Les travaux réalisés pendant cette thèse ont porté sur deux thématiques indépendantes.Les deux premières parties concernent la thématique " alcaloïdes de Vinca ", molécules d'origine naturelle aux propriétés anticancéreuses. Les travaux ont tout d'abord porté sur la synthèse d'analogues oxygénés de la 20,20-difluorocatharanthine, comme précurseurs d'alcaloïdes dimères originaux de Vinca. Bien que les voies de synthèses explorées n'aient pas conduit aux dérivés oxygénés souhaités, les différents résultats obtenus ont cependant permis de montrer que la présence du groupement gem-difluoré sur le squelette de la catharanthine changeait dramatiquement la réactivité du substrat de manière imprévisible. La deuxième partie de ce travail a été dédiée à l'élucidation du mécanisme de fluoration d'alcaloïdes dimères de Vinca en milieu superacide. Le marquage isotopique au deutérium a permis de discriminer deux hypothèses mécanistiques et de valider le mécanisme de fluoration passant par une migration 1,2 d'hydrure dont la contribution minimale est de 20 %. Enfin, la troisième partie de ce travail a été consacrée à la synthèse asymétrique de la (R)-méquitazine. La synthèse de cette dernière s'est basée sur la chiralité déjà " imprimée " dans le squelette d'alcaloïdes de cinchona. La synthèse de la (R)-méquitazine dont les excès énantiomériques finaux sont supérieurs à 99% a été conclue en 8 étapes à partir de la quinine, confirmant le contrôle total du centre asymétrique tout au long de la synthèse.

Les travaux réalisés pendant cette thèse ont porté sur deux thématiques indépendantes.Les deux premières parties concernent la thématique « alcaloïdes de Vinca », molécules d’origine naturelle aux propriétés anticancéreuses. Les travaux ont tout d’abord porté sur la synthèse d’analogues oxygénés de la 20,20-difluorocatharanthine, comme précurseurs d’alcaloïdes dimères originaux de Vinca. Bien que les voies de synthèses explorées n’aient pas conduit aux dérivés oxygénés souhaités, les différents résultats obtenus ont cependant permis de montrer que la présence du groupement gem-difluoré sur le squelette de la catharanthine changeait dramatiquement la réactivité du substrat de manière imprévisible. La deuxième partie de ce travail a été dédiée à l’élucidation du mécanisme de fluoration d’alcaloïdes dimères de Vinca en milieu superacide. Le marquage isotopique au deutérium a permis de discriminer deux hypothèses mécanistiques et de valider le mécanisme de fluoration passant par une migration 1,2 d’hydrure dont la contribution minimale est de 20 %. Enfin, la troisième partie de ce travail a été consacrée à la synthèse asymétrique de la (R)-méquitazine. La synthèse de cette dernière s’est basée sur la chiralité déjà « imprimée » dans le squelette d’alcaloïdes de cinchona. La synthèse de la (R)-méquitazine dont les excès énantiomériques finaux sont supérieurs à 99% a été conclue en 8 étapes à partir de la quinine, confirmant le contrôle total du centre asymétrique tout au long de la synthèse. / The work carried out during this thesis has focused on two independent parts.The first two sections have dealt with the “Vinca alkaloids” part, natural products with anticancer properties. Firstly, the work has focused on the synthesis of oxygenated analogs of the 20,20-difluorocatharanthine as precursors of original dimeric Vinca alkaloid. Although explored synthesis pathways have not led to the desired oxygenated derivatives, different results has enabled to show that the presence of the gem-difluoro groupment on catharanthine skeleton dramatically changed the reactivity of the substrate in an unpredictable manner. The second part of this work was dedicated to the elucidation of the mechanism of fluorination of alkaloids dimers of Vinca in superacid medium. Isotopic labelling with deuterium has allowed to discriminate two mechanistic hypotheses and to validate the mechanism of fluoridation via a 1,2-hydride migration whose minimum contribution is 20 %.Finally, the third part of this work has been devoted to the asymmetric synthesis of (R)- mequitazine. The synthesis is based on the chirality already "printed" into the skeleton of cinchona alkaloids. Synthesis of (R)-mequitazine with greater than 99% final enantiomeric excess was reached in 8 steps from quinine, confirming full control of the asymmetrical centre during the synthesis.

La grande majorité des sucres existe sous forme de glycanes. Ces polysaccharides ou glycoconjugués se composent d'unités monosaccharidiques assemblées par des liaisons covalentes qui sont formées à l'issue de la réaction de glycosylation. Bien qu'abondamment utilisée en synthèse organique, certains détails du mécanisme de cette réaction, qui trouve de nombreuses applications dans le domaine de la santé et des matériaux, restent encore à élucider.En particulier, la mise en évidence d'intermédiaires réactionnels de la glycosylation tels que le cation glycosyle ou ion glycosyl oxocarbénium, une espèce chimique théorique généralement invoquée dans le mécanisme, constitue un enjeu essentiel pour élucider ce mécanisme de cette réaction à l'échelle atomique permettant d'améliorer par la suite l'efficacité de cette réaction pour la synthèse d'oligosaccharides et/ou de glycoconjugués. Plusieurs équipes dans le monde ont tenté de mettre en évidence et d'étudier ces intermédiaires ioniques en utilisant différentes approches mais la durée de vie estimée de ces espèces de l'ordre de la picoseconde a, à ce jour, rendu leur observation expérimentale impossible.Ce travail de thèse a consisté à développer une nouvelle approche qui repose sur la combinaison de deux chimies, la glycochimie et la chimie superacide, et l'utilisation de deux techniques d'analyse, la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) in situ à basse température et les calculs théoriques afin de générer, identifier et caractériser les cations glycosyles. Après avoir synthétisé une série de donneurs de glycosyle protégés, ces derniers ont été traités en milieu superacide de type HF/SbF5. A partir du B-D-glucose et de la B-D-glucosamine, les ions dioxalénium et oxazolinium correspondants ont été obtenus, caractérisés et leur conformation élucidée. Afin d'accéder au cation glycosyle tant recherché, les dérivés 2-déoxy et 2-bromo du D-glucopyranose ont été préparés et soumis aux conditions superacides pour fournir pour la première fois l'ion oxocarbénium. La qualité des spectres RMN obtenus pour chaque espèce combinée aux calculs théoriques ont permis d'identifier et d'étudier en détail les conformations privilégiées de ces ions. Enfin le piégeage de ces ions par des nucléophiles faibles a également permis de confirmer l'impact de la structure de l'ion oxocarbénium sur l'orientation de la liaison anomérique générée. / A vast majority of biologically and therapeutically active carbohydrates exist as glycans (polysaccharides or complex glycoconjugates) in which monosaccharide units are joined via the glycosylation reaction. But surprisingly the details of the glycosidic bond formation remain relatively poorly understood.Thus, highlighting this ion is a challenging task that could be useful to rationalize the stereochemical outcome of glycosylation reactions. Furthermore, the data associated with this ion could be exploited to improve the synthesis of oligosaccharides and glycoconjugates. Several research groups mainly based in the US and Japan are involved in the quest for the oxycarbenium ion using various approaches. In addition, the exceedingly short life of non-stabilized glycosyl cations in organic solution makes their delicate direct observation.The aim of the project presented in this report is based on the use two chemistries: glycochemistry and superacid and two analytical techniques by low-temperature NMR assisted by computational study to generate, identify and fully characterize the glycosyl cations. After generating transient species in superacid media, the long-lived intermediates as the known dioxalenium and oxazolinium ions are studied by in situ NMR. From peracetylated 2-deoxy and 2-bromoglucopyranose, the glycosyl cation is generated and deeply analysed for the first time in a condensed phase. NMR aided by complementary computations predicts the privileged three-dimensional structural for each intermediate. The trapping by even poor nucleophile further confirms the impact of the structure of the glycosyl cation on the stereochemical outcome.

Le biogaz est une source d’énergie qui intéresse de plus en plus l’Europe et notamment la France pour ses avantages environnementaux et économiques. Produit de la fermentation de matière organique, il contient du biométhane. Ce dernier est une alternative plus durable aux énergies fossiles. Cependant, à l’état brut, les polluants dans le biogaz peuvent provoquer des dégâts sur la santé et l’environnement, notamment en raison de la présence de siloxanes et des composés soufrés. L’objectif de cette recherche consiste donc à développer des méthodes améliorant à la fois économiquement et écologiquement la désulfuration du biogaz, dans le but de les intégrer aux unités de traitement du biogaz déjà existantes et présentes sur le territoire. A partir d’un état de l’art sur les propriétés du biogaz et ses traitements de purification, deux procédés ont été particulièrement mis en avant et étudiés dans cette thèse. Le premier correspond au traitement de la désulfuration en précombustion consistant à éliminer le H2S et les siloxanes à travers un réacteur polyphasé à barbotage gaz-liquide spécifique, utilisant un nouveau solvant avec des propriétés « superacides ». Le second, quant à lui, correspond au traitement en postcombustion de la désulfuration des fumées provenant de la combustion du gaz, via un réacteur polyphasé à lit fixe gaz-solide. Pour ce faire, un prototype de l’unité de désulfuration est intégralement conçu, construit et testé dans le cadre de la thèse. Cette thèse présente notamment le développement des différents modèles numériques, ainsi que les résultats d’expériences en laboratoire, confirmant l’efficacité de ces procédés innovants. / Biogas. It is an energy source increasingly popular in Europe, remarkably in France, due to its environmental-friendly and economic-saving capabilities. It is produced by the organic matter fermentation, leading to biomethane production, as a sustainable alternative to fossil fuels. Nevertheless, as a raw gas, pollutants in biogas lead to environmental, health and process-related issues, especially because of its unique content on sulfur compounds. The objective of this research is to develop new processes, economically and environmentally feasible, for biogas desulfurization, seeking a process integration in existing biogas treatment units in France. Considering the state of the art on biogas properties and its possible purification treatments, two processes have been identified and studied in this thesis. The first process is a precombustion desulfurization treatment aiming to eliminate the H2S and the siloxanes through a gas-liquid bubbling-typed polyphasic reactor. This reactor is equipped with a new solvent with “superacid” properties. The second process is a postcombution desulfurization treatment for stack gas, through a gas-solid fixed-bed polyphasic reactor. A prototype of this unit was entirely designed, built and tested in the thesis. This thesis describes the applied research method, the developed numerical models, and the experimental results confirming the efficiency of the novel processes.

Grâce à leurs fortes acidités, les milieux superacides permettent d’accéder par polyprotonation à des intermédiaires superélectrophiles polycationiques, capables d’être piégés par des nucléophiles très faibles. Ces espèces très réactives ont permis de développer des méthodologies de synthèse sans équivalent en conditions « classiques ».Dans la première partie de ce travail, le comportement de composés organophosphorés dans le milieu HF/SbF5 a été évalué et les sites de protonation de différentes fonctions phosphorées ont pu être observés par RMN in situ à basse température. La réactivité d’oxydes de phosphines insaturés a également été évaluée et des composés organophosphorés cycliques et/ou fluorés ont été synthétisés avec de bons rendements. Des expériences de RMN in situ à basse température ont permis de mettre en évidence un intermédiaire superélectrophile de type phosphonium-carbénium inédit dont l’implication a été confirmée par des calculs théoriques.La deuxième partie est consacrée à l’exploitation de la contrainte benzylique d’espèces superélectrophiles. A partir d’éphédrines tosylées, des benzosultames cycliques ont été obtenus par cyclisation intramoléculaire diastéréospécifique dans l’acide trifluorométhanesulfonique. L’analyse des intermédiaires réactionnels par RMN a permis de révéler l’implication d’une contrainte benzylique contrôlant la spécificité de la réaction. Les benzosultames chiraux N-F obtenus après fluoration ont été utilisés comme réactifs de fluoration électrophile énantiosélective et la synthèse de dioxydes de méthanodibenzothiazocines chiraux inédits a également été envisagée. / Thanks to their exceptional acidity, superacid allow access to polycationic superelectrophiles by polyprotonation. These highly reactive species are capable of being trapped by very weak nucleophiles and can be used to develop new synthetic methodologies without equivalents under “classical” conditions. In the first part of this work, the behavior of organophosphorus compounds in HF/SbF5 was evaluated and the protonation sites of different phosphorus functions have been observed by low temperature NMR spectroscopy. The reactivity of unsaturated phosphine oxides has also been evaluated and cyclic and/or fluorinated organophosphorus compounds have been synthetized in good yields. In situ low-temperature NMR experiments revealed a phosphonium-carbenium superelectrophilic intermediate whose implication was confirmed by theoretical calculations. The second part deals with the study of the benzylic strain applied to superelectrophilic species. From tosylated ephedrines, cyclic benzosultams were obtained by diastereospecific intramolecular process in trifluoromethanesulfonic acid. Analysis of the reaction intermediates by NMR revealed the implication of a benzylic strain controlling the specificity of the reaction. After fluorination, the obtained N-F chiral benzosultams were used as enantioselective electrophilic fluorination reagents and the synthesis of new chiral methanodibenzothiazocine dioxides was also considered.

La fonctionnalisation tardive de molécules (Late stage functionalization – LSF) offre l’opportunité d’explorer l’espace chimique plus efficacement, en particulier en considérant les liaisons C-H aromatiques comme des points potentiels de diversification pour générer de nouveaux analogues directement en une seule étape au lieu de faire une synthèse totale dite de novo. La fonctionnalisation directe de composés élaborés peut en particulier se faire en utilisant la technologie superacide comme démontré par les nombreux travaux du professeur Jacquesy. L’un des meilleurs exemples de cette stratégie est certainement la transformation directe de la vinorelbine (Navelbine®) par fluoration en conditions superacides pour conduire à son analogue difluoré (Vinflunine), commercialisé par les laboratoires Pierre Fabre comme agent anticancéreux Javlor®. C’est dans ce contexte que ce travail de thèse a porté sur le développement de nouvelles méthodes de fonctionnalisation directe de composés aromatiques azotés.Il s’agissait effectivement de développer de nouveaux outils de synthèse en conditions superacides afin :1. d’hydroxyler directement des composés aromatiques par voie électrophile;2. d’halogéner des composés aromatiques azotés allant d’anilines simples à des composés élaborés naturels ou de synthèse;3. d’appliquer ces méthodes à la synthèse de molécules marquées par des isotopes stables. / Late-stage functionalization can now be considered as a synthetic tool of choice to create molecular diversity, especially in a medicinal chemistry context. For example, aromatic C-H bonds can be regarded as functional groups and points of potential diversification to generate new analogs of a lead structure without resorting to de novo synthesis.The direct functionalization of elaborated compounds can also be done using superacid chemistry as demonstrated by the previous work of professor Jacquesy. One of the best examples of this strategy is certainly the direct transformation of vinorelbine (Navelbine®) by fluorination in superacid conditions to lead to its difluorinated analogue (Vinflunine), marketed by Pierre Fabre laboratories as an anticancer agent Javlor®.In this context, these studies focused on the development of new methods for the direct functionalization of aromatic nitrogen containing compounds.In particular, this work aimed at developing new synthetic tools in superacid for:1. the direct hydroxylation of aromatic compounds;2. the halogenation of aromatic nitrogen compounds from simple anilines to naturally occurring or synthetic compounds;3. the synthesis of labelled compounds with stable isotopes.

Le fluor est devenu un élément incontournable en chimie médicinale. Les propriétés physico-chimiques induites par l'incorporation de cet atome dans les composés organiques en font un outil efficace dans la conception de mimes de fonctions chimiques. Les difficultés pour accéder aux composés azotés fluorés permettent d'envisager l'utilisation des milieux superacides et acides fluorants comme alternative de synthèse.Dans la première partie, la réactivité de N-allyl-N-arylbenzènesulfonamides en milieu superacide HF / SbF5 a été étudiée. La non observation de la cyclisation de type Friedel-Craft intramoléculaire initialement envisagée pour ces composés a été expliquée grâce à une étude mécanistique utilisant la RMN basse température in situ. En modifiant les conditions opératoires, la synthèse de N-arylbenzènesulfonamides α-fluorés a pu être développée. Les structures obtenues ont été testées pour l'inhibition des anhydrases carboniques.Dans la seconde partie, une nouvelle réaction d'hydrofluoration d'ynamides dans le milieu HF / pyridine a été développée. Cette stratégie a permis d'obtenir régio- et stéréosélectivement des (E)-α-fluoroènamides originaux. Par analogie avec les fluoroalcènes décrits en tant que mimes d'amides, les α-fluoroènamides sont potentiellement des isostères de la fonction urée. Le biomimétisme de ces structures est discuté grâce aux résultats d'études structurales réalisées par modélisation moléculaire. La réactivité surprenante de structures ortho-substituées en milieu superacide a permis le développement d'une réaction de polycyclisation intramoléculaire d'ynamides, cette nouvelle méthode permettant d'accéder en une étape à des polycycles azotés à haute valeur ajoutée. / During the last decades, fluorine became an essential element in medicinal chemistry. The original physical and chemical properties induced by the incorporation of this atom in organic compounds led to the development of fluorinated compounds as bioisosters in medicinal chemistry. Difficulties to access to fluorinated nitrogen containing compounds by "classical methods" led to the use of superacid as an alternative for their synthesis.In the first part of this work, the reactivity of unsaturated N-arylbenzenesulfonamides in superacidic media HF / SbF5 was studied. Intramolecular cyclisation of Friedel-Craft type expected for these compounds was studied and explored through a mechanistic study based on in situ low temperature NMR experiments. By modifying the operating conditions, the synthesis of α-fluorinated N-arylbenzenesulfonamide compounds was developed. The synthetized structures were then tested for carbonic anhydrase inhibition.In a second part, a new hydrofluorination reaction of ynamides was developed, using fluorhydric acid / pyridine media. This strategy allowed to access regio- and stereoselectively to original (E)-α-fluoroenamides. By analogy with the described fluoroalkenes as peptid bond isosters, α-fluoroenamides could potentially be considered as urea bioisosters. The bioisosterism of these structures was discussed and evaluated by using molecular modelling. The surprising reactivity of ortho-substitued structures in superacid media allowed the development of an intramolecular polycyclisation reaction, offering a one step route to complex nitrogen containing molecular polycyclic motif.

Les propriétés exceptionnelles des composés fluorés ont entrainées un développement considérable de la chimie du fluor depuis les années 1950. Aujourd'hui les substances fluorées se retrouvent dans la plupart des domaines tels que la chimie thérapeutique ou l'agrochimie. L'atome d'azote étant ubiquitaire en chimie médicinale, le développement de voies synthétiques permettant l'obtention de fluoroamines est donc essentiel.Au laboratoire, une étude a précédemment été menée sur la réaction de bromofluoration de composés azotés insaturés en milieu superacide de type HF/SbF5. Le NBS utilisé comme donneur d'ion broménium, après activation par polyprotonation, a permis d'accéder à des composés azotés bromofluorés difficiles à obtenir en milieux classiques. Cependant l'ion bromonium s'isomérise rapidement conduisant aux produits difluorés. Les ions chloroniums ayant une réactivité différente de celle des ions bromoniums, ce travail porte sur l'étude des ions chloroniums dans des systèmes dicationiques générés en milieu superacide.Dans un premier temps l'impact des paramètres expérimentaux a été étudié par analyse des produits de réaction et par des expériences de RMN in situ. L'étude a ensuite été étendue à un panel de substrats afin de mesurer l'impact de la structure du substrat sur la réaction de chlorofluoration. Enfin l'effet de substituants halogènes sur la double liaison carbone-carbone a été étudié. Ces travaux ont permis de mettre en lumière le mécanisme réactionnel impliqué dans cette réaction, puis d'appliquer la méthode pour la préparation de composés biologiquement actifs. / Exceptional properties of fluorinated compounds led to a considerable development of fluorine chemistry since the 1950's. Nowadays, fluorinated products have a key role in many domains going from medicinal chemistry to agricultural chemistry. As nitrogen atom is ubiquitous in pharmaceuticals, the development of new synthetic ways for the preparation of fluorinated nitrogen containing compound is of relevant interest.Previously, the superacid team developed a bromofluorination reaction of unsaturated nitrogen containing compounds in superacidic media HF/SbF5. The reaction was performed by using the NBS as halenium ion donor, activated through polyprotonation, permitting the access to bromofluorinated nitrogen containing compounds difficult to be obtained under classical organic conditions. Nevertheless the resulting bromonium ion isomerizes quickly to produce difluorinated products. Chloronium ions show different reactivities than the bromonium ones; so this study is focused on the reactivity of chloronium ion in dicationic systems generated by the use of superacidic media.The first step of the study was focused on the evaluation of the impact of experimental conditions by reaction products analysis and in situ NMR experiments. Then the influence of substrate structure on the reaction course was investigated. Finally the halosubstitution on the carbon-carbon double bound was studied. This work allowed us to highlight the chlorofluorination reaction mechanism and then to extend this method to bioactive compounds synthesis.

Du fait de l'extrême acidité des milieux superacides, le comportement des composés organiques y est particulièrement singulier, et en particulier celui des composé azotés. Ces milieux permettent d'accéder par polyprotonation à des intermédiaires superélectrophiles polycationiques, capables d'être piégés par des nucléophiles faibles, comme les ions fluorures solvatés du milieu ou des aromatiques désactivés. L'activation superélectrophile permet en outre d'accéder à une régiosélectivité unique en rendant certains sites réactifs, insensibles dans les milieux acides plus classiques.Dans la première partie de ce travail est étudiée une réaction d'addition anti-Markovnikov sur des anilines N-allyliques dans le mélange HF/SbF5. Une étude mécanistique a été réalisée incluant la modélisation d'intermédiaires réactionnels, des expériences de RMN in situ ainsi que des réactions avec des substrats marqués. Grâce à cette étude, une nouvelle réaction de type Friedel-Crafts permettant d'accéder à des tétrahydroquinolines désactivées a été mise au point. De plus, en modifiant les conditions opératoires, la synthèse d'anilines β-fluorées a également pu être réalisée. Ces réactions ont ensuite été appliquées à la synthèse de nouveaux composés hétérocycliques.La deuxième partie est consacrée au développement d'une nouvelle réaction d'hydrofluoration dynamides dans l'acide fluorhydrique anhydre. Cette méthodologie permet d'accéder à des (E)-α-fluoroènamides orginales avec un excellente régio- et stéréo-sélectivité. Par analogie avec les fluorooléfines qui sont connues pour mimer les fonctions amides, ces composés sont potentiellement de nouveaux bioisostères rigides d'urées, avec des app / Thanks to the extrem acidity of superacid media, the behavior of organic compound in these conditions is especially original. These media provide access by polyprotonation to superelectrophilic polycationic intermediates able to be trapped by very weak nucleophiles such as solvated fluoride ions or deactivated aromatic. In addition, the superelectrophic activation allowed to access to a unique regioselectivity, making some classically unreactive sites very reacive in these conditions.In the first part of this work, an anti-Markovnikov addition of N-allyl anilines in the HF/SbF5 mixture is studied. A mechanistic study was performed including the modeling of reaction intermediates, in situ NMR experiments and reactions with labeled substrates. Through this study, a new Friedel-Crafts type reaction was perform and applied to deactivated tetrahydroquinoline synthesis. In addition, the synthesis of β-fluorinated anilines could also be performed. These reactions were then applied to the synthesis of new heterocyclic compounds.The second part deals with the developement of a new hydrofluorination reaction of yanmides using anhydrous fluorhydric acid. This methodology allowed the synthesis of original (E)-α-fluoroenamides with an excellent regio- and stereo-selectivity. By analogy with fluoroolefins which are known to be mimics of amides, these compounds are potentially new rigid bioisosters of ureas with further potent applications in medicinal chemistry.