Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce manuscrit débute par un panorama général de la chimie des carbènes vinyliques. Nous nous sommes ensuite intéressés à la génération de tels carbènes à partir de cyanoazétidines, qui conduisent à la formation d’amines homopropargyliques. L’extension de cette réactivité aux cyanoépoxydes nous a menés à la découverte d’une voie de synthèse d’ α-hydroxy-β-azidotétrazoles (AHBATs), qui ont fait l’objet d’une application originale en chimie de ligation. Ainsi, ces AHBATs permettent de réaliser des réactions click de CuAAC de façon orthogonale et itérative. Enfin, la dernière partie de ce manuscrit est consacré à l’étude mécanistique et à l’optimisation de la décomposition d’ α-hydroxytétrazoles en alcynes vrais. / This manuscript begins with a general description of the chemistry of alkylidene carbenes. We then studied the generation of such carbenes from 2-cyanoazetidines, leading to the formation of homopropargylamines. The extension of this reactivity to cyanoepoxides lead us to discover a way to synthesize α-hydroxy-β-azidotetrazoles (AHBATs), that appeared to have an interesting application in ligation chemistry. These AHBATs allow to realize sequential and iterative CuAAC reactions in an orthogonal manner. Finally, the last part of this manuscript describes the mechanistic and optimization studies of the decomposition of α-hydroxytetrazoles into alkynes.

Ce travail a concerné la synthèse hydro-solvothermale et la caractérisation de nouveaux fluorures hybrides à porosité variable, dans l’objectif à terme de tester ces matériaux poreux en stockage ou purification de gaz. En première partie, l’aminotétrazole a été utilisé comme ligand organique et a permis de mettre en évidence douze nouveaux fluorures hybrides, dont six sont de type MOF. Plusieurs paramètres de synthèse ont été identifiés comme cruciaux dans la condensation d'édifices ouverts. C’est, en particulier, la température, la composition du milieu ainsi que la nature des cations métalliques (Zn2+/Fe3+, Fe2+/Fe3+ et Zn2+ seul) et du solvant. Les porosités estimées de ces MOF atteignent 25% en volume bien que la taille de l’aminotétrazole soit réduite. En seconde partie, des ligands plus étendus à noyaux tétrazoliques multiples ont été choisis afin de parvenir à augmenter la dimension des cavités des MOFs. Ces molécules, non commercialisées, ont été synthétisées dans un premier temps puis impliquées dans l’élaboration de nouveaux hybrides. Alors que la molécule H3btt à 3 noyaux tétrazole n’a pas abouti à des résultats, H2bdt a conduit à de nouvelles architectures fluorées en présence de Zn et/ou Fe. Deux d’entre elles, [Hdma]∙(FeIIF(bdt)) et FeIIF(Hbdt), présentent des porosités remarquables de 40 et 60% qui s’approchent de celles des matériaux de référence. / This work focuses on the hydro-solvothermal synthesis and the characterization of new hybrid fluorides with tunable porosity, with the aim of testing new porous materials for gas storage and purification. In the first part, the aminotetrazole was used as organic linker and twelve new hybrid fluorides were evidenced, six phases belong to MOFs class. Several parameters were identified as crucial for the condensation of open frameworks, in particular, the temperature, the medium composition as well as the nature of metallic cations (Zn2+/Fe3+, Fe2+/Fe3+ or only Zn2+) and of the solvent. The porosity of these MOFs reaches 25% of volume, in spite of the small size of the aminotetrazole molecule. In the second part, polytetrazoles linkers with extended size were chosen, in order to increase the size of MOFs cavities. Non-commercial molecules were prepared and applied to the elaboration of new hybrids. While H3btt with 3 tetrazole cycles did not provide any expected result, H2bdt led to new fluorinated architectures in the presence of Zn and/or Fe. Two phases, [Hdma]∙(FeIIF(bdt)) and FeIIF(Hbdt), exhibit remarkable porosities of 40 and 60%, values.

La modélisation des performances énergétiques (enthalpie de formation et impulsion spécifique) de nouveaux composés fortement azotés basés sur le squelette du tétrazène (N-N=N-N) a permis de sélectionner de nouvelles cibles pour la propulsion spatiale dans le but de remplacer les hydrazines (MMH ou UDMH) dans les systèmes à biergols stockables. L'étude expérimentale de la faisabilité de synthèse et d'isolement de ces nouveaux composés a mis en évidence le caractère très sensible des dérivés azobistétrazolés vis-à-vis des stimuli mécaniques (BAM choc et BAM friction) et électrostatiques (ES) d'une part, et l'impossibilité d'accéder à des dérivés tétrazolines ou tétrazolidines par hydrogénation catalytique ou par réduction du cycle tétrazole, d'autre part. Cette étude a également permis l'obtention de dérivés mono- et di-azoturés d'alkyltétrazènes par une ix-azoturation directe du 1,1',4,4'-tétraméthyl-2-tétrazène (TMTZ) : il s'agit du 1-azidométhyl-1',4,4'-triméthyl-2-tétrazène (MATMTZ) et du 1,4-di(azidométhyl)-1',4'- diméthyl-2-tétrazène (1,4-DADMTZ), respectivement. L'optimisation de la synthèse a permis de définir les conditions optimales pour une conversion totale et exclusive du TMTZ, en dérivé mono- ou di-azoturé, dont la stabilité thermique a été étudiée à différentes températures. La structure du dérivé di-azoturé a été confirmée par des analyses NOESY en association avec des calculs de distances interatomiques. Les propriétés énergétiques de ces deux nouveaux composés en font de bons candidats pour la propulsion du futur / The modelisation of energetic performance (Heat of formation and specific impulse) of new highly nitrogen compounds based on tetrazene bones led to the selection of new focuses for space propulsion application in order to replace hydrazines (MMH and UDMH). In one hand, study on experimental faisability and isolation of new compounds showed the sensibility of azobistetrazole derivatives to impact and friction test (BAM choc et BAM friction) and in another hand, tetrazoline and tetrazolidine derivatives were not syntheses by catalytic hydrogenation or classical reduction of tetrazole derivatives. In this study, we achieved to synthesis new alkyltetrazenes by direct azidonation of 1,1',4,4'-tetramethyl-2-tetrazene (TMTZ): it was the 1,4-di(azidomethyl)-1',4'-dimethyl-2-tetrazene (DADMTZ) and the 1-azidomethyl-1',4,4' trimethyl-2-tetrazene (MATMTZ). Synthesis optimization led to the optimal conditions for total and exclusive conversion of TMTZ in mono- or di-azido derivatives. Thermal stability was studied at different temperature and the structure of the di-azido derivatives was confirmed by NOESY experiment in association with modelisation