des complexes de rhodium a été développée. Des mécanismes expliquant la formation des différents composés ont été proposés. Dans une seconde partie, l’application de l’hydroformylation désymétrisante catalysée au rhodium à la synthèse totale d’alcaloïdes indoliques de la famille Aspidosperma a été étudiée. Un intermédiaire clé de la synthèse de composés de type eburnane a ainsi été obtenu et sa transformation par différente stratégies été explorée. La synthèse totale de composés de type aspidosperma a été étudié, et les voies de synthèse explorées pourront être appliquées à des aldéhydes issus d’hydroformylation désymétrisante. / Through the course of two projects, this thesis work was concerned with the synthesis of complex scaffolds by means of cascade reactions and rhodium catalysis.In a first part, a new methodology was developed for the synthesis of non-symmetrical and fully substituted 2,4,6-cycloheptatrienones by rhodium-catalysed [2+2+2+1] carbonylative cycloaddition. Mechanisms for the formations of the observed compounds were proposed.In a second part, the application of rhodium-catalysed desymmetrising hydroformylation to the total synthesis of Aspidosperma indole alkaloids was studied. A key intermediate in the synthesis of eburnan-type alkaloids was thus obtained, and its transformation into th desired compounds using various strategies was explored. The total synthesis of aspidosperma-type alkaloids was studied, and the explored syntheses will be applied to aldehydes obtained by desymmetrising hydroformylation.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans ce mémoire, je présente mes études sur une stratégie efficace développée pour la synthèse de cétones homoallyliques substituées à partir de l’addition en cascade de réactifs de Grignard vinyliques substitués sur des α-amino esters catalysée par des sels de cuivre. L’utilisation de ces cétones homoallyliques a permis d’obtenir des mimes peptidiques comprenant un isostère de type hydroxyéthylène du lien amide. L’étape clé de cette stratégie repose sur la synthèse de cétones homoallyliques substituées intermédiaires à partir de la réaction d’additions en cascade catalysée au cuivre, de bromure de β,β-diméthylevinyle magnésium sur des analogues d’esters de la phénylalanine et de la sérine. Les cétones homoallyliques résultantes sont réduites sélectivement en alcool, la liaison double est clivée oxydativement et l’acide carboxylique résultant est couplé à un acide aminé. Afin d’évaluer l’effet qu’ont le remplacement du lien amide central dans un coude β par un hydroxyéthylène et de la présence d’un gem diméthyle sur la chaîne carbonée sur la conformation tridimensionnelle adoptée par les tripeptides générés, des analyses à l’état solide par diffraction aux rayons X, des analyses en solution par la spectroscopie RMN et des expériences de type NOESY ont été réalisées. Ces études ont permis de définir un nouveau type de coude β. La présence de pont hydrogène intramoléculaire et l’effet de restriction de conformation induit par le gem diméthyle, généralement appelé effet Thorpe-Ingold, favorisent la formation d’un coude β. / In this thesis, I discuss my studies toward the synthesis of substituted homoallylic ketones from the copper-catalyzed cascade addition of substitued vinyl Grignard reagents to carboxylic esters. The homoallylic ketones were used to provide different peptidomimetics containing a hydroxyethylene isostere instead of an amide bond. The methyl ester of phenylalanine and serine derivatives were reacted in copper-catalyzed cascade additions of substitued vinylmagnesium bromide to provide substitued homoallylic ketone intermediates. Selective reduction of the ketone to an alcohol, oxidative cleavage of the double bond, followed by peptide coupling with amino acid lead to the desired peptidomimic. The influence of changing the central amide bond for a hydroxyethylene isostere in a β-turn and the effect of a gem dimethyl group on the backbone conformation adopted by the newly synthesized tripeptides, were studied by X-ray diffraction and solution NMR spectroscopy using NOESY experiments. From these studies, it was revealed that the iso-butyric acid hydroxyethylene isomer induced a β-turn-like conformation, and may serve as a novel scaffold for peptide mimicry.

Dans ce mémoire, je présente mes études sur une stratégie efficace développée pour la synthèse de cétones homoallyliques substituées à partir de l’addition en cascade de réactifs de Grignard vinyliques substitués sur des α-amino esters catalysée par des sels de cuivre. L’utilisation de ces cétones homoallyliques a permis d’obtenir des mimes peptidiques comprenant un isostère de type hydroxyéthylène du lien amide. L’étape clé de cette stratégie repose sur la synthèse de cétones homoallyliques substituées intermédiaires à partir de la réaction d’additions en cascade catalysée au cuivre, de bromure de β,β-diméthylevinyle magnésium sur des analogues d’esters de la phénylalanine et de la sérine. Les cétones homoallyliques résultantes sont réduites sélectivement en alcool, la liaison double est clivée oxydativement et l’acide carboxylique résultant est couplé à un acide aminé. Afin d’évaluer l’effet qu’ont le remplacement du lien amide central dans un coude β par un hydroxyéthylène et de la présence d’un gem diméthyle sur la chaîne carbonée sur la conformation tridimensionnelle adoptée par les tripeptides générés, des analyses à l’état solide par diffraction aux rayons X, des analyses en solution par la spectroscopie RMN et des expériences de type NOESY ont été réalisées. Ces études ont permis de définir un nouveau type de coude β. La présence de pont hydrogène intramoléculaire et l’effet de restriction de conformation induit par le gem diméthyle, généralement appelé effet Thorpe-Ingold, favorisent la formation d’un coude β. / In this thesis, I discuss my studies toward the synthesis of substituted homoallylic ketones from the copper-catalyzed cascade addition of substitued vinyl Grignard reagents to carboxylic esters. The homoallylic ketones were used to provide different peptidomimetics containing a hydroxyethylene isostere instead of an amide bond. The methyl ester of phenylalanine and serine derivatives were reacted in copper-catalyzed cascade additions of substitued vinylmagnesium bromide to provide substitued homoallylic ketone intermediates. Selective reduction of the ketone to an alcohol, oxidative cleavage of the double bond, followed by peptide coupling with amino acid lead to the desired peptidomimic. The influence of changing the central amide bond for a hydroxyethylene isostere in a β-turn and the effect of a gem dimethyl group on the backbone conformation adopted by the newly synthesized tripeptides, were studied by X-ray diffraction and solution NMR spectroscopy using NOESY experiments. From these studies, it was revealed that the iso-butyric acid hydroxyethylene isomer induced a β-turn-like conformation, and may serve as a novel scaffold for peptide mimicry.