Le radiomarquage de molécules d’intérêt avec des isotopes radioactifs est d'un grand intérêt pour la communauté scientifique, car il influe fortement sur le processus de découverte dans les sciences de la vie et en médecine nucléaire. Les molécules radiomarquées ont été largement utilisées pour évaluer les réactions biochimiques, pour mesurer la distribution in vivo d'une substance ou pour réaliser des tests RIA (RadioImmunoAssay). En médecine nucléaire, des radiopharmaceutiques pour la thérapie par ra-dio-isotopes (RIT) et des radiotraceurs pour des expériences d'imagerie telles que la TEP (tomographie par émission de positons), la tomographie par émission monophotonique (TEMP) ou la scintigraphie ont été décrites. Plusieurs isotopes de l'iode peuvent être utilisés à la fois pour le diagnostic et le traite-ment : 123I pour l'imagerie TEMP, 124I pour la TEP, 125I pour l'analyse biologique et 131I pour la radio-thérapie et la scintigraphie.Les méthodes classiques de radio-iodation reposent sur l'utilisation d'un précurseur pré-fonctionna-lisé, qui doit être synthétisé, isolé et purifié avant d'être introduit à l'étape de radio-iodation. La méthode par radioiododéstannylation est la méthode la plus populaire, bien que les précurseurs stannylés soient connus pour leur synthèse difficile et leur toxicité. Le développement de nouvelles méthodes de radio-iodation représente donc un grand intérêt dans le domaine de la radiochimie.Sur la base de travaux antérieurs, notre groupe a mis au point une méthode de radio-iodation de N-acylsulfonamides au moyen d’une radio-iodation C-H médiée par le palladium à température ambiante. Cette stratégie originale permet le radiomarquage de molécules d’intérêt dans des conditions très douces sans utiliser de précurseurs chimiques.Sur la base de la littérature, notre groupe développe actuellement une nouvelle méthode de radio-iodation de dérivés d’arylsilanes par radioiododésilylation dans des conditions douces. Cette méthodo-logie générale permet pour le moment le radiomarquage de dérivés d'arylsilanes activés en conditions douces. / Labeling of (bio)molecules with radioactive isotopes is of high interest to for the scientific commu-nity, as it strongly impacts the discovery process in life science and nuclear medicine. Radiolabeled molecules have been extensively used to assess biochemical reactions, to measure in vivo distribution of a substance or to preform RIA (RadioImmunoAssay). In nuclear medicine, radio-therapeutics for RIT (RadioIsotope Therapy) and radio-tracers for molecular imaging experiments such as PET (Positron Emission Tomography), SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) or scintigraphy have been described. Several useful isotopes of iodine can be used for both diagnosis and therapy: 123I for SPECT imaging, 124I for PET imaging, 125I for biological assays and 131I for radio-therapy and scintig-raphy.Classical methods of radioiodination methods use a prefunctionalized precursor, which must be syn-thesized, isolated and purified before being introduced to the radio-iodination step. The radioiodode-stannylation method is the most popular method, although stannylated precursors are known for their difficult synthesis and their toxicity. The development of new methods of radioiodination is therefore of great interest in the field of radiochemistry.Based on a previous work, our group has developed a method to radio-iodinate N-acylsulfonamides through a room temperature palladium mediated C-H radio-iodination. This original strategy allows radiolabeling of biomolecules in very mild conditions without the use of chemical precursors.Based on literature, our group is now developping a new method to radio-iodinate arylsilyl derivates through radioiododesilylation in mild conditions. This general methodology allows for the moment the radiolabeling of activated arylsilyl derivates in mild conditions.

La synthèse de produits complexes se doit de prendre en compte de nouvelles méthodes desynthèse plus efficaces, dont la fonctionnalisation de liaisons carbone-hydrogène. Dans cecontexte, la catalyse homogène par les métaux de transition s'est avérée performante, tout encontrôlant la régio- et la chimiosélectivité de la réaction. Les travaux de thèse présentés dansce manuscrit témoignent de l'efficacité de cette stratégie pour la construction rapide decomplexité moléculaire.Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'utilisation de précurseurs chlorés, cequi a permis d'étendre significativement le champ d'application de l'arylation C(sp3)-Hintramoléculaire pallado-catalysée. Ces travaux ont conduit à la synthèse de nombreuxhétérocycles, difficilement accessibles par d'autres voies de synthèse plus traditionnelles.Dans un deuxième temps, le développement d'une méthodologie de double arylation C-Hnous a permis de synthétiser des molécules polycycliques aux squelettes originaux. Une seuleet même espèce catalytique permet dans ce cas de réaliser les deux opérations d'activation CHavec succès.Par la suite, nous avons montré qu'il était possible de synthétiser des composés énantioenrichispar arylation C(sp3)-H intramoléculaire asymétrique. Pour cela, les ligands chiraux detype phosphépine se sont avérés particulièrement performants, et induisent desénantiosélectivités prometteuses.Enfin, notre attention s'est portée vers la synthèse de polycycles par arylation C(sp3)-Hintramoléculaire deshydrogénante. Les résultats encourageants obtenus apparaissent commeune preuve de concept dans ce domaine, où très peu de travaux de recherche ont été rapportés.

Ce travail de thèse s’est intéressé au développement de complexes de métaux non-nobles portant des ligands non-innocents et leurs applications en catalyse comme alternatives efficaces aux complexes de métaux nobles dans un contexte de fortes préoccupations économiques et environnementales. Ainsi, nous avons synthétisé et caractérisé des complexes de fer et de nickel portant des ligands non-innocents, à l’aide de différentes techniques spectroscopiques. Ces ligands pourraient moduler la réactivité du métal et étendre ainsi le champ d’applications de ces métaux de transition. Dans le but de développer de nouvelles méthodes de synthèse en catalyse au fer, des complexes de ce dernier avec des ligands bis(imino)pyridines ont été évalués pour une réaction tandem d’activation/arylation d’arènes non activés. Des études mécanistiques préliminaires, basées sur des données spectroscopiques (RMN, IR in situ, RPE) et théoriques (DFT), ont permis de suggérer un mécanisme différent de ceux connus pour le fer dans la littérature et n’est pas compatible avec un mécanisme de substitution aromatique radicalaire (HAS). Nous nous sommes également intéressés à un autre domaine majeur en catalyse : les réactions de couplage croisés catalysées par des complexes de nickel portant des ligands redox non-innocents. Les défis actuels de la catalyse au nickel sont la réalisation de couplage croisés d’halogénures d’alkyle non activés et les mécanismes impliqués diffèrent généralement de ceux mis en jeu dans les réactions de couplage croisé pallado-catalysées. Les réactions de couplage croisé catalysées par des complexes de nickel portant des ligands redox non-innocents ont été étudiées afin de découvrir de nouvelles réactivités et d’avoir une meilleure compréhension des cycles catalytiques mis en jeu. / This PhD work has focused on the development of complexes of non-noble metals bearing non-innocent ligands and their catalytic applications as efficient alternatives to noble metal complexes, in the light of increasing concerns regarding cost and sustainability-related issues of noble metals. Towards this goal, we have developed and characterized complexes of non-noble metals (Fe, Ni) with non-innocent ligands using multiple spectroscopic techniques. This work was aimed at broadening the field of useful catalytic applications of these particular complexes. For our dedicated program in iron catalysis, a new method for tandem C–H activation/arylation of unactivated arenes catalyzed by iron complexes bearing redox-active bis(imino)pyridine ligands was developed. Preliminary mechanistic insights were gained based on combined spectroscopic data (NMR, in situ IR, EPR), reactivity studies as well as DFT calculations. The results obtained are clearly in favor of a mechanism distinct to that previously reported for iron-based catalytic systems and are not compatible with homolytic aromatic substitution (HAS). We have also focused on another challenging field in catalysis: cross-coupling reactions catalyzed by nickel as base metal, bearing redox non-innocent ligands. Several challenges in cross-coupling reactions remain among which coupling of non-activated alkyl halides. Mechanisms involving nickel catalysts often differ from those involved in palladium catalyzed cross-coupling reactions. The behavior of nickel complexes bearing redox non-innocent ligands was studied in order to unveil new reactivites and gain a better understanding of the catalytic cycles at stake.

La synthèse de produits complexes se doit de prendre en compte de nouvelles méthodes desynthèse plus efficaces, dont la fonctionnalisation de liaisons carbone-hydrogène. Dans cecontexte, la catalyse homogène par les métaux de transition s’est avérée performante, tout encontrôlant la régio- et la chimiosélectivité de la réaction. Les travaux de thèse présentés dansce manuscrit témoignent de l’efficacité de cette stratégie pour la construction rapide decomplexité moléculaire.Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’utilisation de précurseurs chlorés, cequi a permis d’étendre significativement le champ d’application de l’arylation C(sp3)-Hintramoléculaire pallado-catalysée. Ces travaux ont conduit à la synthèse de nombreuxhétérocycles, difficilement accessibles par d’autres voies de synthèse plus traditionnelles.Dans un deuxième temps, le développement d’une méthodologie de double arylation C-Hnous a permis de synthétiser des molécules polycycliques aux squelettes originaux. Une seuleet même espèce catalytique permet dans ce cas de réaliser les deux opérations d’activation CHavec succès.Par la suite, nous avons montré qu’il était possible de synthétiser des composés énantioenrichispar arylation C(sp3)-H intramoléculaire asymétrique. Pour cela, les ligands chiraux detype phosphépine se sont avérés particulièrement performants, et induisent desénantiosélectivités prometteuses.Enfin, notre attention s’est portée vers la synthèse de polycycles par arylation C(sp3)-Hintramoléculaire deshydrogénante. Les résultats encourageants obtenus apparaissent commeune preuve de concept dans ce domaine, où très peu de travaux de recherche ont été rapportés. / The direct functionalization of C-H bonds constitutes a faster and more « atom-economical »synthetic approach. This concept is gradually modifying organic chemistry, because itprovides chemists of both academic and industrial worlds with new disconnection strategies,giving access to molecules of original structures and properties in a more efficient andecological manner.In this context, we first investigated the extension of the intramolecular palladium-catalyzedC(sp3)-H arylation, by using aryl chlorides as coupling partners. This methodology wasapplied to the synthesis of fused valuable five-membered carbocycles and heterocycles.A further part of this work focused on the synthesis of polycyclic molecules by double C-Harylations. Interestingly, a single batch of catalyst was able to perform both operations in onepot, which indicates that this concept can be used for the rapid construction of molecularcomplexity.Then, we focused our efforts on the enantioselective synthesis of indanes and heterocyclicanalogues by intramolecular C(sp3)-H arylation. The employment of a chiral binepine ligandplays a key role in this palladium-catalyzed process to achieve moderate to highstereoinduction.Finally, our work was devoted to the construction of fused thiophenes by intramolecular PdIIcatalyzeddeshydrogenative C(sp3)–H arylation.

La synthèse de composés organiques par des voies respectueuses de l'environnement et d'un coût modéré est aujourd'hui un défi majeur. Le recours à des complexes organométalliques qui permettent l'approche et la réaction de différents substrats est une solution attractive. Cette étude s'intéresse aux complexes formés à partir de métaux de groupe 10, stabilisés par des ligands de type diphosphine, et plus particulièrement à la formation d'espèces réduites très réactives. L'activation du phosphore blanc est ainsi présentée, puis cette démarche est étendue à la synthèse de nanoparticules de phosphures métalliques, obtenues à partir de nanoparticules métalliques. Enfin, un complexe bien défini de nickel au degré d'oxydation (0) permet d'activer le dioxyde de carbone, des liaisons C H, ou encore de catalyser des réactions de couplages croisés de type Negishi, résultats tout à fait remarquables.

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L'activation de la liaison Csp3-H peu réactive et sa fonctionnalisation en liaison carbone-hétéroatome constituent un défi pour les chimistes de synthèse. Un exemple d'intérêt industriel est la réaction d'oxydation du cyclohexane, dont les produits finaux (cétone et alcool) sont des intermédiaire clés pour la production de polyamides tels que les Nylon-6 et 6,6. Parmi les possibilités d'activation, la catalyse représente une méthode de choix. Dans le cadre de cette thèse des suspensions aqueuses à base de nanoparticules ont été évaluées en termes de stabilité et de performances catalytiques. Dans un premier temps, des colloïdes de ruthénium ont été synthétisés à partir de RuCl3,3H2O et caractérisés par des analyses physico-chimiques (MET, SPX, SAXS, UV-visible, etc.). Des espèces actives de Ru+3 dont la structure est de type Ru(OH)3-xClx ont été obtenues. Après optimisation des conditions de réaction, des conversions élevées, associées à des sélectivités pertinentes vis-à-vis de la cétone (jusqu'à 98%), ont été obtenues. Des études cinétiques et mécanistiques ont montré que la voie radicalaire est prépondérante. De plus, ces colloïdes de Ru aisément recyclables ont également été testés avec succès en oxydation d'autres hydrocarbures saturés et insaturés. Dans un second temps, un catalyseur à base de dioxyde de manganèse, métal moins coûteux et abondant, a été synthétisé par un procédé redox original, à partir de KMnO4 et en présence d'un ammonium quaternaire à tête polaire hydroxylée (HEA16Cl), qui joue simultanément le rôle de réducteur et d'agent stabilisant. Ce système s'est révélé être une alternative pertinente aux procédés à base de métaux nobles. Les nanobâtonnets de MnO2 se sont ainsi montrés actifs en oxydation du cyclooctane avec une sélectivité totale en cétone. / The activation of the Csp3-H bond and its transformation into a carbon-heteroatom bond remains a great challenge for the organic chemistry. An example of industrial application is the oxidation reaction of cyclohexane, leading to the production of the corresponding ketone and alcohol, key intermediates of Nylon-6 and Nylon-6,6 polyamides. Among the strategies to activate this unreactive bond, catalysis affords a relevant and sustainable tool. In this work, aqueous suspensions of metal nanoparticles were evaluated in terms of their stability and catalytic performances. Firstly, ruthenium colloids were synthesized from RuCl3.3H2O and fully characterized by various physico-chemical analyses (TEM, XPS, SAXS, UV-visible, etc.). Ru+3 active species were obtained, with a Ru(OH)3-xClx structure. After optimization of the reaction conditions, high conversions, combined with pertinent selectivities towards the ketone (up to 98%), were achieved. The presence of radical species was proved through kinetic and mechanistic studies. Furthermore, these easily recyclable Ru colloids were also evaluated in the oxidation of several saturated and unsaturated hydrocarbons. Secondly, a catalyst based on manganese dioxide, a cheap and abundant metal, was synthesized by an original redox process, starting from KMnO4 and in the presence of a hydroxylated quaternary ammonium (HEA16Cl), which plays the role of a reducing and stabilizing agent. This system proved to be a relevant alternative to methodologies based on noble metals. The MnO2 nanorods showed a good activity in the cyclooctane oxidation with a 100% selectivity towards the ketone.

Dans ce travail de recherche, la synthèse de complexes de ruthénium cyclometallés a été effectuée à partir d'imines, 2-phénylpyridine, 2-phényloxazoline, phénylpyrazole, et benzo[h]quinoline par réaction avec [RuCl2(p-cymène)]2 et KOAc via une activation de liaison sp2 C-H. Le système [RuCl2(p-cymène)]2/KOAc/PPh3 est un catalyseur efficace pour réaliser la diarylation d'imines et de 2-phénylpyridine dans l'eau, solvant qui donne de meilleures activités que les solvants organiques. Des amines encombrées ont été préparées par une séquence catalytique activation C-H/arylation/ hydrosilylation d'imines catalysée par [RuCl2(p-cymène)]2. La monoarylation sélective de 2-pyridyl arylcétones, via la formation d'un intermédiaire ruthénacycle à 6 chainons plus difficile à former, est catalysée par l'espèce Ru(O2CC6H4CF3)2(p-cymène) formée in situ. L'alcénylation déhydrogénative oxydante directe d'aryloxazoline par du styrène et des acrylates est catalysée par le système [RuCl2(p-cymène)]2/BNPAH (1,1′-binaphthyl-2,2′- diylhydrogénophosphate) en présence de Cu(OAc)2.H2O utilisé comme oxydant sous air. La réaction tandem oxydation des 2-pyridylméthanols / mono- ou di-α-alkylation sélective de liaisons sp3 C-H de 2-pyridylcétones avec des alcènes fonctionnalisés a été catalysée par le complexe de [RuCl2(p-cymène)]2 en présence de Cu(OAc)2.H2O dans le DCE ou le toluène. Dans la deuxième partie de ce travail, le complexe [RuCl2(p-cymène)]2 a été utilisé efficacement en hydrosilylation catalytique d'imines et d'amides primaires. Nombreuses aldimines et cétimines ont été réduites chémosélectivement en amines correspondantes en utilisant le PMHS comme silane « vert » dans l'éthanol à température ambiante. De plus les amides primaires ont été sélectivement transformés en amines secondaires dans une réaction sans solvant. / In this research doctoral thesis, we have shown that imines, 2-phenylpyridine, 2-phenyloxazoline, phenylpyrazole, benzo[h]quinoline led to cyclometallated ruthenium(II) complexes from [RuCl2(p-cymene)]2 and KOAc via sp2 C-H bond activation. [RuCl2(p-cymene)]2 /KOAc/PPh3 is an efficient catalytic system for diarylation of imines and 2-phenyloxazolines in water, which gave higher activity than in organic solvents. Bulky amines were then synthesized through sequential catalytic C-H arylation and hydrosilylation of imines using [RuCl2(p-cymene)]2 catalyst. Challenging selective mono arylation of 2-pyridyl arylketones, leading to six-membered ruthenacycle intermediate, difficult to perform, was achieved with in situ generated Ru(O2CC6H4CF3)2(p-cymene) catalyst. The direct dehydrogenative oxidative alkenylation of aryloxazolines with styrenes and acrylates was catalyzed by [RuCl2(p-cymene)]2/BNPAH (1,1′-binaphthyl-2,2′- diylhydrogenophosphate) catalytic system in the presence of Cu(OAc)2.H2O as an oxidant in air. Tandem catalytic oxidation of 2-pyridylmethanols and selective sp3 C-H (mono or di) α-alkylation of 2-pyridyl ketones with functional alkenes was performed by using [RuCl2(p-cymene)]2 complex in the presence of Cu(OAc)2.H2O in DCE or toluene. In the second part, it is shown that, [RuCl2(p-cymene)]2 is a very efficient catalyst for the hydrosilylation of imines and primary amides. A wide range of aldimines and ketimines were successfully reduced to corresponding amines in high chemoselectivity by using PMHS as greener silane in ethanol at RT. Moreover, challengingly, primary amides could be selectively converted by hydrosilylation to the secondary amines under solvent free conditions.

La maladie d’Alzheimer est une maladie neurodégénérative touchant près d’un million de personnes en France et dont les perspectives actuelles laissent suggérer une forte augmentation dans les années à venir. Si les mécanismes biochimiques responsables des symptômes sont connus, aucun traitement curatif n’est aujourd’hui disponible. Parmi les cibles incrimées, le récepteur sérotoninergique 5-HT4 a fait l’objet de nombreuses études et de nombreux ligands ont été synthétisés dans l’optique de trouver un traitement efficace. Cependant, en raison de sa complexité et de sa sensibilité, une étude approfondie du cerveau en conditions fonctionnelles s’avère délicate. C’est pourquoi, l’utilisation des techniques d’imagerie médicale constitue une méthode non invasive et prometteuse pour améliorer les recherches sur ce récepteur en conditions physiologiques et physiopathologiques. Dans la continuité des travaux réalisés au laboratoire depuis plus d’une vingtaine d’années, une nouvelle génération de ligands iodés, a lipophilie réduite, basés sur un système diazaphénanthridine, a été synthétisée. Différentes fonctions hydrophiles ont été introduites et 25 nouveaux composés ont été obtenus et évalués biologiquement. Les meilleurs candidats ont été envoyés en radiomarquage et les images ont montré la capacité de ces ligands à déplacer le radiotraceur de référence in vitro sur coupe de cerveau humain.En parallèle de cette étude, suite aux difficultés rencontrées pour préparer les précurseurs de radiomarquage, une nouvelle technique de radioiodation par activation C-H a été investiguée. Après une mise au point sur les N-tosylbenzamides comme groupement directeur, cette réaction a été exemplifiée sur une quinzaine de groupements directeurs et appliquée à des molécules biologiquement actives plus complexes. / Alzheimer’s disease is a neurodegenerative disorder affecting almost 50 millions people in the world. Even if the biological mechanisms implied on this pathology are known, no treatments stop or reverse its progression. Serotoninergic receptor 5-HT4R is one of the incriminated target and many ligands have been synthesized in order to develop an efficient treatment but a functionnal study of the brain is impossible. That’s why, development of efficient radiotracers is essential for the in vivo evaluation of new drugs targeting 5-HT4R and also for investigation of the receptor involvement in a variety of neurodegenerative and neuropsychiatric disorders. Starting from previsous studies made in the laboratory, a new generation of ligands, focused on diazaphenanthridine scaffold and with reduced lipophilicity, have been designed. Various hydrophilic functions have been introduced and 25 new ligands have been synthesized and biological assays have been realised. Five of this compounds have been radiolabeled and the in vitro imaging experiments on human slice brain showed the ability of the new « hit » compound to move the radioligand of reference and to label the 5-HT4R.Due to the difficulties encountered to the synthesis of tin precursors for the radiolabeling, a new strategy of radioiodation has been developed based on palladium mediated C-H activation. Using first N-tosylbenzamide as directing group for the proof of concept, the scope of this methodology have been enhanced to about fifteen directing groups. Finally, the C-H radioiodation have been applied to more complex biological molecules.

Les hétérocycles azotés sont d’une importance considérable dans le domaine pharmaceutique. En effet, ces composés se retrouvent dans de nombreuses structures bioactives brevetées dans les dernières années. Malgré l’utilité de ces motifs, leur synthèse nécessite souvent plusieurs étapes ou encore l’utilisation de matériaux de départ fonctionnalisés. Le présent mémoire décrit de nouvelles méthodologies pour accéder à ces structures de façon douce, chimiosélective et efficace par l’activation d’amides avec l’anhydride trifluorométhanesulfonique. Dans un premier temps, une méthode en deux étapes pour accéder aux 3-aminoindazoles à partir des amides aromatiques correspondants a été développée. La séquence comprend l’activation de l’amide, suivie de l’addition d’une hydrazine protégée pour former un intermédiaire de type amino hydrazone. Cet intermédiaire peut ensuite être cyclisé dans une réaction de type amination de liens C-H en présence d’un catalyseur de palladium pour former le 3-aminoindazole désiré. Plusieurs 3-aminoindazoles ont été ainsi obtenus dans des rendements modérés à bons. Ensuite, une nouvelle méthodologie pour la synthèse des 3-amino imidazo[1,2-a]pyridines a été étudiée. Des amides contenant un motif 2-aminopyridine ont été traités avec l’anhydride trifluorométhanesulfonique afin d’obtenir l’hétérocycle désiré dans d’excellents rendements. Les produits ainsi obtenus ont pu être davantage fonctionnalisés en utilisant des réactions d’arylation de liens C-H catalysées par des composés de ruthénium et de palladium. / Nitrogen-containing heterocycles are of considerable importance in the pharmaceutical area. These types of compounds are indeed found in numerous bioactive structures patented in the last few years. Although these motives are useful, their synthesis often necessitates multiple steps or the use of highly functionalized starting materials. The present thesis describes new methodologies to access these synthetically challenging structures in a mild, chemoselective and step-economic fashion by amide activation using trifluoromethanesulfonic anhydride. First, a two-step method to access 3-aminoindazoles from the corresponding aromatic amide has been developed. The sequence includes a one-pot trifluoromethanesulfonic anhydride-mediated amide activation to form the corresponding iminium trifluoromethanesulfonate, followed by the addition of a protected hydrazide to access the amino hydrazone intermediate. This intermediate can then undergo cyclization through a palladium-catalyzed C-H amination reaction to afford the desired 3-aminoindazole. Various 3-aminoindazoles could be obtained in moderate to good yields. Moreover, a new methodology for the synthesis of 3-amino imidazo[1,2-a]pyridines was developed. 2-Aminopyridine-containing amides were treated with trifluoromethanesulfonic anhydride to afford the desired heterocycles in good to excellent yields. The products thus obtained could then be further functionalized using ruthenium and palladium catalyzed C-H arylation reactions.