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Ministerio de Educación, Cultura y Deporte, DGES (PB97-0133 y BQU2001-0538)

L’objet de cette thèse consiste en des développements de méthodes en spectroscopie et imagerie Raman. Après une revue des outils statistiques permettant de traiter de gros volumes de données (analyse multivariée, classification), l’étude est appliquée à deux familles de matériaux déjà bien connus, utilisés comme modèles pour tester les limites des développements mis en oeuvre. La première famille est une série de matériaux carbonés, traités à différentes températures, avec des inhomogénéités à l’échelle du nm, dont la taille est déduite d’une approche conjointe Raman-diffraction des rayons X. Un autre résultat concerne l’effet du polissage, qui induit des artefacts Raman conduisant à surestimer le désordre structural local, et une méthode basée sur la largeur de la bande G est proposée. L’autre classe de matériaux présente cette fois des inhomogénéités à des échelles supérieures au micromètre, il s’agit de céramiques d’oxyde d’uranium appauvri. L’imagerie Raman, particulièrement bien adaptée en termes d’échelle spatiale, est utilisée pour sonder les surfaces obtenues, Le traitement des données est effectué par un approche mêlant analyse multivariée (analyse en composantes principales), et ajustement classique par Lorentziennes. L’interprétation des données obtenues est soutenue par une analyse par electron backscattering diffraction (EBSD), permettant de séparer l’effet d’orientation des grains de céramiques, d’autres effets sous-jacents. Ceux-ci, principalement localisés aux joints de grains, avec l’existence d’un mode Raman caractéristique, paraissent liés à des variations de stoechiométrie en oxygène ou d’impuretés, ou à des inhomogénéités de contrainte. Les perspectives de ce travail portent notamment sur la mise en oeuvre d’autres méthodes mathématiques, et pour l’aspect matériaux, sur l’analyse fine d’endommagements par irradiation des UO2, (effets d’anisotropie, rôle des joints de grains. / This thesis is aimed at developing methodologies in Raman spectroscopy and imaging. After reviewing the statistical instruments which allow treating giant amount of data (multivariate analysis and classification), the study is applied to two families of well-known materials which are used as models for testing the limits of the implemented developments. The first family is a series of carbon materials pyrolyzed at various temperatures and exhibiting inhomogeneities at a nm scale which is suitable for Raman--X-ray diffraction combination. Another results concern the polishing effect on carbon structure. Since it is found to induce Raman artifacts leading to the overestimation of the local structural disorder, a method based on the use of the G band width is therefore proposed in order to evaluate the crystallite size in both unpolished and polished nanographites. The second class of materials presents inhomogeneities at higher (micrometric) scales by the example of uranium dioxide ceramics. Being well adapted in terms of spatial scale, Raman imaging is thus used for probing their surfaces. Data processing is implemented via an approach combining the multivariate (principal component) analysis and the classical fitting procedure with Lorentzian profiles. The interpretation of results is supported via electron backscattering diffraction (EBSD) analysis which enables us to distinguish the orientation effects of ceramic grains from other underlying contributions. The last ones are mainly localized at the grain boundaries, that is testified by the appearance of a specific Raman mode. Their origin seems to be caused by stoichiometric oxygen variations or impurities, as well as strain inhomogeneities. The perspectives of this work include both the implementation of other mathematical methods and in-depth analysis of UO2 structure damaged by irradiation (anisotropic effects, role of grain boundaries).

Since materials properties are determined by the interactions between the constituent atoms, an accurate description of the inter-atomic interactions is crucial to characterize and control material properties. Particularly, a quantitative understanding of the formation and nature of defects and impurities becomes increasingly important in the era of nanotechnology, as the imperfections largely influence many properties of nanoscale materials. Indeed, due to its technological importance and scientific interest, there have been significant efforts to better understand their behavior in semiconductors and oxides, and their interfaces, yet many fundamental aspects are still ambiguous due largely to the difficulty of direct characterization. Hence, our study has focused on developing a better understanding of atomic-scale defects and impurities using first principles quantum mechanical calculations. In addition, based on the improved understanding, we have attempted to address some engineering problems encountered in the current technology. The first part of this thesis focuses on mechanisms underlying the transient enhanced diffusion of arsenic (As) during post-implantation annealing by examining the interaction of As with vacancies in silicon. In the second part, we address some fundamental features related to plasma-assisted nitridation of silicon dioxide; this study shows that oxygen vacancy related defects play an important role in (experimentally observed) peculiar nitridation at the Si/SiO2 interface during post O2 annealing. In the third part, we examine the interaction between vacancies and dopants in sp2–bonded carbon such as graphene and nanotube, specifically the formation and dynamics of boron-vacancy complexes and their influence on the electrical properties of host materials. In the fourth part, we study the interfacial interaction between amorphous silica (a-SiO2) and graphene in the presence of surface defects in a-SiO2; this study shows possible modifications in the electronic structure of graphene upon the surface defect assisted chemical binding onto the a-SiO2 surface. In the last part, we examine the structural and electronic properties of bismuth vanadate (BiVO4) which is a promising photocatalyst for water splitting to produce hydrogen; this study successfully explains the underlying mechanism of the interesting photocatalytic performance of BiVO4 that has been experimentally found to strongly depend on structural phase and doping. / text

Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'activation de liaisons sp² et sp³ C-H catalysée par le palladium pour la préparation d'(hétéro)aryl-aryles et de biaryles. Cette méthode est considérée comme attractive pour l'environnement par rapport aux méthodes classiques, tels que Suzuki, Heck, ou Negishi. Tout d'abord, nous avons décrit que la C2-arylation directe de benzothiophènes peut être effectuée par un catalyseur du palladium en l'absence de ligand phosphine avec une grande sélectivité. Nous avons également démontré qu'il est possible d'activer les positions C2 et C5 de pyrroles pour accéder en une seule étape a des 2,5-diarylpyrroles. Des 2,5-diarylpyrroles non-symétriques ont été formés par arylation séquentielle en C2 suivie par une arylation en C5. Nous avons également étudié la réactivité de polychlorobenzenes pour l'activation de liaisons C-H catalysé au palladium. Nous avons finalement étudié l'activation sp² et sp³ sélective catalysé au palladium de liaisons C-H du guaiazulene. La sélectivité de la réaction dépend du solvant et de la base : C2-arylation (KOAc en éthylbenzène), C3-arylation (KOAc dans le DMAc) et C4-Me arylation (CsOAc/K₂CO₃ dans le DMAc). Grâce à cette méthode, une liaison sp³ C-H peu réactive a été activée. / During this thesis, we were interested in the sp² and sp³ C-H bond activation catalyzed by palladium catalysts for the preparation of (hetero)aryl-aryls and biaryls. This method is considered as cost effective and environmentally attractive compared to the classical couplings such as Suzuki, Heck, or Negishi. First we described the palladium-catalyzed direct C2-arylation of benzothiophene in the absence of phosphine ligand with high selectivity. We also demonstrated that it is possible to active both C2 and C5 C-H bonds for access to 2,5-diarylated compounds in one step, and also to non-symmetrically substituted 2,5-diarylpyrroles via sequential C2 arylation followed by C5 arylation. We also studied the reactivity of polychlorobenzenes via palladium-catalyzed C-H activation. We finally examined the palladium-catalysed selective sp² and sp³ C-H bond activation of guaiazulene. The selectivity depends on the solvent and base: sp² C2-arylation (KOAc in ethylbenzene), sp² C3-arylation (KOAc in DMAc) and sp³ C4-Me arylation (CsOAc/K₂CO₃ in DMAc). Through this method, a challenging sp³ C-H bond was activated.

The thesis entitled “Controlling Stereochemistry at the Quaternary Center Using Bifunctional (Thio)urea Catalysis” is divided into five chapters. Chapter 1: Catalytic Enantioselective Construction of Quaternary Stereocenters through Direct Vinylogous Michael Addition of Deconjugated Butenolides to Nitroolefins The direct use of deconjugated butenolides in asymmetric C–C bond forming reaction is a powerful but challenging task because of the additional problem of regioselectivity along with the issues of diastereo- and enantioselectivity. In this chapter, a direct asymmetric vinylogous Michael addition of deconjugated butenolides to nitroolefins has been demonstrated for the construction of quaternary stereocenter at the γ-position of butenolides. A novel thiourea-based bifunctional organocatalyst, containing two elements of chirality, was synthesized starting from commercially available quinine and (S)-tert-leucine. Remarkably, the sense of stereoinduction in this process is dominated by the tert-leucine segment of the catalyst. Synthetically versatile & highly functionalized γ-butenolides with contiguous quaternary and tertiary stereocenters were synthesized stereoselectively. The reaction was found to be general and a wide range of nitroolefins, with both electron-rich and electron-deficient substituents, underwent smooth reaction under these mild conditions. Similarly, deconjugated butenolides, having various substituents at the γ-position were well tolerated under these reaction conditions and the products were obtained in excellent yields and with uniformly high diastereo- and enantioselectivities. Reference: Manna, M. S.; Kumar, V.; Mukherjee, S. Chem. Commun. 2012, 48, 5193–5195. Chapter 2: Catalytic Asymmetric Direct Vinylogous Michael Addition of Deconjugated Butenolides to Maleimides for the Construction of Quaternary Stereogenic Center In this chapter, a mild and operationally simple protocol for the direct vinylogous Michael addition of deconjugated butenolides to maleimides has been illustrated. Using bifunctional tertiary amino thiourea organocatalyst, derived from a ‘matched’ combination of trans-(1R,2R)-diaminocyclohexane (DACH) and (S)-tert-leucine, the Michael adducts were obtained in excellent yields and with good to high diastereoselectivities and outstanding enantioselectivities. Application of the corresponding diastereomeric catalyst indicated the dominance of the ‘DACH’ unit over the chiral side chain in determining the sense of stereoinduction. The practicality of this protocol is illustrated by substantial low catalyst loading (down to 5 mol%) and one-pot catalyst recycling. Based on the X-ray structure of the catalyst and observed stereochemistry of the Michael adduct, a stereochemical model is proposed which was further supported by additional experiment. Reference: Manna, M. S.; Mukherjee, S. Chem.–Eur. J. 2012, 18, 15277–15282. Chapter 3: Enantioselective Desymmetrization of Cyclopentenedione through Direct Catalytic Vinylogous Michael Addition of Deconjugated Butenolides Five-membered carbocycles containing one or more stereogenic centers on the ring are privileged structural motifs found in many biologically active natural and non-natural compounds. Among various methods for accessing these enantioenriched carbocyclic frameworks, desymmetrization of prochiral or meso-compounds through catalytic enantioselective transformations represents a powerful strategy. The biggest advantage of such asymmetric desymmetrization reactions lies in their ability in controlling stereochemistry remote from the reaction site. This chapter deals with a highly efficient desymmetrization protocol for 2,2-disubstituted cyclopentene-1,3-diones via direct vinylogous nucleophilic addition of deconjugated butenolides with the help of a tertiary amino thiourea bifunctional catalyst. In contrast to the existing desymmetrization protocols, this method represents a unique example where quaternary stereocenter is generated not only within the ring but also outside the cyclopentane ring. Densely functionalized products are obtained in excellent yields and with outstanding diastereo- and enantioselectivities. The robustness screening indicated that the reaction is highly tolerant to a variety of competing electrophiles and nucleophiles. The remarkable influence of the secondary catalyst site on the enantioselectivity points towards an intriguing mechanistic scenario. To the best of our knowledge, this is the first time such an effect is observed in the context of asymmetric catalysis. Reference: (1) Manna, M. S.; Mukherjee, S. Chem. Sci. 2014, 5, 1627–1633. (2) Manna, M. S.; Mukherjee, S. Org. Biomol. Chem. 2015, 13, 18–24. (Perspective) Chapter 4: Enantioselective Desymmetrization of Cyclopentenediones through Organocatalytic C(sp2)–H Alkylation Organic compounds are characterized by the presence of various C–H bonds. Functionalization of a specific C–H bond in a molecule with a selected atom or group are among the most straightforward and desirable synthetic transformations in organic chemistry. In this chapter, a simple protocol for the direct alkylation of olefinic C(sp2)–H bond has been developed, not only enantioselectively using an organocatalyst but more importantly without using any directing group. This alkylative desymmetrization of prochiral 2,2-disubstituted cyclopentene-1,3-diones is catalyzed by a dihydroquinine-based bifunctional urea derivative. Using easily accessible, inexpensive and air-stable nitroalkanes as the alkylating agent, this C(sp2)−H alkylation represents a near-ideal desymmetrization and delivers products containing an all-carbon quaternary stereogenic center in good to excellent yields and with high enantioselectivities. The mild reaction conditions allow for the introduction of various functionalized alkyl groups. The possibility of a second alkylation and its applications has also been demonstrated. This protocol is the first example of the use of nitroalkane as the alkyl source in an enantioselective transformation. It is expected that, these findings would have broader consequences and applications to other alkylative and related transformations. Reference: Manna, M. S.; Mukherjee, S. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 130–133. (Highlighted in Synform 2015, 67–70) Chapter 5: Enantioselective Desymmetrization of Cyclopentenediones through Organocatalytic Formal C(sp2)–H Vinylation The development of catalytic enantioselective C(sp2)–H vinylation reactions remained relatively underexplored for a long time because of various challenges associated with it. As C(sp2)–H functionalization reactions do not generate any stereocenter at the reaction site, development of enantioselective C(sp2)−H functionalization must rely on desymmetrization of prochiral or meso-substrates. More important issue is the identification of a suitable directing group which can efficiently control the regioselectivity during the activation of C(sp2)−H bond. In this chapter, an efficient formal C(sp2)−H vinylation of prochiral 2,2-disubstituted cyclopentene-1,3-dione is developed without using any directing group. This formal C(sp2)−H vinylation of 2,2-disubstituted cyclopentene-1,3-dione is realized using a two-step operation: catalytic enantioselective Michael addition of deconjugated butenolides followed by a base mediated decarboxylation. The vinylated products, containing a remote all-carbon quaternary stereogenic center, are obtained in good yields and with good to high enantioselectivities. Synthetic utility of this protocol is demonstrated by converting the resulting chiral electron-deficient diene into various important building blocks. Significant erosion in enantioselectivity during the decarboxylation process was explained by a plausible mechanism, which was further supported by control experiments. Reference: Manna, M. S.; Sarkar, R.; Mukherjee, S. manuscript under preparation.

Les anticorps monoclonaux (mAb) sont d’importants agents thérapeutiques largement utilisés dans le traitement de cancers. Ces protéines recombinantes complexes sont généralement produites dans des lignées cellulaires de mammifères et l’industrie pharmaceutique a développé des procédés robustes permettant d’obtenir de grandes quantités d’anticorps monoclonaux de qualité constante. Une tendance générale observée aujourd’hui est d’éviter l’utilisation de produits d’origine animale dans ces procédés. En effet, ces composés représentent un risque de contamination du médicament par des agents infectieux et les autorités règlementaires renforcent leurs exigences pour leur retrait des procédés de fabrication. Ces composés sont par ailleurs mal définis et posent des problèmes de variabilité des procédés de production. L’objectif de ce projet était de développer un milieu sans dérivés animaux pour la culture d’une lignée cellulaire Sp2/0 utilisée par la société Merck Serono pour exprimer un anticorps monoclonal thérapeutique. Le procédé de fabrication actuel contient de la sérum albumine bovine (BSA) et de l’EX-CYTE (concentré commercial de lipoprotéines et acides gras) extraits de sérum bovin. Le retrait des deux composés du milieu de culture a entrainé une diminution de la productivité du procédé de 87% et il a été observé que l’EX-CYTE et la BSA étaient essentiels pour la survie de notre lignée cellulaire Sp2/0. La BSA a permis à elle seule de remplacer l’EX-CYTE dans le procédé et a été utilisée comme modèle pour le développement d’un remplacement sans dérivés animaux. Une étude de caractérisation de la préparation de BSA a été effectuée afin d’identifier les facteurs responsables de son activité promotrice pour la croissance cellulaire. Les lipides représentaient une partie importante de cette activité mais un rôle significatif d’autres protéines contaminantes a été révélé. Enfin, un supplément lipidique sans dérivés animaux a été développé. Ce supplément était constitué d’un mélange de quatre acides gras (les acides oléique, linoléique, palmitique et stéarique) couplés à de la sérum albumine humaine recombinante (rHSA). Le supplément acides gras-rHSA a permis de remplacer l’EX-CYTE et la BSA et un milieu sans composés d’origine animale a finalement été obtenu. / Monoclonal antibodies (mAbs) are important therapeutics widely used for cancer therapy. Mammalian cell lines are usually employed to produce these complex recombinant proteins and the pharmaceutical industry has developed robust processes that deliver large quantities of mAbs with a sustained quality. A general trend observed today is to avoid the use of animal-derived components in such processes. Indeed, these compounds represent a potential risk of contamination of the final drug product with infectious agents and regulatory authorities are putting pressure for their removal from manufacturing processes. Such compounds are also ill defined and source of variability for the production processes. The goal of this project was to develop an animal-derived component free (ADCF) medium for the culture of an Sp2/0 cell line used by the company Merck Serono to express a therapeutic mAb. The manufacturing process currently used contains bovine serum albumin (BSA) and EX-CYTE (a commercial concentrate of lipoproteins and fatty acids) sourced from bovine serum. The removal of both components from the cell culture medium decreased the productivity of the process by 87%. EX-CYTE and BSA were found to be essential for the survival of our Sp2/0 cell line. BSA, which was found to replace EX-CYTE in the process, was used as a model for the development of an animal-derived component free replacement. A characterization of the BSA preparation was carried out to identify the factors responsible for its growth-promoting activity. Lipids accounted for a major part of the activity of the BSA preparation but a significant role of other protein contaminants was revealed. Finally, an animal-derived component free lipid supplement was developed. This supplement consisted in a mixture of four fatty acids (FA) (oleic, linoleic, palmitic and stearic acids) complexed with recombinant human serum albumin (rHSA). The FA/rHSA supplement could substitute for EX-CYTE and BSA and an ADCF medium was finally obtained.

This dissertation thesis presents newly developed electrode materials based on porous boron- doped diamond (BDDporous) and their potential applications in electroanalysis. Particularly, these novel BDDporous electrodes (twelve in total) were thoroughly electrochemically characterised and compared, and the ones with the most promising properties were selected to develop reliable voltammetric methods for detecting the neurotransmitter dopamine. Initially, the impact of selected fabrication parameters on the final properties and electrochemical behaviour of novel BDDporous electrodes was clarified; the following factors were specifically studied: (1) deposition template used, (2) boron-doping level, (3) growth time of the individual layers (i.e., porosity), (4) number of deposited layers (i.e., thickness), and (5) content of non-diamond (sp2 ) carbon impurities. Alterations in deposition conditions naturally resulted in BDDporous electrodes with diverse (i) structural and morphological features, which were investigated by scanning electron microscopy and Raman spectroscopy, and (ii) physical and electrochemical characteristics, examined by cyclic voltammetry. Besides, to assess the suitability of selected BDDporous electrodes for dopamine detection, other parameters, such as susceptibility to...

La catalyse homogène à l'aide des complexes des métaux de transition est l'un des domaines les plus dynamiques de la chimie organique moderne. Durant ces dernières années la majorité des nouvelles réactions en chimie organique est issue de ce domaine de recherche. Par exemple la carbonylation, la réaction de Heck, le couplage C--C sont déjà devenues des méthodes classiques en synthèse. L'un des objectifs actuels de la catalyse homogène est la recherche de nouvelles voies de formation de liaisons carbone-hétèroélément en présence de complexes de métaux de transition. Ces réactions ouvrent une nouvelle voie pour la synthèse de différentes familles de composés organiques. Certaines de ces réactions ont largement été étudiées et ont trouvé des applications pratiques dans les laboratoires académiques et dans l'industrie. Nous pouvons citer par exemple l'hydrogénation et l'hydrosilylation catalytique. D'autres, tell la formation des liaisons C(sp2)--O, C(sp2)--N, C(sp2)--Se et C(sp2)--S, sont moins développées et nécessitent encore beaucoup de mises au point avant de pouvoir être utilisées de façon routinière. L'accroissement des besoins en outils permettant de fonctionnaliser facilement, régio- et stéréosélectivement les substrats actuellement à notre disposition, explique la progression constante des recherches dans ce domaine. Les objectifs de ce travail étaient l'étude de la synthèse de ligands polyazotés par la réaction de formation de liaison C(sp2)--N en présence des complexes du palladium. L'intérêt porté depuis de nombreuses années aux polyazamacrocycles saturés a pour origine principalement leur grande affinité vis-à-vis des cations métalliques qui se manifeste par une stabilité thermodynamique et cinétique remarquable de leurs complexes. Les polyazamacrocycles peuvent complexer les atomes métalliques en milieu aqueux et être utilisés in vivo. En général, la stabilité des complexes formés par les récepteurs macrocycliques est supérieure à celle des complexes formés par les ligands non cycliques apparentés en raison de l'effet macrocyclique. De plus, la fonctionnalisation du macrocycle par des groupes coordinants disposés à la périphérie du cycle conduit à des récepteurs plus sophistiqués. Il en découle que les polyazamacrocycles peuvent être adaptés aux métaux ayant un nombre de coordination élevé sans perdre l'avantage de la préorganisation du ligand. Ainsi, l'affinité du ligand vis-à-vis d'un ion métallique peut être contrôlée en faisant varier le nombre et la nature des bras fonctionnels liés au macrocycle. La chimie organique moderne permet de réaliser la synthèse des polyazamacrocycles N-fonctionnalisés selon des schémas simples, efficaces et transposables à grande échelle. Cependant la synthèse de dérivés contenant le fragment diaminoaryl- ou diaminohétèroaryl- incorporé dans l'entité macrocyclique reste délicate. Par ailleurs la présence de tels fragments dans un macrocycle peut influer sur les propriétés coordinantes du ligand et sa solubilité. De plus ces macrocycles présentent un intérêt majeur pour le développement de détecteurs optiques car la plupart des groupes qui sont capables de visualiser la coordination d'une molécule cible sont de nature aromatique ou hétèroaromatique...

La catalyse homogène à l’aide des complexes des métaux de transition est l’un des domaines les plus dynamiques de la chimie organique moderne. Durant ces dernières années la majorité des nouvelles réactions en chimie organique est issue de ce domaine de recherche. Par exemple la carbonylation, la réaction de Heck, le couplage C—C sont déjà devenues des méthodes classiques en synthèse. L’un des objectifs actuels de la catalyse homogène est la recherche de nouvelles voies de formation de liaisons carbone-hétèroélément en présence de complexes de métaux de transition. Ces réactions ouvrent une nouvelle voie pour la synthèse de différentes familles de composés organiques. Certaines de ces réactions ont largement été étudiées et ont trouvé des applications pratiques dans les laboratoires académiques et dans l’industrie. Nous pouvons citer par exemple l’hydrogénation et l’hydrosilylation catalytique. D’autres, tell la formation des liaisons C(sp2)—O, C(sp2)—N, C(sp2)—Se et C(sp2)—S, sont moins développées et nécessitent encore beaucoup de mises au point avant de pouvoir être utilisées de façon routinière. L’accroissement des besoins en outils permettant de fonctionnaliser facilement, régio- et stéréosélectivement les substrats actuellement à notre disposition, explique la progression constante des recherches dans ce domaine. Les objectifs de ce travail étaient l’étude de la synthèse de ligands polyazotés par la réaction de formation de liaison C(sp2)—N en présence des complexes du palladium. L’intérêt porté depuis de nombreuses années aux polyazamacrocycles saturés a pour origine principalement leur grande affinité vis-à-vis des cations métalliques qui se manifeste par une stabilité thermodynamique et cinétique remarquable de leurs complexes. Les polyazamacrocycles peuvent complexer les atomes métalliques en milieu aqueux et être utilisés in vivo. En général, la stabilité des complexes formés par les récepteurs macrocycliques est supérieure à celle des complexes formés par les ligands non cycliques apparentés en raison de l’effet macrocyclique. De plus, la fonctionnalisation du macrocycle par des groupes coordinants disposés à la périphérie du cycle conduit à des récepteurs plus sophistiqués. Il en découle que les polyazamacrocycles peuvent être adaptés aux métaux ayant un nombre de coordination élevé sans perdre l’avantage de la préorganisation du ligand. Ainsi, l’affinité du ligand vis-à-vis d’un ion métallique peut être contrôlée en faisant varier le nombre et la nature des bras fonctionnels liés au macrocycle. La chimie organique moderne permet de réaliser la synthèse des polyazamacrocycles N-fonctionnalisés selon des schémas simples, efficaces et transposables à grande échelle. Cependant la synthèse de dérivés contenant le fragment diaminoaryl- ou diaminohétèroaryl- incorporé dans l’entité macrocyclique reste délicate. Par ailleurs la présence de tels fragments dans un macrocycle peut influer sur les propriétés coordinantes du ligand et sa solubilité. De plus ces macrocycles présentent un intérêt majeur pour le développement de détecteurs optiques car la plupart des groupes qui sont capables de visualiser la coordination d’une molécule cible sont de nature aromatique ou hétèroaromatique... / The PhD thesis deals with the synthesis of polyazaligands using Pd-catalyzed amination of aryl halides. The manuscript consists of two parts. In the first part the scope of the Pd-catalyzed amination reaction for the synthesis of polyazamacrocyclic ligands is studied. The Pd-catalyzed amination of 2,7-dibromonaphthalene, 3,3’-dibromobiphenyl and 6,6’-dibromo-2,2’-bipyridyl with linear polyamines and oxadiamines is thoroughly investigated, and corresponding nitrogen- and oxygen-containing macrocycles is synthesized in yields up to 45%. The dependence of the formation of macrocycles and cyclic oligomers on the nature of the starting compounds is established. Two alternative approaches to cyclic dimers are elaborated: a) via N,N’-bis(haloaryl) substituted polyamines and b) via bis(polyamine) substituted arenes. These approaches are shown to give different results for different arenes and polyamines, and the choice of the appropriate method allowed to obtain cyclic dimers in yields up to 44%. The conditions for N,N,N',N'-tetraarylation of oxadiamines using 2,7-dibromonaphthalene are worked out, and resulting tetrakis(bromonaphthyl) derivatives are employed in the synthesis of macrobicycles containing four naphthyl and three oxadiamine fragments. The majority of such macrobicycles are obtained as two isomers. To avoid the formation of these isomers an alternative route to macrobicycles is proposed. The macrocycles on the basis of 2,7-diaminonaphthalene and 3,3’-diaminobiphenyl are functionalized by two bromobenzyl substituents to give corresponding derivatives in quantitative yields. These compounds are reacted with linear di- and polyamines as well as with diazacrown ethers under catalytic conditions. As a result, a series of macrobicycles and macrotricycles are obtained, the highest yields being 30-35%. The efficiency of the reactions strongly depends on the nature of the arene moiety and the structure of employed polyamines. Bipyridyl-containing macrocycles are studied in binding Zn2+, Pb2+, Cu2+, Co2+, Ni2+, Ag+, Hg2+ cations using spectrophotometry, fluorescent and NMR spectroscopy. The structure of the complex with Zn2+ is elucidated by X-ray analysis. In the second part, the Pd-catalyzed amination reaction is used to develop selective chemosensors for heavy metal ions. Anthraquinone derivatives are chosen to elaborate colorimetric chemosensors using the Pd-catalyzed amination of corresponding halides. This method allows covalent binding of the signaling unit and a wide series of receptors what provides a quick and efficient screening of a great number of ligands. Using this approach, a highly selective colorimetric chemosensor for qualitative and quantitative analysis of Cu2+ ions at physiological pH in water is developed. This chemosensor allows naked-eye detection of copper ions at 0.4 ppm concentration in the presence of 13 other metal cations, and the use of spectrophotometer lowers the detection limit to 20 ppb. Another selective chemosensor is elaborated for naked-eye detection of lead ions in aqueous medium at 1.3 ppm and higher concentration. Coordination of copper, lead and cadmium cations with the most selective ligands is studied in details using spectrophotometry, potentiometry and NMR spectroscopy. Stability constants of the complexes are established and the nature of the color changes is discussed. The key role of the deprotonation of the aromatic amino group during the copper ion coordination is demonstrated. The color change caused by the lead ion coordination is explained by the coordination of the metal ion to the aromatic amino group.