Nous proposons deux nouvelles méthodes pour synthétiser des P-amino alcools, utilisés en chimie organique comme ligands chiraux et en chimie médicinale. Avec notre première méthode, des époxydes cycliques sont ouverts par des aminés aromatiques en présence de chlorure de bismuth(III) en quantité catalytique avec de bons rendements dans le dichlorométhane et le cyclohexane. Avec la seconde méthode, l'ouverture, rapide et avec d'excellents rendements, des mêmes époxydes par des aminés aromatiques est catalysée par le triflate de bismuth(III) en milieu aqueux, parfois micellaire. Les conditions douces, la faible toxicité et le coût peu élevé des sels de bismuth(IÏÏ) utilisés en faible quantité rendent ces méthodes particulièrement attrayantes pour obtenir des (3-amino alcools. Enfin, la synthèse asymétrique de ces molécules avec des complexes chiraux à base de bismuth(III) a été explorée ; cependant, les recherches doivent être poursuivies pour optimiser les conditions réactionnelles et trouver les ligands adéquats.

Nous avons mis en évidence l'efficacité des sels de bismuth(III) comme catalyseurs de la réaction de Mannich. Nous avons d'abord étudié la version à trois composantes de la réaction de Mannich dans laquelle réagissent un aldéhyde, une aminé et un énolate silylé. Parmi les différents sels de bismuth(III) étudiés, le triflate de bismuth s'est montré particulièrement efficace. Une vaste gamme de p-aminocétones et de P-aminoesters ont été préparés par cette méthode dans des conditions réactionnelles douces avec une faible charge catalytique (1-2 mol % du sel de bismuth(HI)). Nous avons également rapporté la première version catalytique de la réaction de Mannich entre des A/-alkoxycarbonylaminosulfones et des énolates silylés. La méthode développée tire parti de conditions réactionnelles douces et d'un processus hautement catalytique. En effet, seulement 0,5 mol % de triflate de bismuth est nécessaire pour une catalyse efficace de la réaction. Cette version de la réaction de Mannich permet d'obtenir des composés Paminocarbonylés protégés par un groupement Cbz. Plus récemment, nous avons montré que le triflate de bismuth catalyse la réaction de Mannich à trois composantes dans l'eau, comme alternative aux solvants organiques classiques. Nous avons développé une réaction dans laquelle les éthers d'énols silylés habituels ont été remplacés par les cétones correspondantes, éliminant ainsi une étape de synthèse. Cette réaction de Mannich en conditions directes s'inscrit particulièrement bien dans la philosophie d'économie d'atomes et de respect de l'environnement. Nous avons également étudié la réaction d'homoMannich, qui consiste en l'addition d'un homoénolate sur une imine. Des acétals silylés de cyclopropanones, qui sont des précurseurs d'homoénolates, sont mis en réaction avec différentes imines en présence d'un sel de bismuth(III) pour conduire aux y-aminoesters correspondants avec de bons rendements. La méthodologie développée au laboratoire a aussi été appliquée à une tentative de synthèse totale de la (±)-pumiliotoxine C. Cet alcaloïde naturel comporte un système bicyclique de type décahydroquinoline qui peut être élaboré à partir d'une réaction de Mannich. Finalement, la synthèse énantiosélective de composés p et y-aminocarbonylés via des sels de bismuth chiraux a été explorée. Nous avons étudié les réactions de Mannich et d'homo-Mannich avec différents ligands chiraux de type diol en solvant organique ainsi qu'en conditions aqueuses. / We evidenced the efficiency of bismtuh(III) salts as catalysts in the Marinich reaction. We first investigated the one-pot version of this reaction in which an aldehyde, an amine and a silyl enol ether were reacted together. Among the various bismuth(III) salts investigated, bismuth triflate proved to be very effective. A large array of P-amino ketones and P-amino esters were prepared under mild reaction conditions, and with low catalyst loading (1-2 mol % of bismuth(HI) salt). We also reported the first catalytic Mannich reaction of TV-alkoxycarbonylaminosulfones with silyl enolates. As an improvement over other methods, mild reaction conditions and highly catalytic process are reached. Indeed, 0.5 mol % bismuth triflate efficiently catalyzes this reaction. The described method allows a quick access to Cbz-protected (3-amino carbonyl compounds. More recently, we shown that bismuth triflate catalyzes the one-pot Mannich reaction using water as an alternative to classical organic solvents. In this reaction, the silyl enol ethers were replaced by the corresponding ketones, decreasing the number of synthetic steps. This direct Mannich reaction is particularly interesting from an atom economy viewpoint and has the advantage to use water as an environmentally benign solvent. We also studied the homo-Mannich reaction, which involves the addition of a homoenolate to an imine. Cyclopropanone silyl acetals, which are homoenolate precursors, were reacted with various imines in the presence of bismuth(III) salts to afford the corresponding y-amino esters in good yields. Our methodology was tentatively applied to the total synthesis of (±)-pumiliotoxin C. This natural alkaloid contains a decahydroquinolin core structure, which can be elaborated from a Mannich reaction. Finally, enantioselective synthesis of |3 and y-amino carbonyl compounds via chiral bismuth(III) salts was examined. We studied both the Mannich and homo-Mannich reactions with different diol-derived chiral ligands in organic solvents as well as under aqueous conditions.

La technique de photocatalyse solaire offre une solution prometteuse pour une élimination efficace des polluants pharmaceutiques émergents comme les antibiotiques dans les eaux usées. Les matériaux photocatalytiques à base de semi-conducteurs jouent un rôle crucial dans la dégradation complète de ces nouveaux polluants pharmaceutiques. À ce propos, de nouveaux photocatalyseurs nanocomposites ont montré une performance catalytique importante par rapport aux photocatalyseurs classiques dans la dégradation des antibiotiques dans l'eau. Ces photocatalyseurs nanocomposites surmontent des défis notamment une photo-absorption insuffisante, une mauvaise séparation de charge, un transfert de charge lent, une recombinaison de charge importante, une mauvaise réaction de surface, une stabilité faible et une récupération difficile. Dans ce contexte, nous avons développé des hybride matériaux photocatalytiques nanostructuré et nanocomposite tout en exploitant leur performance pour la dégradation des antibiotiques sous la lumière solaire. Un nouveau matériau de pérovskite ferroélectrique à base de bismuthate de calcium (CaBiO₃) nanostructuré avec une disproportion de différentes multicharges Bi³⁺ et Bi⁵⁺, a été développé via des méthodes de complexation de glycine et d'échange d'ions. La disproportion efficace obtenue de charge Bi³⁺/Bi⁵⁺ et l'arrangement bien organisé du cristal octaédrique de BiO₆ ont offert une photo-absorbance efficace du visible ainsi qu'une photogénération et une séparation importante de porteurs de charge dans CaBiO₃. En outre, les matériaux CaBiO₃ développés présentent une nanostructure avec une surface spécifique plus élevée qui offre des propriétés de surface améliorées en faveur de la réaction catalytique. De plus, les matériaux à base de CaBiO₃ sont étudiés pour la dégradation des antibiotiques de ciprofloxacine et de tétracycline sous la lumière solaire. Un nanocomposite efficace de BiVO₄-APS-C₆₀ a été développé en intégrant les nanoparticules C₆₀ fonctionnalisées par aminosilicate à la surface de nanocouches ultrafines de BiVO₄. L'intégration de C₆₀ sur BiVO₄ a élargi l'absorption de la lumière dans le domaine du visible et a également offert une génération et une séparation efficaces des porteurs de charge photo-induits. En fait, l'aminosilicate a établi une forte interaction interfaciale entre C₆₀ et BiVO₄, ce qui a fourni un transfert de charge efficace et une stabilité remarquable du composite BiVO₄-APS-C₆₀. Par conséquent, BiVO₄-APS-C₆₀ a montré une activité photocatalytique beaucoup plus élevée vis-à-vis la dégradation de ciprofloxacine sous irradiation solaire. Le nanocomposite Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 a été développé par l'incorporation de NH₂-UiO-66 sur Bi₂WO₆ ayant une forme micro/nanoflorale dans le but d'améliorer l'activité photocatalytique pour la dégradation de ciprofloxacine sous l'irradiation de la lumière solaire. L'activité photocatalytique améliorée, expliquée par la formation d'une hétérojonction avec un fort contact interfacial entre Bi₂WO₆ et NH₂-UiO-66, a permis d'élargir le domaine d'absorption lumineuse, de réduire la recombinaison de paires électron-trou photo générées et d'accélérer le transfert des porteurs de charges. L'hétérojonction Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 suit le mécanisme de transfert de charge de type Z-schème et possède des sites hautement réactifs offrant une forte propriété redox au composite Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66. / The solar photocatalytic technique is a promising solution for the effective removal of antibiotics, which are emerging pharmaceutical pollutants in water and wastewater. The semiconductor based photocatalytic materials plays crucial role in achieving the complete degradation of these pharmaceutical pollutants. In this direction, the design of nanostructured hybrid photocatalysts shows superior catalytic performance as compared to the conventional photocatalysts towards the effective degradation of antibiotic molecules in water. These nanostructured hybrid photocatalysts overcome the limitations of weak photoabsorption, poor charge separation, slow charge transfer, high charge recombination, limited surface reaction, lesser stability and difficult recovery. In this context, we have developed potential nanostructured and nanocomposite photocatalytic materials and explored their performance in degradation of antibiotics under solar light. Novel ferroelectric perovskite material, nanostructured calcium bismuthate (CaBiO₃) with distinct Bi³⁺ and Bi⁵⁺ multi-charge disproportion was developed via glycine-complexation and ion-exchange methods. The efficient Bi³⁺/Bi⁵⁺ charge disproportion and well-organized BiO₆ octahedral crystal arrangement provided an enhanced visible photo-absorbance and higher charge carrier generation and separation to CaBiO₃ system. The developed CaBiO₃ materials exhibited nanostructure with higher surface area which provided enhanced surface properties for catalytic reactions. Moreover, the developed CaBiO₃ materials were potentially explored for degradation of ciprofloxacin and tetracycline antibiotic drugs under solar light. An efficient BiVO₄-APS-C₆₀ nanocomposite was developed by integrating aminosilicate functionalized C₆₀ nanoparticles on the surface of ultrathin BiVO₄ nanolayers. The integration of C₆₀ on BiVO₄ broadened the light absorption spectrum in the visible light range and offered an enhanced generation and separation of the photoinduced charge carriers. The aminosilicate group established a strong interfacial interaction between C₆₀ and BiVO₄, which provided remarkable charge transfer efficiency and stability for BiVO₄-APS-C₆₀ composite. The as-synthesized BiVO₄-APS-C₆₀ displayed high photocatalytic activity towards ciprofloxacin degradation under solar light irradiation. Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 nanocomposite was designed incorporating NH₂-UiO-66 with Bi₂WO₆ micro/nanoflower for enhanced photocatalytic activity towards ciprofloxacin degradation under solar light irradiation. The improved photocatalytic activity attributed to the formation of heterojunction with strong interface contact between Bi₂WO₆ and NH₂-UiO-66, broadened the photoabsorbance range, reduced photogenerated electron-hole pair recombination, and accelerated charge carrier transfer. The Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 heterojunction follows Z-scheme charge transfer mechanism with high surface reactive sites providing strong redox property to Bi₂WO₆/NH₂-UiO-66 composite.

Les acides de Lewis tels que Bi(OTf)3»4H20, BiCl3 et Bi(OCOCF3)3 ont été utilisés comme catalyseurs dans les réactions de réarrangement de Claisen que nous avons effectuées dans le cadre de ce travail. Le triflate de bismuth(III) hydraté a été largement utilisé parce qu'il s'est avéré plus efficace que les deux autres acides de Lewis. L'efficacité du triflate de bismuth (III) hydraté a été notée dans le réarrangement de Claisen des aryl allyl éthers, des acétates des adduits de Baylis-Hilman, des 2- alkoxycarbonyl-allyl vinyl éthers substitués et dans le réarrangement 1,3 des aryl prényl éthers. L'efficacité du triflate de bismuth(III) hydraté a été aussi observée dans le double réarrangement de Claisen aryl des allyl éthers. Nous avons démontré que le triflate de bismuth(III) hydraté [Bi(OTf)3-4H20] est un catalyseur efficace pour le réarrangement [3,3] et 1,3 des allyl aryl éthers. En fonction des conditions choisies, le triflate de bismuth(III) hydraté peut catalyser sélectivement soit le réarrangement [3,3] (réarrangement de Claisen), soit le réarrangement 1,3. Par ailleurs, nos conditions ont été appliquées avec succès dans le réarrangement des acétates des adduits de Baylis-Hilman. Les résultats obtenus ont démontré que le réarrangement de ces substrats est stéréosélectif. Le réarrangement de Claisen des 2-alkoxycarbonyl allyl vinyl éthers substitués a été catalysé par le triflate de bismuth(III) hydraté. La réactivité et la stéréosélectivité de la réaction dépendent de la structure du substrat de départ. Les allyl vinyl éthers 2,Z conduisent aux produits a-cétoesters p, y-alkyl-substitués syn, alors que les allyl vinyl éthers E,Z conduisent aux produits a-cétoesters p, y-alkyl-substitués anti.

En se basant sur l'aspect vert des sels de bismuth BiX₃ et leur bonne acidité de Lewis, particulièrement dans le cas de Bi(OTf)₃'4H₂0, nous avons choisi d'étudier les réactions d'allylation de type Sakurai catalysées par des sels de Bi(III) dans notre laboratoire. Nous avons montré que les sels de Bi(III) pouvaient catalyser les réactions d'allylation de type Sakurai de façon très efficace. Ces sels de bismuth sont des catalyseurs très intéressants car ils sont respectueux de l'environnement, peu coûteux, non toxiques et facilement manipulables. Dans un premier temps, une catalyse par le triflate de bismuth a été étudiée pour la synthèse à trois composantes d'aminés homoallyliques protégées par réaction d'allylation entre des aldimines et un allylsilane. Les amines homoallyliques protégées ont été obtenues rapidement avec de bons rendements (jusqu'à 94%) dans des conditions douces (1 mol % de Bi(OTf)₃-4H₂0). Dans un autre projet, nous avons étudié la réaction d'allylation de Sakurai entre des aldéhydes et un allylstannane catalysée par le triflate de bismuth sous irradiation micro-onde. Les alcools homoallyliques correspondants ont été obtenus avec des rendements bons à très bons en utilisant une très faible charge catalytique de Bi(OTf)₃-4H₂0 (0.5 mol %) et des temps d'irradiation très courts. Nous avons également décrit la première version catalytique de la réaction de Sakurai entre des N-alkoxycarbonylaminosulfones et l'allyltriméthylsilane en utilisant 2 mol % de Bi(OTf)₃'4H₂0. Une grande variété de N-alkoxycarbonylaminosulfones a été testée dans ces conditions douces et les amines homoallyliques correspondantes ont été obtenues avec des rendements modérés à bons. Une réaction d'allylation, suivie par métathèse de fermeture de cycle, a fourni des cycloalcénylamines protégées à 6-8 chaînons, ce qui a permis la préparation rapide de nombreux composés cycliques. Afin d'appliquer notre méthode de synthèse séquentielle d'allylation suivie de métathèse de fermeture de cycle, nous avons réalisé la préparation diastéréosélective d'un intermédiaire clé dans la synthèse de la calvine. Vu l'absence de méthode d'allylation asymétrique de Sakurai catalysée par des sels de bismuth dans la littérature, beaucoup d'efforts ont été consacrés à l'élaboration de nouvelles méthodes. Finalement, deux systèmes d'allylation enantioselective catalysée par des sels de bismuth ont été conçus. I, un complexe Bi(OTf)₃-ligand phénol-Trost. II, un complexe BiCl₃-3,3'-dibromo-Binol. Généralement, de hautes énantiosélectivités (er jusqu'à 96:4) ont été obtenues pour des aldéhydes aromatiques et aliphatiques avec le complexe Bi(OTf)₃-ligand phénol-Trost à température ambiante. Les alcools homoallyliques ont également pu être obtenus avec de hautes énantiosélectivités (er jusqu'à 92:8) lorsque le complexe BiC1₃-3,3'-dibromo-Binol a été utilisé à-20 °C.