Titre de l'écran-titre (visionné le 26 octobre 2023) / L'incorporation d'un atome de fluor dans une molécule organique engendre des modifications importantes aux propriétés de celle-ci. Pour cette raison, les composés organofluorés sont très présents dans différents domaines comme la chimie médicinale, l'agrochimie et la science des matériaux. Des composés organofluorés peuvent aussi être utilisés comme intermédiaires synthétiques. Dans ce cas-ci, l'incorporation d'atomes de fluor permet d'obtenir une réactivité particulière ou différente de celle obtenue sur un composé non fluoré. Il existe une multitude de motifs fluorés d'intérêt. C'est pourquoi ces travaux portent sur la synthèse de différents motifs fluorés. Pour y arriver, les réactions d'addition sur des alcynes catalysées à l'or (I) ont été sélectionnées. La catalyse à l'or (I) s'est montrée très utile dans les dernières décennies, notamment en combinaison avec la chimie des alcynes. Dans le premier projet, la synthèse de monofluoroalcène est effectuée par hydrofluoration d'alcynes catalysée à l'or (I). L'acide fluorhydrique a été utilisé comme source de HF. Il s'agit d'un réactif peu coûteux et intéressant d'un point de vue de l'économie d'atome. D'abord, des conditions ont été développées pour faire l'hydrofluoration d'alcynes internes. La réaction secondaire d'hydratation de l'alcyne s'est montrée problématique dans certains cas, notamment pour les alcynes terminaux. Les conditions ont donc été réoptimisées pour permettre de meilleurs rendements avec ce type de substrat. Avec ces résultats, des études mécanistiques et des calculs de DFT ont permis de proposer un mécanisme réactionnel pour cette dernière transformation, en plus de révéler un effet important du contre-ion qui détermine la chimiosélectivité de la transformation. Dans le second projet, la synthèse de différentes cétones fluorées a été effectuée par l'hydratation d'alcynes comportant un groupement fluoré catalysée à l'or (I). Les groupements fluorés étant généralement très électroattracteurs, ils sont d'excellents groupements directeurs pour ce type de transformation. Des conditions ont été développées pour faire l'hydratation régiosélective d'alcynes gem-trifluorés en position homopropargylique. À partir de ces conditions, une étude de l'effet de l'éloignement du groupement fluoré de l'alcyne a été effectuée afin de mieux comprendre l'effet du groupement trifluorométhyle. Le même type d'étude a été réalisé pour des alcynes gem-difluorés à différentes distances de l'alcyne. Une attention particulière a été donnée à la synthèse d'alcynes gem-difluorés en position homopropargylique, puisqu'aucune méthode n'existe pour les préparer. Finalement, l'addition d'autres nucléophiles sur les alcynes gem-trifluorés en position homopropargylique a aussi été étudiée afin de préparer une gamme variée de composés comportant un groupement trifluorométhyle. / Incorporating a fluorine atom in an organic molecule engender important modifications to the properties of this molecule. For this reason, organofluorine compounds are used in many fields, such as medicinal chemistry, agrochemistry and material science. Some organofluorine compounds can also be used as synthetic intermediates. For example, a specific or different reactivity can be obtained by the addition of fluorine atoms on a substrate, in comparison with the non fluorinated equivalent. Many fluorinated motifs can be interesting for such applications. Because of the interest of this class of compound, this thesis focusses on the development of methods for the synthesis of different fluorinated moieties. To achieve this, gold-catalyzed addition reactions on alkynes were selected. In the last decade, gold-catalyzed chemical processes were found very useful, notably when used in combination with alkynes. In the first project, the synthesis of monofluoroalkenes was achieved through gold (I)-catalyzed hydrofluorination of alkynes. Hydrofluoric acid was used as the source of HF. It is considered as a low-cost and atom-efficient reagent for such reaction. Conditions were first optimized for the hydrofluorination of internal alkynes. Hydration of the alkyne was found to be a problematic side reaction for some substrates. Terminal alkynes were mostly affected by this drawback. New conditions were optimized specifically for this class of alkynes. Better yields were obtained with this improvement. A mechanistic study and DFT calculations were made to understand the mechanism of the transformation. An important counterion effect was disclosed, and it was demonstrated that this effect was mostly responsible for the chemoselectivity of the reaction in the presence of water. In the second project, a range of fluorinated ketones were synthesized through the gold (I)-catalyzed hydration of fluorinated alkynes. The fluorinated moieties being generally very good electron-withdrawing groups, they can be used as directing groups for this transformation. Conditions were developed for the regioselective hydration of gem-trifluorinated alkynes in homopropargylic position. From these conditions, the effect of the length of the spacer between the fluorinated group and the alkyne was evaluated. The same study was done for gem-difluorinated substrates at different positions in respect with the alkyne. A particular interest was given to the homopropargylic gem-difluorinated alkynes as no method exists in the literature for the synthesis of this class of compounds. Finally, the addition of other nucleophiles on the previously used homopropargylic gem-trifluorinated alkynes was studied to prepare various compounds bearing trifluoromethyl moieties.

La réaction alcalis-granulats touche beaucoup de structures très importantes au Québec et aussi à travers le monde. Pour que cette dernière se produise, trois conditions essentielles doivent être remplies : les granulats utilisés doivent contenir des phases réactives, la teneur en alcalis du béton doit être suffisamment élevée et l’humidité relative à laquelle le béton est exposé doit être de plus de 85%. Il a été observé par le passé que lorsqu’un ciment à basse teneur en alcalis est utilisé en combinaison avec certains types de granulats réactifs, le développement de la réaction est grandement limité. Or, cette méthode préventive n’est pas efficace pour tous les types de granulats et une hypothèse expliquant ce phénomène stipule que les alcalis permettant à la réaction de subsister à travers le temps sont libérés dans la solution interstitielle par les granulats eux-mêmes. Beaucoup d’études ont été menées par le passé afin de tenter de confirmer ou d’infirmer cette affirmation. Les expériences, consistant à immerger des granulats dans des solutions d’attaque de composition se rapprochant de celle de la solution interstitielle du béton, ont montrées que les matériaux granulaires sont bien susceptibles de libérer des alcalis à travers le temps lorsqu’ils sont en présence d’un milieu fortement basique. Or, très peu d’expériences ont été menées afin de vérifier la véracité des résultats dans un béton réel. Ainsi, dans la présente étude, des échantillons de mortier et de béton ont été confectionnés en utilisant six différentes sources granulaires. Parmi celles-ci, quatre sont non réactives et possèdent des teneurs variées en alcalis. Ces dernières ont été utilisées de façon à déterminer la contribution réelle des granulats à la solution interstitielle du béton à travers le temps. Aussi, deux granulats réactifs, possédant des teneurs variées en alcalis, ont été utilisés de façon à déterminer l’influence d’un relâchement d’alcalis par les granulats sur l’évolution de l’alcalinité de la solution interstitielle à mesure que la réaction alcalis-granulats progresse. Afin de déterminer l’avancement de la réaction alcalis-granulats dans le temps, l’expansion des échantillons confectionnés avec les granulats réactifs a été mesurée tout au long de l’expérimentation. Deux méthodes ont été utilisées en vue de déterminer le contenu en alcalis des échantillons à travers le temps, soit la méthode d’extraction sous haute pression et la méthode espresso. Afin de comparer les résultats avec les études antérieures, les granulats ont également été soumis à un essai d’immersion en solution alcaline. Au final, un granulat a été clairement identifié comme source potentielle de Na+ à la solution interstitielle. En effet, les résultats obtenus ont permis de constater qu’un granulat riche en alcalin peut libérer jusqu’à 1,75 kg Na2O/m3 de béton lorsqu’utilisé comme un sable et jusqu’à 0,24 kg Na2O/m3 de béton lorsqu’utilisé comme fraction grossière après un an à 38ᵒC, démontrant clairement que la fraction fine est beaucoup plus susceptible de libérer des alcalis. Par contre, aucune contribution claire en ion K+ n’a pu être observée. Aussi, bien qu’un faible relâchement de sodium a été observé dans les échantillons confectionnés avec l’un des granulats réactifs, aucun effet n’a été observé sur la progression de l’expansion engendré par le développement de la réaction alcalis-granulats sur les échantillons de béton et de mortier associés. Il a été possible d’évaluer la quantité de sodium incorporée dans les produits de réaction à près de 0,20 kg Na2O/m3 de mortier pour une expansion de 0,08%. / Alkali-aggregate reaction affects many important concrete structures in Québec and also around the world. This reaction needs three essential conditions to occur: Aggregates used in the manufacture of concrete contains reactive phases, the alkali content of the concrete is high enough and the concrete is exposed to more than 85% relative humidity conditions. In the past, it was found that when low alkali cement was used in combination with some types of aggregates, the progression of the reaction is greatly restrained. However, the efficacy of this preventive method varies greatly from one aggregate to another. Thus, a hypothesis explaining this phenomenon states that alkalis allowing triggering the reaction can be leached into the pore solution of concrete from aggregates themselves. Many studies were conducted in the past in order to confirm or dismiss this hypothesis. Experiments, consisting in an immersion of aggregates in attack solutions of a chemical composition comparable to the pore solution of concrete, showed that aggregates can release alkalis through time in high pH environment. However, very few experiments were conducted in real concrete in order to verify the veracity of the results obtained. Thus, in the present study, mortar and concrete samples were made using six different aggregate sources. Four of these aggregates are non-reactive and contain various amounts of alkalis. Those were used in order to determine the real alkali contribution by aggregates to the pore solution of concrete through time. Also, two reactive aggregates, containing various amounts of alkalis, were used to determine the influence of an alkali release by aggregates on the evolution of the alkalinity of the pore solution along with the development of the alkali-aggregate reaction. In order to determine the progression of the alkali-aggregate reaction through time, the expansion of specimens made with reactive aggregates was monitored. Two methods were used to determine the alkali content of mortar and concrete samples through time: the high pressure extraction and the espresso extraction method. To compare results with those of previous studies, aggregates were also submitted to an immersion in alkaline solutions. One aggregate was clearly identified as a potential source of Na+ to the pore solution of concrete. Indeed, results obtained showed that rich alkali-bearing aggregate can release up to 1.75 kg Na2O/m3 of concrete if used as fine fraction and up to 0.24 kg Na2O/m3 of concrete if used as coarse fraction after one year at 38ᵒC. These results show that the fine fraction used in the concrete manufacturing is more susceptible to release alkali through time than the coarse one. However, no clear contribution in K+ ion was observed. Also, even if a small sodium release was observed in specimens made with one of the reactive aggregates, there is no evidence that this release affected the expansion caused by the progression of the alkali-aggregate reaction on associated concrete and mortar specimens. It was also possible to evaluate the amount of sodium trapped into reaction products to approximately 0.20 kg Na2O/m3 of mortar for a 0.08% expansion.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Les oligopeptides et les mini-protéines sont des outils moléculaires très utiles en biochimie et pour le développement de nouveaux médicaments. Leur utilisation comme agents thérapeutiques est très attrayante, car ce type de biomolécules possède plusieurs caractéristiques avantageuses recherchées comme une forte activité et une haute spécificité pour la cible, ainsi qu’une faible toxicité. La préparation de ces composés s’effectue majoritairement par voie chimique et est généralement efficace. Toutefois, certaines structures peptidiques plus complexes demeurent difficiles à synthétiser par les stratégies classiques, rendant pertinente la recherche de nouvelles méthodes de synthèse. Dans le cadre de ce mémoire, la réaction multicomposante de Ugi a été ciblée comme ayant le potentiel de générer efficacement des structures peptidiques inédites. L’objectif du projet était de développer et d’appliquer une approche par réaction multicomposante de Ugi sur support solide pour la synthèse de peptides complexes et macrocycliques. Dans un premier temps, la réaction de Ugi a été appliquée dans un contexte de couplage de fragments peptidiques. Cette méthode a ensuite permis la synthèse de peptides allant jusqu’à 30 acides aminés, démontrant ainsi son efficacité en tant qu’alternative intéressante dans la synthèse de longs peptides. Par la suite, la réaction de Ugi a été utilisée pour simultanément lier et ancrer deux acides aminés à un support solide via leur squelette peptidique. L’objectif de cette approche était de synthétiser des peptides cycliques. La méthode montre que l’approche par réaction multicomposante de Ugi a permis la synthèse de composés mono- et bicycliques avec une importante économie de temps et de réactifs. En résumé, la réaction de Ugi a été employée avec succès pour développer de nouvelles méthodes permettant la synthèse de peptides complexes. Les approches développées ont le potentiel de donner accès à des structures jusqu’alors difficilement atteignables afin d’exploiter l’immense diversité moléculaire accessible avec ce type de biomolécules. / Oligopeptides and small proteins are useful tools in biochemistry and for molecular development of new therapeutic agents. Their use offers many advantages over small molecules, including a low toxicity and a strong binding on a particular target. Synthesis of such compounds mainly passes through a chemical pathway and works generally quite well. However, some complex peptide’s structures cannot yet be accessed with existing methods, which makes place for the development of new synthesis strategies. The main goal of this work that I did during my two master’s years was to find new synthesis ways to access complex peptidic structures and take advantage of all the chemical diversity available with this class of biomolecules. To do so, Ugi multicomponent reaction on solid support was targeted as a useful chemical tool that could help us to achieve the synthesis of new complex and macrocyclic peptides. First, this reaction was applied in a solid supported fragment coupling approach to access long peptides. This strategy does not require any prereactionnal modification of the building blocks, nor needing specific amino acids and does not exhibit any sign of epimerization at the ligation site. These characteristics make this method very interesting as an alternative synthetic method for long peptides production. The Ugi reaction was then used to form, in a one-pot fashion, an amide bond between two amino acids while creating another bond with a solid supported aldehyde acting as a linker. The main goal of this new approach is to allow the synthesis of head-to-tail cyclic peptides on solid-support. This method was applied to the synthesis of linear, cyclic and bicyclic peptides which would be useful in the development of new therapeutics. In conclusion, the Ugi multicomponent reaction was used for the synthesis of complex peptides. The developed methodologies allow synthesising new peptides that are unavailable up to now by chemical synthesis and that could exhibit some bioactive properties.

Nous avons entrepris l'étude de la substitution electrophile des polyméthylnaphtalènes en utilisant différentes méthodes de la mécanique quantique. L'étude porte notamment sur trois indices de réactivité : la densité électronique (q_r), l'énergie de localisation (L_r) et la superdélocalisabilité (S_r). Nous croyons que ces indices sont suffisamment représentatifs des trois principales approches existantes: approche statique, de localisation et de délocalisation. Dans une étude préliminaire où les indices ont été calculés à l'aide de la technique Oméga (ω = 1.4) telle que proposée par Streitwieser et où le modèle d'hétéroatome (h_x = 3.0 et k_c-x = 0.7) a été choisi comme modèle du groupement CH₃, les résultats ne semblent guère satisfaisants. Une étude des divers aspects du problème s'impose. Nous avons ainsi comparé la technique Oméga à la technique de Pople, Pariser et Parr, méthode la plus souvent employée dans la littérature. Les résultats indiquent que la technique Oméga avec l'inclusion de la variation de l'intégrale de résonance est parfaitement équivalente à la technique de Pople, Pariser et Parr et l'anomalie observée dans l'étude préliminaire ne semble donc pas due à la méthode de calcul. Parallèlement, nous avons observé que les indices de réactivité sauf la densité électronique sont fortement dépendants des valeurs des paramètres inductif et d'hyperconjugaison. Le choix des valeurs des paramètres doit ainsi jouer un rôle primordial dans ce genre d'études et l'anomalie observée dans l'étude préliminaire s'est avérée tout simplement un mauvaix choix des valeurs des paramètres. En ce qui concerne la représentation du groupement méthyle, le modèle d'hétéroatome, un modèle d'hyperconjugaison, semble plus commode que le modèle inductif surtout dans les calculs où intervient un modèle du complexe activé dont la structure n'est pas bien définie (le calcul de l'énergie de localisation en l'occurence). Enfin, avec un choix approprié de la méthode de calcul (technique Oméga modifiée, ω = 1.4) et de la représentation du groupement CH₃ (hétéroatome, h_x = 2.0, k_c-x = 0.8), les résultats indiquent que la superdélocalisabilité et l'énergie de localisation sont de bons indices de réactivité. La densité électronique, un indice purement statique, par contre, donne de mauvais résultats. Seules certaines combinaisons de ces indices statiques (q_r et π_r_r, q_r et f_r) dont l'interprétation revient à une certaine inclusion du réactif électrophile dans les calculs peuvent donner des comparables à ceux des deux autres indices (S_r et L_r) / Montréal Trigonix inc. 2018

L'objectif de cette thèse est de concevoir une chimiothèque à partir de synthons C-glycosidiques. Les composés obtenus sont destinés à l'identification de modulateurs de l'activité des protéines pour comprendre leur rôle dans les mécanismes cellulaires. Pour réaliser ce travail, nous nous sommes basés sur le concept de la Synthèse Orientée vers la Diversité (SOD) pour générer une collection de molécules par des réactions à plusieurs composants. A partir de glycals peracétylés, nous avons préparés les C-glycosides de départ qui portent une fonction aldéhyde sur l'aglycone. Nous avons montré qu'il était possible de synthétiser ces produits en irradiant le milieu réactionnel par les micro-ondes. Puis ces synthons ont été traité par une amine et un alcyne ce qui a permis de générer une série de propargylamines. Parmi les propargylamines synthétiseés nous avons pu montrer que la L-proline avait une activité auto catalytique et qu'elles conduisaient a une addition stéréosélective de l'alcyne sur l'iminium intermédiaire. Nous avons alors utilisé cette propriété pour combiner la réaction à 3 composants avec la chimie click pour obtenir en quatre étapes une banque de 40 C-glycosides complexes hautement fonctionnalisées. Dans la deuxième partie de ce travail nous avons mis à profit la présence d'un alcool allylique sur le cycle pyranne pour mettre au point une nouvelle réaction tandem, la réaction A3M. Ce nouveau procédé permet d'obtenir en une seul étape des pyridino pyrannes par une réaction à trois composants. Après oxydation de l'alcool en cétone, le C-glycoside est irradie par les micro ondes en présence d'une amine primaire, et d'une alcyne (couplage A3). Cette première réaction est suivie d'une addition de Michael intramoléculaire sur la double liaison activée pour donner stéréo sélectivement le composé bicyclique

Les réactions multicomposantes jouent un rôle important en chimie organique. Ce sont des réactions qui mettent en jeu au moins trois réactifs de départ et qui permettent d’obtenir des produits considérés comme des éléments intéressants pour la synthèse de molécules complexes ou de composés bioactifs. Grâce à leur versatilité, ces réactions sont considérées comme des outils précieux pour la préparation de bibliothèques de composés organiques dans le domaine de la recherche pharmaceutique et de la synthèse de produits naturels.La réaction de Passerini, combinée à une addition de Michael et à une cyclisation, a permis un accès facile à des γ-butyrolactones avec de bons rendements. Les adduits de Passerini issus d’aldéhydes aromatiques ont été utilisés comme nucléophiles lors d’additions de Michael avec l'acrylonitrile. La réaction s’est déroulée conjointement avec l'hydrolyse de l'ester. Les γ-hydroxynitriles résultant ont pu être cyclisés dans des conditions acides pour former des γ-butyrolactones.Les NH-aryl hydrazones dérivées du trifluoroacétaldéhyde hémiacétal ont pu être impliquées dans des réactions de type Mannich efficaces avec le formaldéhyde et des aldéhydes aromatiques. Les hydrazones résultantes sont des blocs de construction utiles pour la préparation de dérivés 1,2-diazine substitués par un groupement trifluorométhyle sous chauffage avec des β-cetoesters.Enfin, des dérivés naphtalèniques ont pu être obtenus par une réaction de Tsuji-Trost. Le méchanisme de cette réaction passe par la formation d'un complexe -allylique de palladium suivi d'une élimination d’hydrure en  favorisée par une base. Cette réaction, combinée avec la condensation de cétones cycliques avec le nitrométhane et la fonctionnalisation des nitrocycloalcènes résultants (Michael, Mannich ...), constituent un outil synthétique très puissant pour la synthèse de naphtalènes 1-substitués. / Multicomponent reactions play a significant role in organic chemistry. They allow the reaction occur between three or more starting materials, providing adducts which are considered as elements for the syntheses of complex molecules with bioactive compounds. Benifiting from their diversity, these reactions are considered as valuable tools for the preparation of libraries of organic structures in the pharmaceutical research and total synthesis of natural products field.The Passerini reaction, combined with Michael addition and cyclisation, served an easy access to γ-butyrolactones with good yields. The Passerini adducts of aromatic aldehydes act as nucleophiles in Michael additions with acrylonitrile. The reaction proceeds together with hydrolysis of the ester. The resulting γ-hydroxynitrile can be cyclized under acidic conditions to afford γ- butyrolactones.The NH-aryl hydrazones derived from trifluoroacetaldehyde hemiacetal can be involved in efficient Mannich type reactions with formaldehyde and aromatic aldehydes. The resulting hydrazones are useful building blocks for the preparation of trifluoromethyl substituted 1,2-diazine derivatives under heating with β-ketoesters.Moreover, naphthalene derivatives may be obtained through Tsuji-Trost reaction. This reaction may involve the formation of a palladium p-allyl complex followed by a base promoted β-hydride elimination. This reaction combined with the condensation of fused cyclic ketones with nitromethane and the functionalization of the resulting nitrocycloalkenes (Michael, Mannich...) constitute a very powerful synthetic tool for the formation of 1-substituted naphtalenes.

Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à explorer le potentiel d’une réaction multicomposés initiée par une addition de Michael conduisant à des dérivés de 2,6-DABCO. Dans ce contexte, nous avons tout d’abord étudié l’étendue de la réaction en modifiant les différents partenaires et paramètres réactionnels. Dans le but de rendre ce procédé plus éco-compatible, l’utilisation de liquides ioniques recyclables a aussi été étudié. Dans certains cas, les liquides ioniques ont permis de s’affranchir du solvant organique toxique et du catalyseur hétérogène de la réaction. Enfin, afin de mettre en œuvre une synthèse multicomposés énantiosélective de 2,6-DABCO, nous avons été amenés à développer une nouvelle méthodologie d’addition de Michael énantiosélective organocatalysée de béta-cétoamides sur des dérivés carbonylés alpha,béta-insaturés. Ainsi, des adduits comportant un centre stéréogène quaternaire entièrement carboné ont pu être obtenus avec de bons rendements et des excès énantiomériques qui atteignent 99%. Une étude sur la réactivité de ces adduits nous a permis d’accéder à différentes familles de composés poly(hétéro)cycliques optiquement actifs d’un grand intérêt synthétique. / In this work, we explored the potential of a Michael addition-initiated multicomponent reaction leading to 2,6-DABCO derivatives. In this context, we first studied the scope of the reaction by changing the partners and the parameters of the reaction. In view of making the process more eco-friendly, the use of ionic liquids was also investigated and found that in some cases, the ionic liquids could replace the toxic organic solvent and the heterogeneous catalyst of the reaction. Finally, the implementation of an enantioselective multicomponent synthesis of 2,6-DABCO led us to develop a new methodology of an organocatalytic enantioselective Michael addition of beta-ketoamides to alpha, beta-unsaturated carbonyls. In this way, adducts containing an all-carbon quaternary stereocenter were obtained in good yields and high to excellent enantiomeric excesses (up to 99%). The study of the reactivity of these adducts allowed the access to different families of optically active poly(hetero)cyclic compounds of high synthetic interest.

Le traitement des douleurs sévères repose dans la plupart des cas sur l’utilisation d’analgésiques opiacés. Cependant après administration répétée d’analgésique morphinique, on observe une tolérance aux agents morphiniques. Au niveau moléculaire, l’hypothèse physiopathologique met en avant la participation de systèmes ‘’dits anti-opiacés’’, comme le système du neuropeptide FF (NPFF). Dans un premier temps, une méthode de synthèse a été développée pour introduire divers α-aminoacides sur les chlorures d’α-hétéroaryle correspondants. Cette méthode originale, faisant appel aux conditions et catalyseurs décrits par Buchwald, a conduit à la découverte de ligands puissants de ces récepteurs. D’autre part, notre travail s’est basé sur la conception, la synthèse et l’étude des relations structure-activité d’autres familles de ligands pour les récepteurs du NPFF. Plusieurs séries de molécules ont été étudiées, parmi elles deux grandes familles : les aminoguanidines hydrazones et les quinolin-2-yl guanidines. Cette étude nous a permis d’identifier plusieurs ligands actifs in vitro (nanomolaire) et in vivo sur les récepteurs du NPFF. Ainsi nous disposons actuellement de ligands sélectifs vis-à-vis des deux récepteurs du NPFF. Une difficulté de synthèse des aryl/hétéroaryl guanidines a été rencontrée, en particulier avec les anilines appauvries en électrons. Pour cela nous avons développé une méthode de guanidinylation directe des halogénures d’aryle/hétéroaryle catalysée par le cuivre. Cette méthode de synthèse de dérivés de guanidines N-monosubstituées s’est montré très efficace, généralisable à quasiment tous les systèmes aromatiques et hétéroaromatiques. Enfin, quelques observations inattendues au cours de la réalisation de la réaction de Buchwald ont été décrites. / The treatment of severe pain involves in most cases the use of opioid analgesics such as morphine or fentanyl. However, after repeated administration of narcotic analgesics, a tolerance to opioid agents is observed. This result needs to gradually increase the dose of drug to obtain the desired analgesic effect. At the molecular level, the pathophysiological hypothesis emphasizes the participation of so-called ''anti-opioid'' systems, like the neuropeptide FF (NPFF) system. Initially, a synthetic method was developed to introduce various α-amino acids on various α-heteroaryl chlorides. This original method, using the conditions and catalysts described by Buchwald, led to potent NPFF receptor ligands. Then, our work was based on the design, synthesis and study of structure-activity relationships of other ligands for NPFF receptors. Several series of molecules have been studied. Among them two large families were selected: aminoguanidine hydrazones and quinolin-2-yl guanidines. This study allowed us to identify several potent ligands in vitro (nanomolar Ki) and active in vivo. So we have now selective ligands towards the two NPFF receptors. A loss of reactivity during the synthesis of aryl / heteroaryl guanidines was observed, in particular with electron deficient anilines. For these compounds we developed a new method of direct guanidinylation of aryl and heteroaryl halides catalyzed by copper. This method of synthesis of N-monosubstituted guanidines is very effective, generalizable to almost all aromatic and heteroaromatic systems. Finally, some unexpected observations during the completion of Buchwald reaction were described.

Le couplage covalent sur surface métallique en UHV (Ultra High Vacuum) est une technique émergente permettant de synthétiser des structures moléculaires impossibles à obtenir par la chimie en solution (nanorubans de graphène, polymères 2D par exemple). Aujourd'hui, le plus grand défi reste le développement de ces réactions sur des surfaces isolantes pour différentes applications comme, par exemple, l'électronique moléculaire. En particulier, le couplage de dérivés d'acides benzoïques, greffés sur les surfaces de carbonate de calcium en UHV par des groupes carboxyliques, a été démontré récemment pour la première fois. Lors de ces travaux, nous avons dans un premier temps synthétisé des molécules précurseurs de réactions de couplage (homo-couplage d'éthyne, photopolymérisation, polycondensation et réaction d'Ullmann) sur des surfaces de carbonate de calcium en UHV. Par la suite, nous avons mené cette étude à l'échelle macroscopique (semi-préparatoire), par greffage de molécules sur des microparticules de carbonate de calcium, puis activation de la réaction, et enfin dissolution du substrat afin d'extraire le produit final. Les microparticules ont été obtenues par broyage de produit commercial ainsi que par spray pyrolyse et complètement caractérisées par FTIR, ATG/DTG, DRX, MEB et BET. Les réactions de couplage ont été activées par deux méthodes sans solvant: par broyage dans une broyeuse planétaire ou par traitement thermique sous vide. Alors qu'en UHV le couplage de l'acide 4-iodobenzoïque donne l'acide biphenyldicarboxylique, en mécanochimie nous avons obtenu l'acide benzoïque et par activation thermique l'éther dibenzoïque. / Covalent coupling on metallic surfaces in UHV (Ultra High Vacuum) conditions is a new method for preparing molecular structures otherwise impossible to achieve in solution (graphene nanoribbons, 2D polymers for instance). The major challenge is now to extend these reactions from metallic to insulating surfaces, for future applications as, for instance, in molecular electronics. In particular, the coupling reaction of benzoic acid derivatives, grafted on calcite via carboxylic groups, has been demonstrated for the first time in UHV conditions. In the first part of this work, we synthesized precursor molecules for specific reactions (homocoupling of ethynes, photopolymerization, polycondensation and Ullmann reaction) on calcium carbonate in UHV conditions. In the second part of this work we extended this investigation up to the macroscale level (semi-preparative) by grafting molecules on calcium carbonate microparticles, followed by reaction activation and finally by dissolution of the substrate in order to recover the coupling products. The calcium carbonate microparticles were prepared by grinding commercial product or by spray pyrolysis and were fully characterized by FTIR, TG/DTG, XRD, SEM and BET techniques. Then, after grafting of organic reactant, the reactions were activated with two different solvent-free methods: by grinding in a planetary milling machine or by heating the samples in a furnace under vacuum. Whereas in UHV conditions, 4-iodobenzoic acid affords biphenyldicarboxylic acid, mechanochemical condition gives benzoic acid and thermal activation the dibenzoic acid ether.

Les transformations photochimiques sont des outils puissants pour créer de la diversité moléculaires à partir de substrats facilement accessibles; elles requièrent le réactif le plus simple : un photon. Les réactions de cycloaddition [2+2] photochimiques de composés carbonylés ou carboxylés α,β-insaturés avec des oléfines sont les réactions photochimiques les plus largement utilisées en synthèse organique. Les photoadduits cyclobutaniques sont très appliqués en synthèse multi-étapes de produits naturels ou dérivés et sont également prisés comme intermédiaires de synthèse du fait de la grande réactivité intrinsèque liée à leur tension de cycle. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à une approche photochimique pour la synthèse de β-acides aminés cyclobutaniques substitués. Notre objectif était de mettre en place une synthèse robuste et efficace sur l’échelle du gramme des acides cis- et trans-2-aminocyclobutane-1-carboxyliques (cis- et trans-ACBC) diversement substitués en position 3 ou 4. La construction du cycle à quatre chaînons a été réalisée via une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique entre le tert-butoxyéthène et le maléimide ou l’anhydride maléique. Les fonctions amine et acide carboxylique ont ensuite été générées par des processus consécutifs ou “one-pot” impliquant un réarrangement de Hofmann. Les mélanges racémiques des 3- et 4-cis-syn-hydroxy-ACBCs ont été dédoublés via l’utilisation d’une oxazolidinone chirale, donnant accès aux β-acides aminés énantiopures ciblés sur grande échelle, sous la forme déprotégée ou protégée orthogonalement. Le contrôle d’une procédure d’épimérisation cis-trans a permis l’accès aux composés trans-syn-3-hydroxy-ACBC à partir des substrats cis-syn-3-hydroxy-ACBC. Enfin, les composés ACBCs diversement substitués en position 3 et de configuration cis-anti ou trans-anti ont pu être préparés grâce à une réaction de Mitsunobu ou d’autres transformations de type SN2, à partir des réactifs cis-syn- ou trans-syn-3-hydroxy-ACBC correspondants. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons étudié des processus photochimiques tandem et cascade initiés par une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique. En collaboration avec un chercheur post-doctorant, nous avons réalisé la synthèse contrôlée d’une librairie d’acétals cyclobuténiques et d’oxétanes polycycliques, via des photoréactions tandem et cascade entre des cyclopent-2-énones et des partenaires alcènes. Le processus tandem résulte d’une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique suivie d’une fragmentation de type Norrish I et d’un transfert d’hydrogène en position γ, conduisant aux aldéhydes cyclobuténiques protégés in situ sous la forme de dérivés acétals stables. La triple cascade réactionnelle a permis l’accès à de nouveaux oxétanes tricycliques angulaires par le biais d’une réaction de Paternò-Büchi intramoléculaire à partir des aldéhydes cyclobuténiques précédemment cités. La généralisation de ces deux processus domino a été étudiée à partir d’un panel de cyclopent-2-énones et de trois partenaires alcènes représentatifs. La formation de certains des composés obtenus a pu être expliqué par à une réaction supplémentaire de type SN’. Une étude préliminaire de cette transformation non-attendue a été réalisée. / Photochemical transformations are powerful tools for the creation of molecular diversity from simple and readily available starting materials; they employ the simplest of reagents, a photon. Photochemical [2+2] cycloaddition reactions of α,β-unsaturated carbonyl or carboxyl compounds with olefins are one of the most widely applied photochemical reactions in organic synthesis. The cyclobutane photoadducts have been used ubiquitously in multi-step syntheses of a wide array of natural products or related derivatives, and they have also been used as intermediates in other synthetic procedures which exploit their strained molecular skeletons and their resulting intrinsic chemical reactivity.In the first part of this thesis, we focused on a photochemical approach for the synthesis of ring-substituted cyclobutane β-amino acids. Our objective was to establish a robust, large-scale and efficient synthesis of cis- and trans-2-aminocyclobutane-1-carboxylic acids (cis- and trans-ACBC) diversely substituted at the 3- or 4-positions. The cyclobutane ring was constructed using a photochemical [2+2] cycloaddition reaction between tert-butyl vinyl ether and either maleimide or maleic anhydride. The amine and carboxylic acid functions were subsequently installed through consecutive or one-pot protocols including a Hofmann rearrangement. The protected racemates of 3- and 4-cis-syn-hydroxy-ACBCs obtained in this way were resolved using a chiral oxazolidinone auxiliary to provide a large scale access to enantiomerically pure samples of the target β-amino acids in either free or orthogonally protected form. A controlled cis-to-trans epimerization procedure from cis-syn-3-hydroxy-ACBC substrates permitted facile access to target trans-syn-3-hydroxy-ACBCs. Finally, diversely substituted 3-ACBCs with cis-anti or trans-anti relative configurations were synthesized using Mitsunobu or other SN2-type reactions, starting from corresponding cis-syn- or trans-syn-3-hydroxy-ACBC derivatives.In the second part of the thesis, we investigated photochemical tandem and cascade processes which began with a photochemical [2+2] cycloaddition reaction. In collaboration with a post-doctoral researcher, we reacted cyclopent-2-enones and alkenes to afford libraries of cyclobutene acetals and polycyclic oxetanes, in a controlled manner, via tandem and triple cascade photoreactions. The tandem process consisted of a photochemical [2+2] cycloaddition followed by Norrish I/γ-H transfer which led to cyclobutene aldehydes; these reactive photoadducts were trapped in situ as stable acetal derivatives. The triple cascade process provided access to unprecedented angular tricyclic oxetanes via an intramolecular Paternò-Büchi reaction of the above-mentioned cyclobutane aldehydes. The scope of these two domino processes was investigated using panels of 2- and 4-substituted cyclopent-2-enones and three representative alkene partners. The formation of some of the compounds obtained during this study was attributed to an additional SN’ reaction. Preliminary investigations on this unexpected transformation were performed.