La triple liaison carbone-carbone des alcynes est l’un des groupes fonctionnels les plus simples et anciens en chimie, ses réactions et transformations appartenant aux fondations de la chimie organique. En plus de son utilisation très développée en synthèse organique, la présence de cette fonction dans de nombreux produits naturels et molécules issues de divers domaines de la chimie comme la biochimie et la science des matériaux souligne son importance et sa polyvalence.Parmi toutes les classes d’alcynes, les alcynes hétérosubstitués représentent une classe particulièrement intéressante, la présence d’un hétéroatome sur la triple liaison menant à une forte polarisation de cette dernière et permettant d’effectuer des réactions hautement régio- et stéréo-sélectives souvent délicates au départ d’alcynes. C’est grâce à la mise au point de méthodes efficaces et générales pour leur préparation que l’utilisation en synthèse de ces composés a connu un essor fulgurant. Parmi toutes les voies de synthèse disponibles, l’utilisation d’acétylures de cuivre comme agents d’alcynylation pour la synthèse d’alcynes substitués par un atome d’azote ou de phosphore s’est révélée particulièrement efficace et facile à mettre en œuvre.Dans ce contexte, la première partie de ce travail s’est intéressée à l’étude de la chimiosélectivité de la réaction d’alcynylation de nucléophiles azotés et phosphorés par des acétylures de cuivre. Le but de cette étude est de mieux comprendre les paramètres influençant la réactivité des acétylures de cuivre vis-à-vis de divers nucléophiles et de développer un protocole visant à réaliser l’alcynylation sélective d’un nucléophile par rapport à un autre. Les analyses quantitatives ont été réalisées par RMN du 13C, méthode de choix pour l’analyse rapide et efficace de mélanges réactionnels complexes.Intéressés par le développement de nouvelles réactions basées sur la réactivité des acétylures de cuivre, nous nous sommes ensuite tournés vers l’étude de leur utilisation pour la formation de liaisons carbone-carbone. Cette stratégie représente une voie d’accès facile à diverses classes d’alcynes et une alternative intéressante aux méthodes existantes. Plus particulièrement, nous avons mis au point un protocole facile à mettre en œuvre pour la synthèse d’alcynes trifluorométhylés au départ d’acétylures de cuivre en conditions douces. Les résultats obtenus dans le cadre de ce projet nous ont également amenés à développer une voie de synthèse pour la préparation d’allènamides trifluorométhylés.La dernière partie de ce travail s’est concentrée sur le développement d’une méthode efficace et générale pour le clivage d’imides. En effet, de nombreuses réactions couramment utilisées en synthèse organique produisent des imides, les réactions diastéréosélectives d’alkylation et d’aldolisation d’Evans étant sans aucun doute les exemples les plus emblématiques. Il est donc particulièrement important de pouvoir facilement transformer ces composés. Dans cette optique, nous avons développé un protocole basé sur l’utilisation de nucléophiles en présence de quantités catalytiques d’un acide de Lewis pour la transformation d’imides en une série de dérivées d’acides carboxyliques. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La métathèse d'oléfines est une des réactions les plus efficaces pour former des liaisons carbone-carbone et elle est maintenant utilisée pour synthétiser une large gamme de composés tels que des polymères, des produits issus de la pétrochimie, des produits pharmaceutiques ou des molécules naturelles. Une large gamme de groupes fonctionnels est tolérée comme des alcools, des amides, des carbamates et des sulfonamides. Cependant, des limites restent à surmonter comme la présence de N-hétéroaryles enrichis qui désactivent le catalyseur par coordination au centre métallique et/ou réagissent avec les intermédiaires. Nous décrivons dans ce manuscrit que le choix du substituant approprié d'une pyridine contenant une oléfine permet à la métathèse croisée d'avoir lieu et cette méthode a été appliquée à d'autres N-hétéroaryles.Outre les N-hétéroaryles, les composés fluorés sont largement utilisés en chimie médicinale, en agrochimie et dans le domaine des matériaux. Parmi ces composés fluorés, le groupement trifluorométhyle est le motif le plus utilisé. En effet, comparés à leurs analogues non fluorés, les composés possédant un groupement trifluorométhyle ont souvent de meilleures propriétés biologiques. C'est pourquoi il est intéressant de développer de nouvelles méthodes d'introduire ce groupement sur des molécules organiques, plus particulièrement des hétérocycles azotés. Dans ce but, nous avons développé une nouvelle méthode de trifluorométhylation d'ènes-carbamates cycliques pour accéder à des pipéridines, tétrhydropyridines et dihydropyridines trifluorométhylées. / Has now been applied to the synthesis of a wide range of compounds such as polymers, petrochemicals, pharmaceuticals and naturals compounds. A large range of functional groups are well tolerated including alcohols, amides, carbamates and sulfonamides. However, some limitations still have to be overcome Olefin metathesis has emerged has one of the most efficient carbon-carbon bond forming reaction and such as rich N-heteroaryles which are probably causing desactivation of the ruthenium catalyst by coordination of the metal center and/or reacting with the intermediates. We describe in this manuscript that a suitable choice of the 2-substituent olefinic substituted pyridine allows the cross-metathesis to occur and the method has been applied to others N-heteroaryles. Apart from N-heteroaryles, fluorinated compounds are widely used in pharmaceuticals, agrochemicals and materials. Among the organofluorides, the trifluoromethyl group is the most important motif used. In fact, compared to their non-fluorinated counterpart, trifluoromethylated compounds often show enhanced biological properties. Thus, new ways to introduce trifluoromethyl group into organic molecules, especially nitrogen heterocycles, are of keen interest. In this aim, we have developed a new method to introduce the trifluoromethyl moiety onto various cyclic ene-carbamates to access trifluoromethylated piperidines, tetrahydropyridines and dihydropyridines.

La chimie du fluor a connu un essor considérable ces dernières années en raison des caractéristiques remarquables de cet halogène et de l'influence qu'il exerce sur les propriétés physicochimiques des molécules organiques l'incorporant. De nombreuses molécules fluorées sont désormais utilisées comme médicaments ou en agriculture. Au laboratoire, nous nous sommes intéressés au développement de nouvelles stratégies directes et efficaces pour incorporer un groupement trifluorométhyle sur une double liaison carbone-carbone. Pour cela, des procédés faisant intervenir la catalyse photoinduite ont été employés.Tout d'abord, la synthèse d'amines β-trifluorométhylées a été mise au point en utilisant des enecarbamates comme substrats de départ. Une deuxième approche a consisté à utiliser des styrènes, commerciaux ou plus facile d'accès, et d'introduire l'atome d'azote par addition concomitante du nucléophile et du groupement CF₃. Cette stratégie a été ensuite étendue à d'autres nucléophiles carbonés ou halogénés de façon obtenir une grande diversité structurale. Enfin, la réactivité inattendue des 2-vinylbenzaldéhydes nous a permis d'appliquer nos méthodologies photocatalysées à la synthèse de phthalanes, composés présents dans un grand nombre de produits naturels ou biologiquement actifs. / Over the past decade, organic fluorine chemistry has attracted wide interest due to the unique nature of this halogen which modifies the physicochemical properties of molecules. Numerous fluorinated compounds are nowadays used in medicine and crop science. These features have stimulated the development of new strategies for the efficient introduction of fluorine, especially the trifluoromethyl group into organic molecules. Among the contemporary methods, visible-light photoredox trifluoromethylation of alkenes is an efficient and attractive strategy. This first aim was to develop a methodology giving rise to original β-trifluoromethylamines. We could efficiently perform a photocatalyzed α-β-difunctionalization of enecarbamates through a three-component reaction between enecarbamates, Togni reagent, and a nucleophile: alcohol, cyanide or azide. Another approach uses styrenes, which are commercially available compounds or easily accessible. The nitrogen atom was introduced by concomitant addition of a CF₃ group and an azido or amino function. The second project of my PhD was to extend this methodology to aromatic or heteroaromatic nucleophiles leading to the formation of 1,1 diarylalkane derivatives, which are present in many biologically active products. Changing the nucleophilic partner to halogen (chlorine, bromine or iodine) is also very effective. Finally, the photoredox-mediated process has been applied to the synthesis of 1,3-dihydroisobenzofurans, commonly named phthalans and their nitrogen analogs: 1,3-isoindolines.

Des composés de type 3-arylpyrroles appelés pyakols ont montré une activité antimitotique sur des cellules tumorales murines, avec en particulier un effet sur les microtubules. Ce type d’activité biologique présentant un intérêt important en cancérologie, le travail présenté dans ce manuscrit est consacré à l’étude de ces hétérocycles. La première partie a pour objectif de développer une stratégie de synthèse permettant d’accéder efficacement au composé chef de file (pyakol I), basée sur la cyclisation d’intermédiaires α-amino-ynols catalysée par des complexes d’or. L’évaluation de l’activité biologique du pyakol I sur le cycle cellulaire et le cytosquelette de diverses lignées tumorales humaines a été réalisée. Les premiers résultats ont révélé une action originale du pyakol I sur le cytosquelette, provoquant une désorganisation du réseau de microtubules et un défaut de positionnement du fuseau mitotique. La séquence réactionnelle a ensuite été validée en l’appliquant pour la réalisation de modulations autour du motif 3-arylpyrrole ainsi que pour l’obtention de molécules marquées. La deuxième partie concerne un travail de méthodologie basée sur la réaction de cyclisation à l’or pour la synthèse de nouveaux pyrroles trifluorométhylés polysubstitués. La stratégie utilisant le trifluoroacétaldéhyde comme substrat de départ permet d’accéder à divers 3-trifluorométhylpyrroles avec de bons rendements, dans des conditions douces. / A family of 3-arylpyrroles named pyakols have shown antimitotic properties on murine cell lines, displaying in particular an effect on microtubules. Given the interest of these properties in cancerology, this work is focused on these heterocycles. The objective of the first part was to develop a synthetic strategy based on the gold-catalysed cyclisation of α-amino-ynols intermediates in order to access the lead (Pyakol I). Then, the evaluation of the biological activity of this molecule on the cell cycle and on the cytoskeleton of various human tumoral cell lines was carried out. The first results revealed an original effect on the organization of the microtubules network and the positioning of the mitotic spindle. The developed strategy was then validated by modulating the 3-arylpyrrole moiety on diverse positions, and used for the synthesis of labelled derivatives. The second part of this manuscript focused on the development of a methodology to synthesize new polysubstituted 3-trifluoromethylpyrroles, based on the gold-catalyzed cyclisation reaction. Using trifluoroacetaldehyde as building-block, various trifluoromethylated pyrroles were obtained in mild conditions with good yields.

Les hétérocycles constituent une des classes les plus importantes de composés chimiques. Ces motifs structuraux sont les éléments clés d’une large gamme de produits naturels possédant des activités biologiques ou thérapeutiques. Toutes ces raisons expliquent le vif intérêt suscité par le développement de nouvelles méthodes de synthèse d'hétérocycles au sein de la communauté scientifique. Avec une volonté de réduire toujours plus l'empreinte environnementale de nos recherches, notre laboratoire vise à développer de nouvelles méthodologies de synthèse efficaces plus vertes et respectueuses de l'environnement. Ainsi, mes travaux de thèse ont fait appel à deux thématiques largement étudiées au sein de notre laboratoire que sont la catalyse photorédox et l'organocatalyse. Dans une première partie, l'utilisation de la catalyse photorédox comme outils pour la synthèse et la fonctionnalisation d'hétérocycles sera détaillée. Des motifs hétérocycliques originaux ont ainsi été préparés avec de bons rendements et dans des conditions réactionnelles très douces. La deuxième partie est quant à elle consacrée à la synthèse d'hétérocycles azotés énantioenrichis grâce à des réactions énantiosélectives organocatalysées d'aza-Diels-Alder à demande inverse d'électrons. En effet, la demande toujours plus accrue en composés optiquement actifs par l'industrie chimique et pharmaceutique explique le fort engouement pour le développement de méthodes de synthèse asymétriques. Ainsi, les procédés développés fournissent de nouvelles voies d'accès à des structures hétérocycliques chirales complexes avec d'excellents résultats en termes d'efficacité mais aussi de stéréosélectivité. / Heterocycles are one of the most important classes of chemical compounds. These structural scaffolds are the key elements of a wide range of natural products with biological or therapeutic activities. As a result, a great deal of research carried out in chemistry is devoted to development of new heterocycle synthesis methods. With a desire to further reduce the environmental footprint of our research, our laboratory aims to develop new methodologies for effective synthesis, more green and environmentally friendly. Thus, my thesis works lie on two themes widely studied in our laboratory that are photoredox catalysis and organocatalysis. In the first part, the use of photoredox catalysis as an efficient tool for the synthesis and functionalization of heterocycles is detailed. Original heterocyclic units have thus been prepared in good yields and under mild reaction conditions. The second part is devoted to the synthesis of enantioenriched nitrogen-containing heterocycles through organocatalyzed enantioselective inverse electron-demand aza-Diels-Alder reactions. Indeed, the increasing demand of optically pure compounds by the chemical and pharmaceutical industry explains the strong craze for the development of asymmetric synthesis methods. Thus, the developed processes provide new access routes to complex chiral heterocyclic structures with excellent results in terms of efficiency as well as stereoselectivity.

L’objectif de cette thèse de doctorat a été la mise au point de nouvelles méthodes de synthèse pour la fonctionnalisation directe de liaison C-H d’énamide via des réactions métallo-catalysées ou métallo-assistées dans des processus chimio-, régio- et éventuellement énantiosélectifs. Dans un premier temps, nous avons développé la trifluorométhylation d’énamide sélectivement en position C3 via une catalyse au Fe(II) impliquant l’utilisation de nouvelles sources de fluor (réactif de Togni II) et dont le mécanisme radicalaire a pu être mis en avant. Dans un second temps, deux nouvelles méthodes de synthèse impliquant l’utilisation de Fe(II) et Fe(III) ont pu être mises au point pour l’azidation sélective en position C2 ou C3 d’énamide via la difonctionnalisation de ces composés. La synthèse de β-azido alcools ou α-azido esters a ainsi pu être effectuée avec un contrôle diastéréosélectif pour les composés trans. Par la suite, l’étude de la réactivité des nitrènes sur des substrats énamides a permis de mettre au point et de valoriser les réactions d’oxyamidation et de C-H amination via l’insertion sélective de ces nitrènes respectivement sur la double liaison C=C ou bien en position C4 d’énamide. La compétition entre ces deux réactions a alors pu être associée à la nature des substituants présents sur les substrats de départ et plusieurs énamides γ-aminées ainsi que des β-amino éthers ont pu être synthétisés. / The aim of this Ph.D thesis was the development of new synthetic methods for the metal-catalysed direct CH functionalization of enamide with chemo-, regio- and possible enantioselectivity. First, we have developped a C3-selective trifluoromethylation of enamide with Fe (II) catalyst involving new sources of fluoride (Togni’s reagent II) with a radical mechanism. Secondly, two new synthetic methods with Fe(II) and Fe(III) were promoted for the selective azidation of enamides respectively at C2 and C3 position involving difunctionalization of the C=C double bond. β-azido alcohols and α-azido esters were then synthesized by controlling the diastereoselectivity for the trans isomer. Finally, studies on the reactivity of nitrenes on enamides allowed us to develop oxyamidation reaction and CH amination with a selective insertion of nitrenes respectively on the double bond C=C or at C4 position. The outcome of the reaction is highly substrate-dependent and several γ-amino enamides and β-amino ethers have been synthesized.

En raison de leur capacité à intervenir dans les processus rédox, les ligands non-innocents ont depuis longtemps suscité un intérêt chez les spectroscopistes, mais leur potentiel en catalyse n'a été que récemment considéré. Le comportement non-innocent des ligands iminosemiquinonate et de leurs dérivés est bien établi et maîtrisé, et, associés à différents métaux, ces ligands ont démontré leur efficacité dans diverses applications synthétiques, telles que les oxydations et les réactions de couplage. Ce travail de thèse a pour objectif de développer des réactivités induites par des complexes de cuivre et nickel coordinés par des ligands de type iminosemiquinonate. Tout d'abord, la capacité de ces complexes à générer des radicaux CF3 par réduction d'une source électrophile de trifluorométhylation a été démontrée, et les espèces organométalliques résultant de l'oxydation monoélectronique centrée sur le ligand ont été identifiées par spectroscopie UV-visible. Un système catalytique a également été mis au point pour la trifluorométhylation radicalaire d'éthers d'énol silylés, d'hétéroarènes et l'hydrotrifluorométhylation d'alcynes. Les propriétés rédox des ligands iminosemiquinonates ont permis l'accès au premier complexe CuII–CF3 coordiné par des ligands oxydés iminobenzoquinones. L'étude de sa réactivité a mis en évidence le rôle essentiel des ligands oxydés, qui stabilisent le degré d'oxydation +II du cuivre, sans empêcher un comportement de CuIII haute valence. Ces observations ont été attestées par un ensemble de données spectroscopiques et théoriques. Enfin, l'étude de l'influence des ligands iminosemiquinonate sur la structure et la réactivité d'espèces cuivre–nitrène, impliquées dans les réactions de transfert de nitrène catalytique, est au centre d'un projet en cours. / Because of their ability to get involved in redox events, non-innocents ligands have long sparked the interest of spectroscopists, and their potential in catalysis has only later been considered. Iminosemiquinonate radical ligands and their derivatives are well-established non-innocent ligands and have been previously used with several metals, showing their efficiency in specific synthetic applications, such as oxidations and cross-couplings. This thesis work deals with the development of reactivities using iminosemiquinonate copper and nickel complexes. First, the ability of these complexes to induce the controlled generation of CF3 radicals by reduction of a CF3+ source was demonstrated, and key organometallic species resulting from a ligand-centered single electron transfer were identified using UV-vis spectroscopy. Catalytic conditions were developed and applied to the trifluoromethylation of silyl enol ethers, heteroarenes and hydrotrifluoromethylation of alkynes. Then, the synthesis of the first well-defined CuII–CF3 complex bearing fully oxidized iminobenzoquinone ligands was achieved. The study of its reactivity revealed the prominent role of the redox ligands, which stabilize a (+II) oxidation state without preventing its ability to behave as a high-valent CuIII complex. These observations were substantiated by a combination of advanced EPR spectroscopy techniques with DFT calculations. Finally, the influence of iminosemiquinonate ligands on the structure and the reactivity of copper–nitrene species, in catalytic nitrene transfer reactions, is the focus of a last project, which is still in progress.