Le procédé de dépôt electroless de Cu permet la métallisation de substrats non-conducteurs en utilisant un électrolyte composé d’un agent réducteur et d’un sel de cuivre métallique complexé à pH basique. La réduction spontanée des ions cuivre dans l’électrolyte rend l’électrolyte métastable. Des stabilisants (SB) sont ajoutés pour ralentir la cinétique au sein de l’électrolyte et contrôler la vitesse de dépôt sur le substrat.Ce travail de thèse se concentre sur l’étude de la N,N’-diéthylthiourée (DETU), utilisée comme SB dans les électrolytes electroless de cuivre dans une gamme de concentration allant du µM au nM. Une faible variation de la concentration montre des effets prononcés sur la stabilité de l’électrolyte ainsi que sur la cinétique de dépôt et les propriétés du dépôt lui-même. C’est pour cela que la quantification des SB dans ces électrolytes est d’une importance majeure pour assurer la durabilité du procédé electroless. Le défi principal de ce travail est de développer une méthode de quantification de stabilisants (de 1 à 100 nM) dans les électrolytes electroless de cuivre.L’influence du DETU sur les propriétés du dépôt est étudiée pour différentes durées de dépôt. Le dépôt de cuivre est caractérisé en utilisant différentes techniques telles que les techniques DRX, MEB, AFM et XPS. La structure cristalline et la microstructure des couches de cuivre varient peu avec la concentration de DETU. Par contre, une augmentation de la teneur en nickel augmente la vitesse de dépôt et la taille des grains, rendant les couches déposées plus poreuses.La voltammétrie linéaire à balayage (LSV) sur une électrode d’or est utilisée pour étudier les réactions d’oxydation se déroulant à l’électrode et l’influence du SB. Toutes les signatures voltammétriques sont identifiées. Le profil LSV est sensible à la concentration de SB et la densité de courant globale diminue lorsque la concentration de SB augmente. Ceci est dû à l’adsorption du SB sur l’électrode, qui diminue la densité de sites actifs libres et par conséquent limite la vitesse d’oxydation. L’adsorption de SB sur l’électrode est modélisée en utilisant l’isotherme de Langmuir. La cinétique d’adsorption est étudiée pour des vitesses de balayage variables. Le taux de couverture total de l’électrode est discuté en fonction de la concentration, en faisant l’hypothèse que l’équilibre est atteint aux faibles vitesses de balayage de LSV. Une méthode de suivi des SBs dans les électrolytes de cuivre electroless est proposée. La limite de détection de concentration de DETU est 2 nM. Différents SB ainsi que des mélanges de SB peuvent également être analysés par cette méthode. / The Cu electroless process allows the plating of non-conductive substrates using an electrolyte composed of a reducing agent and a complexed copper metal salt at alkaline pH. Spontaneous reduction of copper ions to metallic copper in the electrolyte makes the process metastable. So called stabilizers (SB) are added to slow down the kinetics in the electrolyte and to control the plating rate.This work focuses on the study of N,N’-diethylthiourea (DETU), which is used as SB in electroless copper electrolytes in concentration ranging from µM to nM. A slight variation of concentration has a strong effect on the electrolyte stability as well as the deposition kinetics and deposit properties. Therefore, quantification of the SBs in the electrolyte is of primary importance for the sustainability of the electroless process. The main challenge of this work is to develop a quantification method of stabilizers (from 1 to 100 nM) in electroless copper electrolytes.The influence of DETU on the deposit properties is studied for various deposition times. The Cu-deposit is characterized using different techniques such as XRD, AFM, HRSEM and XPS. On one hand, the crystalline structure and the microstructure do not vary with the DETU concentration. On the other hand, higher nickel content is found to increase the deposition rate and the grain size, making the deposited layer more porous.Linear sweep voltammetry (LSV) on a gold rotating disk electrode is used to study the oxidation reactions occurring in the electrolyte and the influence of SB. Each voltammetric signature is assigned. The LSV profile is sensitive to SB concentration and the overall current density decrease for increasing SB concentrations. This is assigned to SB adsorption on the electrode, which decreases the density of active free sites and therefore limits the oxidation rate. Adsorption of SB on the electrode is described using the Langmuir isotherm model. Kinetics of adsorption is studied by varying the scan rate. Final electrode coverage is discussed as a function of concentration assuming equilibrium is reached at low LSV scan rates. An analytical method for monitoring SB in electroless copper electrolytes is proposed. The limit of detection for DETU is 2 nM. Various SB and SB mixtures can be monitored as well.

The cold gas dynamic spray process developed in the middle of the 80’s reached the industrial stage in development. Even so, many scientific investigations still go on. The nature of the bond between the coating and the substrate is the subject of some controversy. The development of the process will be improved by understanding how the properties of the powder and the mechanical properties of the substrate influence the bonding process. This study analyses the basic dynamics of the process when copper is sprayed.<p>• The one dimensional isentropic model of the gas behaviour in a Laval type nozzle allows evaluating the effect of the gas stagnation pressure P0 and temperature T0 on the impact velocity and temperature of the powder particle.<p>• The analysis of single splats on two substrates (aluminium and steel) shows the influence of the substrate on the deformation of single particles and the influence of the impact speed on the impact shape.<p>• Coatings are made of with powders with a specific size distribution. Two copper powders with a different size distribution are compared based on the deposition efficiency (D.E.) and the mechanical properties of the coating. The mechanical properties tested are the microhardness, the bond strength and the nanohardness.<p>• X-ray diffraction will show that the two powders have an initial very different microstructure. The consequence of this is a different deformation mechanism during the coating build up.<p>• An Auger analysis of the interface has shown the presence of diffusion zone when copper was sprayed on the Al and TA6V substrate.<p>It appears that the size distribution will determine the final impact conditions of the powder. The microstructure of the powder and the oxide content of the powder yield different deformation processes and may explain the differences in D.E. and mechanical properties. The Auger analysis of the interface has yielded diffusion zone that were not expected but some mechanisms under impact loading can explain their presence./<p>Le procédé de projection thermique à froid a été développé dans le milieu des années 80 et il arrive au stade industriel. Néanmoins, plusieurs développements scientifiques sont encore en cours. La nature du lien entre la poudre et le substrat est toujours l’objet de certaines controverses. Le développement futur du procédé nécessite une bonne compréhension de l’influence de la poudre et des propriétés du substrat sur le mécanisme d’adhérence. Cette étude va mettre en évidence les principaux facteurs influençant la projection de cuivre.<p>• Le modèle unidimensionnel isentropique du gaz parfait dans une buse convergente/ divergente permet de déterminer l’influence de la pression de stagnation et de la température de stagnation sur la vitesse et la température d’impact des particules de poudre.<p>• L’analyse d’impact unique sur les substrats d’acier et d’alliage d’Al (AA2014) montre l’influence du substrat sur la déformation des particules de poudre. La vitesse d’impact a une conséquence importante sur la forme d’une particule projetée sur une surface. <p>• Les revêtements sont fabriqués à partir de poudre avec une granulométrie donnée. Deux poudres avec une distribution de taille différente sont comparées par leur rendement de déposition et les propriétés mécaniques des revêtements obtenus. Les propriétés mécaniques testées sont la microdureté, l’adhérence et la nanodureté.<p>• La diffraction par rayons-X montre que les deux poudres ont initialement une microstructure très différente. Lors de l’impact, les deux poudres vont se déformer de manière différente et ceci se traduit dans la microstructure.<p>• La spectroscopie Auger montre qu’une zone de diffusion s’est formée à l’interface entre le cuivre et les deux substrats d’Al et de TA6V.<p>La distribution de taille des poudres a une influence considérable sur la vitesse et la température d’impact des particules de poudres mais il apparaît que d’autres facteurs ont aussi énormément d’influence. Le taux d’oxyde dans la poudre a une influence très importante sur le rendement et l’adhérence du dépôt. Les deux poudres projetées ont une microstructure initiale très différente et ceci se traduit par une déformation différente des particules de poudre dans le revêtement.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La protection contre la corrosion par des films ultramince (≤50 nm) d'alumine déposées par ALD sur le cuivre et l'aluminium à 250°C a été étudiée dans une solution aqueuse 0,5 M de NaCl en combinant méthodes d'analyse électrochimique et de surface. L'étude de l'alumine ALD sur un substrat Cu comprend l'effet de l'épaisseur du revêtement, l'effet de l'oxyde interfacial, l'effet de la préparation de la surface et la durabilité du revêtement. Pour le substrat Al, le travail a porté sur l'examen de l'effet de l'épaisseur du revêtement. Les revêtements ont montré d'excellentes propriétés de corrosion sur des substrats Cu électropoli, tandis qu'ils ont échoué à protéger le substrat recuit, de fait d'une mauvaise adhérence à une surface lissée. L'amélioration de la résistance à la corrosion d'alumine ALD sur le substrat Cu est obtenue en l'absence de vieillissement de l'oxyde natif interfacial, et sa modification par un prétraitement. En dépit de remarquables propriétés d'étanchéité sur un substrat Cu électropoli, la protection contre la corrosion de l'alumine ALD n'est pas durable. Le revêtement du substrat Al avec l'alumine ALD conduit à l'augmentation significative de la résistance à la corrosion. Le potentiel de piqûration est augmenté en présence des revêtements l'épaisseur de 20 et 50 nm, ce qui n'a pas été obtenus avec 10 nm en raison de sa faible épaisseur. Cette étude est une étude préliminaire pour l'application de revêtements d'alumine ALD pour la protection contre la corrosion des alliages Al-Cu en combinaison avec d'autres compositions ALD. / Corrosion protection by ultrathin (≤ 50 nm) alumina films deposited by atomic layer deposition (ALD) on copper and aluminium at 250°C was studied in 0.5 M NaCl aqueous solution by combining electrochemical and surface analytical methods. The study of ALD Al2O3 on Cu substrate included investigation of the effect of the coating thickness, the effect of an interfacial oxide, the effect of surface preparation and the durability of the coating. For ALD Al2O3 on Al substrate, the work focused on the examination of the effect of the deposited coating thickness. ALD alumina coatings showed excellent corrosion properties on electropolished copper substrates, while they failed to protect the annealed substrate, as a result of poor adhesion to a smoothened surface. Modification of interfacial native copper oxide by its pre-treatment led to better corrosion protection of ALD alumina on copper substrate. Despite its remarkable sealing properties on electropolished Cu substrate, corrosion protection of ALD alumina was not durable. Coating of Al substrate with ALD Al2O3 led to significant increase of polarization resistance. Better performance was obtained for 10 and 20 nm coatings on Al than on Cu. Apart from significant decrease of current, the pitting potential was increased in presence of 20 and 50 nm coatings, which was not achieved with 10 nm due to its low thickness. This study was a preliminary study for application of ALD alumina coatings for corrosion protection of Al-Cu alloys in combination with other ALD compositions.

Le domaine côtier Méditerranéen et particulièrement les ports représentent à la fois des zones de fortes pollutions liées à la densité de population et d'activité mais également des zones de refuge pour de nombreuses espèces aquatiques. Des études préliminaires ont démontré que les sédiments de Port Camargue soumis à une obligation de dragage présentent un niveau de contamination au cuivre et aux organoétains (OSn) important. Ces concentrations peuvent avoir des conséquences sur l'écosystème aquatique aussi bien en situation peu perturbée qu'au cours d'opération de dragage. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse consistent à caractériser l'état de la contamination dans les sédiments et la colonne d'eau, l'impact de cette contamination sur des organismes cibles, et identifier les processus contrôlant la dynamique des polluants dans la colonne sédimentaire et à l'interface eau/sédiment. Afin de réaliser les objectifs, l'étude a couplé une approche in-situ (prélèvements de carottes, échantillonnage d'eau interstitielle à l'interface, caging…) ainsi qu'un approche laboratoire in vitro (tests de sorption en microcosmes). Pour cela, l'étude de la contamination du compartiment sédimentaire (phase particulaire et dissoute) a été effectuée dans une première partie. Dans un deuxième temps, la spéciation du Cu, Zn et Mn ainsi que des OSn dans l'eau du port a été étudiée sur une période d'un an avant dragage puis pendant les six mois de dragage du port. Les effets de la contamination ont été étudiés sur des bivalves (Ruditapes et Loripes) immergés dans la colonne d'eau. Enfin, les isotopes du cuivre comme traceur de source de contamination ont été testés dans cet environnement simple, puisque le Cu anthropique provient essentiellement des peintures antifouling. L'ensemble de l'étude a permis de mieux comprendre le devenir, la dynamique et la biodisponibilité des polluants actuels et passés dans un environnement portuaire Méditerranéen fortement contaminé par le Cu et les OSn. / The Mediterranean coastal area, particularly harbors and marinas represent areas of high pollution associated with population density and activity. They are also places of refuge for many aquatic species. Preliminary studies have shown that sediments from Port Camargue subject to mandatory dredging, present an important level of copper and organotins (OTs) contamination which can affect aquatic ecosystems. In this context, the objectives of this thesis are to characterize the state of contamination in sediments and the water column, the impact of this contamination on target organisms, and identify the processes that control the dynamics of pollutants in the sedimentary column and sediment/water interface. To achieve the objectives, the study coupled in situ approach (core samples, sampling of interstitial water at the interface, caging deployment…) and a laboratory in vitro approach (sorption tests in microcosms). For this study the contamination of the sediment (particulate and dissolved phases) was performed in a first part. Secondly, the speciation of Cu, Zn and Mn as well as OSn in the harbor water was studied over a period of one year before dredging and for the six months during the dredging operations. The effects of contamination were also examined on bivalves (Ruditapes and Loripes) immersed in the water column. Finally, the copper isotopes as tracers of source of contamination were tested in this simple environment, since anthropogenic Cu comes mainly from antifouling paints. The entire study has provided insight into the future, the dynamic and bioavailability of pollutants present and past in a Mediterranean port environment heavily contaminated with Cu and OSn.

Les estuaires ont été soumis à une forte pression humaine qui a entraîné la présence de polluants dans leurs eaux et sédiments, par exemple les métaux traces. Les estuaires du Golfe de Gascogne n’en sont pas une exception et les estuaires d’Ibaizabal et de la Gironde sont bien connus pour avoir des concentrations élevées de métaux. Dans ce contexte, les programmes de surveillance de l’environnement se sont appuyés sur l’utilisation des moules et des huîtres comme espèces sentinelles, car les analyses chimiques et biologiques de leurs tissus permettent d’évaluer l’état général de santé de leur environnement. Dans le but d’acquérir une meilleure compréhension des interactions entre la bioaccumulation et des effets toxiques du cuivre (Cu) et de l’argent (Ag) dans les huîtres Crassostrea gigas, ainsi que l’influence de facteurs environnementaux, le présent travail présente une étude de terrain et trois expériences de laboratoire. Parmi les résultats obtenus, on peut souligner que : (I) même si les huîtres et les moules peuvent indiquer correctement l’état de santé des estuaires du Golfe de Gascogne, une accumulation clairement plus élevée de métaux se produit dans les huîtres que dans les moules, (II) la voie d’exposition (directe ou alimentaire)induit des réponses de différentes intensités dans les huîtres, (iii) la toxicité de l’Ag est renforcée par la présence accrue de Cu dans les huîtres et (IV) la salinité a un faible effet sur la toxicité des métaux dans les huîtres. / Estuaries have been subjected to a high human pressure which has led to the presence of pollutants in their waters and sediments including trace metals. The estuaries in the Bay of Biscay do not constitute an exception of this situation and the Ibaizabal and Gironde Estuaries are both very well known for having high metal concentrations in different compartments. In this context, environmental health monitoring programmes have relied on the use of mussels and oysters as sentinel organisms because chemical and biological analyses of their tissues allow assessing the general health status of their surrounding environment. The present work aims at acquiring a deeper understanding of the interactions between bioaccumulation and the toxic effects of copper (Cu) and silver (Ag) in oysters Crassostrea gigas, as well as the effects that environmental factors may have on them, For this, one field study and three laboratory experiments have been carried out. Among the most relevant results obtained it can be highlighted that: (I) both oysters and mussels are useful to properly indicate the health status of estuaries of the Bay of Biscay, yet higher accumulation of metals occurs in oysters than in mussels, (II) the intake pathway (watercolumn and/or food) induces different response intensities in oysters (III) the toxicity of Ag is enhanced in the presence of Cu in oysters and (IV) salinity has a low effect on the toxicity of both metals in oysters.

Ce manuscrit présente le développement de nouveaux complexes de cuivre conçus comme catalyseurs. Ceux-ci ont été développés en s’inspirant des sites actifs des enzymes à cuivre comme les oxydases à cuivre. Trois complexes binucleaires de cuivre ont été synthétisés et caractérisés, avec une étude approfondie de leur comportement redox pour évaluer leur utilisation potentielle comme catalyseurs de la réduction de l’oxygène. Ces études, couplées avec des analyses spectroscopiques ont démontré l’influence de l’environnement de coordination sur la stabilité des complexes. En fait, quand les centres de Cu(II) sont coordonnés par de ligands trop faibles, ils ont tendance à se réduire spontanément en solution, produisant des mélanges de différentes espèces impossibles à purifier. D’autre part, quand les centre Cu(II) sont stabilisés dans des structures plus rigides le complexe montre des transferts d’électrons plus lents, une caractéristique peu désirable dans le développement de catalyseurs de la réduction de l’oxygène. Pour ces raisons, des ligands plus sophistiqués ont été synthétisés avec le but d’obtenir des complexes trinucléaires de cuivre capables de catalyser efficacement la réaction de réduction de l’oxygène. Un des complexes binucléaires développés a été testé comme catalyseur de transfert de nitrene, en particulier dans la synthèse d’aziridines. Le complexe montre une bonne performance catalytique à la fois sous les formes bis-Cu(II) et bis-Cu(I). L’activité catalytique a été analysée aussi du point de vue mécanistique et des études préliminaires suggèrent la présence de différents mécanismes d’interaction entre les donneurs de nitrene et les deux formes du complexe. / This manuscript presents the development of new copper complexes for catalytic purposes. The design of the complexes takes inspiration from the active sites of multicopper oxidases. Three binuclear copper complexes have been synthesized and characterized, with a focus on their electrochemical behaviour and their potential use as catalysts for oxygen reduction. Spectroscopic and electrochemical studies revealed the importance of the coordination environment on the stability of the complexes. Cu(II) centers coordinated by not strong enough ligands are spontaneously reduced in solution, giving rise to mixtures of different complexes. At the same time more rigid structures capable of stabilising the two copper centers give rise to slow electron transfers, an undesirable characteristic in electrocatalysts. For these reasons more complex ligands have been synthesized, with the aim of obtaining trinuclear copper complexes with good properties as catalysts for dioxygen reduction. One of the binuclear complexes have been tested as oxidation catalyst in nitrene transfer reactions. The complex shows good performance in aziridination catalysis, both in its bis-Cu(II) and bis-Cu(I) forms. The catalytic activity have been analysed also from the mechanistic point of view. Preliminary results suggest different mechanisms of interaction of the reduced and oxidized forms of the complex with the nitrene donors.

La catalyse permet de réaliser des transformations efficaces à un coût énergétique plus faible qu'avec des réactions non catalysées. Le développement d’un catalyseur peut souvent être inspiré par la Nature qui parvient à réaliser des transformations chimiques difficiles avec de hauts rendements et une grande sélectivité et ce en milieu aqueux dans des conditions douces. Par exemple, les protéines dépendantes du cuivre peuvent oxyder une large gamme de substrats. Inspirés par les systèmes biologiques, les metallopeptides ont récemment émergés en tant que plate-forme fiable pour développer de nouveaux catalyseurs grâce à leur facilité d’accès, de maniement et d’affinage de leurs propriétés. Dans cette thèse, nous décrivons la synthèse d’une famille de décapeptides bio-inspirés, qui contiennent des résidus His et Asp permettant de coordiner des ions métalliques. Les données indiquent que tous les peptides se lient au cuivre et qu’ils forment, à un pH proche de la neutralité, une espèce cuivre (II) majoritaire, similaire entre tous les peptides. Dans ces complexes, les peptides lient le cuivre (II) par les chaines latérales des résidus His et Asp. Pour finir, la capacité de ces systèmes ainsi que des complexes cuivre (II)-amyloid-β à catalyser des transformations oxydantes en solution aqueuse en utilisant H2O2 comme oxydants a été évaluée. Cette étude révèle que i) la structure des peptides à un impact sur les rendements catalytiques et sur l’obtention d’excès énantiomérique, et que ii) les complexes cuivre (II)-amyloid-β sont moins performants que nos systèmes cuivre (II)-peptide / Catalysis gives access to efficient transformations at a lower cost in energy and generally offers possibilities to reduce or eliminate the need for and the generation of hazardous compounds . The development of a catalyst is often inspired by Nature that performs challenging chemical transformations with high rates and high selectivity under mild conditions and aqueous media. For example, copper dependent proteins can react to oxidize a broad range of substrates. Inspired by biological systems, metallopeptides have recently emerged as reliable platforms to evolve new catalysts because they are chemically accessible, easy to handle and fine-tune.In this work we synthetized a family of bioinspired decapeptides containing His and Asp residues as metal ion coordinating amino acids. Their copper coordination properties were studied using pH potentiometry, and different spectroscopic techniques (UV-Vis, CD, EPR, NMR). The data indicates that all the peptides bind copper and form similar major copper(II) species at a pH close to neutrality where copper (II) is coordinated by the side-chains of His and Asp residues. Finally, the capabilities of these metallopeptides to perform a variety of oxidative transformations in aqueous solution at room temperature, using H2O2 as the oxidant were evaluated in parallel with that of amyloid-β peptides copper (II) complexes. This study revealed that i) the scaffold of the designed peptides had an impact on the catalytic efficiencies and enantiomeric excess and ii) the amyloid-β peptides copper (II) complexes are less active than our designed copper(II) peptide systems

Cette thèse s'inscrit dans le cadre très général de la recherche de nouvelles méthodes de synthèse éco-compatibles. Dans la première partie, intitulée « Arylation catalysée au cuivre d'hétérocycles azotés par des sels d'aryldiazonium», nous avons présenté nos travaux décrivant le premier exemple d'une réaction de type Sandmeyer permettant la formation d'une liaison carbone-azote (C-N). Nos systèmes permettent, en effet, l'arylation de nucléophiles azotés, essentiellement de type pyrazole, à partir d'électrophiles d'aryldiazoniums. Les motifs obtenus, les arylpyrazoles, sont des molécules extrêmement répandues, aux nombreuses applications dans le domaine des sciences de la vie mais aussi des matériaux.Les conditions que nous utilisons sont extrêmement douces puisqu'elles ne font appel qu'à des quantités catalytiques de cuivre et d'acide acétique. Par ailleurs, ce système fonctionne à température ambiante sans nécessiter la présence de ligands, additifs ou bases.Enfin l'azote (N2) libéré dans le milieu est inerte et sans impact dans le milieu réactionnel.Dans une seconde partie, intitulée « Synthèse des biaryles symétriques à partir des aryllithiens, en présence d'un catalyseur au fer », nous avons décrit un nouveau système catalytique au fer, permettant la synthèse directe de dérivés biaryliques symétriques à partir d'arylithiens générés in situ et d'halogénures d'aryles, dans des conditions de températures très douces en utilisant un système catalytique au fer, en absence de ligands. La procédure, qui se déroule via l'échange quantitatif in situ d'halogénure d'aryle avec les alkyllithiums, permet un excellent contrôle de la réactivité et de la sélectivité.Enfin, dans une dernière partie intitulée « Synthèse directe des biarylméthanes sans un métal de transition », nous avons mis en évidence une nouvelle méthode de synthèse de biarylméthanes dissymétriques par couplage en milieu super basique de cétones benzyliques énolisables avec des dérivés aromatiques iodés. Dans ces conditions, la présence d'un catalyseur métallique n'est plus nécessaire pour obtenir ces molécules qui présentent un fort intérêt dans le domaine pharmaceutique et dans celui des matériaux. / This thesis is part of a very general search for new synthetic eco-friendly methods.In the first part, entitled "Arylation catalyzed by copper nitrate salts aryldiazonium heterocycles", we present our work describing the first example of a Sandmeyer reaction type allowing the formation of a carbon-nitrogen bond (C-N). Our systems can, indeed, arylate nitrogen nucleophiles, essentially pyrazole, from aryldiazoniums electrophiles. The patterns obtained, the arylpyrazoles, are extremely common in the field of life and also in materials. The experimental procedures we use are extremely mild, as they involve only catalytic amounts of copper and acetic acid. Furthermore, this system operates at room temperature without the presence of ligand, base or additive. As a side product of the reaction, nitrogen (N2) is released into the medium but without impacting on the inert atmosphere of the reaction. In the second part, entitled "Synthesis of symmetrical biaryls from aryllithiens in the presence of an iron catalyst", we describe a new iron catalytic system that allows the direct synthesis of symmetrical biaryl derivatives from arylithiens, generated in situ from aryl halides under very mild temperature conditions, using an iron catalyst system in the absence of ligands. The procedure which takes place via an in situ quantitatively generated aryl halide with alkyllithiums exchange, provides an excellent control of reactivity and selectivity.Finally, in the last section entitled "Direct Synthesis of biarylmethanes without a transition metal", we demonstrate a new method for the synthesis of unsymmetrical biarylmethanes in a super basic medium of benzyl ketones, with enolizable iodinated aromatic compounds. Under these conditions, the presence of a metal catalyst is not necessary. The molecules obtained have a strong interest in the pharmaceutical field and in materials.

Cette thèse décrit le développement de nouvelles méthodes de catalyse à l’or et au cuivre pour la synthèse de composés hétérocycliques et de produits trifluorométhylés.Dans un premier temps, une synthèse d’allènes trifluorométhylés par catalyse à l’or a été développée, dont l’étape clé est un transfert d’hydrure 1,5. Cette méthode donne accès de manière efficace et sélective à une large gamme d’allène perfluoroalkylés dont le potentiel synthétique a également été démontré.Le pouvoir catalytique de l’or a alors été utilisé dans une synthèse de 2H-1,3-oxazines reposant sur une cyclisation de type 6-endo d’azido alcynes. Cette méthode donne accès dans des conditions très douces à une gamme sans précédent d’oxazines polysubstituées avec d’excellents rendements.Dans un dernier temps, une méthode d’hydrofonctionnalisation radicalaire d’alcènols catalysée au cuivre. La stratégie impliquée repose sur une abstraction d’hydrogène 1,5, dans laquelle un groupement benzyloxy joue le rôle de donneur d’hydrogène. / This manuscript presents the development of gold- and copper-catalyzed methods for the synthesis of heterocyclic compounds and trifluoromethylated products.Firstly, a gold-catalyzed synthesis of trifluoromethyl allenes was developed, relying on a 1,5 hydride shift. This method allows to access, in a very efficient and selective way, a large range of perfluoroalkylated allenes, of which the synthetic potential was also demonstrated.Afterwards, the catalytic power of gold was then used in a synthesis of 2H-1,3-oxazines, relying on a 6-endo type cyclization of azide-yne substrates. This methods allows to access, in very mild condition, an unprecedently large range of polysubstituted oxazines in excellent yields.Finally, a method for the copper-catalyzed radical hydrofunctionalization of alkenols was developed. The strategy involved relies on a 1,5 hydrogen abstraction, in which a benzyloxy moiety plays the role of the hydrogen donor.

Le cuivre est un micronutriment essentiel qui participe à de nombreux processus biologiques. Cependant, le cuivre libre est toxique pour l’organisme parce qu’il catalyse une réaction de type Fenton formant des espèces réactives de l’oxygène. Par conséquent la concentration en cuivre est finement régulée dans tous les organismes vivants. Les maladies de Menkes et de Wilson sont dues à des dérèglements de l’homéostasie du cuivre qui se manifestent respectivement par une déficience ou une accumulation de cuivre dans l’organisme. La maladie de Wilson est traitée avec des chélateurs du cuivre, qui provoquent des effets secondaires importants chez certains patients.Mon projet de doctorat consiste en l’élaboration de trois familles de peptides qui contiennent des acides aminés cystéines et en l’étude de leurs complexes de Cu(I) pour déterminer s’ils sont des candidats adaptés pour le traitement de la maladie de Wilson. L'interaction de certains peptides avec les ions Hg(II) ou Zn(II) a également été étudiée. En effet, le Hg(II) est un cation métallique possédant des propriétés similaires au Cu(I) et donc souvent utilisé pour modéliser le Cu(I) qui est sensible à l'oxygène et se dismute dans l’eau. Le Zn(II) est quant à lui omniprésent dans les cellules et un compétiteur intracellulaire potentiel du Cu().Les séquences des peptides ont été choisies selon trois stratégies différentes. Dans la première, des séquences inspirées de la boucle de liaison du cuivre de la protéine bactérienne CueR (copper efflux regulator), contenant deux cystéines, ont été étudiées afin de bénéficier de la sélectivité et de la sensibilité de ce régulateur. Dans une deuxième approche, des peptides contenant trois cystéines dans les motifs CxCxxC et CxCxC ont été étudiés pour combiner les avantage des peptides (bonne internalisation dans les cellules hépatiques quand ils sont judicieusement fonctionnalisés) et des tripodes (très forte affinité pour le Cu(I)) de l’équipe CIBEST. Finalement, la pré-organisation a été exploitée dans un tétrapeptide rigide où les deux cysteines sont liées dans un coude β préformé.Les trois peptides modèles du régulateur CueR miment la capacité de la protéine à accueillir exclusivement un ion Cu(I) dans des conditions d'excès de ligand et une forte affinité et sélectivité par rapport au Zn(II). Ces caractéristiques sont avantageuses dans la perspective du développement de nouveaux chélateurs du Cu(I).Les peptides contenant trois cystéines s’avèrent trop flexibles pour contrôler la spéciation des complexes du Cu(I). Par ailleur, ces peptides sont bien adaptés pour une coordination efficace du Hg(II) par trois groupes thiolates. Les différences structurales n’ont qu’une influence modeste sur les stabilités des complexes. La différence dans la coordination des peptides vis-à-vis des deux ions mous Hg(II) et Cu(I) démontre que l'utilisation du Hg(II) comme ion modèle pour la coordination du Cu(I) avec des peptides ou des protéines riches en soufre dans des conditions physiologiques n’est pas toujours appropriée.La pré-organisation de la structure peptidique est un élément clé du contrôle de la spéciation du complexe Cu(I) et de l’affinité des ligands pour le Cu(I). Le peptide CDPPC forme uniquement le cluster Cu4P3 avec une grande stabilité et une bonne sélectivité Cu(I)/Zn(II). Au contraire, les données expérimentales avec le tétrapeptide plus flexible CPGC montrent la formation d’un mélange de complexes polymétalliques de Cu(I). Il est intéressant de noter que le peptide simple CDPPC est capable d’imiter la formation des clusters Cu(I)-thiolates identifiés dans de nombreuses protéines impliquées dans l’homéostasie du cuivre, comme Cox17 ou Ctr1. CDPPC est intéressant pour mettre au point un chélateur intracellulaire du Cu(I), et sa fonctionnalisation afin de pouvoir cibler les cellules hépatiques pour le traitement de maladie Wilson sera donc pertinente dans le futur. / The essential micronutrient copper participates in several biological processes, like respiration, iron homeostasis, antioxidant defense or pigment formation. However, excess of copper can promote ROS formation and thus induce oxidative damages. Therefore, intracellular copper concentration is under strict control. Menkes and Wilson’s diseases are genetic disorders causing impairment in copper homeostasis leading to copper deficiency or overload, respectively. Wilson’s disease is treated by chelation therapy, but the presently used drugs have several adverse side effects.The aim of my Ph.D. work consisted of the design of three groups of cysteine containing peptides and the characterization of their Cu(I) complexes to determine whether they are appropriate candidates for the treatment of Wilson’s disease.The peptides were designed following three different approaches. In a first strategy, we attempted to take advantage of the outstanding selectivity and sensitivity of the bacterial copper efflux regulator protein CueR by studying oligopeptides based on the metal binding motif of CueR involving two cysteine residues. Second, three-cysteine containing linear and cyclic peptides were designed with the aim of merging the better internalization of peptides by hepatocytes and the high Cu(I) affinity of tripods previously studied in the Delangle’s lab. Finally, the advantages of a highly preorganized peptide structure were exploited in a short, rigid tetrapeptide where two cysteines were linked by a turn motif (CDPPC). For comparative purposes studies were also performed with another, less rigid tetrapeptide ligand containing the PG unit as a turn inducing motif.The three CueR model peptides resemble the ability of the protein to exclusively accommodate one metal ion under ligand excess conditions. This, combined with the large affinity and high selectivity vs. Zn(II), are the features that are advantageous in the view of the development of new Cu(I) chelators.The three-cysteine-containing peptides proved to be too flexible to control the speciation and hereby leading to the formation of several species. On the other hand, they are well adapted for an efficient trithiolate coordination of the thiophilic cation Hg(II). Structural differences in the three-cysteine containing peptides have minor effect on the affinity of the ligands towards Cu(I) and Hg(II) ions. The striking difference in the behavior of the peptides towards the two soft metal ions demonstrate that the use of Hg(II) as a probe for Cu(I) coordination with sulfur-rich peptides or proteins in physiological conditions may not always be fully appropriate.Preorganization of the peptide structure is a key element in the control of Cu(I) complex speciation and in the affinity of the ligands for Cu(I).CdPPC forms a single Cu4P3 cluster with high stability and displays large selectivity for Cu(I) with respect to the ubiquitous Zn(II). In contrast, The CPGC-Cu(I) system is characterized by a more complicated complex formation. It is worth to note, that the simple CdPPC peptide is able to mimic the Cu(I)-thiolate cluster formation that are typical in proteins like Ctr1 or Cox17. CDPPC is an interesting simple peptide candidate to be targeted to the liver cells for the localized treatment of Cu overload in Wilson’s disease.