Ces travaux de thèse traitent de l’activation/fonctionnalisation de liaisons C-H pour la formation de dérivés d’hétéroaryles. Nous nous sommes ainsi intéressés à la réactivité de dérivés du 4-formylpyrazole pour les couplages pallado-catalysés via l’activation de liaisons C-H. La fonction formyle en C4 permet de contrôler la régiosélectivité de l’arylation. Par la suite, nous avons étudié la réactivité de 2-bromofluorènes dans ces mêmes réactions de couplage. La troisième partie se focalise sur la synthèse d’aminothiophènes et de pyrrolyl-thiophènes. L’originalité de notre approche est l’utilisation de ces composés comme précurseur dans des réactions pallado-catalysés. Enfin, la dernière partie est consacré à la réactivité du 3-bromobenzothiophène dans des réactions pallado-catalysées sans clivage de la liaison C-Br en C3 du benzothiophène. / This thesis work dealing with the activation / functionalization of CH bonds for the formation of derivatives of heteroaryl. We sum so interested in the reactivity of derivatives of 4-formylpyrazole for pallado-catalyzed via CH bond activation couplings. The formyl C4 is used to control the regioselectivity of the arylation. Subsequently, we investigated the reactivity of 2-bromofluorènes in these coupling reactions. The third part focuses on the synthesis of aminothiophenes and pyrrolyl-thiophene. The originality of our approach is the use of these compounds as a precursor in pallado-catalyzed reactions. Finally, the last part is devoted to the reactivity of 3-bromobenzothiophene in pallado-catalysed reactions without cleavage of the C-Br bond C3 benzothiophene.

Dans ce travail nous avons discutés les structures cristallines de 7 nouveaux composés semi-organiques par la diffraction des Rayons X. Les structures cristallines ont été résolues par les méthodes directes en utilisant le programme SIR92. Toutes les structures ont été affinées par les méthodes de moindre carrés à l'aide du programme SHELX intégré dans le logiciel Wingx. La détermination des susceptibilités électriques non linéaires du troisième ordre ( exp χ ) des composés organiques inorganiques a été déduite de l'expérience du mélange quatre ondes dégénéré (DFWM) à 532 nm. Nous avons également étudiés à 1064 nm de la contribution électronique de la susceptibilité électrique non linéaire du troisième ordre ( <3> THG χ ) sur des couches minces, ainsi que sur un cristal. Les mesures de la susceptibilités effectives non linéaires du second ordre ( <2> eff χ ) des matériaux non centrosymétrique sur la poudre polycristalline en fonction de la température par la méthode de Kurtz et Perry.

Thèse doctorat : Science des Matériaux : Lille 1 : 2003. / N° d'ordre (Lille 1) : 3357. Résumé en français et en anglais. Articles en anglais en annexe. Bibliogr. p. 151-154.

Thèse de doctorat : Sciences Chimiques : Physico-Chimie de la Matière Condensée : Bordeaux 1 : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences des matériaux : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3705. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 167-175.

Le concept de liaison chimique compte parmi les plus importants de la chimie car il permet de décrire aussi bien les propriétés chimiques d'un système que de comprendre et prédire les réactions chimiques. L'objectif principal de cette thèse est l'étude de nouveaux types d'interactions chimiques impliquant l'atome de béryllium. L'atome Be présente d'importantes propriétés chimiques en raison de la basse énergie des orbitales pBe. Compte tenu de leur toxicité, les composés de béryllium ont été relativement peu étudié sur le plan expérimental. Nous rapportons une analyse théorique de trois nouveaux types de liaison impliquant le béryllium en utilisant des méthodes ab-initio de haut niveau, la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), ainsi que l'application du Tenseur de Spread de la Position Totale (TPS, pour l'acronyme en anglais Total Position Spread tensor) aux systèmes moléculaires. Tout d'abord, la liaison béryllium non-covalente (BerB, pour l'acronyme en anglais Beryllium Bond). Ce type de liaison se forme grâce à une interaction entre un dérivé du Be agissant comme un Acide de Lewis (LA) fort et une Base de Lewis (LB). L'interaction entre un LA du béryllium et des dérivés du fluor génère un shole dans l'atome de fluor, qui n'aurait pu être créé autrement, ce qui rend possible la conception de nouveaux matériaux où l'atome de fluor se lie à travers des liaisons halogènes. Cette même interaction diminue leur énergie de liaison F-R, en changeant la dissociation homolytique du F-R en un processus exothermique. Par conséquent, les BerB peuvent être utilisés pour produire spontanément des espèces radicales. La Liaison béryllium intramoléculaire (IBerB) ont été étudiés dans les systèmes de type malonaldéhyde et tropolone. Cette interaction intramoléculaire devient plus forte dans les systèmes insaturés, parce que la LA et la LB sont plus acides et basiques, respectivement. Deuxièmement, la liaison Be-Be intramoléculaire dans les complexes de naphtalène doublement substitués. Les espèces anioniques dérivées du 1,8-diBeY1-naphtalène montrent une très forte liaison Be-Be mono-électronique. Cette liaison est huit fois plus forte et 0.5Å plus courte que le dimère isolé. Ces systèmes présentent haute affinité électronique, ce qui leur donne une propriété exceptionnelle : la capacité d'agir comme des on les appelle éponges anioniques. Il a été découvert que les interactions entre les anions et le naphtalène doublement substitué présente des affinités anioniques parmi les plus élevées, comparé à ce qui a été publié dans la littérature sur le composés neutres. Ce qui pourrait conduire à une grande variété d'applications dans le domaine des récepteurs et des capteurs d'anions. Troisièmement, l'interaction entre la molécule Be2 et a LB, qui a montré pour augmente la force de la liaison Be-Be par rapport à la molécule isolée. L'interaction non-covalentes dans les complexes du type L : Be-Be : L diminue la distance et augmente l'énergie d'interaction de la liaison Be-Be. L'effet sur la fraction Be2 dépend de la nature des bases de Lewis. / The chemical bond is among the oldest and most important concepts in chemistry because it allows to describe chemical properties of a system, as well as to understand and predict chemical reactions. The main goal of this PhD thesis is to study new types of chemical interactions involving the beryllium atom. Be atom has a rich chemistry due to its low-lying pBe orbitals, but its high toxicity has limited the number of experimental studies, enhancing the importance of theory in the description of Be compounds. This thesis reports the theoretical analysis of three new types of Be bonds using high-level ab-initio and Density Functional Theory, and the applications of the Total Position Spread Tensor (TPS) to molecular systems. First, the non-covalent Beryllium Bonds (BerB). This type of bond is formed by an interaction between a Be moiety acting as a strong Lewis Acid (LA) and a Lewis Base (LB). The interaction between beryllium LA and fluorine derivatives (FR) generates a shole in the fluorine atom, otherwise not possible, opening the possibility to design new materials where fluorine binds through halogen bonds. This same interaction decreases the F-R bond energy, turning the F-R homolytic dissociation in an exothermic process, and suggesting BerBs can be used to produce spontaneously radical species. Moreover, in this thesis, Intramolecular Beryllium Bonds (IBerB) were studied in malonaldehyde- and tropolone-like systems. This interaction is stronger in unsaturated systems than in their saturated analogues due to the increase of the acidity and basicity of the LA and LB, respectively. Second, the intramolecular Be-Be bond in disubstituted naphthalene complexes. The anion species of 1,8-diBeY1-naphthalene derivatives show a very strong one-electron Be-Be bond. This bond is eight times stronger and 0.5 Å shorter than the one in the isolated dimer. These systems present high electron affinities, which give to them an exceptional property: the ability to behave as what we have named anion sponges. It was found that the interaction between anions and Be disubstituted naphthalene is among the highest anion affinities reported in the literature for neutral compounds. This property could lead to a wide range of applications as anions receptors and sensors. Third, the interaction between the Be2 molecule and Lewis bases, which has shown to en-hance the strength of the Be-Be bond compared with the isolated molecule. The non-covalent interaction in complexes of the type L : Be-Be : L decreases the distance and increases the strength of the Be-Be bond. The effect over the Be2 moiety depends on the nature of the Lewis bases. The most dramatic effect occurs when L are radical species. The Be-Be bond in this type of complexes is among the strongest reported in the literature due to an increase of the Be2 oxidation state from Be0 to Be2+. The same effect is found in ligands with pL orbitals, which conjugate with the pBe orbitals and increase the oxidation state of the Be2 moiety to +1. Therefore, the Be-Be interaction becomes stronger than the free Be2 molecule, although still weaker than that of complexes with radical species. At last, the complexes where the Be2 moiety remains neutral and interacts with the lone pairs of the LB show, to the best of our knowledge, the strongest Be-Be bond reported in the literature for the neutral Be dimer. Finally, the TPS is proposed as a new method for the description of chemical bonds. The TPS is quantity that describes the electron and spin fluctuation when a system is perturbed. In this PhD thesis the TPS is applied to diatomic molecules and to Be-carbonyl derivatives. The tensor shows a different behavior depending on the type of interaction, thus allowing the distinction between a covalent, ionic, charge-shift, and other types of bonds, and at the same time the tensor identifies the electron correlation nature of the system.

Les polyoxovanadates fonctionalisés (POVs) présentent des structures de type cœur – cluster super-octahédral à l’échelle nanométrique, des propriétés électroniques et magnétiques facinantes, de nombreux isomers possédant des propriétés thermodynamiques de type réduction – oxydation et des applications catalytiques prometteuses. Parmi ces différentes propriétés, nous nous sommes intéressées aux propriétés de transfert de charge et de fluorescence. Cependant, comprendre des comportements de transfert de charge, et des mécanismes de fluorescence de ces héxavanadates fonctionnalisées est un encore véritable challenge.La diffraction des rayons X haute résolution permet l’analyse des propriétés électroniques et topologiques, et représente une méthode performante pour étudier les liaisons chimiques et la réactivité chimique, basées sur la détermination des propriétés électroniques et électrostatiques. Par conséquent ces propriétés ont été déterminées pour des polyoxovanadates et sont discutées au niveau atomique.Dans ce manuscrit, nous présentons les résultats de : i) la densité électronique expérimentale, la topologie et les propriétés électrostatiques de deux hexavanadates fonctionnalisées (V6), [(C4H9)4N]2[V6O13{(OCH2)3CCH2OCCH2CH3}2] (V6-C3) and Na2[V6O13{(OCH2)3CCH2OH}2]·3.5H2O (V6OH) ; ii) les calculs théoriques ab initio, d’une série de composés fonctionnalisées (V6) et du décavanadate (V10). Les informations chimiques déduites de l’analyse de la densité électronique sont utilisées pour une meilleure compréhension de la distribution de la densité de charge, des propriétés de fluorescences, du comportement en terme de fonctionnalisation, et des propriétés biologiques. / The functionalized polyoxovanadates (POVs) exhibit nanoscale superoctahedral cluster-core structures, fascinating electronic and magnetic properties, various thermodynamically stable redox isomers, and potential catalytic capabilities. Among of the various properties, we are interested in the charge transfer and fluorescent properties. However, understanding such a charge transfer behavior and fluorescence mechanism of these functionalized hexavanadates is still a formidable challenge.High resolution X-ray crystallography allows the analysis of the electronic and topological properties, and provides a method to study the chemical bonding and chemical reactivity based on charge density and the electrostatic properties determination. Experimental and theoretical charge density analysis of functionalized polyoxovanadates has been carried out and the related properties have been discussed at the atomic level.In this manuscript, we present the results of: i) experimental charge density and related electronic and topological properties of two functionalized hexavanadates (V6), [(C4H9)4N]2[V6O13{(OCH2)3CCH2OCCH2CH3}2] (V6-C3) and Na2[V6O13{(OCH2)3CCH2OH}2]·3.5H2O (V6OH); ii) theoretical calculations on a series of functionalized V6 compounds, and decavanadate (V10). The chemical information from charge density analysis is used for a better understanding of the charge density distribution, charge transfer, fluorescent properties, functionalization behavior, and biological activities.

Les propriétés uniques apportées par l’introduction d’un atome de fluor dans un composé bioactif ont favorisé son utilisation en chimie médicinale. Le nombre et la diversité des groupements fluorés maintenant présents en témoignent. Parmi ceux-ci, le monofluoroalcène présente des caractéristiques intéressantes, dont celle d’être un isostère non hydrolysable de la liaison peptidique. Cette thèse portera sur le motif monofluoroalcène et sera divisée en trois axes principaux, soit sa synthèse, sa caractérisation et son utilisation potentielle comme sonde fluorée. Tout d’abord, l’alkylation allylique catalysée au palladium de 3,3-difluoropropènes a été développée, en utilisant le diméthylmalonate et ses dérivés comme nucléophiles. Une large gamme de monofluoroalcènes a été obtenue dans de bons rendements. Une variante asymétrique de la réaction a également été examinée. Cependant, elle présente des limites importantes, et uniquement les substrats cycliques réagissent de manière énantiosélective. Les produits obtenus peuvent ensuite subir différentes transformations, comme une monodécarboxylation en deux étapes donnant le mime de la liaison peptidique lié à un acide β-aminé. Afin d’obtenir des dérivés d’acides α-aminés, la synthèse du motif par une réaction de substitution nucléophile bimoléculaire avec réarrangement allylique à partir d’acides aminés a aussi été brièvement explorée. L’influence sur l’hydrophobie de l’incorporation du monofluoroalcène dans de courts peptides a ensuite été évaluée. L’indice d’hydrophobie, un paramètre déterminé en utilisant la chromatographie liquide haute performance en phase inverse, a été calculé pour différents peptides fluorés et naturels. Il a été possible de conclure que la présence du motif dans le squelette d’un peptide augmentait sa lipophilie et de quantifier cette valeur. Finalement, l’incorporation du monofluoroalcène comme isostère de la liaison peptidique dans de larges peptides a été effectuée, afin d’obtenir une étiquette-19F située dans le squelette pour l’étude d’événements biologiques par résonance magnétique nucléaire. Le motif a été incorporé dans deux peptides, la PGLa et (KIGAKI)3, qui ont été analysés par des techniques biophysiques. / The unique properties associated with the incorporation of fluorine into bioactive compounds have led to its important use in medicinal chemistry. Nowadays, various fluorinated functional groups are employed. Among them, the monofluoroalkene shows interesting properties. This thesis will present the study of the monofluoroalkene as a peptide bond isostere and will focus on its synthesis, characterization and use as a fluorinated probe. The palladium catalyzed allylic alkylation of 3,3-difluoropropenes using dimethylmalonate and its derivatives was developed. Various monofluoroalkenes were obtained in good yields. An asymmetric variant of the transformation was then investigated, but the transformation was limited to six-membered cycles. Some derivatization of the monofluoroalkenes obtained could be performed, such as a two steps monodecarboxylation procedure to access a peptide bond mimic followed by a β-amino acid. To access α-amino acid derivatives, a bimolecular nucleophilic substitution with allylic rearrangement starting from natural amino acids was briefly investigated. The influence on the hydrophobicity of the incorporation of a monofluoroalkene into the backbone of short peptides was then evaluated. The hydrophobicity index, a parameter that can be determined by using reverse-phase high performance liquid chromatography, was used to quantify the lipophilicity of fluorinated and natural peptides. In every case, the presence of the monofluoroalkene enhanced the hydrophobicity of the compounds. Finally, the monofluoroalkene was incorporated into the backbone of larger peptides to access a new 19F-label for the study of biological events by nuclear magnetic resonance. The motif was integrated into the sequence of two peptides, PGLa and (KIGAKI)3, and the fluorinated mutants were studied using biophysical techniques.

« Thèse en cotutelle, Université Laval et Université de Bordeaux » / D'une part, la fonctionnalisation des composés organofluorés via la transformation d'une liaison carbone-fluor (C−F) représente une approche attrayante dans la synthèse de molécules partiellement ou totalement défluorées. L'intérêt d'une telle méthode réside dans le défi fondamental que présente la rupture d'une liaison carbone-fluor, reconnue comme étant forte et relativement inerte. D'autre part, les composés organoboranes possèdent une chimie riche qui permet entre autres leur transformation en une large gamme de composés organiques. Une réaction de défluoroborylation combine ces deux domaines, consistant à introduire une fonction boryle post-fonctionnalisable sur un composé fluoré en rompant une liaison C−F. Bien qu'une grande partie des recherches ait été portée sur l'utilisation de métaux de transition pour réaliser ces réactions de défluoroborylation, le développement de nouvelles méthodes ne nécessitant pas l'utilisation de métaux représente un double défi formidable : l'activation C−F et la formation d'un bore nucléophile sans métal. Les travaux de cette recherche se concentrent sur le développement d'une stratégie de borylation par activation de la liaison C−F des composés organofluorés sans le recours à un métal de transition ou à un montage photo/électrochimique. Dans un premier projet, nous nous sommes intéressés à la substitution d'un fluorure benzylique, dont la liaison C−F peut être activée en présence d'un acide de Lewis ou de Brønsted. Les échecs des essais obtenus lors de ce premier projet nous ont conduits à nous intéresser aux fluorures allyliques. Ce manuscrit se concentre sur le cheminement ayant conduit au succès de la défluoroborylation sans métal de *gem*-difluoropropènes. Une partie de ce manuscrit se penche sur les problèmes de reproductibilité qui ont été surmontés et qui sont étroitement liés à la nature de la base de Lewis la plus efficace ayant été identifiée. / On one hand, the functionalization of organofluorine compounds through the transformation of a carbon-fluorine bond (C−F) represents an attractive approach in the synthesis of partially or fully defluorinated molecules. The interest in such a method lies in the fundamental challenge posed by the cleavage of a carbon-fluorine bond, known to be strong and relatively inert. On the other hand, organoborane compounds possess a rich chemistry that allows, among other things, their transformation into a wide range of organic compounds. A defluoroborylation reaction combines these two areas, involving the introduction of a post-functionalizable boryl function on a fluorinated compound by breaking a C−F bond. While much attention has been focused on the use of transition metals to carry out these defluoroborylation reactions, the development of new methods that do not require the use of metals poses a double challenge: C−F activation and the formation of a metal-free nucleophilic boron species. This research focuses on the development of a borylation strategy through the activation of the C−F bond in organofluorine compounds without the use of a transition metal or a photo/electrochemical assembly. In an initial project, we were interested in the substitution of a benzyl fluoride, which C−F bond can be activated in presence of a Lewis or Brønsted. The unsuccessful results of the experiments obtained during this initial project led us to investigate allylic fluorides. This manuscript focuses on the pathway that led to the successful metal-free defluoroborylation of *gem*-difluoropropylenes. Part of this manuscript addresses the reproducibility issues that have been overcome and that are closely related to the nature of the most effective Lewis base that has been identified.

La préparation de produits énantiopurs a toujours suscité un grand intérêt depuis leur découverte en 1897 par J. H. Van't Hoff. Dans l'organisme humain, l'action d'une molécule est étroitement liée à sa chiralité puisque les récepteurs biochimiques sont eux-mêmes chiraux. Parmi les méthodes de préparation de molécules chirales utilisées dans l'industrie, la réaction d'Orito permet l'hydrogénation énantiosélective d'a-cétoester en alcool sur le platine modifié chiralement en présence de solvants. Ces derniers affectent grandement les excès énantiomériques (ees) des produits formés. Le toluène et l'acide acétique sont les solvants les plus utilisés car ils permettent d'atteindre des ees jusqu'à 99 %. Suite à un modèle récemment proposé permettant d'expliquer l'énantiodifférenciation de la réaction d'Orito, le modificateur offre au substrat deux points d'interaction : l'interaction A se fait entre la fonction ester et l'aminé protonée du modificateur alors que l'interaction B est rendue possible grâce à l'activation de la portion aromatique du modificateur par la surface. Dans ce sens, nous avons étudié l'interaction entre la partie ester d'un substrat et un modificateur simplifié, le ]-jV-méthyl(l-naphthyl)éthylamine (interaction A). Par la suite, nous avons étudié l'activation de molécules aromatiques bicycliques (l-méthylnaphtalène (MN) et naphtalène (Naph) et monocycliques (toluène et benzène) ainsi que de l'acide acétique déposées seules d'une part, et en coadsorption avec le pyruvate de méthyle (PM) d'autre part sur une surface de Pt(l 11) (interaction B) propre par des études de spectroscopie infra rouge et par thermodésorption. Ces observations nous ont permis de mieux comprendre l'influence de ces solvants (toluène et acide acétique) sur la performance de la réaction d'Orito et d'expliquer la nécessité d'utiliser des modificateurs possédants au moins deux cycles aromatiques.