This thesis is focused on the development of new palladium and copper- mediated reactions for functionalization of alkenes and propargylic alcohol derivatives. The synthetic utility of the 1,2-diborylated butadienes synthesized in one of these processes has also been demonstrated. We have developed an efficient procedure for the synthesis of allenyl boronates from propargylic carbonates and acetates. This was achieved by using a bimetallic system of palladium and copper or silver as co-catalyst. The reactions were performed under mild conditions for the synthesis of a variety of allenyl boronates. Furthermore, the synthesis of 1,2-diborylated butadienes was achieved with high diastereoselectivity from propargylic epoxides. The reactivity of the 1,2-diborylated butadienes with aldehydes was studied. It was found that the initial allylboration reaction proceeds via an allenylboronate intermediate. The allenylboronate reacts readily with an additional aldehyde to construct 2-ethynylbutane-1,4-diols with moderate to high diastereoselectivity. We have also studied the copper-mediated trifluoromethylation of propargylic halides and trifluoroacetates. It was also shown that a transfer of chirality occurred when an enantioenriched starting material was used. In the last part of the thesis, we have described a method for palladium-catalyzed functionalization of allylic C-H bonds for the selective synthesis of allylic silanes. The protocol only works under highly oxidative conditions which suggest a mechanism involving high oxidation state palladium intermediates. / <p>At the time of the doctoral defense, the following paper was unpublished and had a status as follows: Paper 1: Accepted.</p>

Bimetallic Catalysis is an emerging field of study that uses two metals to cooperatively perform organic transformations. These metals can serve to activate or bind substrates in order to increase the rate and selectivity of reactions. This work first describes the synthesis and utilization of six new chiral, titanium-containing phosphinoamide ligands. These Lewis acidic ligands withdraw electron density from an active palladium center to induce chirality and increase the rate of allylic amination of hindered, secondary N-alkyl amines. X-ray quality crystals were grown for each ligand and completed the allylic amination of hindered secondary amines in minutes whereas other non-titanium-containing ligands produced trace product. Although enantioselectivity was low initially, through a dynamic kinetic resolution enantioselectivity was increased over time, reaching 53% enantioselectivity. The second type of bimetallic catalysis discussed is dinuclear Pd(II) and Pd(I) catalysis. These dimers were built on a 2-phosphinoamide ligand scaffold and present interesting molecular structure and unique reactivity. These dimers were found to perform tandem arylketone coupling to produce disubstituted naphthalene products under oxidative conditions. It is proposed that the Pd(II) dimer undergoes oxidative addition to produce a Pd(III) dimer which subsequently produces an aryl-ketone intermediate. This process is made possible by the cooperativity of the two palladium centers which enable the formation of a Pd(III) dimer, circumventing the need for the high energy Pd(IV) oxidation state. Oxidative conditions then allows coupling and cyclization of a second ketone to form the naphthalene product.

Cette thèse est divisée en quatre parties. Une nouvelle méthodologie de substitution nucléophile directe d’alcools allyliques primaires (MBH) catalysée par le système bicatalytique Fe(III)/BF3 suivie d’une application à la synthèse des structures de type pyrrolidines à partir d’adduits de MBH a tout d’abord été développée. La seconde concerne l’étude de la stabilité ou de l’instabilité des réactifs allénylcuivres. Cette étude a permis de déduire une instabilité configurationnelle totale des allénylcuivres à une température réactionnelle aussi basse que -90°C ainsi que le rôle crucial du contre ion Li+ dans ce processus. Dans la troisième partie, un processus de dédoublement cinétique dynamique d’allényles cuivres préparés in-situ sur les aldéhydes et imines a permis la construction des dérivés aminoalcools homopropargyliques de façon très directe, efficace, diastéréoséléctive, énantiosélective et diversifiée. Dans la dernière partie, ces précurseurs aminoalcools homopropargyliques énantioenrichis synthétisés ont conduit aux dérivés cyclohexènes C-7 cyclitols par une métathèse cyclisante ényne catalysée par le catalyseur au ruthénium. Enfin, des perspectives de travail et une conclusion générale sont proposées. / This thesis is divided into four parts. A new methodology of direct nucleophilic substitution of primary alcohols of MBH adduct catalyzed by Fe (III) / BF3 bicatalytic system followed by an application to the synthesis of pyrrolidine derivatives from MBH adducts was first developed. The second part deals with the study of the configurational stability or instability of allenylcuprate reagents. This study allowed to elucidate a total configurational instability of the allenylcuprate species to temperatures as low as -90 °C. The crucial role of the Li+ counter-ion in this process was also demonstrated. In the third part, a dynamic kinetic resolution of allenyl copper species prepared in-situ upon addition to chiral aldehydes and imines allows the construction of homopropargylic aminoalcohol derivatives in a very direct, effective, diastereoselective, enantioselective and diversified process. In the last part, these homopropargylic enantioenriched aminoalcohols were converted to cyclohexene derivatives C-7 cyclitols by a ruthenium-catalyzed ring closing enyne metathesis (RCEYM).

Des nouveaux catalyseurs bimétalliques à base de palladium et de cuivre ont été développés. Deux voies de préparation ont été testées : l'imprégnation successive (TSI) et la co-imprégnation (CI) en utilisant la zéolithe 4Å (4A) et l'oxyde mixte MgAlxOy comme support. Les catalyseurs ont été caractérisés à l'état frais et testés dans la réaction de couplage Suzuki–Miyaura afin de comparer leurs activités, sélectivités et stabilités. L'étude de stabilité nous a montré que le catalyseur Cu-Pd-4A-TSI restait actif pendant six cycles alors que l'activité du catalyseur Cu-Pd-4A-CI diminuait. Sur le support MgAlxOy, le catalyseur CI était stable pendant six cycles contrairement au catalyseur TSI. Nous avons montré que le point clé pour l'obtention d'une bonne activité et stabilité est la présence de la phase active correspondant à l'alliage Cu/Pd 1/1 identifiée grâce à la caractérisation des catalyseurs et ce quelle que soit la méthode de préparation des catalyseurs. Une différence cruciale existe entre les catalyseurs supportés sur MgAlxOy et 4A : le catalyseur Cu–Pd supporté sur MgAlxOy permet de réduire le temps de réaction de moitié pour une même conversion par rapport à Cu-Pd-4A-TSI. De plus, l'utilisation d'un support plus basique permet, dans une certaine mesure, la diminution de la quantité de la base ajoutée durant la réaction. La réaction Petasis-borono Mannich a été aussi effectuée avec succès sur ces catalyseurs. / New bimetallic palladium/copper catalysts were developed by successive impregnation (TSI) and co-impregnation (CI) on 4Å molecular sieve (4A) and MgAlO mixed oxides supports. The fresh catalysts were characterised and tested in the Suzuki–Miyaura reaction to test their activity, selectivity and stability. It was observed that while the Cu-Pd-4A-TSI catalyst kept its activity during six cycles that of the Cu-Pd-4A-CI dropped. On MgAlO support the catalyst prepared with CI proved to be stable even for six runs contrary to TSI. The active phase of the reaction – namely the Cu–Pd alloy with atomic ratio 1:1 - was determined with the help of catalyst characterisation of the recovered catalysts. This observation confirms that whatever the way of preparation or the support is, the key-point is the presence of Pd-Cu 1:1 particles to enhance the catalytic performances. A crucial difference between the MgAlO and 4A supported catalyst was found in the reaction time necessary for the Suzuki–Miyaura reaction. With the Cu-Pd-MgAl-CI catalyst the reaction time could be reduced to thirty minutes contrary to one hour with Cu-Pd-4A-TSI. Moreover it was concluded that with a more basic support the reduction of the quantity of the base was possible however it brought slightly decreasing yield. The Petasis-borono Mannich reaction was also performed in the presence of each mono-and bimetallic catalysts.

Produire à grande échelle des nanotubes de carbone en maîtrisant les principaux paramètres de croissance et la morphologie de ces matériaux est un enjeu important en vue de leur exploitation industrielle dans de nombreux domaines tels que l’élaboration de composites ou le stockage de l’énergie. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail, basé sur la technique de dépôt chimique à partir d’une phase vapeur (CVD) mise en oeuvre dans un procédé faisant appel à un lit fluidisé de particules catalytiques (FB-CCVD). Dans un premier temps, nous avons étudié le catalyseur mis au point par la société Arkema, de sa préparation à son utilisation en catalyse pour la croissance de nanotubes de carbone multi-parois. Nous avons ainsi mis en évidence que la phase active était principalement localisée à la surface du support sous la forme d’une gangue discontinue d’hématite. Lors de la synthèse, nous avons constaté deux régimes cinétiques différents que nous avons confrontés aux évolutions physico-chimiques du matériau au cours du dépôt. Par la suite, nous avons préparé à partir du procédé Arkema différents catalyseurs bimétalliques afin d’augmenter le rendement de la synthèse de nanotubes de carbone et de diminuer leur diamètre. Un système à base de fer et de molybdène a montré une activité trois fois supérieure au catalyseur initial sous réserve de travailler à une température particulière. Enfin, dans une dernière partie, nous avons tenté de proposer une explication sur le rôle joué par le molybdène lors de la croissance des nanotubes de carbone. Nos observations nous ont mené à la préparation de catalyseurs coeur-écorce à base de fer et de molybdène présentant des activités supérieures à un système homogène. / The large scale production of carbon nanotubes associated with control of the main growth parameters and of the morphology is a challenging aim for future industrial exploitation of these nanostructured materials in numerous fields like composite production and energy storage. This work based on the fluidized bed catalytic chemical vapour deposition technique (FB-CCVD) lies in this industrial framework. At first, we have studied the catalyst produced by Arkema, from its synthesis to its use for carbon nanotubes growth. We have shown that the active phase is mainly located at the support surface in the form of a discontinuous film of hematite. During the synthesis, we have noticed two kinetic regimes that we analysed through caracterisation of the material at different times of the reaction. Then, we have prepared bimetallic catalysts using the Arkema process in order to improve the reaction yield and to decrease carbon nanotubes diameter. We have discovered thaht an iron and molybdenum based catalyst shows three times higher activity than the classic one, if we work at a specific temperature. At last, we have tried to explain the role played by molybdenum in the growth of carbon nanotubes. Our findings have lead us to develop core shell iron and molybdenum based catalysts presenting higher activity than the homogeneous sytem.