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Les cyclopropanes sont des unités qui sont très importantes en raison de leur présence dans de nombreux produits naturels, dans certaines molécules synthétiques ayant une activité biologique, ainsi que dans plusieurs intermédiaires synthétiques. Les travaux décrits dans cet ouvrage portent sur l’halogénocyclopropanation stéréosélective d’alcools allyliques en présence d’un ligand chiral stœchiométrique de type dioxaborolane et de carbénoïdes de zinc substitués dérivés de composés organozinciques et d’haloformes. Nous avons ainsi développé des conditions pour l’iodo-, la chloro- et la fluorocyclopropanation stéréosélective. Une étude mécanistique portant sur la nature des carbénoïdes alpha-chlorés et alpha-bromés a révélé qu’il y a un échange des halogènes portés par ces carbénoïdes. Lors de la chlorocyclopropanation, le carbénoïde le plus réactif (alpha-chloré) réagit de façon prédominante en vertu du principe de Curtin-Hammet. Les iodocyclopropanes énantioenrichis ont pu être fonctionnalisés via une réaction d’échange lithium-iode suivie du traitement avec des électrophiles, ou via une réaction de transmétallation au zinc suivie d’un couplage de Negishi. Ainsi, toute une gamme de cyclopropanes 1,2,3-substitués énantioenrichis a pu être synthétisée. Dans l’optique de développer de nouvelles méthodologies de fonctionnalisation des cyclopropanes, nous nous sommes par la suite tournés vers le couplage croisé de type Hiyama-Denmark des cyclopropylsilanols. Dans cette voie synthétique, le groupement silanol a deux fonctions : il sert de groupement proximal basique lors de la cyclopropanation de Simmons-Smith et il subit la transmétallation au cours du couplage croisé. Dans l’étape du couplage croisé, la nature des ligands liés à l’atome de silicium s’est avérée cruciale au bon déroulement de la réaction. Ainsi, l’échange de ligands avec le diéthyl éthérate de trifluoroborane générant le cyclopropyltrifluorosilane in situ est requis pour obtenir de bons rendements. Le dernier volet de cet ouvrage porte sur la cyclisation d’iodures d’alkyle par substitution aromatique par voie homolytique catalysée par le nickel. Une série de composés de type tétrahydronaphtalène et thiochromane ont été préparés selon cette méthode. Une étude mécanistique a confirmé la nature radicalaire de cette réaction et suggère fortement l’action catalytique du nickel. De plus, des études de spectrométrie RMN DOSY ont montré une association entre le complexe de nickel et le substrat ainsi que la base employés dans cette réaction. / Cyclopropanes are important subunits because of their presence in numerous bioactive natural products and synthetic molecules as well as synthetic intermediates. In this work we have investigated the stereoselective halocyclopropanation of allylic alcohols using a dioxaborolane-type stoichiometric chiral ligand and substituted zinc carbenoids derived from organozinc compounds and haloforms. We have thus developed conditions for the stereoselective iodo-, chloro- and fluorocyclopropanation reactions. A mechanistic study on the nature of alpha-chloro and alpha-bromomethylzinc carbenoids has revealed that halogen scrambling is taking place in the case of these carbenoids. During the chlorocyclopropanation reaction, the most reactive carbenoid (alpha-chloromethyl zinc) reacts predominantly, in line with the Curtin-Hammet principle. The enantioenriched iodocyclopropanes have been functionalized through a lithium-iodine exchange followed by treatment with electrophiles or transmetallation to zinc and Negishi cross-coupling. Therefore, a wide array of enantioenriched 1,2,3-substituted cyclopropanes have been synthesized using these methods. In order to develop new methodologies for the functionalization of cyclopropanes, we have studied the Hiyama-Denmark cross-coupling of cyclopropylsilanols. In this approach, the silanol group bears two functions: it serves as a proximal basic group in the Simmons-Smith cyclopropanation and it is involved in the transmetallation event during the cross-coupling reaction. In the cross-coupling step, the nature of the ligands bound to the silicon atom is crucial to the efficiency of the reaction. Hence, the in situ formation of the cyclopropyltrifluorosilane via a ligand exchange with boron trifluoride etherate is required for good yields. The final chapter of this work is on the nickel-catalyzed cyclization of alkyl iodides via a homolytic aromatic substitution mechanism. A series of tetrahydronaphthalene and thiochroman related compounds have been synthesized using this methodology. A mechanistic study has confirmed the radical nature of this reaction and strongly suggests the catalytic role of nickel. DOSY NMR spectrometric investigations have demonstrated an association between substrate, the base employed in this reaction and the nickel complex.

Depuis plus de 40 ans des chimistes se sont intéressés à l’extraction, à l’activité biologique et à la synthèse de l’homoharringtonine (HHT), un ester naturel de la céphalotaxine, qui est un puissant antileucémique utilisé pour le traitement des leucémies résistantes aux inhibiteurs de tyrosine kinase. Ces alcaloïdes sont extraits de Cephalotaxus, des conifères originaires du sud de la Chine à croissance extrêmement lente et menacés d’extinction. Leur synthèse est donc nécessaire. L’homoharringtonine utilisée en thérapeutique est obtenue à partir de (-)-céphalotaxine d’origine naturelle, par greffage d’une chaîne latérale acide suivie de purifications longues et coûteuses. L’objectif de ce travail consiste à développer une synthèse concise de la (-)-céphalotaxine, afin de s’affranchir de la ressource naturelle, de ce fait de garantir un approvisionnement d’HHT de qualité constante et de développer des analogues de seconde génération.Les stratégies développées dans ce travail ont consisté à développer une synthèse très concise de la céphalotaxine, d’une part en valorisant un synthon ABC nitrile pour y introduire les deux atomes de carbone manquant au squelette de la céphalotaxine, et d’autre part à améliorer l’accès à une synthon analogue ABC ester pour en étudier la réactivité. Ces travaux ont conduit à décrire un nouveau complexe arène chrome pentacarbonyle analogue de céphalotaxine, une méthode originale et efficace de cyclisation anionique d’imide formant un squelette 3-benzazépine à l’aide d’une nouvelle combinaison de bases, le tert-butylate de potassium et le carbonate de potassium agissant en synergie, et une nouvelle méthode de solvolyse de nitrile aliphatiques ou aromatiques sous micro-ondes qui a été exemplifiée. / For over 40 years, chemists are interested in the extraction, biological activity and synthesis Homoharringtonine (HHT ), a natural cephalotaxine ester, which is a potent antileukemic used therapeutically, especially leukemias resistant against tyrosine kinase inhibitors. These alkaloids are extracted from Cephalotaxus, evergreen trees from southern China having extremely slow growth and are in extinction. Their synthesis is thus necessary. Homoharringtonine used therapeutically is obtained from (-)-cephalotaxine of natural origin, by grafting an acidic side chain followed by lengthy and expensive purifications. The objective of this work is to develop a concise synthesis of (-)-cephalotaxine to get rid of the natural resource, thereby ensuring a supply of constant quality and develop similar second generation of HHT.The strategies developed in this work has been to develop a very concise synthesis of cephalotaxine , firstly by enhancing an ABC nitrile synthon to introduce the two carbon atoms missing to the backbone of cephalotaxine , and secondly to improve access to similar ABC ester synthon to investigate its reactivity. This work led to describe a new arena complex chromium pentacarbonyle cephalotaxine analog, an original and efficient method of anionic cyclization of imide forming a 3-benzazepine skeleton using a new combination of bases , potassium tert -butoxide and potassium carbonate acting synergistically, and a new method of aliphatic or aromatic nitrile solvolysis under microwave which was exemplified.

Les cyclopropanes sont des unités qui sont très importantes en raison de leur présence dans de nombreux produits naturels, dans certaines molécules synthétiques ayant une activité biologique, ainsi que dans plusieurs intermédiaires synthétiques. Les travaux décrits dans cet ouvrage portent sur l’halogénocyclopropanation stéréosélective d’alcools allyliques en présence d’un ligand chiral stœchiométrique de type dioxaborolane et de carbénoïdes de zinc substitués dérivés de composés organozinciques et d’haloformes. Nous avons ainsi développé des conditions pour l’iodo-, la chloro- et la fluorocyclopropanation stéréosélective. Une étude mécanistique portant sur la nature des carbénoïdes alpha-chlorés et alpha-bromés a révélé qu’il y a un échange des halogènes portés par ces carbénoïdes. Lors de la chlorocyclopropanation, le carbénoïde le plus réactif (alpha-chloré) réagit de façon prédominante en vertu du principe de Curtin-Hammet. Les iodocyclopropanes énantioenrichis ont pu être fonctionnalisés via une réaction d’échange lithium-iode suivie du traitement avec des électrophiles, ou via une réaction de transmétallation au zinc suivie d’un couplage de Negishi. Ainsi, toute une gamme de cyclopropanes 1,2,3-substitués énantioenrichis a pu être synthétisée. Dans l’optique de développer de nouvelles méthodologies de fonctionnalisation des cyclopropanes, nous nous sommes par la suite tournés vers le couplage croisé de type Hiyama-Denmark des cyclopropylsilanols. Dans cette voie synthétique, le groupement silanol a deux fonctions : il sert de groupement proximal basique lors de la cyclopropanation de Simmons-Smith et il subit la transmétallation au cours du couplage croisé. Dans l’étape du couplage croisé, la nature des ligands liés à l’atome de silicium s’est avérée cruciale au bon déroulement de la réaction. Ainsi, l’échange de ligands avec le diéthyl éthérate de trifluoroborane générant le cyclopropyltrifluorosilane in situ est requis pour obtenir de bons rendements. Le dernier volet de cet ouvrage porte sur la cyclisation d’iodures d’alkyle par substitution aromatique par voie homolytique catalysée par le nickel. Une série de composés de type tétrahydronaphtalène et thiochromane ont été préparés selon cette méthode. Une étude mécanistique a confirmé la nature radicalaire de cette réaction et suggère fortement l’action catalytique du nickel. De plus, des études de spectrométrie RMN DOSY ont montré une association entre le complexe de nickel et le substrat ainsi que la base employés dans cette réaction. / Cyclopropanes are important subunits because of their presence in numerous bioactive natural products and synthetic molecules as well as synthetic intermediates. In this work we have investigated the stereoselective halocyclopropanation of allylic alcohols using a dioxaborolane-type stoichiometric chiral ligand and substituted zinc carbenoids derived from organozinc compounds and haloforms. We have thus developed conditions for the stereoselective iodo-, chloro- and fluorocyclopropanation reactions. A mechanistic study on the nature of alpha-chloro and alpha-bromomethylzinc carbenoids has revealed that halogen scrambling is taking place in the case of these carbenoids. During the chlorocyclopropanation reaction, the most reactive carbenoid (alpha-chloromethyl zinc) reacts predominantly, in line with the Curtin-Hammet principle. The enantioenriched iodocyclopropanes have been functionalized through a lithium-iodine exchange followed by treatment with electrophiles or transmetallation to zinc and Negishi cross-coupling. Therefore, a wide array of enantioenriched 1,2,3-substituted cyclopropanes have been synthesized using these methods. In order to develop new methodologies for the functionalization of cyclopropanes, we have studied the Hiyama-Denmark cross-coupling of cyclopropylsilanols. In this approach, the silanol group bears two functions: it serves as a proximal basic group in the Simmons-Smith cyclopropanation and it is involved in the transmetallation event during the cross-coupling reaction. In the cross-coupling step, the nature of the ligands bound to the silicon atom is crucial to the efficiency of the reaction. Hence, the in situ formation of the cyclopropyltrifluorosilane via a ligand exchange with boron trifluoride etherate is required for good yields. The final chapter of this work is on the nickel-catalyzed cyclization of alkyl iodides via a homolytic aromatic substitution mechanism. A series of tetrahydronaphthalene and thiochroman related compounds have been synthesized using this methodology. A mechanistic study has confirmed the radical nature of this reaction and strongly suggests the catalytic role of nickel. DOSY NMR spectrometric investigations have demonstrated an association between substrate, the base employed in this reaction and the nickel complex.

The work described in this thesis focuses on the effects that adsorption processes on catalytic surfaces pose in controlling key steps that can affect and control reaction pathways. To that, the development of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) relaxometry methods and the comparison with traditional catalytic was performed with a series of C5 and C6 unsaturated hydrocarbons on two different alumina supports, γ- and θ-Al2O3. The developed techniques were applied in the study of liquid phase selective hydrogenation of citral on 5% Pt/SiO2. Infrared (IR) spectroscopy, volumetric adsorption isotherms, dynamic isotherms via a Tapered Element Oscillating Microbalance (TEOM), temperature programmed desorption (TPD) as well as 13C T1 NMR and 1H 2D T1-T2 relaxometry methods were employed. Energies of adsorption as a function of coverage were obtained via adsorption isotherms and the particular surface adsorbate interactions were described with IR spectroscopy. For example, 1-pentyne showed the strongest interaction with the alumina (94 kJ mol-1) while 1-pentene presented a weaker interaction (46 kJ mol-1) on θ-Al2O3. Desorption energies obtained from TPD ranged 85 – 130 kJ mol-1, irrespective of the adsorbate. Reactivity of the aluminas was captured with TPD, TEOM and NMR relaxometry. Interaction of adsorbates with hydrocarbon occurred predominantly on weak adsorption sites. 13C NMR T1 relaxometry provided in addition atom-specific adsorbate-adsorbent interaction strengths, showing the molecular geometry of adsorption, and applied in co adsorption measurements. The selective hydrogenation of citral as a model α,β-unsaturated aldehyde and the effect of different solvents on the activity and product distribution was studied at 298 and 373 K. A series of polar protic, polar aprotic and non polar solvents was investigated. Results showed higher initial reaction rates in non polar solvents but higher selectivities towards desired products on polar protic solvents. Solvent used also affected by product formation. The strong variations in reaction rates and selectivities reported were related with adsorbate catalyst interactions, as well as solvent reactant interactions. For example, adsorption isotherms showed that ethanol notably reduced the adsorption capacity of citral as compared with hexane, related with the rate differences observed. ATR-IR measurements indicated solvent citral interactions were solely present in polar protic solvents in line with higher yields of geraniol and nerol. Finally, 13C T1 NMR and 1H 2D T1-T2 correlation experiments determined that the geometry of adsorption of citral, influenced by solvent, affected product selectivity, and that product adsorption affected selectivity and deactivation.

La catalyse organométallique est l’un des outils les plus puissants de la synthèse chimique, car elle permet de réaliser des transformations sélectives et spécifiques selon le catalyseur employé. Dans ce contexte, les sels et complexes d’or ont émergé il y a une quinzaine d’années et se sont révélés très utiles et attractifs pour la synthèse organique, faisant preuve de propriétés particulières de type acide de Lewis à la fois π (alcyno- alcènophilie) et σ (oxo- azaphile). L’objectif initial de cette thèse a été d'approfondir l’étude de la réactivité de l’or au travers la mise au point de nouvelles réactions catalysées par l’or(I/III). Si la majorité des réactions développées en catalyse à l’or concerne des processus de type π, nous avons dans un premier temps, souhaité évaluer son potentiel dans une réaction qui repose sur une activation purement σ, la cyclisation de Nazarov. Cette réaction a ensuite été étendue à un processus de type cascade, combinant activations π et σ. De plus, la formation d’un sous-produit inattendu au cours de cette étude a orienté nos recherches vers un nouveau processus catalytique, le réarrangement de γ–acyloxy alcynylcétones en furanes. Par la suite, nous nous sommes aussi intéressés au potentiel de l’or dans les réactions asymétriques, ce qui a conduit au développement d’un nouveau type de complexes d’or chiraux basés sur des ligands de type NHC-oxazoline. Enfin, nous nous sommes proposés d’utiliser la spectroscopie RMN J-résolue hétéronucléaire (une méthode simple mais peu exploitée), pour répondre à des problèmes d’attribution structurale. / Organometallic catalysis is one of the most powerful tools in chemical synthesis, because, depending on the catalyst, it allows for selective and specific transformations. Thus, the reactivity of gold salts and complexes was revamped around fifteen years ago. Nowadays, they are considered as powerful and very attractive for organic synthesis, showing both π (alcyno- alcènophilie) and σ (oxo- azaphile) Lewis acid properties.The first objective of this thesis was to study the reactivity of gold catalysts by the development of new reactions catalyzed by gold(I/III). If most of the developed reactions in gold catalysis is related to π activation, we proved its potential in a reaction dealing with σ activation, the Nazarov cyclization. This reaction was then extended to a cascade process, combining both π and σ Lewis acidities. Moreover, the obtainment of an unexpected by-product during the study directed our research towards a new gold catalytic reaction, the formation of furans from γ-acyloxyalkynyl ketones. Subsequently, we were also interested in the potential of gold in asymmetric reactions, which led to the development of new chiral gold complexs, based on NHC-oxazoline type ligands. Finally, we proposed to use the heteronuclear J-resolved NMR spectroscopy (a simple but scarce method), to answer some structural assignment problems.

Cette thèse est composée de deux parties distinctes ayant comme thématique commune, la synthèse d’hétérocycles via la catalyse organométallique.Nous nous sommes intéressés, dans un premier temps, à une voie de synthèse permettant un accès rapide au squelette tétrahydrocyclopenta[c]acridine. Ces composés polyfonctionnalisés sont obtenus très efficacement en seulement trois étapes dans des conditions particulièrement douces. L’étape clé de cette synthèse est une réaction de Pauson-Khand intramoléculaire catalysée au cobalt. Certains composés issus de la famille des tétrahydrocyclopenta[c]acridines présentent une activité d’inhibition sélective envers les kinases dépendantes des cyclines (CDKs), et plus particulièrement la CDK2. Un composé chef de file est identifié, puis grâce aux données de co-Cristallisation avec CDK2 et de modélisation moléculaire, suivi de l’étude des relations structure-Activité, la conception rationnelle d’une deuxième génération de molécules est rendue possible. Le composé le plus avancé présente une CI50 de 300 nM envers CDK2/cyclin A et un excellent profil de stabilité métabolique.Dans un deuxième temps, nous avons étudié et développé une réaction tandem d’addition/cyclisation catalysée par l’argent, avec des nucléophiles carbonés sur des substrats ortho-Alcynylbenzaldéhydes. La stratégie de synthèse conduit à des dérivés 1H-Isochromènes par création de deux nouvelles liaisons (C-C et C-O). Une étude approfondie de la réaction tandem nous a permis d’obtenir une large gamme de dérivés d’isochromènes en mettant en évidence l’influence de différents substituants, portés par le groupement alcyne ou le substrat, ainsi que l’utilisation de différents nucléophiles carbonés (alcynes, aromatiques, hétéroaromatiques). Les limitations de la réaction tandem ont également pu être identifiées. / My thesis proJect is organized around two main topics having in common organometallic chemistry and the synthesis of heterocycles.Firstly, we were interested in a methodology for the synthesis of tetrahydrocyclopenta[c]acridines. These compounds are synthesized in three steps from various quinolines. The key step is a cobalt-Catalyzed intramolecular Pauson-Khand reaction. Some compounds of this family exhibit selective Cyclin Dependent Kinases (CDKs) inhibition, particulary against CDK2, in the submicromolar range. A hit compound has been identified, and then using data from co-Crystallization with CDK2 and molecular modeling, followed by the study of structure-Activity relationships, the rational design of a second generation of molecules has been investigated. The most advanced compound has an IC50 of 300 nM against CDK2/cyclin A with an excellent metabolic profile. In the second axis of research, we have studied and developed a new silver-Catalyzed tandem addition/cyclization reaction with carbon nucleophiles. The systems studied are (hetero)aromatics compounds having an aldehyde group and in ortho-Position an alkynyl group. The synthetic strategy leads to 1H-Isochromene derivatives by creating two new bonds. A thorough study of the tandem reaction allowed us to obtain a wide range of isochromene derivatives, highlighting the influence of different substituents carried by the alkyne group or on the (hetero)aromatic substrates; and also to investigate the use of different carbon nucleophiles (alkynes, aromatics and heteroaromatics). The limitations of the tandem reaction have also been identified.

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Synthese und Charakterisierung von neuartigen perferrocenylierten, cyclischen Komplexen unter Anwendung der Cobalt-vermittelten Cyclomerisierung in Kombination mit einer C-H-Bindungsaktivierung als auch die Bildung von ferrocenylierten Phosphinoalkinid-Komplexen mit Eisen- und Cobaltcarbonylen. Die elektrochemischen Eigenschaften und die Elektronentransfer-prozesse zwischen den terminalen Ferrocenyleinheiten in den unterschiedlichen cyclischen Verbindungen wurden unter Einbeziehung der Struktur/chemischen Zusammensetzung der Brückenbausteine ermittelt. Elf perferrocenylierte, cyclische Komplexe wurden mittels [2+2] bzw. [2+2+2] Cyclomerisierung von 1,4-Diferrocenylbutadiin FcC≡C–C≡CFc (Fc = Fe(η5-C5H4)(η5-C5H5)) unter Verwendung von Dicarbonylcyclopentadienylcobalt Co(η5-C5H5)(CO)2 erhalten. Diese können in drei Gruppen unterteilt werden: (i) Produkte der Cyclodimerisierung mit zusätzlicher Kettenverlängerung, welche Cyclobutadienyl-einheiten als zentrale Brückenbausteine besitzen (3a,b und 4a,b), (ii) Produkte der Cyclodimerisierung mit gleichzeitiger CO-Insertion (6a,b,c und 7), und (iii) Produkte der Cyclotrimerisierung gefolgt von einem Ringschluss durch eine C-H-Bindungsaktivierung (5a,b,c). Die Optimierung der Reaktionsbedingungen wurde zur Ausbeutemaximierung der jeweiligen Verbindungsfamilien durchgeführt. Ein weiterer Teil dieser Forschungsarbeit bezieht sich auf die verschiedenen Reaktionsmuster von (Ferrocenylethinyl)diphenylphosphan- mit zweikernigen Eisen- bzw. Cobaltcarbonylverbindungen in Form von Dieisennonacarbonyl und Dicobaltoctacarbonyl als Reagenzien. Dabei konnten sechs gemischte Carbonyl- und Ferrocenyl-funktionalisierte Phosphinoacetylid-Komplexe mit Eisen(0) und Cobalt(0) erhalten und charakterisiert werden. / The present PhD study focuses on the synthesis and characterization of novel perferrocenylated cyclic complexes utilizing cobalt - mediated cyclomerization in combination with C–H bond activation as well as formation of ferrocenylated phosphino-alkyne compounds with iron and cobalt carbonyls. Electrochemical properties and electron-transfer processes between terminal ferrocenyl units in the diverse cyclic compounds are explored in relation to the chemical composition of the building blocks connecting them. Eleven perferrocenylated cyclic compounds were obtained via [2 + 2] and [2 + 2 + 2] cyclomerization of 1,4-diferrocenylbutadiyne FcC≡C–C≡CFc (Fc = Fe(η5-C5H4)(η5-C5H5)) by the reaction with dicarbonylcyclopentadienylcobalt Co(η5-C5H5)(CO)2. They are subdivided into three groups: (i) products of cyclodimerization with additional chain extension, possessing cyclobutadienyl moieties as a central linkage unit (3a,b and 4a,b), (ii) products of cyclodimerization with consecutive CO insertion (6a,b,c and 7), and (iii) products of cyclotrimerization followed by cycle formation via C–H bond activation (5a,b,c). Optimization of the reaction conditions was made in order to maximize the amount of each group of compounds. Furthermore, another part of this research work focuses on diverse reaction patterns of (ferrocenylethynyl)diphenylphosphane with diironnonacarbonyl and dicobaltocta-carbonyl. Six mixed carbonyl and ferrocenyl-functionalized phospinoalkynyl compounds of iron(0) and cobalt(0) were obtained and characterized.

La synthèse d’hétérocycles azotés énantiopurs est un enjeu important dans la chimie du vivant et représente l’un des axes de notre laboratoire depuis quelques années. L’ensemble du travail a bénéficié pour cela du « pool chiral » constitué par les acides aminés naturels. Dans la première partie de notre travail, nous avons utilisé l’acide aspartique à partir duquel des exemples variés de β-amino-ynones ont été construits. Leur cyclisation par catalyse à l’or a donné accès à des pyridones, précurseurs de dérivés pipécoliques énantiopurs. Un travail analogue a été entrepris sur des γ-amino-ynones et a donné un résultat moins prévisible : cyclisation à cinq sommets suivie du réarrangement de Meyer-Schuster. Cette synthèse s’est montrée plus efficace en milieu acide méthane sulfonique qu’en présence d’or et représente un nouveau mode d’accès aux vinylogues d’amides de la pyrrolidine, intermédiaires-clé en synthèse totale. Enfin, l’utilisation d’un acide de Lewis, ZnCl₂, sur des γ- et δ-amino-ynones a fourni des imines cycliques, à cinq ou six sommets et portant un alcyne, que nous avons isolées sous forme libre ou complexée par l’acide de Lewis. / The synthesis of enantiopure nitrogen heterocycles is an important issue in chemistry and has been part our laboratory work for several years. The entire work took advantage of the chiral pool consisting of natural amino acids. In the first part of our work, we used aspartic acid from which various examples of β-amino-ynones were built. Their catalytic cyclization gave access to pyridones that were used as enantiopure pipecolic acid precursors. A similar work was undertaken on γ-amino-ynones and gave a less predictable result: cyclization to a five members ring followed by Meyer-Schuster rearrangement. This synthesis was more effective in a methane sulfonic acid medium than in the presence of gold and represents a new mode of access to pyrrolidine vinylogous amides that are key-intermediate in total synthesis. Finally, the use of a Lewis acid -ZnCl₂- on γ- and δ-amino-ynones provided five and six members cyclic imines, carrying an alkyne, which we isolated in the free form or complexed with the Lewis acid.

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Synthese und Charakterisierung von neuartigen perferrocenylierten, cyclischen Komplexen unter Anwendung der Cobalt-vermittelten Cyclomerisierung in Kombination mit einer C-H-Bindungsaktivierung als auch die Bildung von ferrocenylierten Phosphinoalkinid-Komplexen mit Eisen- und Cobaltcarbonylen. Die elektrochemischen Eigenschaften und die Elektronentransfer-prozesse zwischen den terminalen Ferrocenyleinheiten in den unterschiedlichen cyclischen Verbindungen wurden unter Einbeziehung der Struktur/chemischen Zusammensetzung der Brückenbausteine ermittelt. Elf perferrocenylierte, cyclische Komplexe wurden mittels [2+2] bzw. [2+2+2] Cyclomerisierung von 1,4-Diferrocenylbutadiin FcC≡C–C≡CFc (Fc = Fe(η5-C5H4)(η5-C5H5)) unter Verwendung von Dicarbonylcyclopentadienylcobalt Co(η5-C5H5)(CO)2 erhalten. Diese können in drei Gruppen unterteilt werden: (i) Produkte der Cyclodimerisierung mit zusätzlicher Kettenverlängerung, welche Cyclobutadienyl-einheiten als zentrale Brückenbausteine besitzen (3a,b und 4a,b), (ii) Produkte der Cyclodimerisierung mit gleichzeitiger CO-Insertion (6a,b,c und 7), und (iii) Produkte der Cyclotrimerisierung gefolgt von einem Ringschluss durch eine C-H-Bindungsaktivierung (5a,b,c). Die Optimierung der Reaktionsbedingungen wurde zur Ausbeutemaximierung der jeweiligen Verbindungsfamilien durchgeführt. Ein weiterer Teil dieser Forschungsarbeit bezieht sich auf die verschiedenen Reaktionsmuster von (Ferrocenylethinyl)diphenylphosphan- mit zweikernigen Eisen- bzw. Cobaltcarbonylverbindungen in Form von Dieisennonacarbonyl und Dicobaltoctacarbonyl als Reagenzien. Dabei konnten sechs gemischte Carbonyl- und Ferrocenyl-funktionalisierte Phosphinoacetylid-Komplexe mit Eisen(0) und Cobalt(0) erhalten und charakterisiert werden.:Table of contents Bibliografische Beschreibung und Referat iii Abstract iv Ort und Zeitraum der Durchführung v Widmung vi Präambel vii List of Abbreviations xii CHAPTER A Introduction 15 References 16 CHAPTER B State of Knowledge 19 1 (Spectro)electrochemical studies of mixed-valent transition metal complexes. Theoretical background 19 1.1 Mixed-valent compounds – classification 20 1.2 Spectroelectrochemistry 21 1.3 Electrochemistry 25 2 (Di)ferrocenylalkynes – synthesis and reactions 28 2.1 1,4-Diferrocenylbutadiyne 29 2.2 Other (poly)ferrocenyl substituted alkyne derivatives 35 3 Dicarbonylcyclopentadienylcobalt – [2+2] and [2+2+2] cyclo-addition reactions 37 3.1 [2+2] and [2+2+2] cycloaddition – cyclobutadiene, cyclopentadienone, benzene and pyridine based systems 38 3.2 Mechanism of [2+2] and [2+2+2] cycloaddition/cyclization and [2+2] cycloaddition/cyclization with CO insertion mediated by CoCp(CO)2 40 4 Chelation-assisted C–H bond activation mediated by cobalt species 42 5 Phosphinoalkynes and their reaction with iron and cobalt carbonyls 44 5.1 Mechanism of the P–C(sp) bond cleavage in phosphinoalkynes 48 6 Complexes setup by (ferrocenylethynyl)diphenylphosphane 50 References 56 CHAPTER C Multiferrocenyl Cobalt-Based Sandwich Compounds 64 1 Introduction 64 2 Results and Discussion 65 2.1 Synthesis and Characterization 65 2.2 Solid-State Structures 71 2.3 Electrochemistry 73 2.4 Spectroelectrochemistry 76 3 Experimental Section 79 3.1 Instrumentation 79 3.2 General Conditions 81 3.3 Reagents 81 3.4 General Procedure - Reaction of 1 with 2 81 3.4.1 Compound 3a 82 3.4.2 Compound 3b 82 3.4.3 Compound 4b 83 3.4.4 Compound 5c 83 3.4.5 Compound 6a 84 3.4.6 Compound 6b 84 3.4.7 Compound 6c 85 3.4.8 Compound 7 85 4 Supporting information 86 5 References 86 CHAPTER D Combining Cobalt-Assisted Alkyne Cyclotrimerization and Ring Formation through C–H Bond Activation: A “One-Pot” Approach to Complex Multimetallic Structures 91 1 Introduction 91 2 Results and Discussion 92 3 Experimental Section (Supporting information) 98 3.1 General Information 98 3.2 Starting Materials 98 3.3 Synthesis of 3a and 3b from 2 99 3.3.1 Complex 3a: 99 3.3.2 Complex 3b: 100 3.4 Synthesis of 9a and 9b from 1-Ferrocenylethynyl-2-Ferrocenyl Benzene (8) 101 3.4.1 Synthesis of 1-Bromo-2-Ferrocenylethynyl Benzene (7) 101 3.4.2 Synthesis of 1-Ferrocenylethynyl-2-Ferrocenyl Benzene (8) 102 3.4.3 Synthesis of 9a and 9b from 8 103 3.5 Synthesis of 3a and 3b from 1,3,5-Triethynylferrocenyl-2,4,6-Triferrocenyl Benzene (4) 105 3.5.1 Synthesis of 1,3,5-Trichloro-2,4,6-Triethynylferrocenyl Benzene (12) 105 3.5.2 Synthesis of 1,3,5-Triethynylferrocenyl-2,4,6-Triferrocenyl Benzene (4) 105 3.5.3 Synthesis of 3a and 3b from 4 106 4 Supporting information 107 4.1 Spectroelectrochemistry of 3a,b 107 4.2 Conversion of Isomer 9a to 9b – Electrochemical and Chemical oxidation 109 4.3 Chemical oxidation experiment 110 5 References 111 CHAPTER E Coordination Behavior of (Ferrocenylethynyl)diphenyl-phosphane Towards Binuclear Iron and Cobalt Carbonyls 114 1 Introduction 114 2 Results and Discussion 115 3 Experimental Section 126 3.1 Instrumentation 126 3.2 General 128 3.3 Reagents 128 3.4 Synthesis of 4 128 3.5 Synthesis of 4, 5 and 6 129 3.6 Synthesis of 6 by reacting 4 with 2 131 3.7 Synthesis of 7 and 8 131 3.8 Synthesis of 8 from 1 with 3 132 3.9 Synthesis of 9 in the reaction of 7 with 2 133 3.10 Synthesis of 9 in the reaction of 4 with 3 133 4 Electronic Supplementary Material (Supporting information) 134 5 References 134 CHAPTER F Summary 139 1 Conclusions of Chapter C (Appendix A) 139 2 Conclusions of Chapter D (Appendix B) 141 3 Conclusions of Chapter E (Appendix C) 142 Appendix 145 1 Appendix D (Chapter C) 145 2 Appendix E (Chapter D) 146 3 Appendix F (Chapter E) 147 Curriculum Vitae 150 Publications 152 Acknowledgements 154 Selbstständigkeitserklärung 155 / The present PhD study focuses on the synthesis and characterization of novel perferrocenylated cyclic complexes utilizing cobalt - mediated cyclomerization in combination with C–H bond activation as well as formation of ferrocenylated phosphino-alkyne compounds with iron and cobalt carbonyls. Electrochemical properties and electron-transfer processes between terminal ferrocenyl units in the diverse cyclic compounds are explored in relation to the chemical composition of the building blocks connecting them. Eleven perferrocenylated cyclic compounds were obtained via [2 + 2] and [2 + 2 + 2] cyclomerization of 1,4-diferrocenylbutadiyne FcC≡C–C≡CFc (Fc = Fe(η5-C5H4)(η5-C5H5)) by the reaction with dicarbonylcyclopentadienylcobalt Co(η5-C5H5)(CO)2. They are subdivided into three groups: (i) products of cyclodimerization with additional chain extension, possessing cyclobutadienyl moieties as a central linkage unit (3a,b and 4a,b), (ii) products of cyclodimerization with consecutive CO insertion (6a,b,c and 7), and (iii) products of cyclotrimerization followed by cycle formation via C–H bond activation (5a,b,c). Optimization of the reaction conditions was made in order to maximize the amount of each group of compounds. Furthermore, another part of this research work focuses on diverse reaction patterns of (ferrocenylethynyl)diphenylphosphane with diironnonacarbonyl and dicobaltocta-carbonyl. Six mixed carbonyl and ferrocenyl-functionalized phospinoalkynyl compounds of iron(0) and cobalt(0) were obtained and characterized.:Table of contents Bibliografische Beschreibung und Referat iii Abstract iv Ort und Zeitraum der Durchführung v Widmung vi Präambel vii List of Abbreviations xii CHAPTER A Introduction 15 References 16 CHAPTER B State of Knowledge 19 1 (Spectro)electrochemical studies of mixed-valent transition metal complexes. Theoretical background 19 1.1 Mixed-valent compounds – classification 20 1.2 Spectroelectrochemistry 21 1.3 Electrochemistry 25 2 (Di)ferrocenylalkynes – synthesis and reactions 28 2.1 1,4-Diferrocenylbutadiyne 29 2.2 Other (poly)ferrocenyl substituted alkyne derivatives 35 3 Dicarbonylcyclopentadienylcobalt – [2+2] and [2+2+2] cyclo-addition reactions 37 3.1 [2+2] and [2+2+2] cycloaddition – cyclobutadiene, cyclopentadienone, benzene and pyridine based systems 38 3.2 Mechanism of [2+2] and [2+2+2] cycloaddition/cyclization and [2+2] cycloaddition/cyclization with CO insertion mediated by CoCp(CO)2 40 4 Chelation-assisted C–H bond activation mediated by cobalt species 42 5 Phosphinoalkynes and their reaction with iron and cobalt carbonyls 44 5.1 Mechanism of the P–C(sp) bond cleavage in phosphinoalkynes 48 6 Complexes setup by (ferrocenylethynyl)diphenylphosphane 50 References 56 CHAPTER C Multiferrocenyl Cobalt-Based Sandwich Compounds 64 1 Introduction 64 2 Results and Discussion 65 2.1 Synthesis and Characterization 65 2.2 Solid-State Structures 71 2.3 Electrochemistry 73 2.4 Spectroelectrochemistry 76 3 Experimental Section 79 3.1 Instrumentation 79 3.2 General Conditions 81 3.3 Reagents 81 3.4 General Procedure - Reaction of 1 with 2 81 3.4.1 Compound 3a 82 3.4.2 Compound 3b 82 3.4.3 Compound 4b 83 3.4.4 Compound 5c 83 3.4.5 Compound 6a 84 3.4.6 Compound 6b 84 3.4.7 Compound 6c 85 3.4.8 Compound 7 85 4 Supporting information 86 5 References 86 CHAPTER D Combining Cobalt-Assisted Alkyne Cyclotrimerization and Ring Formation through C–H Bond Activation: A “One-Pot” Approach to Complex Multimetallic Structures 91 1 Introduction 91 2 Results and Discussion 92 3 Experimental Section (Supporting information) 98 3.1 General Information 98 3.2 Starting Materials 98 3.3 Synthesis of 3a and 3b from 2 99 3.3.1 Complex 3a: 99 3.3.2 Complex 3b: 100 3.4 Synthesis of 9a and 9b from 1-Ferrocenylethynyl-2-Ferrocenyl Benzene (8) 101 3.4.1 Synthesis of 1-Bromo-2-Ferrocenylethynyl Benzene (7) 101 3.4.2 Synthesis of 1-Ferrocenylethynyl-2-Ferrocenyl Benzene (8) 102 3.4.3 Synthesis of 9a and 9b from 8 103 3.5 Synthesis of 3a and 3b from 1,3,5-Triethynylferrocenyl-2,4,6-Triferrocenyl Benzene (4) 105 3.5.1 Synthesis of 1,3,5-Trichloro-2,4,6-Triethynylferrocenyl Benzene (12) 105 3.5.2 Synthesis of 1,3,5-Triethynylferrocenyl-2,4,6-Triferrocenyl Benzene (4) 105 3.5.3 Synthesis of 3a and 3b from 4 106 4 Supporting information 107 4.1 Spectroelectrochemistry of 3a,b 107 4.2 Conversion of Isomer 9a to 9b – Electrochemical and Chemical oxidation 109 4.3 Chemical oxidation experiment 110 5 References 111 CHAPTER E Coordination Behavior of (Ferrocenylethynyl)diphenyl-phosphane Towards Binuclear Iron and Cobalt Carbonyls 114 1 Introduction 114 2 Results and Discussion 115 3 Experimental Section 126 3.1 Instrumentation 126 3.2 General 128 3.3 Reagents 128 3.4 Synthesis of 4 128 3.5 Synthesis of 4, 5 and 6 129 3.6 Synthesis of 6 by reacting 4 with 2 131 3.7 Synthesis of 7 and 8 131 3.8 Synthesis of 8 from 1 with 3 132 3.9 Synthesis of 9 in the reaction of 7 with 2 133 3.10 Synthesis of 9 in the reaction of 4 with 3 133 4 Electronic Supplementary Material (Supporting information) 134 5 References 134 CHAPTER F Summary 139 1 Conclusions of Chapter C (Appendix A) 139 2 Conclusions of Chapter D (Appendix B) 141 3 Conclusions of Chapter E (Appendix C) 142 Appendix 145 1 Appendix D (Chapter C) 145 2 Appendix E (Chapter D) 146 3 Appendix F (Chapter E) 147 Curriculum Vitae 150 Publications 152 Acknowledgements 154 Selbstständigkeitserklärung 155