Ce manuscrit décrit les travaux de doctorat réalisés au sein du laboratoire du Pr. Charette entre 2015 et 2019. Ceux-ci s’inscrivent dans deux thématiques de recherche différentes : le développement de nouvelles stratégies d’amidation et le développement de nouvelles méthodologies de cyclopropanation. La synthèse de liaisons amides est, encore aujourd’hui, un défi pour la communauté chimique. En effet, le développement de méthodologies simples, robustes, économes en atomes, et plus respectueuses de l’environnement reste l’une des priorités de recherche en chimie organique. Afin d’apporter une contribution à ce domaine, une méthodologie de synthèse d’amides a été développée en utilisant le diphénylsilane en tant qu’agent de couplage. Celui-ci est disponible commercialement, stable et peu onéreux. De plus, il ne génère qu’un siloxane et du dihydrogène gazeux en fin de réaction. La méthodologie mise au point a également pu être appliquée à la synthèse d’une série de di- et tripeptides. L’utilisation du motif cyclopropanique n’a cessé de prendre de l’ampleur dans le secteur pharmaceutique. En effet, celui-ci peut influer sur différents paramètres cruciaux dans le développement de molécules biologiquement actives. Le développement de nouvelles méthodologies de cyclopropanation est donc un domaine pertinent. La synthèse de borocyclopropanes est particulièrement intéressante : en effet, ces composés peuvent permettre de créer de la diversité structurale via une fonctionnalisation du boronate. Afin d’obtenir un procédé de synthèse de ces composés simple, robuste et plus « vert », une approche photochimique utilisant la technologie en débit continu a été favorisée. Une réaction de borocyclopropanation photorédox de styrènes a pu être mise au point ; celle-ci est réalisée sous irradiation UV-A en présence de xanthone en tant que photocatalyseur. Les études menées afin d’élucider le mécanisme ont permis de conclure que cette transformation se déroulait selon deux cycles catalytiques photorédox concomitants. Finalement, un nouveau réactif diiodé comportant une fonction ester boronique de pinacol et un groupement triméthylsilyle a été développé afin d’accéder à des cyclopropanes gem-disubstitués. Les bases d’un procédé photochimique UV-visible utilisant ce nouveau réactif ont ensuite pu être établies. Ainsi, le premier exemple d’un gem-borocyclopropyl silane dérivé du styrène a pu être synthétisé. / This manuscript describes the work carried out in Pr. Charette’s laboratory between 2015 and 2019. It can be divided into two different topics: the development of new amidation strategies and the development of new cyclopropanation methodologies. Amide synthesis is still a challenge for the scientific community nowadays. Indeed, the development of simple, robust, atom economical and environmental friendly procedures remain one of the research priority in organic chemistry. To contribute to this field, an amide synthesis methodology has been developed by using diphenylsilane as a coupling reagent. The latter is commercially available, stable and cheap. Moreover, only a siloxane and dihydrogen are generated during the reaction. The developed methodology has also been applied to the synthesis of a series of di- and tripeptides. The cyclopropane moiety has been increasingly used in pharmaceuticals. Indeed, this moiety can influence different crucial parameters in the development of bioactive molecules. The development of new cyclopropanation methodologies is therefore a relevant field. Borocyclopropane synthesis is of particular interest: as a matter of fact, these compounds can create structural diversity via boronate functionalization. In order to obtain a user-friendly, robust and greener chemical process, a photochemical approach using continuous flow technology has been favored. A photoredox borocyclopropanation of styrenes has been developed; the latter is carried out under UV-A irradiation with xanthone as a photosensitizer. Mechanistic studies have supported that this transformation proceeds according to two concurrent photoredox catalytic cycles. Finally, a new diiodo reagent bearing a pinacol boronate group and a trimethylsilyl group has been developed to access gem-disubstituted cyclopropanes. The bases of a UV-visible photochemical process using this new reagent have then been established. Thereby, the first example of a gem-borocyclopropyl silane derived from styrene has been synthesized.

Les dérivés cyclopropanoïques sont des composés importants dans plusieurs domaines tels que la synthèse organique, la chimie médicinale et la science des matériaux. La synthèse asymétrique des dérivés cyclopropanoïques s'est de plus en plus concentrée sur la synthèse stéréocontrolée de cyclopropanes polysubstitutés qui arborent toute une gamme de substituants distincts. Ces méthodes permettent d’accéder à des synthèses divergentes pour préparer des composés pharmaceutiques comportant cette sous-unité. De plus, l'ouverture facile de ce cycle très tendu en fait une bonne cible pour étudier l'activation de la liaison C‒C. C’est pourquoi les cyclopropanes sont parmi les composés les plus attrayants et les plus diversifiés en synthèse organique. La synthèse divergente de dérivés cyclopropanoïques repose sur l'utilisation de précurseurs stables mais réactifs. L'une des réactions pour former des liaisons C‒C les plus couramment utilisées dans la fonctionnalisation à un stade avancé, est la réaction de couplage croisé de Suzuki-Miyaura. C'est l'une des raisons pour lesquelles les borocyclopropanes sont devenus des précurseurs synthétiques attrayants pour la fonctionnalisation et diversification des molécules complexes. L’accès à de telles molécules faciliterait la préparation de molécules cyclopropanoïques de structures diversifiées. Il est difficile de préparer des borocyclopropanes de manière énantiosélective. Dans cette thèse, une cyclopropanation énantiosélective d'acides boroniques protégés dérivés d'alcools allyliques a été réalisée via la réaction de cyclopropanation asymétrique en présence du ligand chiral de type dioxaborolane. Le développement de cette méthodologie a nécessité une modification de la décomplexation oxydative existante du dioxaborolane via son complexe dérivé de la diéthanolamine. Le protocole est maintenant applicable aux dérivés boronates qui incluent des groupements fonctionnels qui sont incompatibles avec les bases. Les borocyclopropanes tétracoordonnés obtenus permettent également la formation de liaisons C‒C et ont démontré une stabilité améliorée par rapport à leurs dérivés tricoordonnés. Une étude plus approfondie sur des complexes cyclopropylméthylamine-boranes (CAB) a démontré que ces derniers pouvaient conduire aux amine-boranes spirocycliques (SCAB). Ces SCAB ont été obtenus grâce à une cascade d'activation des CABs en utilisant le bis(trifluorométhanesulfonimide) (Tf2NH) comme initiateur. L'ouverture du cycle des CAB représente la première conversion des cyclopropanes en spirocycles contenant à la fois un N-spirocentre et un spiro amine-borane. Les amine-boranes ont démontré une activité pharmacologique telle que des propriétés anticancéreuses, anti-inflammatoires et anti-ostéoporotiques. L'incorporation de spirocycles dans un motif augmente le caractère sp3 et la chiralité inhérente. Les SCAB rendent alors des candidats attrayants pour la conception de médicaments. La réaction de SCAB avec de Tf2NH en quantités stoechiométriques a donné un complexe SCAB•NTf2 qui est capable de réduire les fonctions cétone, aldéhyde, imine, nitrobenzène, nitrosobenzène, anthracène, indole et aryl méthyl éther. Le complexe SCAB•NTf2 est également capable de réduire le diphénylacétylène de manière Z-sélective en cis-stilbène. Des études spectroscopiques approfondies ont donné plus d'informations sur la structure de SCAB•NTf2 et nous ont permis de proposer un mécanisme de réduction des groupements fonctionnels ci-dessus. Les études spectroscopiques (RMN, IR et Raman) ont également révélé l'implication d'une liaison α-C‒H au bore dans une liaison hydrogène hypsochromique « improper hydrogen bond » avec [Tf2N]-. L'hyperconjugaison avec l’atome de bore, un acide de Lewis, est proposée, ce qui rend la liaison C‒H acide et donc suffisamment polarisée pour agir comme un donneur de pont hydrogène. / Cyclopropane derivatives are incredibly versatile building blocks used in organic synthesis, medicinal chemistry, and materials science. The asymmetric synthesis of cyclopropane derivatives has increasingly focused on achieving polysubstituted cyclopropanes with a range of distinct substituents and their use in divergent syntheses to access pharmaceutical compounds. Moreover, the ring-opening potential of the cyclopropane ring, due to its inherent strain, makes it a facile target for C‒C bond activation and one of the most attractive and diverse cycloalkanes in organic synthesis. Divergent synthesis of cyclopropanes relies on stable pre-installed handles on cyclopropanes that can be activated readily. One of the most common C‒C bond formation approaches used in late-stage functionalization is the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction. As a result, borocyclopropanes have become attractive synthetic building blocks for their use in late-stage functionalization. Methods for the enantioselective synthesis of borocyclopropanes are scarce. In this thesis, the first enantioselective cyclopropanation of an allylic alcohol bearing a tetracoordinate boronate has been achieved via the Charette dioxaborolane-mediated enantioselective cyclopropanation reaction. The development of our method required modification of the existing oxidative decomplexation of dioxaborolane via diethanolamine. The protocol has now been expanded to include boronates and base-sensitive functionalities. The tetracoordinate borocyclopropane obtained was also shown to undergo C‒C bond formation and demonstrated enhanced stability compared to its tricoordinate boronate derivative. Further investigation of boron tethered cyclopropanes led to the discovery of the unique transformation of cyclopropane amine-boranes (CABs) to spirocyclic amine-boranes (SCABs). SCABs were obtained through a cascade activation of CAB via bis(trifluoromethane)sulfonimide (Tf2NH). The ring-opening of CABs represents the first conversion of cyclopropanes to spirocycles containing an N-spirocenter and furthermore an amine-borane spirocore. Amine-boranes have shown pharmacological activity such as anti-cancer, anti-inflammatory, and anti-osteoporotic properties. Incorporating spirocycles into a motif increases sp3 character and inherent chirality, rendering SCABs as attractive candidates for drug design. The reaction of SCAB with stoichiometric amounts of Tf2NH resulted in a SCAB•NTf2 complex that was found to be able to reduce ketone, aldehyde, imine, nitrobenzene, nitrosobenzene, anthracene, and indole functionalities as well as demethylate aryl methyl ethers. The SCAB•NTf2 complex was also capable of reducing diphenylacetylene in a Z-selective manner to cis-stilbene. In-depth spectroscopic studies revealed the structure of SCAB•NTf2 and a mechanism for the reduction of the above functionalities is proposed. The spectroscopic studies (NMR, IR and Raman) revealed the involvement of an α-C‒H bond to boron in improper hydrogen bonding with [Tf2N]-. Hyperconjugation to the Lewis acidic boron is proposed to make the C‒H bond acidic and therefore polarized enough to act as a hydrogen bond donor.