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Sustainable chemical processes are becoming increasingly important in all fields of synthetic chemistry. Catalysis can play an important role in developing environmentally benign chemical processes, and transition metals have an important role to play in the area of green chemistry. In particular, palladium(II) catalysis includes many key features for successful green chemistry methods, as demonstrated by a number of eco-friendly oxidation reactions catalyzed by palladium(II). The aim of the work presented in this thesis was to develop novel and greener palladium(II)-catalyzed coupling reactions. In striving to achieve this aim, the first open-vessel, room-temperature palladium(II)-catalyzed oxidative Heck reaction, using oxygen from the air as the reoxidant of palladium, was developed. In a further investigation of the palladium(II)-catalyzed oxidative Heck reaction, base-free conditions for the transformation were identified and suitable conditions for microwave-assisted oxidative Heck reactions were established. A convenient and low-cost palladium(II)-catalyzed method for the synthesis of styrene derivatives, by coupling arylboranes with vinyl acetate, was developed. The reaction mechanism was studied using ESI-MS, which enabled the detection of cationic palladium intermediates in ongoing productive reactions, and a plausible catalytic cycle was proposed. In an attempt to make the oxidative Heck and the styrene synthesis reactions more attractive from an industrial point of view, conditions for continuous flow synthesis were identified. The results were generally good and rapid synthesis of the desired products was obtained. The first palladium(II)-catalyzed C–P bond-forming Hirao-type reaction, employing arylboranes instead of the commonly used aryl halides, was developed. An ESI-MS study was performed, and a plausible catalytic pathway was suggested. Finally, a novel method for synthesizing aryl ketones from benzoic acids and nitriles, via palladium(II)-catalyzed decarboxylation of the benzoic acids, was established. Further, the reaction mechanism was studied by ESI-MS and a plausible catalytic route presented.

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 / “One-pot” strategy, powerful tools for the creation of molecular complexity, has been applied in the synthesis of possible bioactive molecules such bis(bibenzyls) systems and their precursors stilbenes and bibenzyles using heterogeneous palladium catalysts. In this work a “one-pot” synthesis concerning a Heck coupling reaction followed by in situ hydrogenation with Pd/C has been studied for the synthesis of bibenzyl derivates. We have observed limitations for deactivated and hindered substrates. Moreover due to the low commercially availability of aromatic styrenes we focused our attention on the development of new heterogeneous vinylation reaction starting from aromatic halides and potassium vinyltrifluoroborate through a Suzuki coupling reaction. This strategy was then applied to “one-pot” stilbenes synthesis. The study is still under investigation in our laboratory. The synthesized stilbenes have been used as precursors in the synthesis of cyclic or acyclic bis(bibenzyls) derivates. Many different “one-pot” strategies have been developed that allowed to reach yields of bis(stilbenes) between 30% and 50% in only one step. Bis(stilbenes) have been objects of investigation as what concerned the hydrogenation. However every effort has not yet been successful under our reaction conditions. Studies are still in progress to understand the reasons of these results and to obtain bis(bibenzyls) systems, target of our research

Au cours de ce travail de nouvelles méthodes pour la formation de liaison C-N ont été développées. Dans la première partie de cette thèse une application de catalyse métal-ligand bifonctionnelle pour la réaction énantiosélective aza-Michael est démontrée. Dans la deuxième partie nous présentons le travail sur les cyclisations, en utilisant des alcaloïdes du quinquina facilement disponibles, comme catalyseurs des plus prometteurs, fournissant des β-amino-acides d’indoline avec jusqu'à 98% ee. Parmi eux, l’hydroquinidine ressort du lot comme étant le catalyseur donnant le meilleur excès énatiomérique. La troisième partie est liée à l'élaboration d'un nouveau processus intermoléculaires de diamination de styrènes, diènes et triènes, utilisant des bis-sulfonylimides comme source d'azote, en combinaison avec le diacétate de iodosobenzène, qui fournit une approche intéressante et efficace de diamines vicinales biologiquement et chimiquement important. La réaction peut être effectuée à température ambiante sans avoir besoin de protection par atmosphère inerte. / The concept of metal-ligand bifunctionality was successfully applied for an enantioselective aza-Michael reaction by employing well-defined ruthenium amido complexes. The catalyst was optimised and the corresponding chiral indoline β-amino acid derivatives were obtained with high enantioselectivities. Next, a straightforward enantioselective bifunctional organocatalytic approach was also developed. Employing hydroquinidine as catalyst the corresponding cyclic products were obtained in excellent enantioselectivities and quantitative yields. These compounds can be selectively deprotected and applied to peptide synthesis. Finally, we have developed unprecedented diamination reactions of styrenes, butadienes and hexatrienes employing easily accessible hypervalent iodine(III) reagents under robust reaction conditions. The first examples of the metal-free 1,2-diamination of butadienes were demonstrated and this oxidation methodology was further extended to the highly attractive 1,4 installation of two nitrogen atoms within a single step.

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