Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Le travail décrit au sein de cette thèse a pour objectif l’exploration des phénomènes liés au transfert de chiralité à des sites uniques sur une surface catalytique. Plus précisemment, le but est d’effectuer des études dynamiques de la stéréochimie sur des molécules uniques. Au cours de ce travail, plusieurs problématiques ont été explorées : 1. La question du transfert de chiralité sur une surface de catalyseur, le Pt(111). En particulier, le cas du transfert d’information chirale d’un modificateur chiral vers un substrat prochiral est étudié, les deux molécules étant liées de façon non-covalente. 2. L’étude et la définition de sites catalytiques uniques sur un catalyseur métallique, le Pt(111). 3. Le comportement dynamique de réactifs à des sites catalytiques uniques. Pour réaliser cette étude, on a utilisé le microscope à effet tunnel (STM), sur une surface de Pt(111) sous ultra haut vide (UHV), pour obtenir des images possédant une résolution moléculaire et sousmoléculaire des réactifs. Des images précises des assemblages entre modificateurs et réactifs peuvent ainsi être obtenues et les assemblages peuvent être classés en familles distinctes. L’acquisition de séries d’images dans le temps permet également d’obtenir une information dynamique sur la formation et la transformation des assemblages. Des expériences de spectroscopie vibrationnelle ont également été réalisées. Ces résultats expérimentaux en science des surfaces sont complétés par des calculs théoriques en théorie fonctionnelle de la densité (DFT) effectués par nos collaborateurs du groupe Hammer de l’Université d’Aarhus au Danemark. La synthèse de molécules et les tests en solution ont été effectués par les membres du groupe Boukouvalas du département de chimie de l’Université Laval. Cette méthode expérimentale permet l’étude de sites catalytiques uniques. La problématique de l’analyse des sites actifs sur un catalyseur est au coeur de la recherche en catalyse hétérogène moderne. Notre méthode est une des voies de recherche, complémentaire des études in situ et operando sur les catalyseurs en conditions réelles. En effet, le STM permet de caractériser des molécules uniques et de séparer espèces actives et spectatrices. Il ne fournit cependant pas d’information chimique directe. En effet, le courant tunnel ne donne pas d’information sur la source des électrons ou des atomes à travers lesquels les électrons ont pu passer. C’est pour cette raison que les calculs théoriques et les mesures de spectroscopie vibrationnelle sont importantes pour la compréhension des phénomènes de surface. En premier lieu, on a suivi dans le temps la déshydrogénation de l’ethylnaphtalène (chapitre 2) puis le bris d’une liaison C−N dans le pantoyl-naphtyléthylamine (PNEA) pour former une aminolactone chirale, décrite au chapitre 3. Cette dernière réaction n’était auparavant pas connue dans la litérature et l’effet de cette aminolactone sur le transfert de chiralité n’avait donc pas été envisagé. La dernière réaction étudiée est l’hydrogénation partielle du 2,2,2-trifluoroacétophénone (TFAP) au chapitre 5. Ce dernier cas a permis d’isoler un intermédiaire dans l’hydrogénation du TFAP, le produit final de l’hydrogénation, l’alcool, n’a pas été observé. La détermination de la structure chimique de cet intermédiaire a été possible en observant un changement dans la géométrie des assemblages bimoléculaires formés en fonction de la température, avec le support de calculs théoriques. Ce dernier cas montre que la géométrie des assemblages intermoléculaires est un marqueur utile de l’état chimique des espèces en surface. Il en résulte qu’une grande partie des résultats de cette thèse concerne l’identification et la caractérisation des liaisons non covalentes qui mènent aux assemblages intermoléculaires, en particulier les liaisons hydrogène faibles qui peuvent se former entre un carbonyle et les hydrogènes d’un groupement aryle ou alkyle dans le chapitre 2. La capacité de ces interactions à créer des assemblages intermoléculaire et à contrôler leur géométrie même en présence d’interactions fortes entre les molécules organiques et la surface métallique a également été étudiée. Dans le cas d’adsorbat chiraux, l’étude des assemblages intermoléculaires permet de comprendre les mécanismes de transfert de chiralité. En effet, dans le cas d’une réaction asymétrique sur une surface métallique les réactifs sont immobilisés dans une géométrie particulière par un modificateur chiral. Il est donc possible de découper la réaction à un site asymétrique comme suit : 1. Adsorption des réactifs 2. Rencontre du réactif avec le modificateur et formation d’assemblages énantiosélectifs. 3. Réaction au sites asymétrique et formation d’un énantiomère du produit de façon préférentielle. Il en découle que l’étude des assemblages énantiosélectifs permet de mieux comprendre le transfert de chiralité. C’est ce qui a été réalisé au chapitre 3 pour l’étude des assemblages entre l’aminolactone chirale formée in-situ avec le TFAP et le cétopantolactone (KPL). On a ainsi montré qu’en présence de KPL, des assemblages multimoléculaires sont formés. Ce mode d’interaction n’avait jamais été observé ni postulé dans la littérature pour des systèmes catalytiques asymétriques. Dans le chapitre 4, les assemblages entre le méthylebenzoyl formate (MBF) et le (R)-1-(1-naphtyléthyleamine) (R)-NEA) ont été étudiés. On a examiné s’il était possible généraliser les résultats obtenus précédemment sur les assemblages entre le (R)-NEA et le TFAP [1] puis le méthyle trifluoropyruvate (MTFP) [2], pour expliquer le rôle des liaisons hydrogène, de la répulsion stérique et des sites d’adsorption sur la géométrie des assemblages. La dernière partie de mes travaux concerne l’étude de la diffusion des réactifs sur la surface, en particulier le (R)-NEA) et le TFAP aux chapitres 6 et 7. Nous avons montré que la diffusion des deux conformères du (R)-NEA) est très différentes, ce qui montre que c’est un marqueur précis de la structure chimique. La diffusion peut être considérée comme une autre façon d’attaquer le problème du transfert de chiralité. En effet la liberté de diffusion des réactifs contrôle l’accès aux différents sites catalytiques et le passage de l’un à l’autre comme on le montre au chapitre 7.

Le travail décrit dans cette thèse concerne l'utilisation des techniques de science des surfaces pour étudier certaines étapes liées à l'hydrogénation énantiosélective des cétones et des α-cétoesters en présence de modificateurs de surface. Les modificateurs sont des molécules chirales qui effectuent le transfert de chiralité en formant des complexes de surface avec des substrats. L'objectif global est de fournir des informations sur les interactions dans les complexes de transfert de chiralité. Pour atteindre cet objectif, nous avons combiné des mesures de spectroscopie infrarouge par absorption-réflexion (RAIRS) et des mesures de microscopie à effet tunnel (STM) avec des calculs de théorie fonctionnelle de la densité (DFT) effectués par un groupe collaborateur. La grande majorité des réactions sur les surfaces de catalyseurs solides se produisent dans une séquence d'étapes impliquant l'adsorption des réactifs, la diffusion sur la surface, la collision, la réaction, suivie de la désorption du produit. Un point fascinant de l'étude de la catalyse énantiosélective hétérogène réside dans la description de la collision conduisant aux interactions intermoléculaires dans les complexes de transfert de chiralité. La réaction d'hydrogénation énantiosélective peut être accélérée par l'activation des liaisons provoquée à la fois par la chimisorption et l'interaction intermoléculaire. La spectroscopie vibrationnelle peut, en principe, fournir des informations sur la chimisorption et les interactions intermoléculaires conduisant à une accélération de la vitesse de réaction et également fournir des signatures d'activation de liaison. Il est cependant extrêmement difficile de faire des mesures spectroscopiques définitives de l'activation des liaisons dans des structures intermoléculaires spécifiques. La principale raison de cette difficulté extrême est que la spectroscopie infrarouge d'absorption-réflexion donne des informations d'ensemble. C'est-à-dire que la mesure IR typique donne un spectre d'au moins 10¹¹ molécules par cm² de surface. De telles informations ne peuvent pas facilement être utilisées pour définir une configuration d'interaction spécifique dans un complexe spécifique. Cette thèse décrit un exemple où l'activation d'une liaison carbonyle est liée à la structure majeure de complexation formée par un α-cétoester et une amine chirale sur Pt(111). Comme informations de base nécessaires, la thèse décrit également des études définitives des géométries d'adsorption des modificateurs chiraux ainsi que des substrats. Les structures auto-assemblées formées par un alcool chiral sur Pt(111) sont décrites en détail. En outre, la thèse décrit des travaux préliminaires sur l'utilisation de carbènes hétérocycliques pour ajouter des informations moléculaires à la surface du Pt. / The work focuses on using surface science techniques to study steps related to the hydrogenation of ketones and α-ketoesters in the presence of surface modifiers. The modifiers are chiral molecules that effect chirality transfer through the formation of surface complexes with the ketone. The overall objective was to provide insight on the enantioselective hydrogenation of ketones and α-ketoesters on Pt. To achieve those goals, we utilized the method of combining the results of under an ultra-high vacuum environment, with supporting sub-molecularly resolved scanning tunneling microscopy (STM) measurements and density functional theory (DFT) calculations performed by a collaborating group. The vast majority of reactions on solid catalyst surfaces are believed to occur in a sequence of steps involving adsorption of the reactants, diffusion on the surface, collision, reaction, followed by desorption of the product. A fascinating point of studying heterogeneous enantioselective catalysis lies in the description of the collision leading to intermolecular interactions and the reaction itself. The reaction can be accelerated through bond activation brought about by both chemisorption and intermolecular interaction. My research basically focuses on the bond activation and its consequent rate enhancement. Vibrational spectroscopy can, in principle, provide information on chemisorption and intermolecular interactions leading to rate enhancement and also provide signatures of bond activation. It is however extremely difficult to make definitive spectroscopic measurements on bond activation in specific intermolecular and adsorption structures. The principal reason for this extreme difficulty is that reflectance absorption infrared spectroscopy (RAIRS) yields ensemble information. That is, the typical IR measurement results in a spectrum from at least 10¹¹ molecules per cm² of the surface. The spectrum then is a composite of the spectra of non-interacting reactants and the spectra of reactants interacting (following collision) in a number of different structural configurations. Such information cannot be readily used to define a specific interaction configuration, rather it gives averaged information. This thesis describes an example where bond activation is related to the majority complexation structure formed by an α-ketoester and a chiral amine on Pt(111). As necessary basic information, this thesis describes definitive studies of adsorption geometries of chiral modifiers as well as substrates. Self-assembled structures formed by a chiral alcohol on Pt(111) are described in detail. Furthermore, the thesis describes preliminary work on the utilization of heterocyclic carbenes to add molecular information to the Pt surface.

Since the discovery of chirality by Louis Pasteur in 1848, the interest of chemists in the preparation of enantiopure compounds has continued to grow, due to their importance in many fields of chemistry. As the biological and metabolic properties of chiral molecules can be totally different between both enantiomers, it is essential to be able to control the stereochemistry of these products. The work presented here focuses more particularly on asymmetric catalysis as a method for the synthesis of chiral compounds. Catalysis offers the advantage of using only a small quantity of chiral reagent, typically organometallic complexes using chiral ligands, and of allowing the use in stoichiometric quantity of a less expensive achiral reagent, which is easier to eliminate, thus offering a greener solution. The catalytic asymmetric oxidation of aromatic sulfides has been a long-studied reaction, with the resulting sulfoxides being used for many applications in the pharmaceutical industry or as chiral inducers for subsequent asymmetric synthesis reactions. The use of Bⁱᴵᴵᴵ salts in this oxidation reaction is however only very little studied, with only one method developed giving excellent yields and enantioselectivities. We were interested in the use of Biᴵᴵᴵ triflate and the ligand 2,2'-bipyridine-α,α'-t-Bu-diol for this same reaction in order to obtain a greener synthetic route. The optimization of this oxidation made it possible to obtain an excellent yield (90%) with a modest enantioselectivity (73:27 er) and led to the use of propylene carbonate, a green solvent. The first 2,2'-bipyridine-α,α'-diol type ligands were synthesized in 1990 by Carsten Bolm. Since then, many analogues have been synthesized in order to study the effects of electron-withdrawing and electron-donating groups on the Lewis acid efficiency of the complex thus formed, by depleting or enriching the electron density of the central metal. We have synthesized a 4,4'-bis(trifluoromethyl) analogue of this ligand. This work is part of our studies of the influence of the CF₃ electron-withdrawing group in this type of bipyridine ligand. Different enantioselective synthetic routes were studied, and the new ligand could be obtained with excellent enantiopurity (99.9:0.1 dr, 99.8:0.2 er) in six steps, its Lewis acid efficiency could be compared to the unsubstituted ligand and to the 4,4'-bis(methoxyl) analogue on model reactions of thia-Michael, Mukaiyama aldol and Diels-Alder. In these three reactions, the synthesized ligand was shown to be less efficient than the unsubstituted ligand and its analogue. / Depuis la découverte de la chiralité par Louis Pasteur en 1848, l'intérêt des chimistes pour la préparation de composés énantiopurs n'a cessé de croître, du fait de leur importance dans de nombreux domaines de la chimie. Les propriétés biologiques et métaboliques des molécules chirales pouvant être totalement différentes entre l'un et l'autre énantiomère, il est essentiel d'être en mesure de pouvoir contrôler la stéréochimie de ces produits. Les travaux présentés ici s'intéressent plus particulièrement à la catalyse asymétrique comme méthode de synthèse de composés chiraux. La catalyse offre l'avantage de n'utiliser qu'une faible quantité de réactif chiral, typiquement des complexes organométalliques utilisant des ligands chiraux, et de permettre l'utilisation en quantité stœchiométrique d'un réactif achiral moins coûteux, plus facile à éliminer, offrant ainsi une solution plus verte. L'oxydation asymétrique de sulfures aromatiques par voie catalytique est une réaction étudiée depuis longtemps, les sulfoxydes résultants étant utilisés pour de nombreuses applications dans l'industrie pharmaceutique ou comme inducteurs chiraux pour des réactions de synthèse asymétrique subséquentes. L'utilisation de sels de Biᴵᴵᴵ dans cette réaction d'oxydation n'est cependant que très peu étudiée, avec une seule méthode développée donnant d'excellents rendements et énantiosélectivités. Nous nous sommes intéressés à l'utilisation du triflate de Biᴵᴵᴵ et du ligand 2,2'-bipyridine-α,α'-t-Bu-diol pour cette même réaction afin d'obtenir une voie de synthèse plus verte. L'optimisation de cette oxydation a permis d'obtenir un excellent rendement (90 %) avec une modeste énantiosélectivité (73:27 er) et conduit à l'utilisation du carbonate de propylène, un solvant vert. Les premiers ligands de type 2,2'-bipyridine-α,α'-diol ont été synthétisés en 1990 par Carsten Bolm. Depuis, de nombreux analogues ont été synthétisés afin d'étudier les effets de groupements électroattracteurs et électrodonneurs sur l'efficacité d'acide de Lewis du complexe ainsi formé, par l'appauvrissement ou l'enrichissement de la densité électronique du métal central. Nous avons effectué la synthèse d'un analogue 4,4'-bis(trifluorométhyle) de ce ligand. Ce travail s'inscrit dans nos travaux d'études de l'influence du groupement électroattracteur CF₃ dans ce type de ligand bipyridine. Différentes voies de synthèse énantiosélectives ont été étudiées et le nouveau ligand a pu être obtenu avec une excellente énantiopureté (99,9:0,1 dr, 99,8:0,2 er) en six étapes, son efficacité d'acide de Lewis a pu être comparée au ligand simple et à un analogue 4,4'-bis(méthoxyle) sur les réactions modèles de thia-Michael, Mukaiyama aldol et Diels-Alder. Dans ces trois réactions, le ligand synthétisé s'est montré moins efficace que le ligand simple et son analogue.

Les acides α-aminés non protéinogènes sont des composés riches d’applications et peuvent donner accès à des composés possédant des propriétés biologiques intéressantes ou à des analogues de peptides. Ainsi, de nombreuses méthodes de synthèse asymétrique ont été développées. Parmi celles-ci, seulement quelques méthodes utilisent la chiralité d’acides α -aminés tertiaires naturels pour accéder à des acides α -aminés quaternaires et il n’existe que peu de synthèses asymétriques absolues d’acides α -aminés tertiaires.Notre équipe a précédemment développé une méthode de synthèse d’acides α-aminés quaternaires reposant sur le concept de la mémoire de chiralité. Cette méthode utilise la chiralité axiale d’amides aromatiques tertiaires pour l’alkylation stéréoselective d’énolates d’acides aminés. Lors de ma thèse, nous avons souhaité appliquer cette méthode d’alkylation stéréosélective d’énolate à d’autres types de réaction tels que la réaction d’aldolisation (utilisant un aldéhyde comme électrophile, et dans ce cas il est nécessaire de contrôler un second centre asymétrique), la réaction d’arylation (utilisant un sel de diaryliodonium comme électrophile) ou à la synthèse totale des composés biologiques intéressants. Des résultats préliminaires encourageants obtenus dans des réactions d’aldolisation (dans le cas avec du benzaldéhyde), d’arylation ainsi que dans la synthèse du précurseur de la L-Méthyl DOPA seront présentés.D’autre part, nous exposerons également la stratégie de synthèse des dérivés d’acides α-aminés tertiaires et des aminoalcools, qui utilise le concept de la chiralité gelée. Cette méthode repose sur l’emploi de la chiralité axiale dynamique des amides aromatiques tertiaires, qui est gelée dans un cristal chiral, et une réaction d’alkylation stéréosélective d’énolate conduisant à des acides aminés énantiomériquement enrichis. En effet, en partant de la glycine, nous avons réussi à trouver un composé de départ qui cristallise dans un groupe d’espace chiral, qui donne donc des cristaux chiraux après la cristallisation. Après avoir trouvé des conditions optimales pour la réaction d’allylation, plusieurs autres électrophiles ont été employés avec succès. Les produits alkylés sont obtenus avec des rendements allant jusqu’à 80% et des excès énantiomériques allant jusqu’à 96% sans utiliser d’autre source de chiralité externe que celle du cristal. L’ouverture de ces composés conduit à la formation des acides α-aminés tertiaires énantiomériquement enrichis. Il s’agit donc d’une synthèse asymétrique absolue d’acides α-aminés. / Non proteinogenic α-amino acids can lead to compounds which exhibit interesting biological properties, or peptides analogues. Numerous methods for asymmetric synthesis of these compounds have been developed. However, few examples have used the chirality of natural tertiary α-amino acids for the synthesis of quaternary α-amino acids, and few examples of asymmetric absolute synthesis to access to tertiary α -amino acids have been described so far. Our research group has previously developed a synthesis of enantioenriched quaternary α-amino acids, based on memory of chirality and using the axial chirality of tertiary aromatic amides for stereoselective alkylation of an enolate of an amino acid.This thesis focuses on expending this methodology to other type of reactions, for example, aldolisation reactions (using an aldehyde as electrophile, in this case it is necessary to control the second asymmetric center), arylation reactions (using a diaryliodonium salt as electrophile) or to the the total synthesis of compounds exhibiting interesting biological properties. Herein, we will show our preliminary results in aldolisation reactions (with benzaldehyde), in arylation reactions and also in the total synthesis of L-Methyl DOPA.On the other hand, we will also present an enantioselective synthesis of tertiary α-amino acids derivatives and of amino alcohols based on the principle of frozen chirality. The strategy uses the dynamic axial chirality of tertiary aromatic amides, which is frozen in chiral crystal, and a stereoselective alkylation reaction of enolate leads to enantioenriched α-amino acids. A compound synthesized from glycine has been finally selected to optimise the asymmetric allylation reaction. These optimales conditions were then successfully employed with various electrophiles. Alkylated products were obtained in yield up to 80% and enantiomeric excesses up to 96% using only chirality of crystal. The deprotection of alkylated products leads to the formation of enantienriched α-amino acids.

Dans une première partie de cette thèse, nous avons étudié le comportement sous champ électrique de la séquence de phases des "cristaux liquides smectiques chiraux" en développant une étude sous champ électrique (E) et en fonction de la température (T) qui sont deux variables thermodynamiques indépendantes. Les résultats de mesures ont conduit au tracé des diagrammes de phase Champ électrique-Température (E-T). Ces diagrammes peuvent dans certains cas révéler l'induction sous champ électrique de nouvelles phases n'existant pas à champ nul. D'autre part, suite à l'étude de certains composés présentant la phase ferroélectrique SmC* dans leur séquence de phase à champ nul. Le tracé de leurs diagrammes de phases (E-T) a permis de mettre en évidence un problème de coexistence entre une phase paraélectrique et une autre ferroélectrique. Pour bien localiser cette séquence de phases sans rencontrer ce phénomène de démixtion, on a fait appel à une nouvelle étude optique sans champ électrique basée sur la méthode de conoscopie à balayage. L'analyse de l'ellipticité de la lumière transmise en fonction de la rotation de l'échantillon a donné accès aux deux indices de réfraction (ne et no) séparément, à la biréfringence (Δn), au pouvoir rotatoire optique (PRO) et à la gyrotropie. Ces études que nous avons développé avec succès nous permettent une mise au point robuste et efficace des comportements des différentes phases de cristaux liquides smectiques chiraux sous et en absence du champ électrique.

Les édifices multi-porphyriniques retiennent de plus en plus l'attention des chercheurs et leur compréhension n'a cessé de croître ces dernières années en raison de leur vaste domaine d'application, que ce soit pour l'élaboration de complexes collecteurs d'énergie lumineuse, pour la construction de fils moléculaires photoniques ou électroniques ainsi que pour la formation de complexes supramoléculaires originaux.<br />Dans l'optique de synthétiser des pinces bis-porphyriniques capables de former des complexes supramoléculaires stables avec des bases bidentates de tailles variées, nous avons synthétisé plusieurs architectures moléculaires de type bis- et tris-porphyrines dans lesquelles les chromophores sont liés entre eux par des espaceurs nucléosidiques flexibles dérivés de l'uridine. Nous avons donc fait varier les positions d'ancrage des deux porphyrines sur l'uridine en accrochant soit les deux porphyrines en des positions différentes du sucre, soit en greffant un chromophore sur le ribose et l'autre sur l'uracile. <br />La caractérisation par spectroscopie UV-visible de l'ensemble des architectures moléculaires nous a permis d'observer l'existence d'interactions électroniques entre les différents chromophores au sein de ces composés. Pour deux des trois dimères ainsi que pour les trimères, l'espaceur nucléosidique bloque la conformation de ces molécules sous la forme de pinces comportant une cavité pré-organisée. Ainsi, la complexation de bases bidentates de tailles variées a été suivie par spectroscopie UV-visible, et des constantes d'association supérieures de 1,5 à 2 ordres de grandeur par rapport à la complexation des mêmes bases par une mono-porphyrine ont été trouvées. La pré-organisation des cavités bis-porphyriniques augmente donc la stabilité des complexes supramoléculaires de type hôte/récepteurs formés. En outre, l'ajustement de la cavité à la taille de l'hôte complexé a pu être démontré. Un piégeage efficace de la luminescence de la porphyrine de Zn(II) a également été observé au sein des deux dimères porteurs à la fois d'une porphyrine de Zn(II) et d'une porphyrine base-libre, et attribué à un transfert d'énergie ayant lieu vers la porphyrine base-libre.<br />Enfin, ces espaceurs nucléosidiques offrent la possibilité d'établir des liaisons hydrogène avec un synthon complémentaire de l'uracile fonctionnalisé par une porphyrine ou deux, et ainsi d'augmenter le nombre de chromophores collecteurs de photons.

Les travaux réalisés dans cette thèse concernent les efforts réalisés pour la synthèse de dérivés chiraux à base d'iode hypervalent analogues de l'acide iodoxybenzoïque, appelé IBX. Ces travaux ont permis de réaliser la synthèses de nouveaux dérivés iodés hypervalents qui ont été utilisés lors de réactions de désaromatisation de phénols énantiosélectives. Outre, les nouveaux dérivés hypervalents iodés synthétisés cette thèse a permis de mettre en avant le caractère problématique de la réaction d'oxydation de l'iode. Une alternative à ce problème a été la mise au point de méthode de génération in situ de dérivés iodés hypervalent permettant de réaliser des réactions de désaromatisation de phénols énantiosélectives. / The work presented in this thesis are about the synthesis of new chiral hypervalent iodine compounds analogues of the iodoxybenzoic acid, called IBX. This work shows an access to new chiral hypervalent iodine compounds which were used in enantioselective dearomatisation of phenols. In addition to the new compounds synthesized, this thesis gives a view of the complexity of the oxidation of iodine compounds. An alternative to this problematic synthetic step is given by the development of in situ generation methodology of hypervalent iodine compounds in order to perform an enantioselectiv variant of the dearomatization reaction.

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.

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.

Les complexes de coordination supramoléculaires constitués de briques moléculaires chirales sont bien décrits dans la littérature. En revanche, les systèmes combinant briques moléculaires chirales et chiralité inhérente restent encore très peu explorés. C'est dans ce contexte que s'inscrit ce travail de recherche. Nous avons étudié de nouveaux ensembles supramoléculaires de coordination tridimensionnels chiraux pour des applications potentielles en catalyse. La synthèse a été développée par auto-assemblage de briques moléculaires différentes : ligands azotés bitopiques, ligands tritopiques et complexes de coordination. Neuf auto-assemblages différents ont été réalisés avec les ligands bitopiques dérivés de l'imidazole et de complexes de Pd (II) et de Pt (II). Les auto-assemblées triangulaires T-7, T-9, T-10, T-12, T-13 et T-15 ont été obtenues majoritairement alors que les structures T-11, C-11a et C-11b ou encore T-14 et C-14, ont été obtenues sous la forme d'un mélange triangle-carré dont les proportions dépendent de la concentration et de la nature du solvant. Leur caractérisation et l'étude de leur structure en solution ont permis de mettre en évidence une chiralité inhérente à leur structure. A notre connaissance, l'auto-assemblée T-7 est la première structure triangulaire chirale, composée de briques moléculaires achirales, complètement caractérisée en solution. A partir de l'auto-assemblage ligand tritopique / ligand bitopique / complexe métallique, trois structures prismatiques chirales ont été synthétisées grâce à l'encapsulation d'un invité pyrènecarboxaldéhyde (I-8). La structure Prism-2 a été obtenue avec un excellent rendement et une très bonne pureté. Sa caractérisation par spectroscopie RMN en solution et son analyse en DFT ont permis de déterminer la chiralité inhérente de la structure obtenue comme un racémique P-(Prism-2⊃(I-8)2) et M-(Prism-2⊃(I-8)2). L'analogue énantiopur Prism-3 est obtenu par l'auto-assemblage de L4Me, 4tpt et du complexe énantiopur Pd-5 en présence de I-8. La spectroscopie RMN en solution a permis de déterminer la configuration de l'énantiomère obtenu, (λ,P)-(Prism-3⊃(I-8)2), et confirme la chiralité inhérente de ces structures prismatiques. / Supramolecular coordination complexes, constituted of chiral molecular bricks, are well described in the literature. However, supramolecular complexes combining chiral building blocks and inherent chirality are underexplored. In this context, we have undertaken the synthesis of novel chiral three-dimensional supramolecular coordination complexes for their potential uses in catalysis. Their synthesis have been carried out by self-assembly of different molecular bricks: ditopic and tritopic nitrogen-ligands, and coordination complexes. Nine different self-assemblies have been synthesized with imidazole-based ditopic ligands and palladium(II), or platinum(II), coordination complexes. On the one hand, the triangular self-assemblies T-7, T-9, T-10, T-12, T-13 and T-15 have been obtained as the major component. On the other hand, structures T-11, C-11a-b or T-14 and C-14 have been obtained as a mixture of triangular and square structures in a ratio depending on the concentration and the solvent. The full characterization of these structures in solution has shown their inherent chirality. To our knowledge T-7 is the first triangular supramolecular coordination complex constituted of achiral components shown to be chiral in solution. Self-assembly syntheses of tritopic and ditopic ligands as well as palladium(II) coordination complexes were carried out, in the presence of pyrenecarboxaldehyde (I-8). Three chiral prismatic structures have been obtained. Prism-2 has been characterized by NMR spectroscopy in solution and DFT analysis which supports its inherent chirality. The racemic (P-(Prism-2⊃(I-8)2) / M-(Prism-2⊃(I-8)2)) has been isolated with an excellent yield and a very good purity. Prism-3, an enantiopure analog of Prism-2, was obtained by self-assembly synthesis of L4Me, 4tpt and the enantiopure coordination complex Pd-5 in the presence of I-8. The configuration of the isolated enantiomer was carried out by NMR spectroscopy in solution and assigned to (λ,P)-(Prism-3⊃(I-8)2), confirming the inherent chirality of the different prismatic structures.