Les complexes salen chiraux ont été intensément étudiées. En effet, Ils constituent l'une des familles de catalyseurs principaux qui peuvent être utilisés pour préparer des synthons très précieux, énantioenrichies. En accord avec l'idée de la chimie verte, l'un des principaux objectifs consiste maintenant à établir des procédures efficaces pour la récupération et la réutilisation de ces catalyseurs. Plusieurs procédures d'hétérogénéisation ont été décrits qui impliquent la modification des structures salen par des interactions covalentes greffage ou non covalente avec différents supports. Une autre approche consiste à la préparation de polymères à partir de salen modifiés ou les complexes correspondants. Dans ce contexte, la procédure la plus courante consiste à établir des réactions de polycondensation entre diamines correctement modifiés et produits dérivés disalicylaldéhyde. Nous avons ainsi développé une méthodologie polymère synthétique par polycondensation de divers dérivés disalicylaldéhydes modifiés avec différentes diamines chirales. Les analyses Maldi-Tof ont montré que les polymères ciblés possèdent une structure macrocyclique, nommé calix-salen, dans un mélange de 2-, 3-, 4- et 5-mères. Ces nouveaux dérivés chiraux calix-salens ont été complexés avec des sels de chrome et cobalt pour être testés comme catalyseurs hétérogènes dans les réactions asymétriques (réaction de Henry, dédoublement cinétique hydrolytique). Après réduction des fonctions imines, les catalyseurs réduits correspondants sont complexés avec des sels de cuivre et testés dans la réaction de Henry asymétrique transformation pour une comparaison de l'efficacité de deux catalyseurs. Leur recyclage a été examiné. / Chiral salen complexes have been intensively studied because they constitute one of the main catalyst families that can be used to prepare valuable, highly enantioenriched synthons. In line with the idea of green chemistry, one major goal is now to establish efficient procedures for the recovery and reuse of such catalysts. Several heterogenization procedures have been described that involve the modification of the salen structures through covalent grafting or non-covalent interactions with various supports. Another approach consists in the preparation of polymers from appropriately modified salen or corresponding complexes. In this context, the most common procedure involves polycondensation reactions between properly modified diamines and disalicylaldehyde derivatives.We have thus developed a polymer synthetic methodology by polycondensation of various modified disalicylaldehyde derivatives with different chiral diamines. Maldi-Tof analyses showed that the targeted polymers possessed a macrocyclic structure, named calix-salen, in a mixture of 2-, 3-, 4- and 5-mers. These new chiral calixsalen derivatives have been complexed with chromium and cobalt salts and tested as heterogeneous catalysts in asymmetric reactions (Henry Reaction, Hydrolytic Kinetic Resolution). After reduction of the imine functions, the corresponding reduced catalysts will be complexed with copper salts and tested to promote the Henry reaction for a comparison of the efficiency of both catalysts type. Their recyclability was examine.

Dans le monde actuel, le dioxyde de carbone (CO2) est le déchet majoritaire issu de l’utilisation des ressources fossiles mais il est encore peu utilisé dans les applications à grande échelle. Afin de tirer parti de son abondance, le développement de nouvelles transformations chimiques du CO2 pour accéder à des produits de chimie fine connait un intérêt croissant au sein de la communauté scientifique. Tout particulièrement, la formation de liaison(s) C-N à partir du CO2 et d’un substrat azotés permet d’accéder à des produits à hautes valeurs énergétiques et commerciales. Un second type de transformation désirable est la formation de liaison C-C à partir du CO2 afin de synthétiser des dérivés d’acides carboxyliques comme des esters. L’utilisation d’hydrosilanes, réducteurs doux, permet de travailler sous 1 bar de CO2 avec des catalyseurs à base de métaux peu coûteux et abondants tels que le fer et le zinc ou bien avec des organocatalyseurs. Les synthèses de formamides, de méthylamines ou d’aminals à partir du CO2 ont ainsi été développées par hydrosilylation. Enfin, la carboxylation des carbosilanes à partir du CO2 a été développée pour la première fois avec un catalyseur à base de cuivre. Dans le cas des 2-pyridylsilanes, l’utilisation de sels de fluorures pentavalents permet d’activer le substrat efficacement sans catalyseur. / In the current world, carbon dioxide (CO2) is the major waste of the massive utilization of fossil resources but only few applications have been developed using this compound. In order to take advantage of its abundancy, the development of novel chemical transformation of CO2 to produce fine chemicals is of high interest in the scientific community. In particular, the formation of C-N bond(s) from CO2 and amine compounds unlocks a new way to access high energy and value-added. A second type of highly desirable transformation is the formation of C-C bonds with CO2 so as to synthesize carboxylic acid derivatives. The utilization of hydrosilanes as mild reductants allows the reactions to proceed under 1 bar of CO2 with abundant and cheap metal-based catalysts (iron, zinc) or with organocatalysts. The synthesis of formamides, methylamines and aminals from CO2 are described herein. Ultimately, the catalytic carboxylation of carbosilanes has been achieved for the first time using copper-based complexes. In the specific case of 2-pyridylsilanes, the use of pentavalent fluoride salts allowed us to perform the reaction without catalyst.

Le développement réactionnel est problème multidimensionnel complexe qui, dans un scénario représentatif, implique l’unique convergence de plusieurs paramètres à une réactivité désirée. Le choix incorrect d’un seul paramètre réactionnel tel que le pré-catalyseur, le ligand mais aussi le solvant ou encore l’acide/base peut complètement supprimer la réactivité du système. De ce fait, ce processus requiert souvent de nombreuses expérimentations pour obtenir un premier résultat probant. Pour éviter de tester toutes les combinaisons en parallèle, des approches créatives de criblage ont été développées ces dernières années mais le nombre important de reactions nécessaires à l’exploration de juste trois ou quatre paramètres est toujours un challenge pour les chimistes qui n’ont pas accès au criblage à haut debit. Afin de répondre à cette problèmatique, une stratégie combinatoire réaction-économique pour l’identification d’un lead hit dans une reaction spécifique est proposée. Des mélanges complexes de pré-catalyseurs et de ligands, choisis au préalable, sont testés avec un ou deux autres paramètres de reaction supplémentaires pour identifier de bonnes conditions de réaction dans un nombre minimum de manipulations. La déconvolution iterative permet ensuite d’identifier le catalyseur, généré in situ, le plus actif dans les conditions réactionnelles. L’application de cette approche est décrite sur une réaction de Friedel-Crafts, une arylation ortho-C–H sélective de composés benzamides, une alkylation C3 d’indole et en catalyse asymétrique sur une réaction d’hétéro Diels-Alder. / Reaction development is a complex multidimensional problem that, in a representative scenario, requires often the unique convergence of multiple parameters for a desired reactivity. The incorrect choice of a single parameter, such as the pre-catalyst, the ligand, the solvent or the acid/base, can completely eliminate the reactivity of the system. Thus, the process often requires extensive manipulations to obtain a lead hit. To avoid this time consuming process, many creative screening approaches have been developed but the large number of reactions necessary to explore the intersection of just three or four parameters is still a challenge for chemists who do not have access to high throughput experimentation. A reaction-economic combinatorial strategy is described for lead hit identification in catalyst discovery directed towards a specific transformation. Complex mixtures of rationally chosen pre-catalysts and ligands are screened against various reaction parameters to identify lead conditions in a small number of reactions. Iterative deconvolution of the resulting hits identifies which components contribute to the lead in situ generated catalyst. The application of this screening approach is described in the dehydrative Friedel-Crafts reaction, in the ortho-C–H arylation of benzamides, in the C3-indole alkylation and in the asymmetric hetero Diels-Alder cycloaddition.

Les polyoxométallates suscitent un intérêt de plus en plus grand et ceci dans des domaines d’applications variés. Nous avons synthétisé quatre nouvelles familles organiques de polyoxométallates utilisables en catalyse et en biochimie. Différentes séries d’hybrides covalents ont en effet été isolés et utilisés en tant que catalyseurs dans diverses transformations chimiques. Comme des réactions d’oxydations d’alcools (pour les Organo-POMs sandwich), des réactions d’additions conjuguées (pour les Organo-POMs squaramides), des réductions de quinoléines (pour les Organo-POMs diol-Amides) ou encore des réactions one-Pot d’allylation-Oxydation (pour les Organo-POMs palladium). Par ailleurs, l’étude RMN d’hybrides POMs / peptides a permis de démontrer le repliement des ligands polyglycines autour du POM via liaisons hydrogènes. L’étude par spectrométrie de masse des hybrides POMs / protéines a quant à elle permis de démontrer une interaction sélective et certainement covalente entre un hybride diazirine et le Cytochrome C. / Polyoxometalates attracting interest of more and more and this in various fields of applications. We synthesized four new families of organic polyoxometalates useful in catalysis and biochemistry. Indeed, different covalent hybrid have been isolated and used as catalysts in various chemical transformations. In oxidation reactions of alcohols (for Organo-POMs sandwich), in conjugate addition reactions (for Organo-POMs squaramides), in reductions of quinolines (for Organo-POMs diol-Amide) or in a one-Pot allylation-Oxidation reactions (for Organo- POMs palladium). In addition, NMR studies of hybrid POMs / peptides demonstrated folding of the polyglycines ligand around the POM via hydrogen bonds. The mass spectrometric study of hybrid POMs / protein demonstrated selective and certainly covalent interaction between a diazirin hybrid and Cytochrome C.

La catalyse homogène à l’or a longtemps été sous-estimée. Cela a changé au début du 21ème lorsque la communauté des chimistes a reconsidéré les nombreuses singularités que ce métal peut apporter. De nos jours, plus d’une centaine de groupe de recherche mondialement reconnus a permis d’élargir les domaines d’applications de ce précieux métal. De nombreuses avancées ont été réalisées, mais à ce jour très peu sont utilisées à grande échelle et la fréquence de turnover est souvent faible. Ces problèmes sont souvent liés à la rapide dégradation des espèces actives d’or cationiques. Ce manuscrit expose les avancées qui ont été proposée jusque là et les alternatives que nous avons offert. Nous avons ainsi décrit une méthode de cationisation lente et réversible de l’espèce d’or cationique en substituant les sels d’argent traditionnellement utilisés au profit d’autres acides de Lewis. La découvert de cette lente métathèse d’anion a permis : de retarder la décomposition de l’espèce active dans le milieu, de diminuer la charge catalytique d’or et de monter en charge les réactions à l’échelle du gramme. Cette méthode a ensuite été appliquée avec succès à des réactions énantiosélectives d’hydroalkylation d’alcènes non activés, mais également à permis de considérer l’indium et le bismuth comme une alternative aux métaux de transition en π-catalyse. / Homogeneous gold catalysis has been underestimated for nearly a century. After reconsideration the by chemists’ community, it rapidly became a hot topic in chemistry. To date, more than a 100 worldwide groups have embraced the golden opportunity. Considerable breakthroughs have been made, nevertheless, the classical experimental procedures still suffer from low turnover numbers (TON) and scalability. These issues can be attributed to the decay of cationic gold catalysts and several solutions have been proposed in the literature. In this thesis, we will present our way to circumvent this thorny issue. Specifically, we have used Lewis acids other than silver salts for that purpose and found that some of them could indeed generate an active gold species through slow anion metathesis. The slow anion metathesis could retard the decomposition of the active gold species. Thus, gold could be used in low amounts in scalable reactions by simply avoiding the use of silver. These silver-free two-component mixtures could address the difficult issue of C-C bond forming reaction. Besides, we have developed catalytic enantioselective hydroalkylations of unactivated alkenes. This study led us to consider indium and bismuth catalysis in addition to gold.

Le manuscrit présente une étude approfondie sur l'hydrogénation/cyclisation de cyano-aminoboranes pour la synthèse de composés BN cycliques catalysée par un complexe de ruthénium. Le premier chapitre est une introduction bibliographique mettant en évidence l'intérêt des molécules BN cycliques et décrivant les étapes élémentaires clés dans les systèmes catalytiques impliquant l'activation de la liaison B-H et la réduction de la liaison CN menant, en particulier, à la formation d'une liaison B-N. On se concentrera sur la réactivité des complexes bis (dihydrogène), RuH2(H2)2(PR3)2, avec les liaisons B-H et CN. Le deuxième chapitre présente la synthèse et la caractérisation d'une série de cyano- aminoboranes ainsi que leur transformation catalytique en utilisant RuH2(H2)2(PR3)2 sous H2. Les 1H-2,1-benzazaboroles cycliques correspondants sont formés de manière sélective et caractérisés par RMN, IR, rayons X et HRMS. Le troisième chapitre détaille l'étude mécanistique sur le processus catalytique avec la découverte de quelques étapes élémentaires, l'isolement d'un complexe comportant le substrat en transformation et la compréhension des processus d'activation des liaisons B-H et C=N. Des réactions stœchiométriques, des expériences de RMN à température variable et des calculs théoriques seront notamment analysées. Le quatrième chapitre contient une étude du potentiel synthétique du parent 1H-2,1-benzazaborole nouvellement formé. Sa réactivité en conditions basiques ainsi que sa transformation catalytique en utilisant des procédés bien établis impliquant la rupture d'une liaison N-H sont évaluées. Le cas spécifique de la cyclotrimérisation des 1H-2,1-benzazaboroles en borazines cycliques est détaillé au chapitre 5 ainsi qu'une étude de leurs propriétés optoélectroniques. / The manuscript presents an in-depth study on the ruthenium-catalyzed hydrogenation/cyclization of cyano-aminoboranes for the synthesis of cyclic BN-compounds. The first chapter is a bibliographic introduction highlighting the interest in cyclic BN-molecules and describing key elementary steps in catalytic systems involving B-H bond activation and CN bond reduction, leading in particular to B?N bond formation. A focus on the reactivity of the bis(dihydrogen) complexes, RuH2(H2)2(PR3)2, with B-H and CN bonds will be provided. The second chapter presents the synthesis and characterization of a series of cyano-aminoboranes along with their catalytic transformation using RuH2(H2)2 (PCy3)2 under H2. The corresponding cyclic 1H-2,1-benzazaboroles are cleanly formed and characterized by NMR, IR, X-ray, and HRMS. The third chapter details a mechanistic investigation on the catalytic process with the discovery of some elementary steps, the isolation of a complex featuring the substrate in transformation, and the understanding of the hydrogen transfer processes. Stoichiometric reactions, variable temperature NMR experiments and theoretical calculations will be in particular analyzed. The fourth chapter contains a study on the synthetic potential of the newly formed 1H-2,1-benzazaborole parent. Its reactivity in basic conditions as well as its catalytic transformation using well-established N-H bond cleavage systems are assessed. The specific case of cyclotrimerization of 1H-2,1-benzazaboroles into cyclic borazines is detailed in chapter 5 along with a study on their optoelectronic properties.

Les sites actifs de l’époxydation des alcènes dans les catalyseurs au titane supporté sur silice sont des ions Ti(IV) isolés. La stratégie d’isolation de site adoptée ici consiste à greffer l’isopropoxyde de titane par réaction avec les groupements silanol de surface dont la densité est diminuée par « capping » chimique remplaçant le traitement thermique usuel, très énergivore. La technique du pochoir moléculaire à motifs périodiques (PMP) a été appliquée pour forcer l’isolation de site. Dans les silices poreuses mesostructurées par un tensio-actif, c’est ce dernier, partiellement extrait, qui génère l’effet PMP lors du capping. Son élimination à l’étape suivante libère des îlots de groupements silanol sur lesquels sont greffés les ions Ti(IV). Une étude spectroscopique quantitative menée en parallèle par FT-IR et par RMN du solide du 29Si démontre que le pochoir organique inverse formé de groupement organosilyls greffés est conservé à toutes les étapes de synthèse. La spectroscopie UV en corrélation avec l’activité catalytique en époxydation du cyclohexene montent que ces surfaces originales favorisent un nombre beaucoup plus grand de sites mononucléaires isolés que les surfaces de silice non modifiées. La démonstration est faite avec une fonction de capping dipodale, 1-2-ethanebis(dimethylsilyl) (EBDMS), beaucoup plus stable que le monopodal classique, trimethylsilyl (TMS). Par ailleurs, le pochoir organique inverse issu du TMS ou de EBDMS voit sa stabilité augmentée par traitement thermique tout en préservant son effet dispersant pour le titane. Pour ce faire, un suivi quantitatif de la décomposition des organosilanes greffés a été réalisé par RMN du solide du 29Si. Finalement, une description affinée et quantitative du mode de greffage du titane a été réalisée par simulation des spectres UV sur une série de catalyseurs supposant 5 types d’espèces comprenant les sites isolés et les clusters, les derniers se différenciant par leur gamme de taille. / The active sites for epoxydation of alkenes in silica supported titanium catalysts are isolated Ti(IV) ions. The strategy for site isolation consists here to graft titanium isopropoxyde by reaction with surface silanol groups, the density of which is decreased by chemical capping instead of the energy consuming thermal treatment. The molecular stencil patterning technique (MSP) is applied to enforce site isolation. In mesostructured porous silicas, the partly extracted templating surfactant plays the role of a MSP mask during capping. Then, the elimination of the remaining surfactant liberates silanol islands for the grafting of Ti(IV) ions. Quantitative FT-IR and 29Si MAS-NMR studies reveal that the inverse organic stencil made of grafted organosilyls groups is maintained at each synthesis steps. Diffuse reflectance UV spectroscopy in correlation with the catalytic activity in epoxidation of cyclohexene show that these original surfaces favor the formation of a much larger number of isolated mononuclear sites than the unmodified silica surfaces. The demonstration is obtained using a dipodal organosilyl function, 1-2-ethanebis (dimethylsilyl) (EBDMS) that is much more stable than the classic and monopodal, trimethylsilyl (TMS). Besides, it is shown that the inverse organic stencil (from EBDMS or TMS) is stabilized further by thermal treatment while its dispersive effect on titanium can be preserved. The proof relies on a quantitative 29Si solid State NMR study. Finally, a refined description of the grafting mode of titanium was realized by simulation of the UV spectra of a large series of catalysts assuming only 5 different types of species including isolated species and clusters differentiated by the range of sizes.

Dans le cadre de ma thèse, nous avons développé des édifices moléculaires associant des hélicènes et des carbènes N-hétérocycliques (NHC) afin de développer les premiers complexes métalliques de NHC-hélicènes. Dans un premier temps, des premiers complexes cycloiridiés de ligands NHC-[4,6]hélicènes, de formule générale IrLCp*X, dans lesquels le ligand porte un hélicène et un NHC greffés par l’intermédiaire d’un pont méthylénique, ont été obtenus. Les propriétés chiroptiques de ces complexes ont été étudiées à la fois expérimentalement et théoriquement. Nous avons ainsi pu démontrer la bonne communication entre les deux unités hélicène et NHC par l’intermédiaire de l’iridacycle, et la contribution du NHC dans les propriétés chiroptiques. Dans un deuxième temps, des complexes monocoordinnés de formule IrL(COD)X, à base d'iridium(I) et de ligands dans lesquels l’hélicène et le NHC sont orthofusionnés, ont été développés. L’efficacité de ces complexes en catalyse énantiosélective a été évaluée dans une réaction de transfert d’hydrogène de l'acétophénone, révélant un excès énantiomérique (ee) assez modeste allant jusqu’à 36%. D'autre part, des complexes d'iridium(III) cyclométallés de formule IrL(dfppy)2 ont révélé des propriétés de phosphorescence dans le vert et des temps de vie très longs. La comparaison du spectre d’émission avec celui d’un complexe analogue sans unité hélicénique a permis de mettre en évidence l’implication à la fois des orbitales d du métal mais aussi de l’unité NHC-hélicénique. Enfin, d'autres voies d’obtention d’hélicène-NHC ont été explorées, parmi lesquelles la synthèse d'un [4]hélicène-benzimidazole à partir d'un hélicène-boronate, suivie de sa déprotonation in situ et de sa cycloiridation. / During my PhD work, I have developed new molecular architectures combining helicenes and N-heterocyclic carbenes (NHC). Firstly, a novel family of cycloiridiated complexes bearing NHC-[4,6]helicene ligands, of general formula IrLCp*X, in which the ligand bear a helicene and a NHC grafted through a methylene bridge, were obtained. The chiroptical properties of these complexes have been analyzed both experimentally and theoretically. In this way, we have demonstrated the good communication between the helicene and NHC units through the iridacycle, and the contribution of the NHC in the chiroptical properties. Secondly, monocoordinated iridium(I) complexes of general formula IrL(COD)X, in which the ligands are this time constituted of orthofused NHC-helicenes, were obtained. The efficiency of these complexes in enantioselective catalysis was evaluated in a hydrogen transfer reaction on acetophenone, and revealed rather modest enantiomeric excess (ee) up to 36%. Then, cyclometallated iridium(III) complexes of general formula IrL(dfppy)2 were prepared and have shown to be phosphorescent in the green region with very long lifetimes. The comparison of the emission properties with an analogous complex without helicenic unit enabled to highlight the contribution of both the d orbitals of the iridium metal and the helicoïdal-NHC unit. Finally, other methods for the development of new NHC-helicenes structures have been explored. Among them, the synthesis of a [4]helicene-benzimidazole by transformation of a helicene-boronate, and the subsequent in situ deprotonation and cycloiridation, have been performed.

L'objectif de cette thèse était le développement d'un tensioactif organométallique pour catalyser la cycloaddition entre un alcyne et un azoture. Le but d'un tel système est de compartimenter le catalyseur et les réactifs dans deux phases différentes : le catalyseur dans une phase organique ou fluorée et les réactifs dans une phase aqueuse, afin de simplifier la purification en fin de réaction. D'abord, le complexe [Cu(TF6)(3-benzoylbenzoate)2] a été synthétisé. Puis, il a été montré que ce complexe non soluble dans l'eau présente de bonnes propriétés tensioactives à l'interface des systèmes DIPE-eau et PFD-eau, grâce à ces chaînes fluorées. Il est aussi photoréductible pour obtenir un complexe de cuivre (I). Enfin, il a été utilisé comme catalyseur dans des émulsions. Le complexe [Cu(TF6)(3-benzoylbenzoate)2], une fois réduit, montre une bonne activité en catalyse. Cependant, à la fin de la réaction, une quantité importante de cuivre est détectée dans la phase aqueuse pour des raisons encore non déterminées. Par ailleurs, il s'avère que c'est le cuivre présent dans l'eau qui est responsable de la catalyse et non le complexe à l'interface. / The aim of this thesis was to develop a new metallosurfactant for the catalysis between an alkyne and an azide. The goal of such a system was to keep separated the reactants and the catalyst in two different phases to facilitate the purification of the reaction mixture. The first step was to synthetized the complex [Cu(TF6)(3-benzoylbenzoate)2]. Then it was shown that this complex, insoluble in water and DIPE-water. This complex is also photoreductible to form a copper(I) complex. Finally, it was tested as catalyst in emulsion. When reduced, it showed good activity. However at the end of the reactions a certain amount of copper was found in the water phase for still unknown reason. Besides, it appeared that mainly the copper in the water phase was responsible for the reaction and not the complex at the interface.

Les polyoxométallates (POMs) dendritiques constituent une catégorie de catalyseursrelativement nouvelle. L’association d’un dendrimère avec un polyoxométallate permet debénéficier des propriétés catalytiques intéressantes des POMs et de pouvoir modifier cespropriétés en variant la structure du dendrimère. Une variété de composés hybrides POMsdendritiques a été préparée par formation de liaisons ioniques entre une unité POM anioniqueachirale et des cations dendritiques énantiopurs. Ces composés se sont montrés très efficacespour la catalyse d’oxydation asymétrique, avec une stéréosélectivité significative. Cesrésultats ont démontré pour la première fois un transfert de chiralité d’une structure organiqueénantiopure vers une unité POM achirale. Ces composés sont stables et recyclables dans desconditions douces, sans perte significative de réactivité et de stéréosélectivité. / Polyoxometalates (POMs) represent a new generation of catalysts. Association of dendrimersand POMs allows modification of POM catalytic properties by modifying the dendrimerstructure. Several dendritic POM hybrid compounds have been prepared by ionic bondformation between an anionic POM unit and enantiopure dendritic cations. These compoundsare efficient for asymmetric oxidation catalysis with significant stereoselectivity. Theseresults have shown, for the first time, a chirality transfer from an enantiopure organicstructure to an achiral POM unit. These compounds are stable and recoverable under mildconditions without any significant loss of reactivity and stereoselectivity.