Les réactions multicomposants représentent un axe de recherche important en chimie organique. La capacité de regrouper en une même réaction plus de trois produits départs est la base de synthèse de molécules complexes proches de composés bioactifs. Par ailleurs, de part leur diversité, ces réactions sont des outils précieux pour la réalisation de librairies dans la recherche pharmaceutique. Les réactions multicomposants à base d'isonitrile, particulièrement la réaction Ugi, sont largement utilisées. Malgré les nombreuses applications de cette réaction, elle souffre encore de nombreuses limitations notamment lorsque des fonctionnalisations des adduits de Ugi sont recherchées sur la nouvelle position peptidyle crée. Du fait de fort encombrement stérique autour de cette position, seules des réactions intramoléculaires étaient décrites dans la littérature. Ainsi nous avons développé des stratégies efficaces pour la réalisation d'addition intermoléculaires sur des adduits d’Ugi. Nous avons exploré la formation de dianions 1,3-amide permettant d'augmenter la nucléophilie de nos composés et de réaliser des alkylations avec différents agents électrophiles à température ambiante et avec d'excellents rendements. Une application très simple de cette approche a été réalisée en couplant l'allylation de la position peptidyle à une réaction de metathèse cyclisante. Ceci pourrait être réalisé en introduisant un fragment allylique dans les produits de départ d’Ugi, nécessaire pour la métathèse. Les piperidines et pipéridones formées appartiennent à des classes de produits très exploitées dans le domaine pharmaceutique. Par ailleurs, poursuivant sur le potentiel de ces dianions 1,3-amides, nous avons voulu piéger ces intermédiaires par des électrophiles plus complexes nous permettant de former des dérivés cycliques. L'utilisation du diiodométhane en particulier, nous a permis d'ouvrir une voie très prometteuse dans la synthèse de β-lactames. Non limitée aux produits d’Ugi, des amides beaucoup plus simples issus d'esters maloniques ont pu être aussi transformés en β-lactames. En plus, les activités biologiques de ces β-lactames nouvellement synthétisées ont été examinées. Enfin, nous avons étendu cette approche à la formation de pyrrolidinones en une séquence monotope d'alkylation/cyclisation en travaillant sur la propargylation de ces adduits d’Ugi. La fonction énamine des 5-méthylène-pyrrolidin-2-ones synthétisées a pu être exploitée dans la reaction de Pictet-Spengler permettant la synthèse de dérivés de benzoindolizidine proches de différents alcaloïdes naturels. Néanmoins, la cascade propargylation/Pictet-Spengler a pu être réalisée avec succès dans une seule étape avec de bons rendements. / Multicomponent reactions represent an important line of research in organic chemistry. It permits the reaction between three or more starting materials, providing adducts which are considered as synthons for the syntheses of complex molecules close to bioactive compounds. As a result of their diversity, these reactions are considered as valuable tools for the preparation of libraries of organic structures in the pharmaceutical research field. The isonitrile-based multicomponent reactions, particularly the Ugi reaction, are the most frequently employed. Despite the wide applications of this reaction, it still suffers from numerous limitations, particularly when the newly formed peptidyl position is involved in the post-condensation reactions. Due to the steric hindrance around this position, only intramolecular reactions were described in the literature. Thus we have developed effective strategies for the intermolecular reactions involving Ugi adducts through the formation of 1,3-amide dianions to increase their nucleophilicity. Accordingly, such intermediates undergo alkylation reactions with different electrophilic agents at room temperature and with excellent yields. A very simple application of this approach has been attained by coupling the allylation at the peptidyl position to a ring closure metathesis reaction. This could be achieved by introducing an allylic fragment into the starting Ugi materials, necessary for metathesis. Such protocol allowed the synthesis of various piperidines and piperidones derivatives. Moreover, examining the potential of these 1,3-amide dianion intermediates by employing more complex electrophiles, allowed us to prepare cyclic derivatives. The use of diiodomethane in particular, has opened an access to a very promising way in the synthesis of β-lactams. Simpler malonic ester amides and their derivatives could also be converted to β-lactams following the same strategy, hence, it is not only limited to Ugi adducts. Additionally, the biological activities of such newly synthesized β-lactams were examined. Finally, we extended this approach to the preparation of pyrrolidinones through an alkylation/cyclization sequence via the propargylation of these Ugi adducts. The enamine functional group in the synthesized 5-methylene-pyrrolidin-2-ones could be exploited in a Pictet-Spengler reaction allowing the synthesis of benzoindolizidine derivatives, which are close in structure to natural alkaloids. Nevertheless, the propargylation/Pictet-Spengler cascade could be successfully performed in a one-pot reaction with good yields.

Les dianions géminés stabilisés par des phosphores hypervalents ont récemment éveillé un vif intérêt en tant que précurseurs carbéniques pour les métaux d0 et les lanthanides ; Cependant, les interactions entre les éléments du groupe principal, comme le carbone, et ces métaux sont réputées essentiellement ionique et peu directionnelles, tandis que les liaisons entre le carbone et le métal dans un complexe carbénique classique sont usuellement décrites comme étant directionnelle et partiellement covalente. Le travail effectué au cours de cette thèse vise à synthétiser de nouveaux complexes de métaux du groupe 3, stabilisés par un dianion géminé bis(diphénylthiophosphinoyl)méthanediure, dans le but d'en étudier la réactivité et d'en modéliser la structure électronique, pour une meilleure compréhension de l'interaction multiple métal-ligand. Ces études ont été menées sur le scandium, puis partiellement étendues aux autres éléments du groupe 3 : yttrium et lutétium. Il ressort de cette étude que ces interactions sont directionnelles, de symétrie σ et π, mais qu'elles restent en compétition avec la stabilisation présente ab initio au sein du ligand dianionique libre. Cette stabilisation permet une adaptation de l'interaction carbone-métal en fonction des autres ligands présents dans la sphère de coordination : lorsqu'ils sont à caractère ionique et donneur fort, l'interaction carbone-métal prend un caractère plus ionique et l'interaction de symétrie π peut être rompue. La réactivité reste proche de celle d'un carbène de type Schrock. Des réactions indésirables menant à la détérioration du ligand ont également été observées ; un ligand plus résistant, porteur de fonctions phosphine-borane et oxyde de phosphine a été proposé. De nouvelles perspectives quant à la réactivité de ces espèces ont été également explorées : transmétallation permettant d'accéder à de nouveaux complexes aux propriétés magnétiques intéressantes, réaction de couplage des alcynes notamment.

Cette thèse décrit la synthèse de carbénoïdes métalliques et leur application vers l’activation de petites molécules et la réduction catalytique du CO2 par BH3.Le premier chapitre décrit la synthèse d’un nouveau ligand asymétrique Ph2P(S)CH2P(BH3)Ph2. Puis, les complexes monoanioniques et dianioniques de lithium et de magnésium ont pu être synthétisés. Leurs structures ont été résolves par diffraction des rayons X et calculées par DFT.Dans le deuxième chapitre, l'oxydation des complexes dianioniques Ph2P(S)CLi2P(BH3)Ph2 avec C2Cl6 et Ph2P(S)CMgP(BH3)Ph2 avec CBr4, a conduit à une insertion intramoléculaire B-H sans précédent de BH3 sur le carbone central via une espèce carbénoïde. Ensuite, le carbénoïde Ph2P(S)C(Cl)P(S)Ph2Li,fais une insertion intermoléculaire B-H avec BH3. Le mécanisme d’insertion B-H a été étudié par spectroscopie RMN et rationalisé par DFT, impliquant un état de transition avec concomitance de la rupture des liaisons B-H et C-Cl et formation des liaisons Li-Cl et C-H. Cela explique la facilité de l’insertion. Aussi, la tentative d'isolement du carbénoïde de magnésium intermédiaire a été décrite.La synthèse et la réactivité du carbénoïde bis(iminophosphoranyl) de lithium [Ph2P(NMes)C(Cl)P(NMes)Ph2Li] (Mes = 1,3,5-Me3C6H2 ) sont présentées dans le troisième chapitre. La réaction avec BH3 conduit à des espèces de boronium ClC{PPh2NMes}2BH2 et LiBH4.Le quatrième chapitre décrit l'utilisation du composé boronium comme l'un des meilleurs catalyseurs pour la réduction de CO2 par BH3. Un intermédiaire ClC{PPh2NMes}2BH{OC(O)H}, a pu être isolé et un mécanisme de cette transformation a été proposé.Enfin, au chapitre cinq, la synthèse d'une nouvelle espèce carbénoïde de lithium asymétrique (Ph2P(S)C(Cl)P(NMes)Ph2Li a été décrite. La réactivité avec BH3 a été étudiée et a donné une insertion B-H. / The thesis describes the synthesis of metal carbenoids and their application towards small molecule activation and the catalytic reduction of CO2 with borane.Chapter 1 describes the synthesis of a novel unsymmetric phosphonium-stabilized methane ligand, Ph2P(S)CH2P(BH3)Ph2. The monoanionic and dianionic lithium and magnesium derivatives were subsequently synthesized. Their electronic structures were elucidated by X-ray crystallography and DFT calculations.Chapter 2 reports the mild oxidation of the dianionic complexes Ph2P(S)CLi2P(BH3)Ph2,and Ph2P(S)CMgP(BH3)Ph2, with C2Cl6 and CBr4 respectively, which underwent an unprecedented intramolecular B-H insertion with BH3 into the central carbon via a carbenoid species, which readily dimerizes. In addition, the carbenoid Ph2P(S)C(Cl)P(S)Ph2Li, underwent a similar intermolecular B-H insertion with BH3 to form Ph2P(S)CBH2(H)P(S)Ph2. The mechanism of the B-H bond insertion was studied by NMR spectroscopy and DFT calculations, which shows the concerted bond breaking of a B-H and C-Cl bond and the bond forming of a Li-Cl and C-H bond. This accounts for the low energy required for the B-H insertion reaction. Moreover, the attempted isolation of the magnesium carbenoid intermediate was described.The synthesis and reactivity of bis(iminophosphoranyl)carbenoid Ph2P(NMes)C(Cl)P(NMes)Ph2Li (Mes = 1,3,5-Me3C6H2 )was presented in Chapter and reacted with BH3 yielding the boronium species. ClC(PPh2NMes)2BH2,Chapter 4 describes the application of the boronium species as one of the best catalyst for CO2 reduction by BH3. An intermediate ClC{PPh2NMes}2BH{OC(O)H}, was isolated and a mechanism of this transformation was proposed.Lastly, in chapter 5, the step wise synthesis of a novel unsymmetric carbenoid Ph2P(S)C(Cl)P(NMes)Ph2Li was described. The reactivity with BH3 was probed and showed a B-H insertion reaction.

Récemment, une nouvelle voie de synthèse de complexes carbéniques de métaux de transition a été développée. Cette stratégie repose sur le fait que les quatre électrons mis en jeu dans la double liaison carbone-métal sont apportés par le ligand carbène. A cet effet le développement de dianions géminés, espèces dont le carbone central porte deux charges négatives, possédant des groupements σ4-P s'est avéré être une avancée majeure. L'utilisation de ces dianions a permis la synthèse d'un grand nombre de complexes carbéniques de métaux de transition, ainsi que de terres rares, de lanthanides et d'actinides. Le but de ce travail doctoral a tout d'abord été d'étendre les études de coordination des dianions géminés développés dans notre laboratoire. De nouveaux complexes carbéniques de métaux de transition ont ainsi été synthétisés. Ces complexes ont fait l'objet d'études théoriques afin de clarifier la nature de la liaison métal-carbone. Ensuite, nous avons montré que les complexes carbéniques des métaux du groupe 4 obtenus par notre méthode de synthèse pouvaient servir d'agents de transfert stœchiométriques du fragment carbène. Cette méthode permet d'accéder à de nouveaux complexes inaccessibles par la voie des dianions. La deuxième partie de ce travail doctoral a consisté à étendre la gamme des dianions géminés disponibles. La stabilisation de la charge centrale au carbone requiert un choix précis des substituants aux atomes de phosphore et l'obtention de dérivés dianioniques stables et facilement isolables demande des conditions expérimentales précises. Trois nouveaux dérivés ont ainsi été synthétisés et la stabilisation de la charge au carbone central a été étudiée par calculs DFT dans chacun des cas. Les premiers résultats en chimie de coordination de ces nouvelles espèces sont également décrits. Finalement, l'activation de liaisons B-H par des espèces carbénoïdes obtenues par oxydation des dianions est présentée.

Ce mémoire est articulé autour de trois chapitres. En premier lieu, nos nouveaux résultats concernant la synthèse de 3-silapiperidines par voie dianionique sont présentés. Le chapitre suivant traite de nos premières études sur les mécanismes mis en jeu, au cours de la cycloisomérisation d'enynes-1,5 catalysée par PtCl2, lors de la formation de systèmes [3.1.0]-bicycliques. Enfin, le dernier chapitre concerne nos travaux en collaboration avec l'université préfectorale d'Osaka, sur la formation de résorcinols fonctionnalisés, à partir de pivalate vinylpropargyliques par carbonylation catalytique au [RhCl(CO)2]2.