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Les composés organoborés constituent des outils remarquables en synthèse organique de par leur chimie très diversifiée. Les travaux présentés dans ce mémoire abordent de nouveaux aspects de leur réactivité. Une méthode de synthèse rapide et efficace de 9-hydroxyfluorènes est décrite via une séquence tandem Suzuki/ aldolisation phénolique. Ce processus a été ensuite étendu aux 9-aminofluorènes en ajoutant simplement comme troisième partenaire diverses amines au milieu réactionnel. Des hypothèses mécanistiques sont proposées pour rationaliser ces résultats expérimentaux. Dans une deuxième partie, est présentée une étude articulée autour de la mise en œuvre de réactions ène sur des diènes borylés 1,3. Les produits ainsi obtenus sont ensuite utilisés comme intermédiaires clé de structures polycycliques plus complexes. Enfin, le troisième chapitre est consacré à une nouvelle voie d'accès aux pyrroles C-fusionnés à partir de diènes cycliques borylés, ces derniers étant préparés par hydroboration d'énynes, bora-Wittig ou métathèse. Une grande diversité structurale est alors accessible à partir de ces précurseurs d'accès aisé. / Organoboron compounds are remarkable tools in organic synthesis due to their very diversified chemistry. The work presented in this thesis addresses new aspects of their reactivity. A rapid and efficient synthesis of 9-hydroxyfluorenes is described via a tandem Suzuki/phenol aldolisation sequence. This process was then extended to 9-aminofluorenes by simply adding various amines to the reaction medium as the third partner. Mechanistic hypotheses are proposed to rationalize these experimental results. In a second part, was presented a study articulated around the implementation of ene reactions on borylated 1,3-dienes. The products thus obtained are then used as key intermediates of more complex polycyclic scaffolds. Finally, the third chapter is dedicated to a new access to C-fused pyrroles from borylated cyclic dienes, the latter being prepared by hydroboration of enynes, boron-Wittig or metathesis reactions. A great structural diversity is then accessible from these easily prepared precursors.

La synthèse d’oléfines et plus précisément de vinylchalcogénures di- ou trisubstitués sous contrôle régio- et stéréosélectif constitue l’objectif de ce travail. La stratégie adoptée consiste à utiliser des dérivés acétyléniques comme précurseurs, et des alcénylboranes comme intermédiaires réactionnels. Deux voies synthétiques distinctes ont été sélectionnées : l’hydroboration de 1-chalcogéno-1-alcynes (préparation d’alcénylboranes α-chalcogénés) et le réarrangement de sels d’alcynyltriorganylborates induit par des électrophiles chalcogénés (préparation d’alcénylboranes β-chalcogénés). La cis hydroboration du 1-phénylthio-1-hexyne par le dicyclohexylborane est régiosélective et fixe majoritairement l’entité dicyclohexylboryle en &alpha du soufre, conséquence d’une interaction de type acide-base de Lewis entre les deux hétéroatomes. Les tentatives d’optimisation de la régiosélectivité ([α :β] = [97 :3]) montrent que la modification de la densité électronique autour du soufre (par introduction de substituants électroattracteurs ou -donneurs en para sur le cycle aromatique) ou la présence de substituants (alkyl/aryl)thio à demande stérique plus importante impactent à plusieurs niveaux, mais ne permettent pas d’augmenter le degré de régiosélectivité de l’hydroboration. La fonctionnalisation des vinylboranes α-chalcogénés par transmétalation stœchiométrique (bore-cuivre) suivie de l’alkylation ou par couplage de Suzuki-Miyaura donne accès à des vinylsulfures disubstitués. L’utilisation de fluorure de tétrabutylammonium en solution dans le tétrahydrofurane, à la place d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium comme base pour le couplage Suzuki, permet l’évitement de la réaction parasite principale, la protodéborylation du vinylborane. Le réarrangement des 1-acynyltriarylborates de lithium induit par les halogénures d’(alkyl/aryl)chalcogényle est totalement stéréosélectif et dispose le groupement migrateur du bore en trans par rapport à l’électrophile entrant. La migration de substituants aromatiques (phényle, thiényle et anisyle) est tout à fait inédite dans le domaine de la préparation d’alcénylboranes chalcogénosubstitués. La conversion de ceux-ci ouvre des perspectives très intéressantes pour la préparation d’arylcétones α-chalcogénées par oxydation, de vinylsulfures disubstitués par traitement à l’acide acétique, ainsi que de vinylsulfures trisubstitués par couplage ou transmétalation stœchiométrique (bore-cuivre ou bore-zinc). Toutes ces transformations sont totalement stéréosélectives. L’utilisation de l’une de ces deux voies synthétiques assure une formidable flexibilité pour l’introduction des divers substituants sur les futurs carbones oléfiniques.

Les boranes vinyliques,les acides boroniques vinyliques et les boronates vinyliques sont des organoboranes où la différence d'électronégativité entre le carbone et le bore est très faible[C (2. 55)-B (2. 04)] et la liaison entre ces deux atomes est donc peu polaire. Les propriétés caractéristiques du bore permettent de réaliser une grande variété de réactions dans différentes conditions. Beaucoup de groupes de recherche ont exploré les applications synthétiques des organoboranes en synthèse organique. Par exemple les boranes vinyliques peuvent être transformés en les alcènes correspondants par protonolyse,ils peuvent être facilement oxydés avec H2O2 en présence de base(addition d'un groupe hydroxyle sur la double liaison) pour donner des produits cis-anti Markovnikov. Ils peuvent aussi subir des réactions d'addition pour donner des alcools allyliques ou des cycloadditions [4+2] pour former deux nouvelles liaisons carbone- carbone via des réactions de Diels-Alder. Les acides vinylboroniques peuvent être transformés en halogénures vinyliques via une halogénolyse,réagir via une réaction de cyclisation radicalaire utilisant la méthode catalytique de Corey en présence d'un initiateur de réaction radicalaire pour obtenir des diols 1,3- ou 1,4. Ils peuvent participer à des réactions de couplage au palladium de type Suzuki pour former de nouvelles liaisons carbone-carbone. Ils peuvent réagir avec des anhydrides pour donner différentes cétones insaturatées via des catalyses au palladium ou au rhodium . Les acides vinylboroniques ont aussi été utilisés pour la formation de nouvelles liaisons carbone-azote , carbone-oxygène , carbone-fluor via des réactions catalysées au palladium ou au cuivre. Les boronates vinyliques ont été employés pour former de nouvelles liaisons carbone-carbone via des couplages de Suzuki- Miyaura. Ils sont employés dans la réaction multicomposant de Petasis pour donner des hétérocycles azotés fonctionnalisés. Ils participent aux réactions de métathèse croisée pour donner des boronates vinyliques hautement fonctionnalisés , ils réagissent facilement avec des carbènes générés à partir de diazos pour donner des cyclopropanes et ceci à travers des catalyses au palladium et au rhodium. Les boronates vinyliques, en réaction avec des oxides de nitrile subissent des réactions de cycloaddition 1,3-dipolaire pour donner des isoxazoles . Les boronates vinyliques ont aussi été utilisés comme nucléophiles en réaction d'allylation avec catalyse au cuivre ou au palladium. Les transformations précédentes des organoboranes fournissent des précurseurs importants pour la synthèse totale de molécules bioactives complexes qui ont été utilisées dans les domaines de la médecine, de l'agrochimie, des composés pharmaceutiques et de la chimie fine. Les organoboranes peuvent être synthétisés facilement et ceci les rend particulièrement précieux comme intermédiaires clés en synthèse organique. / Vinylboranes, vinylboronic acids and vinylboronates are organoboranes where the electro negativity difference between carbon and boron bond is very low [C (2. 55)-B (2. 04)] and the bond between them is less polar. The characteristic features of borane allow performing wide range of reactions under different conditions. Several research groups explored the synthetic applications of organoboranes in organic synthesis. For example vinylboranes can be transformed to their corresponding alkenes via protonolysis,can be easily oxidized by hydrogen peroxide in presence of base(addition of hydroxy group at double bond)to result cis-,anti Markovnikov products also participate in addition reactions to give allylic alcohols,they undergo[4+2]cyclo adition reactions to form two new carbon- carbon bonds via Diels- Alder reaction. Vinylboronic acids can be transformed to vinylhalides via halogenolysis,react via boron-tethered radical cyclisation using Corey’s catalytic tributyl-stannane method in presence of radical initiator to afford 1,3- or 1,4-diols,participates in palladium catalyzed Suzuki cross coupling reactions to give characteristic carbon-carbon bond,react with anhydrides to result various unsaturated ketones via palladium and rhodium catalysis,vinylboronic acids were also used for the synthesis of new carbon-nitrogen,carbon- oxygen, carbon-fluoine bonds via palladium and copper catalysis. Vinylboronates were used to synthesize new carbon-carbon bonds via Suzuki- Miyaura cross coupling reaction under palladium catalysis, participates in Petasis multicomponent reaction to give functionalized nitrogen based heterocycles, they undergo olefin cross-metathesis to afford highly functionalized vinylboronate deivaives, readily react with carbene generated from diazo compounds to afford cyclopropane derivatives under palladium and rhodium catalysis. Vinylboronates on treatment with arylnitrile oxides undergo 1,3-dipolar cyclo addition reaction to give isoxazole derivatives, vinylboronates were also used as nucleophiles in allylation with copper and palladium catalysisThe above transformations of organoboranes provide important precursors for building complex bioactive molecules which were developed as medicine, agrochemicals, pharmaceuticals and fine chemicals. Organoboranes can be easily synthesized and this easy access for preparation made them useful key intermediates for organic synthesis. Vinylboranes can be synthesized via hydroboration of alkynes with alkylboranes,vinylboronic acids can be synthesized via hydroboration of alkynes with alkoxyboranes followed by hydrolysis where as vinylboronates were synthesized from organometallic reagents by transmetallation with trimethyl orthoborate,also prepared from hydroboration of alkynes with alkoxyboranes. Grafting a substitution in the allylic position of vinyl boronates confers to these units a high degree of versatility to their use in organic synthesis. -substitue.

Depuis plus d'un siècle, la chimie des organoboranes a intéressé considérablement les chimistes. En revanche, la réactivité élémentaire du bore atomique est un domaine de recherche relativement vierge. Dans un premier temps, nous avons participé aux travaux de caractérisation des produits isolés en matrice d'argon pour les réactions du bore avec l'éthylène et l'éthane. Les propriétés structurales, spectrales et énergétiques d'une série d'espèces BC2Hn (n = 3, 4, 5) ont été déterminées à l'aide de méthodes ab initio et DFT. La comparaison des spectres infrarouges expérimentaux à ceux prédits par le calcul a permis d'identifier plusieurs nouveaux organoboranes simples. Afin de mieux comprendre la réactivité du bore, nous nous sommes ensuite intéressés à<br />la détermination des mécanismes réactionnels mis en jeu. Avec l'étude de la réaction B + H2O, nous avons développé et testé une stratégie de calcul, couplant méthodes ab initio et DFT, destinée à l'étude de mécanismes réactionnels. Ces travaux ont de plus démontré l'existence d'une petite barrière d'activation pour la réaction cohérente avec la constante de vitesse mesurée et nous proposons un mécanisme pour la formation de BO (A 2Pi) jusqu'alors non rationalisée. Enfin, la méthodologie précédente a été utilisée pour déterminer le mécanisme des<br />réactions bore-acétylène et bore-éthylène. Cette étude réalisée en parallèle à des expériences de jets croisés, a permis d'identifier sans ambiguïté le produit formé dans ces conditions par chacune de ces réactions, respectivement HBCC et la molécule aromatique borirène (c-HBC2H2). Ce travail a également montré que les<br />deux réactions peuvent avoir lieu spontanément si elles débutent par l'addition du bore sur la liaison pi CC. S'agissant de la réaction bore-éthylène, les calculs prédisent plusieurs processus susceptibles de concurrencer la formation du borirène.

This thesis is concerned with the photophysical and nonlinear optical responses, and applications of a set of conjugated polymers and small molecules in the visible and near-IR spectral regions. Poly(phenylene ethynylene) PPE polymers were substituted with conjugated side-arms in a cruciform fashion to determine the impacts of electronic coupling on the one-photon (1PA), two-photon (2PA), and excited state absorption (ESA) properties of the co-polymer system. The cruciform-like PPEs showed significant changes in their nonlinear and phophysical behavior relative to their linear models, including shifts and splittings of the 1PA bands due to moderate mixing of the lowest singlet excited states, an increase in the 2PA cross section (δ) values, and an increase in the yield of triplet excited-state species. The cruciform-like PPE polymers exhibited effective optical pulse suppression of femtosecond and nanosecond laser pulses over a broad spectral range of ~200 nm in the visible and near-IR. The suppression capability of the cruciform-like PPEs exceeded the best reported value for alkyl-substituted PPE polymers. The spectroscopic effects due to conjugation length, structural configuration, and intramolecular charge transfer (ICT) are discussed for a family of bent donor-acceptor-donor (D-A-D) -type conjugated oligomers, which incorporate electron-rich triarylamine donors and electron-deficient triarylborane acceptor units into its conjugated structure. These organoborane oligomers are highly fluorescent and exhibit strong 2PA in the visible region with δ values as large as 1410 GM, as well as overlapping ESA bands attributed to singlet-singlet and triplet-triplet absorption. Saturation of the molar absorptivity, ε, and δ was observed at less than two repeat monomer units due to conformational disorder in the oligomer with increasing length. Positive solvatochromism of fluorescence with solvent shifts as large as ~70 nm was observed as a result of ICT from the arylamine donors to boryl-centered acceptor sites. The excited-state dynamics also show sensitivity to the solvent environment. Experimental findings suggest that these organoborane oligomers may have potential use as nonlinear material for optical power limiting (OPL) and two-photon sensing applications. The spectral properties of two bis-donor chromophores, (bis(diarylamino)biphenyl (TPD) and distyrylthiophene (DST), were investigated with and without the presence of AgNPs in order to better understand the local-field enhancement and subsequent effects on the photophysics and nonlinear behavior of 2PA dyes. While little changes were observed in the excited-state dynamics, measurements of nanoparticle aggregate-dye composite solutions with TPD revealed a 1.6-enhancement in the two-photon excited fluorescence signal. OPL measurements of nanosecond laser pulses at 532 nm revealed a reduction in threshold energy by a factor of 2 in solutions containing TPD and AgNP aggregates, relative to solutions of TPD alone. DST shows exceptional solubility (>1 M) in several organic solvents and exhibits a 2PA spectrum that overlaps well with its singlet-singlet and triplet-triplet ESA bands. Consequently, DST exhibits effective optical limiting of nanosecond laser pulses through two-photon induced excited-state absorption over a broad spectral range of approximately 200 nm in the red and near-IR.