Fluorine atom plays a very important role in pharmaceuticals, agricultural chemicals, and medical imaging and it has become one of the most popular area in organic chemistry. For example, in modern medicinal chemistry introducing fluorine atom could potentially improve absorption, metabolism and potency of drug candidates. As a result, methods that allow the selective and efficient formation of the carbon-fluorine bond are highly desirable. An evolving approach is the utilization of transition-metals to catalyze the nucleophilic substitution of fluoride ion. This thesis described several novel and efficient methods to generate allylic and benzylic C-F bonds using rhodium/iridium catalyst.

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Résumé Cette thèse consiste en trois thèmes résumés dans les paragraphes ci-dessous. L’influence de différents groupements protecteurs du groupe hydroxyle lors des réactions d’ouverture des cis- et trans- 3-hydroxy-1,2-époxycycloalcanes a été étudiée. Il a été montré que Yb(OTf)3 constituait un catalyseur doux pour l’ouverture régiosélective de cycles afin d’obtenir les -anilino cycloalcanols correspondants avec de bons rendements. Le chauffage du milieu réactionnel dans le toluène comme solvant a permis d’augmenter la cinétique de la réaction, au dépend du rendement. La partie aniline a été régiosélectivement introduite en position vicinale du groupe hydroxyle ou éther afin d’obtenir un unique régioisomère. La même tendance a été observée avec les époxydes du 3-azidocyclohex-1-ène et du 3-carbamate correspondant. Le temps de réaction a été réduit lorsque Yb(OTf)3 a été dissous dans l’acétonitrile. Le triflate d’ytterbium (III) a également été utilisé comme catalyseur pour l’ouverture de cycle régiosélective d’aziridines non-activées sur des cyclohexanes portant des substituants azotures ou éthers de benzyle. L’ion azoture ou l’aniline forment les produits trans correspondants, donnant alors accès à des diamines vicinales avec de bons rendements. Un éther ω-alcoxy p-méthoxybenzylique racémique, inhibiteur de HDAC, a été ainsi préparé en huit étapes synthétiques (rendement total de 26%) à partir du 1-((tert-butyldiphénylsilyl)oxy)hept-6-èn-2-ol. Ceci représente un progrès par rapport à la précédente méthode (9 étapes, rendement total de 16%). La métathèse croisée se montre particulièrement efficace et pratique dans cette stratégie et l’alkylation par le trichloroacétimidate de p-méthoxybenzyle en présence de Sc(OTf)3 améliore le rendement global de la synthèse. Un aminoalcool présent dans la pactamycine et contenant le squelette carboné, les groupements fonctionnels et la stéréochimie requise a été synthétisé en 27 étapes à partir de la L-thréonine. La méthodologie décrite dans cette thèse permet la synthèse de cet intermédiaire clé à l’échelle multigramme. / Abstract Ring-opening reactions of epoxides and aziridines have been extensively studied. The influence of different protecting groups on the hydroxyl group in the ring-opening reactions of cis- and trans- 3-hydroxy-1,2-cycloalkane epoxides with aromatic amines was studied. It was shown that Yb(OTf)3 in toluene was a mild catalyst for regioselective ring-opening, to give -anilino cycloalkanols in good yields. Heating the reaction mixture accelerated the rate of the reaction, albeit at the expense of yield. The aniline moiety was regioselectively added at the carbon furthest from the hydroxyl or ether group to yield a single regioisomer. The same trend was also observed with 3-azidocyclohex-1-ene epoxides and the corresponding 3-carbamates. The reaction time became shorter when acetonitrile was used as solvent, possibly due to the homogeneous medium. Ytterbium(III) triflate has also been used as the catalyst for the regioselective ring-opening of unactivated aziridines in cyclohexanes having an azide or benzyl ether substituent. Azide ion or aniline forms the corresponding trans-products giving access to vicinal diamines in good yields. A racemic ω-alkoxy p-methoxy benzyl ether HDAC inhibitor has been prepared in 8 synthetic steps (26% overall yield) from 1-((tert-butyldiphenylsilyl)oxy)hept-6-en-2-ol. This is an improvement over the published method (9 steps, 16% overall yield). The cross-metathesis method proved to be efficient and practical in this strategy, and alkylation using p-methoxybenzyl trichloroacetimidate in the presence of Sc(OTf)3 improved the overall yield of the synthesis. An amino alcohol that contains all the core carbons, functional groups and the required stereochemistry present in pactamycin was obtained starting from L-threonine over 27 steps. The methodology described in this thesis allows for a synthesis of this key intermediate on a multigram scale.

Résumé Cette thèse consiste en trois thèmes résumés dans les paragraphes ci-dessous. L’influence de différents groupements protecteurs du groupe hydroxyle lors des réactions d’ouverture des cis- et trans- 3-hydroxy-1,2-époxycycloalcanes a été étudiée. Il a été montré que Yb(OTf)3 constituait un catalyseur doux pour l’ouverture régiosélective de cycles afin d’obtenir les -anilino cycloalcanols correspondants avec de bons rendements. Le chauffage du milieu réactionnel dans le toluène comme solvant a permis d’augmenter la cinétique de la réaction, au dépend du rendement. La partie aniline a été régiosélectivement introduite en position vicinale du groupe hydroxyle ou éther afin d’obtenir un unique régioisomère. La même tendance a été observée avec les époxydes du 3-azidocyclohex-1-ène et du 3-carbamate correspondant. Le temps de réaction a été réduit lorsque Yb(OTf)3 a été dissous dans l’acétonitrile. Le triflate d’ytterbium (III) a également été utilisé comme catalyseur pour l’ouverture de cycle régiosélective d’aziridines non-activées sur des cyclohexanes portant des substituants azotures ou éthers de benzyle. L’ion azoture ou l’aniline forment les produits trans correspondants, donnant alors accès à des diamines vicinales avec de bons rendements. Un éther ω-alcoxy p-méthoxybenzylique racémique, inhibiteur de HDAC, a été ainsi préparé en huit étapes synthétiques (rendement total de 26%) à partir du 1-((tert-butyldiphénylsilyl)oxy)hept-6-èn-2-ol. Ceci représente un progrès par rapport à la précédente méthode (9 étapes, rendement total de 16%). La métathèse croisée se montre particulièrement efficace et pratique dans cette stratégie et l’alkylation par le trichloroacétimidate de p-méthoxybenzyle en présence de Sc(OTf)3 améliore le rendement global de la synthèse. Un aminoalcool présent dans la pactamycine et contenant le squelette carboné, les groupements fonctionnels et la stéréochimie requise a été synthétisé en 27 étapes à partir de la L-thréonine. La méthodologie décrite dans cette thèse permet la synthèse de cet intermédiaire clé à l’échelle multigramme. / Abstract Ring-opening reactions of epoxides and aziridines have been extensively studied. The influence of different protecting groups on the hydroxyl group in the ring-opening reactions of cis- and trans- 3-hydroxy-1,2-cycloalkane epoxides with aromatic amines was studied. It was shown that Yb(OTf)3 in toluene was a mild catalyst for regioselective ring-opening, to give -anilino cycloalkanols in good yields. Heating the reaction mixture accelerated the rate of the reaction, albeit at the expense of yield. The aniline moiety was regioselectively added at the carbon furthest from the hydroxyl or ether group to yield a single regioisomer. The same trend was also observed with 3-azidocyclohex-1-ene epoxides and the corresponding 3-carbamates. The reaction time became shorter when acetonitrile was used as solvent, possibly due to the homogeneous medium. Ytterbium(III) triflate has also been used as the catalyst for the regioselective ring-opening of unactivated aziridines in cyclohexanes having an azide or benzyl ether substituent. Azide ion or aniline forms the corresponding trans-products giving access to vicinal diamines in good yields. A racemic ω-alkoxy p-methoxy benzyl ether HDAC inhibitor has been prepared in 8 synthetic steps (26% overall yield) from 1-((tert-butyldiphenylsilyl)oxy)hept-6-en-2-ol. This is an improvement over the published method (9 steps, 16% overall yield). The cross-metathesis method proved to be efficient and practical in this strategy, and alkylation using p-methoxybenzyl trichloroacetimidate in the presence of Sc(OTf)3 improved the overall yield of the synthesis. An amino alcohol that contains all the core carbons, functional groups and the required stereochemistry present in pactamycin was obtained starting from L-threonine over 27 steps. The methodology described in this thesis allows for a synthesis of this key intermediate on a multigram scale.