La chimie du fluor a connu un essor considérable ces dernières années en raison des caractéristiques remarquables de cet halogène et de l'influence qu'il exerce sur les propriétés physicochimiques des molécules organiques l'incorporant. De nombreuses molécules fluorées sont désormais utilisées comme médicaments ou en agriculture. Au laboratoire, nous nous sommes intéressés au développement de nouvelles stratégies directes et efficaces pour incorporer un groupement trifluorométhyle sur une double liaison carbone-carbone. Pour cela, des procédés faisant intervenir la catalyse photoinduite ont été employés.Tout d'abord, la synthèse d'amines β-trifluorométhylées a été mise au point en utilisant des enecarbamates comme substrats de départ. Une deuxième approche a consisté à utiliser des styrènes, commerciaux ou plus facile d'accès, et d'introduire l'atome d'azote par addition concomitante du nucléophile et du groupement CF₃. Cette stratégie a été ensuite étendue à d'autres nucléophiles carbonés ou halogénés de façon obtenir une grande diversité structurale. Enfin, la réactivité inattendue des 2-vinylbenzaldéhydes nous a permis d'appliquer nos méthodologies photocatalysées à la synthèse de phthalanes, composés présents dans un grand nombre de produits naturels ou biologiquement actifs. / Over the past decade, organic fluorine chemistry has attracted wide interest due to the unique nature of this halogen which modifies the physicochemical properties of molecules. Numerous fluorinated compounds are nowadays used in medicine and crop science. These features have stimulated the development of new strategies for the efficient introduction of fluorine, especially the trifluoromethyl group into organic molecules. Among the contemporary methods, visible-light photoredox trifluoromethylation of alkenes is an efficient and attractive strategy. This first aim was to develop a methodology giving rise to original β-trifluoromethylamines. We could efficiently perform a photocatalyzed α-β-difunctionalization of enecarbamates through a three-component reaction between enecarbamates, Togni reagent, and a nucleophile: alcohol, cyanide or azide. Another approach uses styrenes, which are commercially available compounds or easily accessible. The nitrogen atom was introduced by concomitant addition of a CF₃ group and an azido or amino function. The second project of my PhD was to extend this methodology to aromatic or heteroaromatic nucleophiles leading to the formation of 1,1 diarylalkane derivatives, which are present in many biologically active products. Changing the nucleophilic partner to halogen (chlorine, bromine or iodine) is also very effective. Finally, the photoredox-mediated process has been applied to the synthesis of 1,3-dihydroisobenzofurans, commonly named phthalans and their nitrogen analogs: 1,3-isoindolines.

Des composés de type 3-arylpyrroles appelés pyakols ont montré une activité antimitotique sur des cellules tumorales murines, avec en particulier un effet sur les microtubules. Ce type d’activité biologique présentant un intérêt important en cancérologie, le travail présenté dans ce manuscrit est consacré à l’étude de ces hétérocycles. La première partie a pour objectif de développer une stratégie de synthèse permettant d’accéder efficacement au composé chef de file (pyakol I), basée sur la cyclisation d’intermédiaires α-amino-ynols catalysée par des complexes d’or. L’évaluation de l’activité biologique du pyakol I sur le cycle cellulaire et le cytosquelette de diverses lignées tumorales humaines a été réalisée. Les premiers résultats ont révélé une action originale du pyakol I sur le cytosquelette, provoquant une désorganisation du réseau de microtubules et un défaut de positionnement du fuseau mitotique. La séquence réactionnelle a ensuite été validée en l’appliquant pour la réalisation de modulations autour du motif 3-arylpyrrole ainsi que pour l’obtention de molécules marquées. La deuxième partie concerne un travail de méthodologie basée sur la réaction de cyclisation à l’or pour la synthèse de nouveaux pyrroles trifluorométhylés polysubstitués. La stratégie utilisant le trifluoroacétaldéhyde comme substrat de départ permet d’accéder à divers 3-trifluorométhylpyrroles avec de bons rendements, dans des conditions douces. / A family of 3-arylpyrroles named pyakols have shown antimitotic properties on murine cell lines, displaying in particular an effect on microtubules. Given the interest of these properties in cancerology, this work is focused on these heterocycles. The objective of the first part was to develop a synthetic strategy based on the gold-catalysed cyclisation of α-amino-ynols intermediates in order to access the lead (Pyakol I). Then, the evaluation of the biological activity of this molecule on the cell cycle and on the cytoskeleton of various human tumoral cell lines was carried out. The first results revealed an original effect on the organization of the microtubules network and the positioning of the mitotic spindle. The developed strategy was then validated by modulating the 3-arylpyrrole moiety on diverse positions, and used for the synthesis of labelled derivatives. The second part of this manuscript focused on the development of a methodology to synthesize new polysubstituted 3-trifluoromethylpyrroles, based on the gold-catalyzed cyclisation reaction. Using trifluoroacetaldehyde as building-block, various trifluoromethylated pyrroles were obtained in mild conditions with good yields.

Les hétérocycles constituent une des classes les plus importantes de composés chimiques. Ces motifs structuraux sont les éléments clés d’une large gamme de produits naturels possédant des activités biologiques ou thérapeutiques. Toutes ces raisons expliquent le vif intérêt suscité par le développement de nouvelles méthodes de synthèse d'hétérocycles au sein de la communauté scientifique. Avec une volonté de réduire toujours plus l'empreinte environnementale de nos recherches, notre laboratoire vise à développer de nouvelles méthodologies de synthèse efficaces plus vertes et respectueuses de l'environnement. Ainsi, mes travaux de thèse ont fait appel à deux thématiques largement étudiées au sein de notre laboratoire que sont la catalyse photorédox et l'organocatalyse. Dans une première partie, l'utilisation de la catalyse photorédox comme outils pour la synthèse et la fonctionnalisation d'hétérocycles sera détaillée. Des motifs hétérocycliques originaux ont ainsi été préparés avec de bons rendements et dans des conditions réactionnelles très douces. La deuxième partie est quant à elle consacrée à la synthèse d'hétérocycles azotés énantioenrichis grâce à des réactions énantiosélectives organocatalysées d'aza-Diels-Alder à demande inverse d'électrons. En effet, la demande toujours plus accrue en composés optiquement actifs par l'industrie chimique et pharmaceutique explique le fort engouement pour le développement de méthodes de synthèse asymétriques. Ainsi, les procédés développés fournissent de nouvelles voies d'accès à des structures hétérocycliques chirales complexes avec d'excellents résultats en termes d'efficacité mais aussi de stéréosélectivité. / Heterocycles are one of the most important classes of chemical compounds. These structural scaffolds are the key elements of a wide range of natural products with biological or therapeutic activities. As a result, a great deal of research carried out in chemistry is devoted to development of new heterocycle synthesis methods. With a desire to further reduce the environmental footprint of our research, our laboratory aims to develop new methodologies for effective synthesis, more green and environmentally friendly. Thus, my thesis works lie on two themes widely studied in our laboratory that are photoredox catalysis and organocatalysis. In the first part, the use of photoredox catalysis as an efficient tool for the synthesis and functionalization of heterocycles is detailed. Original heterocyclic units have thus been prepared in good yields and under mild reaction conditions. The second part is devoted to the synthesis of enantioenriched nitrogen-containing heterocycles through organocatalyzed enantioselective inverse electron-demand aza-Diels-Alder reactions. Indeed, the increasing demand of optically pure compounds by the chemical and pharmaceutical industry explains the strong craze for the development of asymmetric synthesis methods. Thus, the developed processes provide new access routes to complex chiral heterocyclic structures with excellent results in terms of efficiency as well as stereoselectivity.

The use of small molecule building blocks in, for example, pharmaceutical research and new material development, creates a need for new and improved organic synthesis methods. The use of transition metals as mediators and catalysts opens up new reaction pathways that have made the synthesis of completely new compounds possible as well as greatly improved the synthetic routes to known compounds. Herein, the development of new metal-mediated and catalyzed reactions for construction of vinylic and allylic carbon-carbon and carbon-heteroatom bonds is described.  The use of iodonium salts as coupling partners in Pd-catalyzed Heck type reactions with alkenes is shown to improve the current substrate scope. Results from a mechanistic study indicate that the reaction proceeds via high oxidation state palladium intermediates. The use of IIII reagents is also believed to facilitate a PdII/PdIV catalytic cycle in allylic silylation of alkenes using (SiMe3)2, which, to the best of our knowledge, is the first method developed for metal-catalyzed allylic C-H silylation. The same silyl-source, (SiMe3)2, has previously been used in a Pd-catalyzed allylic substitution reaction in which allylic silanes are formed from allylic alcohols. A detailed mechanistic investigation of this reaction is described in which by-products as well as intermediates, including the resting state of the catalyst, are identified using 1H, 11B, 19F and 29Si NMR spectroscopy. Kinetic experiments are performed that give information about the turn-over limiting step and the mechanism of the analogous borylation using B2pin2 is also investigated. Insights from this study further made it possible to improve the stereoselectivity of this reaction. Additionally, a new method for Cu-mediated trifluoromethylation of allylic halides is presented in which linear products are formed exclusively from both linear and branched allylic substrates at room temperature.  Identification of allylic fluorides as by-products during the reaction also led to the development of a similar Cu-mediated reaction for the fluorination of allylic halides. / <p>At the time of the doctoral defense, the following paper was unpublished and had a status as follows: Paper 4: Manuscript.</p>

L’objectif de cette thèse de doctorat a été la mise au point de nouvelles méthodes de synthèse pour la fonctionnalisation directe de liaison C-H d’énamide via des réactions métallo-catalysées ou métallo-assistées dans des processus chimio-, régio- et éventuellement énantiosélectifs. Dans un premier temps, nous avons développé la trifluorométhylation d’énamide sélectivement en position C3 via une catalyse au Fe(II) impliquant l’utilisation de nouvelles sources de fluor (réactif de Togni II) et dont le mécanisme radicalaire a pu être mis en avant. Dans un second temps, deux nouvelles méthodes de synthèse impliquant l’utilisation de Fe(II) et Fe(III) ont pu être mises au point pour l’azidation sélective en position C2 ou C3 d’énamide via la difonctionnalisation de ces composés. La synthèse de β-azido alcools ou α-azido esters a ainsi pu être effectuée avec un contrôle diastéréosélectif pour les composés trans. Par la suite, l’étude de la réactivité des nitrènes sur des substrats énamides a permis de mettre au point et de valoriser les réactions d’oxyamidation et de C-H amination via l’insertion sélective de ces nitrènes respectivement sur la double liaison C=C ou bien en position C4 d’énamide. La compétition entre ces deux réactions a alors pu être associée à la nature des substituants présents sur les substrats de départ et plusieurs énamides γ-aminées ainsi que des β-amino éthers ont pu être synthétisés. / The aim of this Ph.D thesis was the development of new synthetic methods for the metal-catalysed direct CH functionalization of enamide with chemo-, regio- and possible enantioselectivity. First, we have developped a C3-selective trifluoromethylation of enamide with Fe (II) catalyst involving new sources of fluoride (Togni’s reagent II) with a radical mechanism. Secondly, two new synthetic methods with Fe(II) and Fe(III) were promoted for the selective azidation of enamides respectively at C2 and C3 position involving difunctionalization of the C=C double bond. β-azido alcohols and α-azido esters were then synthesized by controlling the diastereoselectivity for the trans isomer. Finally, studies on the reactivity of nitrenes on enamides allowed us to develop oxyamidation reaction and CH amination with a selective insertion of nitrenes respectively on the double bond C=C or at C4 position. The outcome of the reaction is highly substrate-dependent and several γ-amino enamides and β-amino ethers have been synthesized.

Trifluoromethylierung von Mischungen hoeherer Fullerene mit CF3I wurde in Ampullen bei 400-420 Grad Celsius und 500-600 Grad Celsius durchgefuehrt. Die Produktmischungen wurden mittels mehrstufiger HPLC getrennt. In mehreren Versuchen konnten aus den isolierten HPLC-Fraktionen Kristalle fuer die Roentgenstrukturanalyse gewonnen werden. Die folgenden Strukturen der CF3-Derivate der Fullerene C84, C86 und C88 wurden bestimmt: 1 Isomer von C84(4)(CF3)12, C84(11)(CF3)10, C84(11)(CF3)12, C84(11)(CF3)16, C84(16)(CF3)8, C84(16)(CF3)14, C84(18)(CF3)10, C84(18)(CF3)12, C84(22)(CF3)20, C84(23)(CF3)8, C84(22)(CF3)10, C84(22)(CF3)12, C84(22)(CF3)18, C86(17)(CF3)10, C86(17)(CF3)16, C88(33)(CF3)16, C88(33)(CF3)18 und C88(33)(CF3)20. 2 Isomere von C84(22)(CF3)12, C84(22)(CF3)14 und C84(23)(CF3)14. 3 Isomere von C84(11)(CF3)14. 4 Isomere von C84(22)(CF3)16. Die Additionsmuster der Strukturen wurden diskutiert. Die experimentell nachgewiesenen Strukturen wurden mit berechneten Modellstrukturen verglichen. Dabei wurde auch die Stabilitaet der experimentellen Strukturen vorausgesagt. Zusaetzlich wurden die moeglichen Reaktionspfade fuer die Bildung hoeherer Derivate ausgehend von niedrigen Derivaten diskutiert. Sie zeigen, dass die Regioselektivitaet der Addition vom Kaefigisomer abhaengig ist. Die Reaktionspfade von vier Fullerenkaefigen werden in dieser Arbeit vorgestellt. C84(11)(CF3)10 --> C84(11)(CF3)16 C84(22)(CF3)2 --> C84(22)(CF3)20 C84(23)(CF3)10 --> C84(23)(CF3)18 C86(17)(CF3)10 --> C86(17)(CF3)16 / Trifluoromethylation of higher fullerene mixtures with CF3I was performed in ampoules at 400 to 420 degree Celsius and 500 to 600 degree Celsius. The obtained product mixtures were separated by multistep HPLC. Subsequent crystal growth and X-ray diffraction measurements allowed for structural characterization of the CF3 derivatives of fullerenes C84, C86 and C88 listed as the following. 1 isomer of C84(4)(CF3)12, C84(11)(CF3)10, C84(11)(CF3)12, C84(11)(CF3)16, C84(16)(CF3)8, C84(16)(CF3)14, C84(18)(CF3)10, C84(18)(CF3)12, C84(22)(CF3)20, C84(23)(CF3)8, C84(22)(CF3)10, C84(22)(CF3)12, C84(22)(CF3)18, C86(17)(CF3)10, C86(17)(CF3)16, C88(33)(CF3)16, C88(33)(CF3)18 and C88(33)(CF3)20. 2 isomers of C84(22)(CF3)12, C84(22)(CF3)14 and C84(23)(CF3)14. 3 isomers of C84(11)(CF3)14. 4 isomers of C84(22)(CF3)16. The molecular structures of isolated isomers were discussed in terms of their addition patterns and relative formation energies. DFT calculations were used to predict stable molecular structures of the CF3 derivatives. Calculated model structures have been compared with the experimental ones. In addition, the reaction pathways from the lower derivatives to higher ones of selected compounds were predicted. The pathways indicate the regioselectivity of additions depending on the fullerene cage isomer. Reaction pathways are presented for four fullerene cages in this work. C84(11)(CF3)10 --> C84(11)(CF3)16 C84(22)(CF3)2 --> C84(22)(CF3)20 C84(23)(CF3)10 --> C84(23)(CF3)18 C86(17)(CF3)10 --> C86(17)(CF3)16

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