Nous avons développé de nouveaux accès pour la construction de molécules comportant les motifs Csp3-CF3 et Csp3-SCF3. Deux réactions de transfert d'hydrure sur des composés trifluorométhylés par catalyse avec des métaux de transition ont été réalisées : 1) l'isomérisation catalytique d'alcools allyliques trifluorométhylés par des complexes de fer (II); 2) le transfert d'hydrogéne énantiosélectif de céto-imines trifluorométhylées par des complexes chiraux de ruthénium en utilisant l'isopropanol comme source d'hydrure pour obtenir des amines trifluorométhylées optiquement actives avec de hauts rendements et de hautes énantiosélectivités. La trifluorométhylthiolation allylique nucléophile de dérivés de Morita-Baylis-Hillman a été étudiée. L'accès régio- et stéréosélectif aux produits SCF3 thermodynamiques a été réalisé par la combinaison de S8/CF3SiMe3/KF/DMF avec de bons rendements. Le produit cinétique a été obtenu en utilisant le réactif de Zard. / We have developed new accesses for the construction of molecules featuring Csp3-CF3 and Csp3-SCF3 motifs. Two atom-economical hydride transfer reactions of trifluoromethylated compounds by transition-metal catalysis were realized: 1) the isomerization of trifluoromethylated allylic alcohols by iron (II) complexes; 2) the enantioselective transfer hydrogenation of trifluoromethylated ketimines by a chiral complex of ruthenium and isopropanol as hydride source for the preparation of optically pure trifluoromethylated amines in high yields and high enantioselectivities. The nucleophilic allylic trifluoromethylthiolation of Morita-Baylis-Hillman derivatives was investigated. The regio- and stereoselective access to thermodynamic trifluoromethylthiolated products has been achieved by combination of S8/KFfMe3SiCF3/DMF in good yields. The kinetic trifluoromethylthiolated products were obtained by using Zard's trifluoromethylthiolating reagent.

Le motif SCF3 a suscité l'engouement de la communauté scientifique du fait de ses propriétés remarquables, dont sa capacité à augmenter la lipophilie des molécules le portant. Dans ce contexte, le développement de méthodes innovantes permettant son introduction directe sur divers substrats nous est apparu pertinent. Cette thèse traite premièrement de la proposition d'un réactif de trifluorométhylthiolation électrophile inédit, CF3SO2Cl. Il a aussi été démontré que par modulation des conditions opératoires, CF3SO2Cl pouvait jouer le rôle de source de SOCF3 électrophile. Deuxièmement, deux voies novatrices de synthèse novatrices permettant l'accès à des molécules SCF3 d'intérêt ont été élaborées: la trifluorométhylthiolation nucléophile de sulfamidates cycliques, pour l'obtention d'amines et d'acides aminés ω-SCF3 chiraux, et la trifluorométhylthiolation diastéréosélective électrophile d'oxazolidinones, pour la préparation d'alcools β-SCF3 énantiopurs ou d'acides α-SCF3 énantioenrichis. / The SCF3 moiety has recently raised the interest of the scientific community thanks to its remarkable properties, among which its ability to increase the lipophilicity of the molecules featuring it. In this context, developing innovative methodologies allowing its direct introduction onto various substrates appeared particularly relevant to us. Consequently, this PhD thesis first deals with the proposition of a new electrophilic trifluoromethylthiolation reagent, CF3SO2Cl. It was also proved that, by tuning the reaction conditions, CF3SO2Cl could also serve as a source of the SOCF3 motif. Secondly, two synthetic pathways allowing the isolation of interesting SCF3 species were elaborated: the nucleophilic trifluoromethylthiolation of cyclic sulfamidates for the generation of chiral ω-SCF3 amines and amino acids, and the diastereoselective electrophilic trifluoromethylthiolation of oxazolidinones for the preparation of enantiopure β-SCF3 alcohols and enantioenriched α-SCF3 acids.

Partie 1 : De plus en plus de molécules fluorées sont utilisées dans bon nombre de domaines variés, allant des matériaux aux sciences de la vie. Ces dernières années, un intérêt croissant a émergé avec l'association du groupement CF3 avec un hétéroatome, comme OCF3 ou SCF3. Le groupement SCF3 est très intéressant à cause de son paramètre d'hydrophobie (π=1.44). Par conséquent, les composés portant ce groupement sont des cibles importantes pour de nombreuses applications, en particulier en chimie médicinale. Cependant, la majorité des précédentes méthodes décrites dans la littérature utilisent des réactifs toxiques dans des conditions drastiques. Les trifluorométhanesulfénamides (1ère et 2nde génération) ont démontré leur potentiel dans la trifluorométhylthiolation électrophile. En raison de leur réactivité intéressante, ces deux générations de réactifs stables sont maintenant dans la boîte à outils de la chimie organique pour la trifluorométhylthiolation de molécules. Partie 2 : Des aggrégats d'α-synucléine sont une caractéristique neuropathologique de nombreuses maladies neurodégénératives, notamment la maladie de Parkinson (MP) et la démence à corps de Lewy (DLB), collectivement appelés synucléinopathies. L'imagerie TEP pourrait révéler la quantité et la distribution des agrégats d'α-synucléine dans le cerveau et serait plus avantageuse à utiliser pour le diagnostic spécifique de synucléinopathies présymptomatiques à différents stades de lamaladie. Nous avons concentré nos efforts sur des dérivés de benzimidazole comme composés de petites tailles, plans et π-délocalisés pour concevoir des traceurs radioactifs des agrégats de la synucléine. Ainsi des structures assemblant des benzimidazoles, un espaceur rigide (alcyne et triazole) et enfin une autre partie aromatique ont été envisagées. Le radiomarquage pourra être effectué par une substitution nucléophile avec K18F au cours de la dernière étape. Avec cette stratégie convergente, nous pourrions avoir accès à une grande série de molécules à évaluer / Part 1 : More and more applications for fluorinated molecules are being found in various fields, from materials to life sciences. In recent years, a growing interest has emerged in the association of the trifluoromethyl group with heteroatoms such as CF3O or CF3S. The CF3S moiety is of particular interest, because of its high hydrophobicity parameter (π=1.44). Consequently compounds bearing this group are important targets for various applications, in particular in medicinal chemistry and agrochemistry. However, the majority of previous methods described in the literature use toxic reagents under harsh conditions. Trifluoromethanesulfenamides (1st and 2nd generation) have demonstrated their potential in the electrophilic trifluoromethylthiolations. Because of their interesting reactivity, these two generations of shelf-stable reagents are now in the toolbox of organic chemists for the trifluoromethylthiolation of molecules, providing a convenient method to pursue less toxic pathways. Part 2 : α-synuclein aggregation is a neuropathological hallmark of many neurodegenerative diseases including Parkinson’s disease (PD) and dementia with Lewy bodies (DLB), collectively termed synucleinopathies. PET imaging can reflect the amount and distribution of alpha-synuclein aggregates in the brain and would be advantageous to use for specific diagnosis of synucleinopathies in presymptomatic stages of disease. We focused our interest onto benzimidazole derivatives as small, planar and -delocalized compounds to design radiotracers of synuclein aggregates. Compounds based on the association of benzimidazole moiety, rigid linker (alkyne and triazole) and another aromatic part have been designed. The radiolabeling could be performed by nucleophilic substitution with K18F during the last step. With this convergent strategy, we could have acces to a large series of molecules to be evaluated

Les molécules organiques fluorées sont de plus en plus représentées dans une grande diversité de domaines (e.g. industrie pharmaceutique et agroalimentaire, matériaux, etc.) malgré leur faible occurrence dans la nature. Ceci est dû aux propriétés uniques de l’atome de fluor : lipophilie, stabilité métabolique, conformation, etc. L’association d’un groupement fluoré avec un hétéroatome permet d’obtenir de nouvelles propriétés. C’est pourquoi au début des années 2010, certains groupes de recherche se sont focalisés sur la chimie du SCF3 et son introduction sur des molécules organiques. En effet, ce motif présente un des caractères lipophiles les plus élevés (paramètre de Hansch Leo : p = 1,44). A la fin des années 2000, le groupe de Thierry Billard a développé une série de réactifs, les trifluorométhanesulfénamides, permettant de trifluorométhylthioler de manière directe et électrophile une large gamme de nucléophiles. Récemment, nous avons démontré que la « seconde génération » des trifluorométhanesulfénamides pouvait réagir de manière nucléophile par inversion de polarité en présence d’iodures. Ce réactif stable en condition aérobie présente donc deux réactivités différentes suivant les conditions de la réaction.Contrairement à son analogue soufré, très peu de méthodologies ont été développées afin d’introduire le motif SeRf sur des molécules bien que le sélénium constitue un nutriment essentiel chez l’être humain. L’année dernière, nous avons rapporté la synthèse d’une série de pré réactifs permettant la fluoroalkylsélénolation directe et électrophile de divers nucléophiles. La diversité des groupements fluoroalkylséléniés permet donc d’obtenir une modulation des propriétés physico chimiques. Enfin, le paramètre de Hansch Leo de SeCF3 a été mesuré pour la première fois (p = 1,29 ± 0,14) et montre que ce motif est l’un des plus lipophiles derrière son analogue soufré. Bien que des avancées majeures aient été réalisées récemment, la marge de progression autour de cette chimie est encore grande. C’est pourquoi il faut continuer les efforts dans le développement de nouveaux réactifs et de nouvelles méthodologies / Organofluorine compounds are widely known for their various applications (e.g. pharmaceutical and agrochemical industry, materials) whereas only a dozen have been identified in nature. This difference is due to the unique properties of the fluorine atom: lipophilicity, metabolic stability, conformation, etc. The combination of heteroatoms with a fluorinated moiety is able to modulate theses properties. Therefore, since early 2010s, many efforts have been devoted to introduce the SCF3 moiety onto molecules. This substituent shows high lipophilicity (Hansch Leo parameter: p = 1,44). By the end of 2000s, the Billard’s group developed reagents, named trifluoromethanesulfenamides, able to perform trifluoromethylthiolation on a large range of nucleophiles in a direct and electrophilic fashion. Recently, the « second generation » of trifluoromethanesulfenamides has demonstrated another reactivity. Indeed, in the presence of iodide anion, the polarity of the sulfur atom is inverted allowing reactions with electrophiles. Therefore, this stable reagent is able to react with both electrophiles and nucleophiles.Selenium constitutes an essential nutriment to humans. However, only a few methodologies have been developed to introduce SeRf moieties onto molecules. Lately, our group has reported the synthesis of diverse pre reagents able to perform the fluoroalkylselenolation of various nucleophiles in a direct and electrophilic fashion. The range of fluoroalkylselenolated moieties offers modulation of molecules’ physicochemical properties. Finally and for the first time, the Hansch Leo parameter of SeCF3 moiety has been measured (p = 1,29 ± 0,14), establishing this substituent as one of the most lipophilic ones. Many recent advances have been made and published on the topic but there is clearly room for improvement. Therefore, further efforts need to be dedicated for the development of new methodologies and reagents

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Le domaine de recherche de la chimie du fluor a connu un essor considérable. En particulier, le motif SCF3 et plus récemment les groupements SCF2R (R = H, SO2Ph, SAr, COAr, Rf) ont fait l'objet d'une attention particulière de la part de la communauté scientifique du fait de leurs propriétés remarquables. Dans ce contexte, le développement de nouvelles méthodologies et de réactifs originaux pour l'introduction de ces groupements fluorés a suscité un fort intérêt. En conséquence, les objectifs de cette thèse ont été 1) de développer de nouvelles méthodologies pour la fonctionnalisation de liaisons C(sp3)-H par l'introduction directe d'un motif SCF3 catalysée par des métaux de transition, et son extension à d'autres groupements fonctionnels ainsi que 2) de concevoir et étudier de nouveaux réactifs fluorés électrophiles. La première partie de cette thèse a été dédiée au développement d'une réaction de trifluorométhylthiolation d'amides aliphatiques catalysée au palladium, une transformation inédite (Chapitre 2). Puis, la chloration d'amides aliphatiques catalysée au palladium, dans des conditions douces, a été étudiée (Chapitre 3). Enfin, une nouvelle voie de synthèse pour accéder aux sulfénamides trifluorométhylés a été développée (Chapitre 4). Cette approche a été étendue à la préparation d'un nouveau réactif électrophile pour l'introduction du groupement SCN. De plus, un réactif électrophile original, source du motif SCF2PO(OEt)2, a été synthétisé et appliqué à la construction de liaisons C-SCF2PO(OEt)2, N-SCF2PO(OEt)2 et S-SCF2PO(OEt)2 ainsi qu'à la synthèse d'un composé d'intérêt biologique (Chapitre 4). / The organofluorine chemistry field has witnessed a very fast expansion. In particular, the SCF3 moiety and more recently the SCF2R groups (R = H, SO2Ph, SAr, COAr, Rf) have attracted a special interest from the scientific community because of their remarkable properties. In this context, the development of new methodologies and original reagents for the introduction of such fluorinated groups is particularly appealing. Therefore, the goals of this thesis were 1) to develop a new methodology for the direct introduction of the SCF3 group by transition metal-catalyzed C(sp3)-H bond functionalization and its extension to other functional groups as well as 2) to design and study new electrophilic fluorinated reagents.The first part of this Ph.D. thesis was dedicated to the development of an unprecedented Pd-catalyzed trifluoromethylthiolation of aliphatic amides by C-H bond functionalization (Chapter 2). Then, the Pd-catalyzed chlorination of aliphatic amides by C-H bond functionalization under mild conditions was investigated (Chapter 3). Finally, a newly designed strategy for the synthesis of trifluoromethanesulfenamides was elaborated (Chapter 4). This approach was extended to the preparation of a new electrophilic reagent for the thiocyanation reaction. In addition, an original electrophilic SCF2PO(OEt)2 reagent was designed and applied to the construction of C-SCF2PO(OEt)2, N-SCF2PO(OEt)2 and S-SCF2PO(OEt)2 bonds as well as to the synthesis of a biorelevant compound (Chapter 4).