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Precise delivery of a proton plays a key role in O2 activation at iron oxygenases, enabling the crucial O−O cleavage step that generates the oxidizing high-valent metal–oxo species. Such a proton is delivered by acidic residues that may either directly bind the iron center or lie in its second coordination sphere. Herein, a supramolecular strategy for enzyme-like H2O2 activation at a biologically inspired manganese catalyst, with a nearly stoichiometric amount (1–1.5 equiv) of a carboxylic acid is disclosed. Key for this strategy is the incorporation of an α,ω-amino acid in the second coordination sphere of a chiral catalyst via remote ammonium-crown ether recognition. The properly positioned carboxylic acid function enables effective activation of hydrogen peroxide, leading to catalytic asymmetric epoxidation. Modulation of both amino acid and catalyst structure can tune the efficiency and the enantioselectivity of the reaction, and a study on the oxidative degradation pathway of the system is presented We acknowledge STR of UdG for experimental support.This work was supportedby Spanish Ministry of Science,Innovation and Universities (PGC2018-101737-B-I00 to M.C., J.d.C. grant FJCI-2016-30243 to G.O.and PhD grant FPU16/04231to L.V.) and Generalitat de Catalunya (ICREA Academia Awardto M.C.and 2014SGR 862) Open Access funding provided thanks to the CRUE-CSIC agreement with Wiley

The PhD research program aims at developing new catalytic asymmetric approaches to address long-standing problems in the synthesis of natural products and pharmaceutical drugs, Le projet de these pour but de developper de nouvelles approches catalytiques asymetriques afin de resoudre des defis rencontres dans le cadre de la synthese de produits naturels et molecules d'interet biologique

This thesis reports with the synthesis of ortho-functionnalized phosphines bearing phosphonium and 1,2,3-triazole moieties.The synthesis of phosphines-phosphoniums, using as key-step Phospha-Fries rearrangement and Appel reaction is described. Eight new phosphines- phosphoniums, bearing aryl, alkyl or ferrocenyl fragments on the phosphonium part, have been prepared with overall yields reaching 48%. These phosphines- phosphoniums have been used in the preparation of gold (I) complexes which have been characterized using spectroscopic methods and X ray diffraction. Both gold (I) complexes and phosphines-phosphoniums have been studied in biology and these compounds turned out to be cytotoxic in-vitro toward different cancerous cell lines with sub- micromolar IC50.The stereoselective synthesis of P-chirogenic phosphines-triazoles has been carried out using « ephedrine’s method » and « click chemistry ». Several methodologies, using P-chirogenic electrophilic synthons as methyl phosphinites borane (or not), chlorophosphines borane as well as borane and sulfur protecting group on phosphorus center have been described. The use of P-chirogenic thiophosphines-alkynes as key-compounds has allowed to obtain new P- chirogenic phosphines- triazoles with enantiomeric purity up to 99%. Palladium and iridium complexes have been prepared with P- chirogenic phosphines-triazoles and their coordination study have shown a P-N bidentate chelation mode. The phosphines- triazoles have been applied in asymmetric allylic alkylation and hydrogenation catalyzed by palladium and iridium complexes and allowed to obtain enantioselectivities up to 84%. Finally, P-chirogenic phosphines-alkynes have been also applied in asymmetric catalysis in allylic alkylation reaction in presence of palladium complexes to give enantiomeric excesses up to 67%., Ce travail de thèse porte sur la synthèse d’arylphosphines ortho- fonctionnalisées par des groupements phosphonium et 1,2,3-triazole.La synthèse de phosphines-phosphoniums, utilisant comme étape clé un réarrangement de Phospha-Fries et une réaction d’Appel, est décrite. Huit nouvelles phosphines- phosphoniums, possédant des groupements alkyle, aryle et ferrocényle sur la partie phosphonium ont été préparées avec des rendements globaux atteignants 48%. Les phosphines-phosphoniums ont été utilisées pour la préparation de complexes d’or (I) qui ont été caractérisés par des méthodes spectroscopiques et par diffraction des rayons X. Les complexes d’or (I) ainsi que les phosphines-phosphoniums ont été étudiées en biologie et ces composés se sont révélés être cytotoxiques in-vitro envers différentes lignées cellulaires cancéreuses avec des IC50 de l’ordre du sub-micromolaire.La synthèse stéréosélective de phosphines- triazoles P-chirogéniques a été mise au point en utilisant la “méthode éphédrine” et la “chimie click”. Différentes méthodes de synthèse, utilisant des synthons électrophiles P-chirogéniques tels que des phosphinites de méthyle borane (ou non), des chlorophosphines borane ainsi que des groupements protecteurs de type borane ou soufre sur le centre phosphoré sont décrites. L’utilisation de thiophosphines-alcynes P-chirogéniques comme intermédiaire clé a permis l’obtention de nouvelles phosphines-triazoles P-chirogéniques avec des puretés énantiomériques atteignant 99%. Des complexes de palladium et d’iridium ont été préparés avec les phosphines-triazoles P- chirogéniques et leur étude en chimie de coordination a montré que celles-ci se comportent comme des ligands bidentates P-N. Les phosphines- triazoles ont été appliquées dans les réactions d’alkylation allylique et d’hydrogénation asymétrique catalysées par des complexes de palladium et d’iridium et ont permis d’obtenir des énantiosélectivités maximales de 84%. Enfin, les phosphines-alcynes P-chirogéniques ont également été testées en catalyse asymétrique dans la réaction d’alkylation allylique en présence de complexes de palladium pour donner des excès énantiomériques atteingant 67%.

Benzene 1,3,5-tricarboxamide (BTA) supramolecular helical polymers were utilized as a dynamic and chirally-amplified scaffold for copper catalysts implemented in the asymmetric hydrosilylation of 1-(4-nitrophenyl)ethanone. The catalytic helices are composed of a phosphine-functionalized BTA ligand and of enantiopure BTA comonomers. We have developed the switchable ability and improved the chirality amplification properties of this new class of BTA helical catalysts. Firstly, we successfully switched the handedness of the helices in real time by changing the nature of the major enantiopure comonomer in the co-assemblies. Then it allows controlling the configuration of the stereogenic centres formed during the consecutive transformation of a single substrate or a mixture of subtrates. Secondly, the helical co-assemblies are disrupted and restored by adding suitable salts, which switch the catalytic outcome between non-selective and selective states in a reversible manner. Thirdly, the extent of amplification of chirality in the helical co-assemblies as probed by the sergeants-and-soldiers effect and majority-rule effect are hugely exalted upon incorporation of an achiral BTA additive. Moreover the improvement of the chirality amplification properties by addition of this achiral additive also holds for catalytic BTA mixtures Finally, we investigate the self-assembly properties of N-substituted benzene-1-urea-3,5-biscarboxamide (BUBA) monomers, in which one amide function has been replaced by an urea function. The chirality amplification properties and extent of cooperativity are slightly higher for BUBA monomers, respectively to BTA monomers.; Des polymères supramoléculaires hélicoïdaux ont été étudiés comme supports dynamiques et amplifiés chirallement de catalyseurs de cuivre utilisés dans la réaction d’hydrosilylation asymétrique de la 4-nitro-acétophénone. Les hélices catalytiques sont composées d’un monomère BTA fonctionnalisé avec un groupement PPh2 servant de ligand et de co-monomères BTA énantiopurs. Tout d’abord, le sens de rotation des hélices a été inversée en temps réel en changeant la nature de l’énantiomère BTA majoritaire dans le co-assemblage. Cela a permis de contrôler la configuration du carbone asymétrique formé durant la transformation séquentielle de plusieurs équivalents d’un même substrat ou d’un mélange de deux substrats. Deuxièmement, les assemblages hélicoïdaux ont été dissociés et restaurés par l’ajout d’une combinaison de sels soigneusement sélectionnés ce qui permet de moduler la nature des sites catalytiques entre des états non sélectifs et sélectifs de façon réversible. Troisièmement, la magnitude de l’amplification de chiralité gouvernant la pureté optique des co-assemblages hélicoïdaux est grandement améliorée par l’incorporation d’un monomère BTA achiral et ce phénomène est aussi observé pour les hélices catalytiques. Enfin, nous avons étudié les propriétés d'auto-assemblage des monomères N-substitués de benzène-1-urée-3,5-biscarboxamide (BUBA), analogues C2-symétriques des monomères BTAs dans lesquels une fonction amide a été remplacée par une fonction urée. Les propriétés d’amplification de chiralité gouvernant la formation des assemblages hélicoïdaux des monomères BUBAs sont légèrement supérieures à celles gouvernant la formation des assemblages à base de monomères BTAs.

Over the last years, gold catalysis has gained considerable significance in organic synthesis, since it comprises atom-economic and highly efficient processes for the transformation of relatively simple substrates into valuable, highly complex molecular architectures. Despite these outstanding advances, the enantioselective variants have not flourished as fast and remain a highly challenging task. This project intends to address some technological barriers and contribute to fundamental research in the field of asymmetric cycloisomerization and domino reactions implying gold(I) and gold(III) catalytic systems, on a first approach, and highly modular chiral carbenic ligands. The ligands will be based on chiral N-Heterocyclic Carbenes (NHCs), as they represent a very effective and robust class of supporting ligands. More specifically, we will focus on the development of highly modular NHC architectures specifically designed to bring the chiral information in close proximity to the metallic center, which represents a key feature for an efficient asymmetric induction in gold catalysis. The target substrates of catalysis will be divided in two main classes, namely the 1,n-enynes and the unsaturated carbonyl/imino derivatives, since their gold(I)- and gold(III)-catalyzed conversion will afford a great molecular complexity. By taking advantage of the different reactivities and catalytic profiles of the NHC-Au(I) and NHC-Au(III) complexes, along with their silver counterparts, this project will allow the elaboration of a complete panel of efficient, general and unprecedented enantioselective catalytic systems towards the preparation of bio-relevant building blocks, precursors of natural products and biologically active molecules.; Au cours des dernières années, la catalyse de l'or a pris une importance considérable en synthèse organique, du fait de l’efficacité de nombreux systèmes dans des réactions tandem à économie d’atomes et d’étapes. Malgré des progrès remarquables, les variantes énantiosélectives n’ont pas prospéré aussi rapidement et elles restent encore un challenge à la fois en terme de généralité et d’efficacité. Ce projet vise à répondre à certaines barrières technologiques et à contribuer à la recherche fondamentale dans le domaine des cycloisomérisations asymétriques et réactions domino impliquant à la fois des complexes d’or (I) et d'or (III) associés à des ligands carbéniques chiraux. Les ligands seront basés sur des carbènes N-hétérocycliques (NHCs) chiraux, puisque leurs homologues achiraux ont déjà montré des aptitudes exceptionnelles en tant que ligands ancillaires en termes d’activité, sélectivité et robustesse des catalyseurs associés. De manière plus précise, nous nous concentrerons sur le développement d’architectures carbéniques hautement modulables et spécifiquement conçues pour apporter l’information chirale au plus près du centre métallique et actif, ce qui représente une des clés pour une induction chirale efficace en catalyse à l’or. Deux grandes familles de substrats seront étudiées, à savoir les énynes-1,n et les composés carbonylés/imino insaturés, car la conversion de ces briques simples catalysée à l’or(I) ou l’or(III) aboutit rapidement à une grande complexité moléculaire. En tirant parti des différentes réactivités et profils catalytiques des complexes NHC-Au(I), NHC-Au(III) ainsi que de leurs homologues NHC-Ag(I), ce projet permettra l’élaboration d’un arsenal complet de systèmes catalytiques énantiosélectifs généraux et efficaces pour la préparation de briques moléculaires, précurseurs de produits naturels et de molécules biologiquement actives

The growth of organometallic chemistry has allowed numerous developments in the field of medical diagnosis, especially for Positron Emission Tomography (PET). Developing new methodologies for the synthesis of biological tracers by a last-step 11C labeling, our team has been recently able to take advantage of the great functional tolerance of palladium-catalyzed carbonylation to achieve this goal. A new synthetic strategy involving preformed palladium complexes is described in this manuscript. Their anchoring on a polystyrene resin allowed subsequently to facilitate the carbonylation process by simplifying the purification. New palladium complexes have also been investigated for their potential photoredox applications. Finally, new coupling strategies implying gold (III) intermediates and photoredox catalysis being a very attractive subject, new gold complexes have been synthetized in order to investigate the reaction mechanisms that could operate. Possibilities of asymmetric induction in the synthesis of atropoisomeric biaryl compounds were also studied.; L’essor de la chimie organométallique a permis de développer de nouvelles possibilités dans le domaine du diagnostic médical, en particulier pour la tomographie à émission de positrons (TEP). Ainsi, de nouvelles méthodologies ont été développées pour permettre la synthèse de bio-traceurs avec le marquage au 11C comme étape finale. Dans ce contexte, notre équipe a récemment développé une nouvelle méthodologie pour marquer une large variété de substrats dans des conditions standards de carbonylation et ces travaux de thèse présentent une nouvelle stratégie de synthèse impliquant la préformation de complexes palladiés supportées. Ainsi, leurs ancrages préalables sur une résine facilitent la réaction de carbonylation en simplifiant leur purification. De nouveaux complexes à base de palladium ont aussi été synthétisés et étudiés pour envisager de potentielles applications en catalyse photorédox. Enfin le développement de nouvelles stratégies de couplage impliquant des intermédiaires d’or (III) étant un domaine en plein expansion, notamment lorsqu’elles combinent catalyse à l’or et photorédox, il a été envisagé de synthétiser de nouveaux complexes d’or afin d’étudier les mécanismes réactionnels impliqués dans ces couplages et d’évaluer les possibilités de synthèse de composés biaryliques atropoisomériques.

Over the last years, gold catalysis has gained considerable significance in organic synthesis, since it comprises atom-economic and highly efficient processes for the transformation of relatively simple substrates into valuable, highly complex molecular architectures. Despite these outstanding advances, the enantioselective variants have not flourished as fast and remain a highly challenging task. This project intends to address some technological barriers and contribute to fundamental research in the field of asymmetric cycloisomerization and domino reactions implying gold(I) and gold(III) catalytic systems, on a first approach, and highly modular chiral carbenic ligands. The ligands will be based on chiral N-Heterocyclic Carbenes (NHCs), as they represent a very effective and robust class of supporting ligands. More specifically, we will focus on the development of highly modular NHC architectures specifically designed to bring the chiral information in close proximity to the metallic center, which represents a key feature for an efficient asymmetric induction in gold catalysis. The target substrates of catalysis will be divided in two main classes, namely the 1,n-enynes and the unsaturated carbonyl/imino derivatives, since their gold(I)- and gold(III)-catalyzed conversion will afford a great molecular complexity. By taking advantage of the different reactivities and catalytic profiles of the NHC-Au(I) and NHC-Au(III) complexes, along with their silver counterparts, this project will allow the elaboration of a complete panel of efficient, general and unprecedented enantioselective catalytic systems towards the preparation of bio-relevant building blocks, precursors of natural products and biologically active molecules., Au cours des dernières années, la catalyse de l'or a pris une importance considérable en synthèse organique, du fait de l’efficacité de nombreux systèmes dans des réactions tandem à économie d’atomes et d’étapes. Malgré des progrès remarquables, les variantes énantiosélectives n’ont pas prospéré aussi rapidement et elles restent encore un challenge à la fois en terme de généralité et d’efficacité. Ce projet vise à répondre à certaines barrières technologiques et à contribuer à la recherche fondamentale dans le domaine des cycloisomérisations asymétriques et réactions domino impliquant à la fois des complexes d’or (I) et d'or (III) associés à des ligands carbéniques chiraux. Les ligands seront basés sur des carbènes N-hétérocycliques (NHCs) chiraux, puisque leurs homologues achiraux ont déjà montré des aptitudes exceptionnelles en tant que ligands ancillaires en termes d’activité, sélectivité et robustesse des catalyseurs associés. De manière plus précise, nous nous concentrerons sur le développement d’architectures carbéniques hautement modulables et spécifiquement conçues pour apporter l’information chirale au plus près du centre métallique et actif, ce qui représente une des clés pour une induction chirale efficace en catalyse à l’or. Deux grandes familles de substrats seront étudiées, à savoir les énynes-1,n et les composés carbonylés/imino insaturés, car la conversion de ces briques simples catalysée à l’or(I) ou l’or(III) aboutit rapidement à une grande complexité moléculaire. En tirant parti des différentes réactivités et profils catalytiques des complexes NHC-Au(I), NHC-Au(III) ainsi que de leurs homologues NHC-Ag(I), ce projet permettra l’élaboration d’un arsenal complet de systèmes catalytiques énantiosélectifs généraux et efficaces pour la préparation de briques moléculaires, précurseurs de produits naturels et de molécules biologiquement actives

Chiral polyoxometalates (POMs)-based materials have attracted particular attention in recent years due to their remarkable properties and potential application, especially in the field of catalysis. The goal of this thesis is to design a series of enantiopure nanohelical structures based on polyoxometalates (NANOPOM), for their use as heterogeneous oxidation catalysts. Two approaches were used to prepare these new materials. The first one based on the immobilization of POMs on silica nanohelices and nanoribbons by electrostatic and direct adsorption grafting. These inorganic structures increase the stability and make them less sensitive to external environment. The second approach is to include POM units within the structure of organic nanoribbons and nanohelices during self-assembly of 16-2-16 (L)- or (D)-tartrate gemini amphiphile and POM in water. The characterization of these NANOPOM hybrids by using various techniques such as 31P NMR, UV-Vis, DRIFT, Raman, TEM, HR-TEM and EDX was performed and confirms the structure of these materials, especially the grafting of POM to helical supports. These materials are generally stable, and the induction chirality to the POM anion was confirmed by circular dichroism, highlighting the enantiopurity of these NANOPOM materials. The catalytic properties of these POM hybrids have been tested in the oxidation of sulfides. They are active and recoverable catalysts, unfortunately with no significant enantioselectivity observed in the condition used. We expect that new NANOPOM systems in which POM units are introduced within the structure of nanostructure during gel formation, followed by silica transcription will be more stable, an important feature for their use as recoverable catalyst.; Les matériaux chiraux à base de polyoxométallates (POMs) ont montré un intérêt croissant ces dernières années, à cause de leurs propriétés remarquables et de leurs applications potentielles, notamment dans le domaine de la catalyse. L’objectif de cette thèse était de concevoir une série d’hybrides hélicoïdaux chiraux à base de polyoxométallates (NANOPOM) énantiopurs, pour des applications en catalyse hétérogène d’oxydation. Deux approches ont été utilisées pour préparer ces nouveaux matériaux. La première consiste à immobiliser les unités POM sur des nanohélices et des nanorubans de silice par couplage électrostatique et par adsorption directe du POM sur les nano-objets, car ces structures sont plus stables et moins sensibles à l’environnement extérieur. La deuxième approche consiste à fixer le POM sur des nanorubans et des nanohélices organiques préparés par auto-assemblage d’amphiphile gemini 16-2-16 (L)- ou (D)-tartrate et du POM dans l’eau. La caractérisation de ces hybrides NANOPOM par des techniques de microscopie (TEM, HR-TEM et EDX) et de spectroscopie (RMN 31P, UV-Vis, DRIFT et Raman) a permis de mettre en évidence la structure des hybrides et notamment le greffage du POM. Ces matériaux sont généralement stables, et l’induction de chiralité des supports chiraux sur le POM a été confirmée par dichroïsme circulaire, mettant en évidence l’énantiopureté de ces NANOPOMs. Ces NANOPOMs sont actifs et recyclables pour l’oxydation de sulfures, mais aucune énantiosélectivité significative n’a été observée. Les résultats obtenus durant la thèse sont encourageants et permettent d’envisager de nouveaux systèmes NANOPOMs basés sur l’incorporation du POM dans les structures hélicoïdales lors de la formation du gel, suivi d’une solidification du système organique par une couche de silice, afin d’augmenter la stabilité, propriété indispensable pour les applications en catalyse.

Chiral polyoxometalates (POMs)-based materials have attracted particular attention in recent years due to their remarkable properties and potential application, especially in the field of catalysis. The goal of this thesis is to design a series of enantiopure nanohelical structures based on polyoxometalates (NANOPOM), for their use as heterogeneous oxidation catalysts. Two approaches were used to prepare these new materials. The first one based on the immobilization of POMs on silica nanohelices and nanoribbons by electrostatic and direct adsorption grafting. These inorganic structures increase the stability and make them less sensitive to external environment. The second approach is to include POM units within the structure of organic nanoribbons and nanohelices during self-assembly of 16-2-16 (L)- or (D)-tartrate gemini amphiphile and POM in water. The characterization of these NANOPOM hybrids by using various techniques such as 31P NMR, UV-Vis, DRIFT, Raman, TEM, HR-TEM and EDX was performed and confirms the structure of these materials, especially the grafting of POM to helical supports. These materials are generally stable, and the induction chirality to the POM anion was confirmed by circular dichroism, highlighting the enantiopurity of these NANOPOM materials. The catalytic properties of these POM hybrids have been tested in the oxidation of sulfides. They are active and recoverable catalysts, unfortunately with no significant enantioselectivity observed in the condition used. We expect that new NANOPOM systems in which POM units are introduced within the structure of nanostructure during gel formation, followed by silica transcription will be more stable, an important feature for their use as recoverable catalyst.; Les matériaux chiraux à base de polyoxométallates (POMs) ont montré un intérêt croissant ces dernières années, à cause de leurs propriétés remarquables et de leurs applications potentielles, notamment dans le domaine de la catalyse. L’objectif de cette thèse était de concevoir une série d’hybrides hélicoïdaux chiraux à base de polyoxométallates (NANOPOM) énantiopurs, pour des applications en catalyse hétérogène d’oxydation. Deux approches ont été utilisées pour préparer ces nouveaux matériaux. La première consiste à immobiliser les unités POM sur des nanohélices et des nanorubans de silice par couplage électrostatique et par adsorption directe du POM sur les nano-objets, car ces structures sont plus stables et moins sensibles à l’environnement extérieur. La deuxième approche consiste à fixer le POM sur des nanorubans et des nanohélices organiques préparés par auto-assemblage d’amphiphile gemini 16-2-16 (L)- ou (D)-tartrate et du POM dans l’eau. La caractérisation de ces hybrides NANOPOM par des techniques de microscopie (TEM, HR-TEM et EDX) et de spectroscopie (RMN 31P, UV-Vis, DRIFT et Raman) a permis de mettre en évidence la structure des hybrides et notamment le greffage du POM. Ces matériaux sont généralement stables, et l’induction de chiralité des supports chiraux sur le POM a été confirmée par dichroïsme circulaire, mettant en évidence l’énantiopureté de ces NANOPOMs. Ces NANOPOMs sont actifs et recyclables pour l’oxydation de sulfures, mais aucune énantiosélectivité significative n’a été observée. Les résultats obtenus durant la thèse sont encourageants et permettent d’envisager de nouveaux systèmes NANOPOMs basés sur l’incorporation du POM dans les structures hélicoïdales lors de la formation du gel, suivi d’une solidification du système organique par une couche de silice, afin d’augmenter la stabilité, propriété indispensable pour les applications en catalyse.

1. Synthesis of a new family of Rhodium-tethered Catalysts and their application in asymmetric transfer hydrogenation of ketones 2. Enantio- and diastereoselective synthesis of 2-(1,2,3,4-tetrahydro-1-iso-quinolyl)ethanol derivatives via asymmetric transfer hydrogenation through dynamic kinetic resolution 3. Asymmetric transfer hydrogenation/dynamic kinetic resolution: application to the synthesis of enantioenriched 1,2-diols and 1,2-amino alcohols., 1.Synthese d'une nouvelle famille de catalyseurs a base de rhodium et leurs applications en transfert d'hydrogene asymetrique. 2. Syntheses enantio- et diastereo-selectives de derives 2-(1,2,3,4-tetrahydro-1-iso-quinolyl) ethanol par transfert d'hydrogene asymetrique et dedoublement cinetique dynamique. 3. Transfert d'hydrogene asymetrique associe au dedoublement cinetique dynamique : application a la synthese de diols 1,2 et d'amino-alcools 1,2 enantioenrichis.

La recherche d'approches novatrices, économique en atomes et durables pour former des liaisons C–C continue de stimuler la communauté chimique. En tant qu'approche émergente, la fonctionnalisation des liens C–H est une alternative complémentaire aux couplages traditionnels et à d'autres méthodes classiques néfastes pour l’environnement. Par ailleurs, l'incorporation d'une unité cyclopropane dans une molécule peut être une stratégie bénéfique pour améliorer la stabilité métabolique et augmenter l’affinité pour un récepteur donné. En plus du profil pharmacologique diversifié, les cyclopropanes peuvent être utilisés comme précurseurs synthétiques pour préparer des architectures moléculaires plus complexes. Par rapport à d'autres centres sp3 qui sont plus difficilement fonctionnalisables, ceux du cyclopropanes sont plus réactifs et sujets à réagir dans une réaction d'insertion C–H en raison de leur acidité accrue du à la tension de cycle. Cette thèse présentera deux nouvelles méthodes de synthèse soit l'arylation intramoléculaire de liaisons C–H et l'alcénylation intramoléculaire de liaisons C–H des cyclopropanes catalysées par un complexe de palladium. Les résultats préliminaires pour des versions énantiosélectives d'insertion dans les liaisons C (sp3)–H seront également présentés. Le premier chapitre introduira les réactions de fonctionnalisation de liaisons C– H d'atomes de carbone sp3 et de dérivés cyclopropanes catalysées par un complexe de palladium. De plus, les propriétés, les applications, les méthodes de synthèse et de fonctionnalisation des aminocyclopropanes seront discutées. Les travaux antérieurs effectués lors de la maîtrise seront discutés et mis en contexte dans le cadre des objectifs de cette thèse. Le chapitre 2 décrira la fonctionnalisation intramoléculaire des liaisons C–H de cyclopropylbenzamides dérivés d'acides alpha-aminés pour accéder aux motifs tétrahydroquinolones et tétrahydroisoquinolones. Dans ce cas, une approche visant à minimiser le nombre de réactifs sera développée en explorant le rôle des additifs dans la fonctionnalisation des liaisons C–H. Notamment, ce système a servi de réaction modèle pour nos recherches initiales sur la fonctionnalisation asymétrique des liaisons C–H et sera donc revu (chapitre 4). i Le chapitre 3 visera à étendre la réaction développée au chapitre 2 aux systèmes moins plats c'est-à-dire ceux possédant un plus grand nombre d'atomes de carbone sp3. La motivation à échapper au « Flatland » a contribué à l'étude de l’alcénylation intramoléculaire de dérivés cyclopropanes catalysée par un complexe de palladium. Au cours de notre étude, une réaction d'ouverture du cycle a été observée et le potentiel synthétique de cette transformation a été mis en évidence. Ce chapitre décrira nos efforts pour découvrir un nouveau système catalytique pour la version asymétrique de la réaction. Il sera démontré que les ligands de type monoxyde de bis(phosphine) peuvent être utilisés dans la fonctionnalisation énantiosélective des liaisons C–H. Des recherches initiales sur l'alcénylation asymétrique de dérivés cyclopropaniques ont démontré qu'un ligand de type phosphoramidite ou de type (R, R)- BozPhos est efficace. Le chapitre 4 décrira que (R, R)-BozPhos peut être utilisé en combinaison avec le Pd(0) pour obtenir une induction asymétrique importante dans les réactions d'arylation et d'alcénylation d'atomes de carbone hybridés sp3. Nos résultats seront comparés avec ceux de Kagan et nous démontrerons que le ligand actif est le monoxyde de bis(phosphine) et non la bis(phosphine). Enfin, l'utilisation de la 4ème génération de palladacycles dimèriques de Buchwald nous permettra d'atteindre des énantiosélectivités supérieures aux autres systèmes décrits dans la littérature pour ce type de transformation., The search for novel, atom economical and sustainable approaches to form C–C bonds continues to stimulate the chemical community. As an emerging synthetic tool, C–H functionalization offers both alternative and complementary reactions to traditional cross- coupling and other environmentally hazardous classical methods. Cyclopropane incorporation can offer a beneficial strategy to improve both target binding and metabolic stability. In addition to the diverse pharmacological profile, cyclopropanes can be used as valuable synthetic precursors en route to highly complex molecular architectures. Compared to other more challenging sp3 centers, cyclopropanes are highly primed for C−H functionalization due to enhanced cyclopropyl C−H bond acidity and increased reactivity from ring strain. This thesis will disclose explorations towards both intramolecular palladium-catalyzed C−H arylation and alkenylation of cyclopropane systems, including recent efforts towards enantioselective C(sp3)−H functionalization. Chapter One will introduce key concepts regarding palladium-catalyzed C–H functionalization with emphasis on cyclopropanes and sp3 centers. Additionally, properties, applications, synthetic approaches and functionalization of cyclopropanes will be discussed with a focus on aminocyclopropanes. Herein, previous Masters work on C–H arylation will be summarized and a context for the work presented in this dissertation will be established. Chapter 2 will describe intramolecular palladium-catalyzed C–H functionalization of cyclopropyl α-amino acid-derived benzamides to access six-membered tetrahydroquinolones and tetrahydroisoquinolones motifs. Herein, a reductionist approach will be applied through exploring the role of additives in cyclopropyl C–H functionalization. Notably, this system served as a model reaction for our initial investigations into asymmetric C–H functionalization and will consequently be revisited (Chapter 4). Chapter 3 will address the current paucity of methodologies targeting systems with increasing Fsp3. The motivation to “escape Flatland” contributed to investigating intramolecular palladium-catalyzed cyclopropyl direct alkenylation. This chapter will also elaborate on our search for a novel asymmetric catalyst system and our discovery that bisphosphine monoxide ligands can be employed in enantioselective C–H functionalization. Initial investigations into iii asymmetric cyclopropyl alkenylation using both a BINOL-based phosphoramidite ligand and (R,R)-BozPhos will be provided. Chapter 4 will describe our discovery that (R,R)-BozPhos can be employed in combination with Pd(0) to achieve asymmetric induction of cyclopropyl and related sp3 centers. Herein, we will readdress the work of Kagan, and demonstrate that (R,R)-BozPhos, not (R,R)- MeDUPHOS is the active ligand for this system. Finally, the use of Buchwald 4th generation palladacycle dimer to achieve unprecedented enantioselectivities compared to other established literature benchmarks for sp3 asymmetric arylation will be presented.

This thesis describes the synthesis of a series of compounds built on conical resorcin[4]arene and calix[4]arene platforms: a) diphosphites derived from optically active binol, in which the phosphite moieties have been grafted to the wider rim of the generic cones. These ligands were assessed in asymmetric hydroformylation of vinyl arenes and led to high iso selectivity with good to excellent enantiomeric excess; b) N-heterocyclic carbenes bearing either one or two cavitand moieties and their use for the synthesis of [NiXCpL] complexes (X = Br or Cl, Cp = cyclopentadienyl, LH = NHC) in which the NiCp moiety has been supramolecularly trapped in a resorcinarene bowl. These complexes were found active in ethylene dimerization; c) bulky triazolium salts with one or two resorcinarene substituents that were found suitable for the synthesis of complexes with abnormal NHCs. The latter were tested in palladium-catalysed Suzuki-Miyaura cross-coupling of bulky aryl chlorides with sterically hindered aryl boronic acids. Better activities were observed with the sterically less hindered triazolium salt, which bears a single resorcinarene substituent. Its higher efficiency arises from a higher substrate accessibility in the resulting catalytic intermediates as well as the presence of flexible pentyl groups that may interact with the metal centre so as to facilitate the reductive elimination step., Cette thèse présente la synthèse de ligands originaux construits sur des plateformes coniques de type résorcin[4]arène ou calix[4]arène étant susceptibles de positionner un métal à proximité d'une unité réceptrice: a) des bis-binaphtylphosphites optiquement actifs dont les centres phosphorés ont été greffés sur le bord supérieur de cavités génériques. Ces coordinats ont été testés en hydroformylation asymétrique d’arènes vinyliques et ont conduit à une sélectivité iso très élevée avec de bons, voire très bons excès énantiomériques; b) des carbènes N- hétérocycliques ayant soit un, soit les deux atomes d'azote substitués par des unités résorcinarényle (variante cavitand) et leur utilisation pour la formation d'espèces comportant un centre métallique supramoléculairement piégé dans la partie cavitaire (complexes du type [NiXCpL] (X = Br ou Cl, Cp = cyclopentadiényle, LH = NHC). Ces complexes se sont avérés efficaces en dimérisation de l'éthylène; c) des carbènes N-hétérocyliques anormaux obtenus à partir de sels de triazolium comportant un ou deux substituants résorcinarène. Ces composés à fort encombrement ont été efficacement employés en couplage croisé de Suzuki-Miyaura entre des chlorures d'aryles volumineux et des acides arylboroniques stériquement encombrés. Les activités les plus importantes ont été obtenues avec le sel de triazolium stériquement le moins encombré, celui portant un seul substituant résorcinarène. Sa plus grande efficacité est due à une approche plus facile des substrats dans les intermédiaires catalytiques correspondants ainsi que de la présence de groupes pentyles flexibles pouvant interagir stériquement avec le centre métallique de manière à faciliter l'étape d'élimination réductrice

The development of a palladium-catalyzed decarboxylative allylic alkylation protocol (Pd DAAA) applied to cyclic and exocyclic allyl enol carbonates has allowed a highly enantioselective access to a range of γ butyrolactones bearing an all-carbon α quaternary stereogenic center. Remarkably, this approach allowed the extension of this reaction to substrates with no precedent in the literature, such as the exocyclic allyl enol carbonates. The Pd-DAAA process was eventually used for the synthesis of chiral spirolactones, which were readily obtained in high yields and in high optical purity. The synthesis of different isoxazolidin-5-ones bearing highly stereodefined all carbon α quaternary center was accomplished by palladium-catalyzed asymmetric allylic alkylation (Pd-AAA) of 4 substituted isoxazolidin-5-ones with an array of 2 substituted allyl acetates. The reaction proceeded in both excellent enantioselectivity and yield with isoxazolidin-5-ones containing an α-aryl substituents or an α heteroaryl moieties. This robust and highly enantioselective method allowed the access to valuable β2,2-amino acids and β lactams., Dans le cadre de nos travaux, nous avons développé une méthode extrêmement douce et particulièrement efficace d’accès à des γ-butyrolactones possédant un centre stéréogène quaternaire en α à partir d’énols carbonates d’allyle cycliques et exocycliques en utilisant la réaction d’alkylation allylique asymétrique décarboxylante pallado-catalysée (Pd-DAAA). Remarquablement, cette méthode a permis d’étendre l’utilisation de l’allylation asymétrique décarboxylante à des substrats sans précèdent dans la littérature, tels que les énols carbonates allyliques exocycliques. Cette réaction a été utilisée comme étape clé dans la synthèse des spirolactones chirales qui ont été obtenues avec de bons rendements et d’excellentes énantiosélectivités. Une nouvelle méthode catalytique robuste et hautement énantiosélective permettant d’accéder à des isoxazolidinones possédant un centre stéréogène quaternaire en α a été développée. Ce protocole repose sur une alkylation allylique asymétrique catalysée par des complexes de palladium chiraux (Pd-AAA) et amène aux produits désirés avec de bons rendements et d’excellents excès énantiomériques. Par ailleurs, nous avons également mis au point des conditions permettant de convertir ces isoxazolidinones α,α-disubstituées en acides β2,2 aminés et en β-lactames.

This manuscript presents the development of novel palladium-catalysed [3+2] cycloaddition reactions between vinylcyclopropanes and various dipolarophiles. The first part of this work focused on the dearomatization of nitroaromatic compounds such as 3-nitroindoles and 2-nitrobenzofurans through a cycloaddition process with vinylcyclopropanes. In a second time, an enantioselective [3+2] cycloaddition of vinylcyclopropanes with α,β-unsaturated aldehydes under a synergistic metal-organocatalytic activation manifold was developed, leading to highly substituted cyclopentane scaffolds with very high enantioselectivity. In a third part of this work, the extension of this methodology towards the synthesis of heterocyclic compounds was investigated. A first approach dealing with the in situ generation of nitrogen-containing 1,3- and 1,4-dipoles did not lead to the desired reactivity, which prompted us to develop a palladium(0)-catalysed cycloaddition of vinylcyclopropanes and electron-deficient imines to synthesize pyrrolidine derivatives., Ce manuscrit présente le développement de nouvelles réactions de cycloaddition [3+2] palladocatalysées entre des vinylcyclopropanes électro-appauvris et diverses espèces dipolarophiles. La première partie de ces travaux a porté sur la désaromatisation de composés nitroaromatiques tels que les 3-nitroindoles ou les 2-nitrobenzofuranes par le biais d'un procédé de cycloaddition impliquant les vinylcyclopropanes. Une seconde méthodologie de cycloaddition [3+2] énantiosélective entre des aldéhydes ?,?-insaturés et des vinylcyclopropanes a été développée. En tirant parti du concept de catalyse synergique métallo-organique, divers cyclopentanes hautement fonctionnalisés ont été obtenus, avec notamment des énantiosélectivités très élevées. Dans une troisième partie de ces travaux, l'extension de cette méthodologie à la synthèse de composés hétérocycliques a été étudiée ; une première approche impliquant la formation in situ de dipôles-1,3 et -1,4 azotés n'ayant pas abouti à la réactivité désirée, nous avons alors développé une méthodologie de cycloaddition de vinylcyclopropanes et d'imines électro-déficientes par catalyse au palladium(0) menant à des dérivés de pyrrolidine.

At first, this work deals with the synthesis of a novel class of single-component reversible chiral ionic liquids derived from natural aminoacids. Reversibility was demonstrated by NMR, thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. These compounds were tested as organocatalysts in an asymmetric Michael addition leading to the formation of expected product in moderate yields. Chiral silylamines, precursors to reversible ionic liquids were also evaluated in the synthesis of Warfarin through an asymmetric Michael addition. Good yields were obtained. However, these catalysts have resulted in only low enantioselectivity. Moreover, the use of reversible ionic liquid as a temporary protecting group in glycochemistry, for the synthesis of disaccharides was also implemented. Secondly, some new chiral imidazolinium salts, precursors to NHCs, were synthesized from (S)-pyroglutamic acid, for copper-catalyzed conjugate addition of Grignard reagents to α,β-unsaturated ketones applications. The results have shown moderate enantioselectivity with very good catalytic activity and excellent regioselectivity.; Ce travail de thèse porte, dans un premier temps, sur le développement d'une nouvelle synthèse de liquides ioniques chiraux réversibles, en système mono-composant, à partir d'aminoacides naturels. La réversibilité a été démontrée par RMN, par analyse thermogravimétrique et par calorimétrie différentielle à balayage. Ces composés ont été testés comme catalyseurs organiques dans la réaction d’addition de Michael asymétrique. Des rendements modérés ont été obtenus. Les silylamines chirales, précurseurs des liquides ioniques chiraux réversibles, ont été évaluées dans la synthèse de Warfarine via une addition de Michael asymétrique. De bons rendements ont été obtenus. Toutefois, ces catalyseurs n'ont permis de conduire qu'à de faibles énantiosélectivités. L'utilisation de liquides ioniques réversibles comme groupements protecteurs temporaires en glycochimie, pour la synthèse de disaccharides, a été mise en œuvre. Dans un second temps, de nouveaux sels d'imidazolinium chiraux précurseurs de NHCs ont été synthétisés, à partir de l'acide (S)-pyroglutamique en vue de leur application dans la réaction d'addition conjuguée de cétones α, β-insaturées catalysée au cuivre avec des réactifs de Grignard. Les excès énantiomériques sont modestes mais de bons résultats en termes d’activité catalytique et de régiosélectivité ont été obtenus.

The aim of our project was to develop an eco-friendly process based on heterogeneous asymmetric organocataysis in continuous flow conditions. To succeed in this development, we chose to use a quinine-derived bifunctional organocatalyst: cupreine. Silica, a mesoporous inorganic material, was chosen as the support to immobilize this organocatalyst. The grafted cupreine was then tested as catalyst for the asymmetric Michael addition between the trans-β-nitrostyrene (Michael acceptor) and the dimethyl malonate (Michael donor) in continuous flow condition.First, we immobilized the catalyst on two types of silica, following three different strategies. The various cupreine-grafted silicas we obtained were functionnalized with 0.2 to 0.4 mmol of cuprein per gram of silica. Each one of them possessed specific characteristics depending of the followed strategy.The assessment of the catalytic activity of immobilized silica was then performed in batch condition. Different bio-based solvents were used for the Michael addition. 2-MeTHF was chosen as the best solvent among those tested and used in continuous flow. Immobilized cupreine proved to be as efficient in heterogenous condition as in homogenous (enantiomeric excess was superior or equal to 85 % and conversion better than 96 %), except for turn over frequency (TOF, mol of converted substrate/mol of catalyst/reaction time) which is three times lower in hetereogeneous condition (0.2h-1 to 0.6 h-1 in homogenous condition).Michael addition of trans-β-nitrostyrene to dimethyl malonate was then realized in continuous flow condition, using the various silica-supported catalysts. Turn over frequency of cupreine was doubled (0.4 h-1) and the turn over number (mol of converted substrate/mol of catalyst) increased from 16 to 63 in continuous flow condition. Derivatives of trans-β-nitrostyrene (chlorinated, phenolic and methoxylated in position 4) were successfully tested in continuous flow.To the best of our knowledge, we realized the first asymmetric Michael addition between trans-β-nitrostyrene and the dimethyl malonate, catalysed by silica-supported cupreine in batch and in continuous flow, using a bio-based solvent.We successfully developed an eco-friendly process based on heterogeneous organocatalysis in continuous flow. This process favorited an efficient recycling of the supported catalyst, and increased the productivity of grafted cupreine compare to the heterogeneous condition in batch. The enantioselectivity of the cupreine for this reaction was similar in both homogeneous and heterogeneous conditions.; Le but de notre projet était de mettre au point un procédé éco-compatible d’organocatalyse asymétrique hétérogène en flux continu. Pour réaliser ce procédé, nous avons choisi d’utiliser la cupréine, un alcaloïde dérivé de la quinine comme organocatalyseur bifonctionnel. La silice (un matériau inorganique mésoporeux) a été choisie comme support pour l’hétérogénéisation du catalyseur. La cupréine immobilisée sur silice a ensuite été testée comme organocatalyseur de la réaction d’addition de Michael asymétrique entre le trans-β-nitrostyrène (accepteur de Michael) et le diméthyl malonate (donneur de Michael) en condition de flux continu.Nous avons tout d’abord immobilisé la cupréine sur deux types de silice selon trois stratégies différentes. Chaque stratégie nous a permis d’obtenir le support greffé avec des quantités de cupréine allant de 0,2 à 0,4 mmol par gramme de silice, ainsi que des silices greffées possédant des caractéristiques différentes selon les stratégies envisagées.L’évaluation de l’activité catalytique de la cupréine greffée sur silice a ensuite été réalisée en milieu hétérogène en batch. Différents solvants biosourcés ont alors été testés comme solvants alternatifs pour la réaction d’addition de Michael. Le 2-MeTHF s’est révélé être un bon solvant et a été choisi pour les expériences de catalyse en flux continu. Les résultats obtenus en catalyse avec la cupréine greffée sur silice sont comparables à ceux en milieu homogène (excès énantiomériques supérieur ou égale à 85 % et conversion supérieure à 96 %) exceptés pour la fréquence de rotation (TOF, mol de substrat converti/mol de catalyseur/durée de réaction) qui est trois fois plus faible en milieu hétérogène (0,2 h-1 pour 0,6 h-1 en milieu homogène).Enfin, cette réaction d’addition de Michael a été réalisée en flux continu avec les différentes silices greffées. La fréquence de rotation de la cupréine a été multipliée par deux (0,4 h-1) et le nombre de rotation (TON, mol de substrat converti/mol de catalyseur) a lui aussi été augmenté, passant de 16 en milieu hétérogène en batch à 63 en condition de flux continu. Finalement, différents dérivés du trans-β-nitrostyrène (Chloré, phénolique et méthoxy en position 4) ont été testés avec succès.Ainsi, à notre connaissance, nous avons réalisé la première réaction d’addition de Michael entre le trans-β-nitrostyrène et le diméthyl malonate, organocatalysée en milieu hétérogène en batch et en flux continu par la cupréine immobilisée sur silice, en utilisant un solvant biosourcé. Nous avons réussi à mettre au point le procédé de catalyse hétérogène en flux continu permettant de recycler facilement le catalyseur et aussi d’augmenter la productivité de la cupréine immobilisée par rapport au milieu hétérogène en batch, tout en conservant une conversion et une énantiosélectivité équivalente à celles en milieu homogène.

This thesis work takes place in the broad context of salen chemistry. A special attention is given to corresponding chiral complexes used as versatile enantioselective catalysts for a wide range of reactions of interest. In the context of heterogeneous asymmetric catalysis, we focus specifically on the development of polymeric, cyclic, chiral salen catalysts, named calixsalen complexes. Thus, we have developed an easy access to calixsalen cobalt (III) complexes by a facile polycondensation route. These calixsalens were used as catalysts to promote the dynamic hydrolytic kinetic resolution of epibromohydrin. They are easily recovered from the reaction mixture by a simple filtration. These cyclic complexes allowed the formation of homobimetallic species responsible for an efficient dual activation of both the epoxide and water, delivering the targeted product in both high yield and selectivity.We have also reported the use of a combination of cobalt and manganese calixsalen complexes in the hydrolysis of meso epoxydes. This dual heterobimetallic system proved to be even more selective than the homobimetallic one, in which cobalt complexes were only engaged. Based on these results, we have attempted preparing heterobimetallic salen complexes, wherein two different metals should be closely associated into the same macrocycle. Towards this aim, we explored click chemistry to couple alkyne- and azide-functionalized monomeric salen complexes coordinated to two different metals.; Les ligands de type salen constituent la pierre angulaire des travaux décrits dans cette thèse. L’attention particulière portée aux complexes chiraux correspondants est due à leur utilisation comme catalyseurs énantiosélectives versatiles pour promouvoir une large gamme de réactions d’intérêt. Dans le contexte de la catalyse asymétrique hétérogène, nous nous focalisons plus particulièrement sur l’élaboration de catalyseurs polymères cycliques de salens chiraux, appelés complexes calixsalens. Ainsi, nous avons mis au point une voie d’accès directe aux calixsalens de cobalt (III) par polycondensation. Ces complexes testés en tant que catalyseurs dans le dédoublement cinétique dynamique hydrolytique de l’épibromohydrine peuvent être facilement récupérés par simple filtration du milieu réactionnel et réutilisés dans une nouvelle transformation. Ces ligands cycliques permettent donc la préparation de complexes homobimétalliques capables de réaliser une double activation efficace de l’époxyde et de l’eau, conduisant au produit ciblé avec des rendements et des sélectivités élevés.Nous avons également rapporté l’utilisation de ces mêmes calixsalens de cobalt (III) en présences des complexes analogues de manganèse (III) dans la réaction d’hydrolyse des époxydes méso. Ce système de catalyse hétérobimétallique s’est révélé encore plus sélectif que le système homobimétallique impliquant les catalyseurs de cobalt seuls.Suite à ces résultats, nous avons tenté de préparer des complexes de salens hétérobimétalliques, dans lesquels deux métaux différents sont présents sur le même macrocycle. Pour ce faire, nous avons choisi d’explorer la chimie click pour coupler des complexes salens porteurs de différents métaux, modifiés les uns par des fonctions alcynes, les autres par des groupements azotures.

This manuscript presents the development of new asymmetric addition-carbocyclisation cascade reactions initiated by boronic acids for the formation of chiral N-heterocycles. Early works provided access to chiral pyrrolidines and piperidines from 1,6 and 1,7-enynes possessing an alkyne as the entry point and an α,β-unsaturated ester as a second electrophilic function. A second addition-carbocyclisation reaction of keto esters has also been developed to access polyfunctionnalised chiral piperidines with three contiguous stereogenic centers, with both high enantioselectivities and diastereoselectivities. In these enantioselective reactions, chiral dienes proved to be the most suitable class of ligands to achieve high enantioselectivities. In this context, a new route was developed to access chiral monosubstituted diene type Ar-MSBod, previously used in the first methodology.; Ce manuscrit présente le développement de nouvelles réactions énantiosélectives d’addition-carbocyclisation en cascade initiées par des acides boroniques pour la formation d’hétérocycles azotés chiraux. Les premiers travaux ont permis d’accéder à des pyrrolidines et des pipéridines énantioenrichies à partir d’énynes-1,6 et -1,7 possédant un alcyne en tant que point d’entrée et un ester α,β-insaturé comme seconde fonction électrophile. Une seconde réaction d’addition-carbocyclisation de céto-esters a également été mise au point pour conduire à des pipéridines chirales possédant trois centres stéréogènes contigus avec de très bonnes énantiosélectivités et diastéréosélectivités. Dans ces réactions asymétriques, les diènes chiraux ont été les ligands les plus adaptés permettant l’obtention d’énantiosélectivités élevées. Dans ce contexte, une nouvelle voie d’accès aux diènes chiraux monosubstitués de type Ar-MSBod utilisés pour la première réaction a été développée.

Helicenes are ortho-fused polyaromatic compounds in which benzene rings are angularly annulated to give helically-shaped molecules.Molecular scaffolds with helical chirality have been rarely used for building phosphorus ligands and catalysts. In this context, with the purpose of accessing unprecedented chiral auxiliaries for organo- and organometallic catalysis, we have synthesized new series of phosphahelicenes. These compounds have been prepared via two differents procedures: a diastereoselective photochemical cyclization and a [2+2+2] cyclotrimerisation of alkynes, starting from phosphindole as a key building block. These phosphahelicenes have been evaluated as chiral ligand in gold promoted cyclisation reactions. These helical gold complexes proved to be highly efficient both in terms of catalytic activity and enantioselectivity in enyne cycloisomerizations, [2+2] and [4+2] cycloaddition reactions. Phosphahelicenes have also been used in phosphine organocatalysis. Good yields and enantiomercic excesses up to 97% have been obtained in [3+2] cyclizations between olefins and allenoates.; Les hélicènes sont des composés polyaromatiques générant un squelette hélicoïdal. Si ces structures ont trouvé de nombreuses applications en chimie des matériaux, les résultats en catalyse asymétrique sont moins nombreux, surtout en ce qui concerne les hélices phosphorées. Au cours de cette thèse, nous avons développé des nouvelles voies d'accès à des phosphines possédant une chiralité hélicoïdale, et où le phosphore est inclus dans l'hélice elle-même, à son extrémité. Les structures hélicoïdales souhaitées ont été synthétisées par deux méthodologies différentes, faisant intervenir soit une étape de photocyclisation diastéréosélective ou soit une réaction de cyclotrimérisation [2+2+2] d'alcynes. Les deux voies synthétiques développées font intervenir le même motif phosphindole. Les phophahélicènes synthétisés ont été évalués en tant que ligand en catalyse énantiosélective à l'or. Une bonne activité catalytique et des excès énantiomériques atteignant 96% ont été mesurés dans des réactions de cycloisomérisation d'énynes ou de cycloadditions [2+2] et [4+2].Les phosphahélicènes ont aussi été testés dans des réactions d'organocatalyse par les phosphines. Dans ce cas, des excès énantiomériques allant jusqu'à 97% ont été obtenus dans une réaction de cyclisation [3+2] entre une oléfine activée et un allénoate.

Metal Organic Frameworks, MOFs, are porous crystalline solid based on metal clusters and organic ligands, investigated for numerous applications such as catalysis, drug delivery, gas storage and, more recently, biosensors. The work presented in this thesis focuses on functionalizing MOFs through different strategies, such as covalent grafting or surface coordination chemistry, through chemical reactions, such as peptide coupling or synthesis of urea. In particular, a new method to very quickly graft chiral peptides into the nanopores of MOFs is reported. A large library of MOF-peptides has thus been obtained and characterized. These novel compounds have also been used for grafting organometallics in the cavities of MOFs. Following a post-synthetic ligand exchange, it was also possible to integrate a photocatalytic complex in the structure of a MOF, improving its activities and selectivities for the photocatalytic CO2 reduction. In general, the catalytic performances of these materials were superior to those of their homogeneous counterparts, thus further expanding the potential of MOFs as well-defined heterogeneous catalysts for fine chemistry, Les MOFs sont des solides à la structure cristalline poreuse à base de clusters métalliques et de ligands organiques qui font l'objet de très nombreuses études, dans des champs d'applications très variés, qui vont de la catalyse au « drug delivery », en passant par le stockage de gaz et, plus récemment, en tant que senseurs biologiques. Les ligands organiques, qui les constituent, peuvent lorsqu'ils possèdent un point d'ancrage, comme des groupements amino, être fonctionnalisés grâce à des réactions chimiques. Les travaux présentés dans cette thèse reportent la fonctionnalisation de MOFs, via différentes stratégies, comme des greffages covalent et issues de la chimie de coordination, tel que le couplage peptidique ou encore la synthèse d'urée. Dans cette thèse, est notamment présentée une nouvelle méthode permettant de greffer très rapidement des peptides chiraux dans les nanopores des MOFs. Une large bibliothèque MOF-peptides a ainsi été obtenue et caractérisée. Ces nouveaux composés ont également été utilisés pour l'ancrage de complexes organométalliques dans les cavités des MOFs. Suivant un échange de ligands post-synthétique, il a aussi été possible d'intégrer un complexe organométallique photo-catalytique dans la structure d'un MOF, améliorant ainsi ses activités et sélectivités pour la photo-réduction de CO2. Enfin, les performances catalytiques de ces derniers matériaux MOFs se sont révélées supérieures aux versions homogènes des complexes, ce qui offre de nouvelles opportunités pour la catalyse fine

Organometallic catalysis is one of the most powerful tools in chemical synthesis, because, depending on the catalyst, it allows for selective and specific transformations. Thus, the reactivity of gold salts and complexes was revamped around fifteen years ago. Nowadays, they are considered as powerful and very attractive for organic synthesis, showing both π (alcyno- alcènophilie) and σ (oxo- azaphile) Lewis acid properties.The first objective of this thesis was to study the reactivity of gold catalysts by the development of new reactions catalyzed by gold(I/III). If most of the developed reactions in gold catalysis is related to π activation, we proved its potential in a reaction dealing with σ activation, the Nazarov cyclization. This reaction was then extended to a cascade process, combining both π and σ Lewis acidities. Moreover, the obtainment of an unexpected by-product during the study directed our research towards a new gold catalytic reaction, the formation of furans from γ-acyloxyalkynyl ketones. Subsequently, we were also interested in the potential of gold in asymmetric reactions, which led to the development of new chiral gold complexs, based on NHC-oxazoline type ligands. Finally, we proposed to use the heteronuclear J-resolved NMR spectroscopy (a simple but scarce method), to answer some structural assignment problems., La catalyse organométallique est l’un des outils les plus puissants de la synthèse chimique, car elle permet de réaliser des transformations sélectives et spécifiques selon le catalyseur employé. Dans ce contexte, les sels et complexes d’or ont émergé il y a une quinzaine d’années et se sont révélés très utiles et attractifs pour la synthèse organique, faisant preuve de propriétés particulières de type acide de Lewis à la fois π (alcyno- alcènophilie) et σ (oxo- azaphile). L’objectif initial de cette thèse a été d'approfondir l’étude de la réactivité de l’or au travers la mise au point de nouvelles réactions catalysées par l’or(I/III). Si la majorité des réactions développées en catalyse à l’or concerne des processus de type π, nous avons dans un premier temps, souhaité évaluer son potentiel dans une réaction qui repose sur une activation purement σ, la cyclisation de Nazarov. Cette réaction a ensuite été étendue à un processus de type cascade, combinant activations π et σ. De plus, la formation d’un sous-produit inattendu au cours de cette étude a orienté nos recherches vers un nouveau processus catalytique, le réarrangement de γ–acyloxy alcynylcétones en furanes. Par la suite, nous nous sommes aussi intéressés au potentiel de l’or dans les réactions asymétriques, ce qui a conduit au développement d’un nouveau type de complexes d’or chiraux basés sur des ligands de type NHC-oxazoline. Enfin, nous nous sommes proposés d’utiliser la spectroscopie RMN J-résolue hétéronucléaire (une méthode simple mais peu exploitée), pour répondre à des problèmes d’attribution structurale.

A new stereoselective synthesis of phosphinous acid boranes is described by hydrolysis of aminophosphines boranes prepared by reaction of the oxazaphospholidine complex derived from ephedrine with organolithium reagents.By reaction with a strong acid, the phosphinous acid boranes lead to the corresponding P-chirogenic secondary phosphine oxides in very good yields (90%) and with complete retention of the configuration at the phosphorus atom. The secondary phosphine oxides have been used in asymmetric hydrogenation and intramolecular Heck cyclisation using rhodium and palladium complexes, respectively. In a second part, a new synthesis of P-chirogenic ortho-halogenophenyl phosphine oxides is described. The principle of this synthesis is based on the addition of secondary phosphine oxides to a benzyne, prepared in situ from dihalogenobenzene. The o-halogenophenylphosphine oxides were used to prepare many functionalized derivatives in ortho position by reactions such as homocoupling with copper or heterocoupling catalyzed by palladium complexes. In the last part, the synthesis of chiral copper clusters was performed using P-chirogenic monophosphines. The X-ray structure, circular dichroism, and the photophysical properties of the chiral clusters were presented., Une nouvelle synthèse stéréosélective d’acides phosphineux-borane est décrite par hydrolyse d’aminophosphines borane préparées par réaction d'organolithiens sur un complexe d'oxazaphospholidine-borane dérivé de l'éphédrine. Par réaction avec un acide fort, ces acides phosphineux-borane conduisent aux oxydes de phosphines secondaires P-chirogéniques correspondants avec de très bons rendements (90%) et rétention complète de la configuration sur l'atome de phosphore. Les oxydes de phosphines secondaires ont été utilisés en catalyses d'hydrogénation et de Heck asymétriques par des complexes de rhodium et de palladium. Dans une seconde partie, une nouvelle synthèse d’oxydes de phosphines P-chirogéniques substitués par des groupements ortho halogénophényles a été décrite. Le principe de cette synthèse repose sur l’addition d’un oxyde de phosphine secondaire sur un benzyne préparé in situ à partir de dihalogénobenzène. Ces oxydes de phosphines o-halogénés ont été utilisés en synthèse de nouveaux dérivés fonctionnalisés en position ortho par des réactions d’homocouplage par le cuivre ou d’hétérocouplage catalysée par des complexes de palladium. Dans une dernière partie, la préparation de clusters de cuivre chiraux a été réalisée en utilisant des monophosphines P-chirogéniques. La structure par rayons X, le dichroïsme circulaire, et les propriétés photophysiques des clusters chiraux sont présentés.

Le 1,1'-bi-2-naphtol ou Binol, présentant une chiralité axiale, est un ligand très utilisé en catalyse asymétrique. Au cours des vingt dernières années, le Binol a servi de synthon à l’élaboration de très nombreux ligands permettant la catalyse asymétrique de tous types de réactions, allant de l’hydrogénation, à l’alkylation, en passant par diverses réactions péricycliques. Le grand intérêt pour ce ligand vient de sa versatilité et des nombreuses possibilités de fonctionnalisation qu’il offre, permettant d’altérer ses propriétés catalytiques à volonté, aussi bien en modifiant son caractère électronique, qu’en introduisant des facteurs stériques autour du site catalytique. Parallèlement aux développements de la catalyse par des dérivés de Binol, le domaine des liquides ioniques a connu un intérêt croissant ces dernières années. Les liquides ioniques, sels dont le point de fusion est inférieur à 100°C, cumulent de nombreuses qualités convoitées : faible pression de vapeur, stabilité thermique et chimique et fort pouvoir de solvatation. Dû à ces propriétés, les liquides ioniques ont principalement été étudiés dans l’optique de développer une gamme de solvants recyclables. Alors que les propriétés des liquides ioniques sont facilement modulables en fonction de l’anion et du cation choisi, le concept de liquide ionique à tâche spécifique va plus loin et propose d’introduire directement, sur le cation ou l’anion, un groupement conférant une propriété particulière. En suivant cette approche, plusieurs ligands ioniques ont été rapportés, par simple couplage d’un cation organique à un ligand déjà connu. Étonnamment, le Binol a fait l’objet de très peu de travaux pour l’élaboration de ligands ioniques. Dans cette thèse, nous proposons l’étude d’une famille de composés de type Binol-imidazolium dont les unités Binol et imidazolium sont séparées par un espaceur méthylène. Différents homologues ont été synthétisés en variant le nombre d’unités imidazolium et leur position sur le noyau Binol, la longueur de la chaîne alkyle portée par les unités imidazolium et la nature du contre-anion. Après une étude des propriétés thermiques de ces composés, l’utilisation des Binol-imidazoliums en tant que ligands dans une réaction asymétrique d’éthylation d’aldéhydes aromatique a été étudiée en milieu liquide ionique. La réaction a été conduite en solvant liquide ionique dans le but de recycler aussi bien le ligand Binol-imidazolium que le solvant, en fin de réaction. Cette étude nous a permis de démontrer que la sélectivité de ces ligands ioniques dépend grandement de leur structure. En effet, seuls les Binols fonctionnalisés en positions 6 et 6’ permettent une sélectivité de la réaction d’éthylation. Alors que les dérivés de Binol fonctionnalisés en positions 3 et 3’ ne permettent pas une catalyse énantiosélective, il a déjà été rapporté que ces composés avaient la capacité de complexer des anions. D’autre part, il a déjà été rapporté par notre groupe, que les composés comportant des unités imidazolium pouvaient permettre le transport d’anions à travers des bicouches lipidiques en fonction de leur amphiphilie. Ceci nous a amenés à la deuxième partie de cette thèse qui porte sur les propriétés ionophores des Binols fonctionnalisés en positions 3 et 3’ par des unités imidazoliums. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’étude de la relation structure-activité et au mécanisme de transport de ces composés. Le transport d’anions étant un processus clé dans la biologie cellulaire, l’activité biologique des composés présentant une activité ionophore dans des systèmes modèles (liposomes) a été étudiée par la suite. L’activité antibactérienne des nos composés a été testée sur quatre souches de bactéries. Il s’est avéré que les composés Binol-imidazolium sont actifs uniquement sur les bactéries Gram positives. Finalement, la cytotoxicité des composés présentant une activité antibactérienne a été étudiée sur des cellules humaines., 1,1'-Bi-2-naphthol or Binol, having an axial chirality, is a widely used ligand in asymmetric catalysis. Over the last twenty years, Binol was used as a synthon for the synthesis of numerous ligands for the asymmetric catalysis of various reactions including hydrogenation, alkylation and various pericyclic reactions. The interest in this ligand comes from its versatility and possibilities to modify its electronic character and to introduce steric bulk around the catalytic site. Paralleling interest in the study of Binol derivatives as ligands for asymmetric catalysis has been a growth in research on ionic liquids. Ionic liquids are salts with melting points below 100°C. They combine many interesting properties, such as low vapor pressure, thermal and chemical stability and high solvation power. Due to these properties, ionic liquids have been investigated to develop a range of recyclable solvents. Recently, the concept of task-specific ionic liquids has emerged in which the properties of the ionic liquids are tuned by selecting different cations and anions, to accomplish specific applications. Following this approach, several ionic ligands have been made by coupling known ligands to an ionic liquid cation. Rarely, Binol has been used for this purpose. In this thesis, we study a family of Binol-imidazolium type compounds, in which Binol and imidazolium units are linked by a methylene spacer. Several analogs were synthesized by varying the number of imidazolium units and their position on the Binol moiety, the alkyl chain length on the imidazolium units and the counter-anion. After a study of the thermal properties, the use of Binol-imidazoliums as ligands was described in the asymmetric ethylation of aromatic aldehydes. The reaction was conducted in ionic liquid solvent and both Binol-imidazolium ligand and the solvent were recycled at the end of the reaction. This study demonstrates that the selectivity of these ligands greatly depends on their structure. Indeed, only Binol analogs functionalized at the 6 and 6’ positions were selectivite. Although Binol derivatives functionalized at the 3 and 3' positions did not serve as enantioselective catalysts, they were able to complex anions. Furthermore, it has already been reported by our group, that imidazolium compounds can transport anions across lipid bilayers depending on their amphiphilicity. In the second part of this thesis, we cover the ionophoric properties of Binol derivatives functionalized at the 3 and 3' positions by imidazolium moieties. First, a study will be presented of their structure-property relationships in the transport through liposomes. Thereafter, the transport mechanism will be discussed. Finally, the biological activity of our compounds with ionophore activity was studied, because the anion transport is a key process in cell biology. Their antibacterial activity was tested on four strains of bacteria. Binol-imidazolium compounds exhibited activity on Gram positive bacteria. Their cytotoxicity was also studied on human cells.

La chiralité est une propriété d'asymétrie qui se retrouve partout sur Terre, aussi bien dansdes objets (la main gauche et la main droite) que dans des molécules (acide L-tartrique etacide D-tartrique). Les deux représentants de cette asymétrie sont appelés« énantiomères ». En thérapeutique, la plupart des médicaments chiraux commercialisés au20ème siècle étaient des mélanges racémiques constitués d'égales proportions des deuxénantiomères.Le rôle des énantiomères en thérapeutique a été mis en évidence dans les années 1950 à lasuite de la tragédie sanitaire du médicament Thalidomide. La Thalidomide (mélangeracémique) était un médicament prescrit comme anti-nauséeux et sédatif chez la femmeenceinte. De nombreuses malformations furent observées chez les nouveau-nés dont lamère avait été traitée par Thalidomide et cet effet tératogène fut associé à l'un desénantiomères de la Thalidomide. Les autorités sanitaires ont alors pris conscience de latoxicité potentielle d'un énantiomère par rapport à l'autre et ont instauré des lignes directricespour étudier les différences qui peuvent exister entre ces deux entités aussi bien en termesde comportement pharmacologique et toxicologique que pharmacocinétique (absorption,distribution, métabolisme et excrétion). Si ces différences sont importantes, ledéveloppement d'un seul des deux énantiomères est attendu.Désormais, les nouvelles entités sont développées sous forme d'énantiomères purs et lesanciennes (racémiques) voient leur vie prolongée en fin de brevet par la pratique du « chiralswitch ».Ainsi pour des raisons thérapeutiques, mais également règlementaires et économiques, ledéveloppement de médicaments sous forme d'un seul énantiomère s'est accentué. Deuxgrands procédés de fabrication sont aujourd'hui en compétition pour assurer la mise sur lemarché de ces médicaments : la synthèse énantiosélective et la séparation chirale. Cesdeux méthodes se sont considérablement améliorées à l'échelle industrielle et notamment laséparation chirale par chromatographie continue pour répondre aux attentes des industrielsen termes de pureté, de productivité et de réduction des coûts notamment.

Since the beginning of 21st century, N-heterocycliccarbenes (NHCs) proved their efficiency in asymmetric organocatalysis and as ligands in enantioselective organometallic catalysis. In this context, we developed two families of original NHCs: The first one displays a planar chirality afforded by an enantiopure ferrocene scaffold directlygrafted on an imidazolium or triazolium heterocycle.Different strategies have been investigated towards thepreparation of these chiral targets. This work allowedthe synthesis of an enantiopure triazolium salt and itsstructure was confirmed by X-ray analysis. A preliminarystudy concerning the preparation of an imidazolium saltbearing a planar chirality has been initiated.• The second NHC family considered during this project relies in the use of original spirocyclic structures obtained from a cyanoester cyclopropanationreaction catalyzed by a titanium complex. The main goal was to validate the use of spirooxazolidinones and spirolactams as building blocks for the synthesis oforiginal triazolium salts, and to study the resolution of racemic lactams and oxazolidinones., Depuis une dizaine d’années, les carbènes N-hétérocycliques(CNHs) ont prouvé leur efficacité en organocatalyse et comme ligands en catalyse organométallique. Dans ce contexte nous avons souhaité développer deux nouvelles familles decarbènes N hétérocycliques originaux :• La première famille de CNHs étudiée comporte une chiralité planaire apportée par un motif ferrocénique énantiomériquement pur lié directementsur l’hétérocycle imidazolium ou triazolium. Diverses stratégies ont été envisagées et étudiées afin de préparer des précurseurs de CNH à chiralité planaire.Ces travaux ont notamment permis l'obtention d’un selde triazolium énantiopur, dont la structure a étéconfirmée par diffraction des rayons X. Une étude préliminaire a également été amorcée pour la préparation d’un sel d’imidazolium à chiralité planaire.• La deuxième famille de CNHs considérée durant ce travail de thèse est basée sur l'utilisation de structures spirocycliques originales obtenues par une réaction de cyclopropanation de cyanoesters en présence d’un complexe de titane. Ce travail a été consacré à valider l'utilisation de spirooxazolidinones et de spirolactames comme briques élémentaires pour la synthèse de sels de triazolium originaux, ainsi qu’à étudier le dédoublement d’oxazolidinones et delactames racémiques.

The synthesis of secondary phosphine borane amino acids or dipeptides and their applications for the preparation of chiral ligands or for the grafting of fullerene, is described. These compounds were synthesized in good yield (up to 98%) without racemization. The principle of the synthesis is based on the alkylation of primary phosphine borane with a γ-iodo amino acid using phase transfer conditions. Tertiary diphosphine amino acids are obtained with 70% yield after a second alkylation. These compounds are one of the first examples of diphosphine grafted with a P-C bond on the side chain of amino acid. First of all, mono and diphosphine amino acid derivatives were used in asymmetric allylic substitution with palladium precursor or in asymmetric hydrogenation with rhodium precursor. In another hand, a cis platinum complex was synthesized with 60% yield from the diphosphine amino acid derivative. The cytotoxic properties of this complex were tested against human ovarian carcinogenic cell lines A2780. In the second part, the secondary phosphine borane amino acids and peptides have been used for grafting fullerene C60 by hydrophosphination using phase transfer conditions. The electrochemical study of the fullerene amino benzyl ester derivative has shown the cleavage of the P-C60 bond by electrolysis, affording the free fullerene and the secondary phosphine borane amino ester moiety. This work opens new perspectives for the chemistry of fullerene and phosphine derivatives of amino acids and peptides., La synthèse de phosphines secondaires borane dérivées d’aminoacides ou de dipeptides, et leur application pour la préparation de ligands ou le greffage du fullerène, est décrite. Elle se fait sans racémisation avec des rendements atteignant 98%, par alkylation de phosphines borane primaires avec un dérivé γ-iodo aminoacide, dans les conditions de transfert de phase. Les diphosphines tertiaires dérivées d’aminoacides, obtenues après une seconde alkylation avec des rendements atteignant 70%, sont parmi les premiers exemples de diphosphines greffées par une liaison P-C sur la chaine latérale d’un aminoacide. Les mono et diphosphines dérivées d’aminoacides ont été testées en catalyse d’allylation ou d’hydrogénation asymétriques catalysées par des complexes de palladium ou de rhodium. D’un autre côté, un complexe de cis platine a été préparé à partir d'une diphosphine dérivée d'un aminoester. Ses propriétés cytotoxiques ont été testées sur des lignées cellulaires ovariennes cancéreuses A2780. Dans une seconde partie les phosphines secondaires borane d’aminoacides et de peptides ont été utilisées pour le greffage du fullerène, par hydrophosphination en transfert de phase. L’étude électrochimique du dérivé fullerène d’aminoester de benzyle, a permis d’établir que ce composé se décomposait par électrolyse, avec coupure de la liaison P-C, pour libérer le fullerène et la phosphine secondaire borane aminoester. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour la chimie des dérivés phosphines ou fullerène d'aminoacides et de peptides.

Since its introduction by Tsuji et al. in the 60s, the palladium catalyzed allylic alkylation has become a powerful tool for the construction of C-C bonds. For our part, we applied this reaction to new types of substrates, namely allyl dienol carbonates. Optimization of the reaction conditions allowed a straightforward access to α,α-disubstituted butenolides in a highly regio- and enantioselective fashion. These butenolides were then subjected to a [3,3] sigmatropic Cope rearrangement or to a reduction/oxidation sequence to afford the corresponding γ-substituted furanones or β-disubstituted γ-butyrolactones, respectively. In order to demonstrate the synthetic utility of this method, the reaction was eventually applied to the total synthesis of (−)-nephrosteranic acid and (−)-roccelaric acid. Finally, the palladium-catalyzed allylic alkylation was incorporated in a one-pot four steps sequence, including a Cope rearrangement and a nucleophilic addition to effectively afford polysubstituted furans and pyrroles. A synthetic approach of (−)-pateamine A and its analog, des-methyl-des-amino patéamine A (DMDA-pateamine A) was also studied. We managed to synthesize and couple the three fragments that constitute the macrocycle of DMDA pateamine A. The key step of the synthesis, consisting in a diene-ene ring closing metathesis, was also tested yielding the desired macrocycle. Finally, an advanced intermediate of the side chain was synthesized starting from geraniol.; La réaction d'alkylation allylique, introduite dans les années 60 par Tsuji et al., a connue un essor considérable ces dernières années. Pour notre part, nous l'avons appliquée à des substrats particuliers ; les carbonates de diénols. Une optimisation des conditions réactionnelles, a permis d'accéder à des buténolides α,α-disubstitués de manière énantiosélective. Ceux-ci ce sont révélés être des synthons particulièrement intéressants, car facilement convertibles en furanones γ substituées via un réarrangement de Cope stéréospécifique. Il a également été possible de les engager dans une séquence réactionnelle comportant une étape de réduction suivie d'une étape d'oxydation, pour obtenir les γ butyrolactones β,β-disubstituées correspondantes. L'utilité synthétique de cette méthode a également été démontrée, en l'appliquant à la synthèse totale des acides (−)-néphrostéranique et (−)-roccélarique. Enfin, cette réaction d'alkylation allylique a été intégrée dans une séquence réactionnelle monotope composée d'un réarrangement de Cope, d'une addition nucléophile et d'une déshydratation, pour accéder de manière efficace à une série de furanes et de pyrroles polysubstitués. Une approche synthétique de la (−)-patéamine A et de son analogue des-méthyle-des-amino patéamine A (DMDA-patéamine A) constitue la seconde partie de ce manuscrit. En effet, nous sommes parvenus à synthétiser et à coupler les trois fragments nécessaires à la formation du macrocycle de la DMDA-patéamine A et à effectuer la réaction clé de cyclisation par métathèse de type diène-ène. Enfin, un intermédiaire avancé de la chaine latérale a également été synthétisé à partir du géraniol.

Since its introduction by Tsuji et al. in the 60s, the palladium catalyzed allylic alkylation has become a powerful tool for the construction of C-C bonds. For our part, we applied this reaction to new types of substrates, namely allyl dienol carbonates. Optimization of the reaction conditions allowed a straightforward access to α,α-disubstituted butenolides in a highly regio- and enantioselective fashion. These butenolides were then subjected to a [3,3] sigmatropic Cope rearrangement or to a reduction/oxidation sequence to afford the corresponding γ-substituted furanones or β-disubstituted γ-butyrolactones, respectively. In order to demonstrate the synthetic utility of this method, the reaction was eventually applied to the total synthesis of (−)-nephrosteranic acid and (−)-roccelaric acid. Finally, the palladium-catalyzed allylic alkylation was incorporated in a one-pot four steps sequence, including a Cope rearrangement and a nucleophilic addition to effectively afford polysubstituted furans and pyrroles. A synthetic approach of (−)-pateamine A and its analog, des-methyl-des-amino patéamine A (DMDA-pateamine A) was also studied. We managed to synthesize and couple the three fragments that constitute the macrocycle of DMDA pateamine A. The key step of the synthesis, consisting in a diene-ene ring closing metathesis, was also tested yielding the desired macrocycle. Finally, an advanced intermediate of the side chain was synthesized starting from geraniol., La réaction d'alkylation allylique, introduite dans les années 60 par Tsuji et al., a connue un essor considérable ces dernières années. Pour notre part, nous l'avons appliquée à des substrats particuliers ; les carbonates de diénols. Une optimisation des conditions réactionnelles, a permis d'accéder à des buténolides α,α-disubstitués de manière énantiosélective. Ceux-ci ce sont révélés être des synthons particulièrement intéressants, car facilement convertibles en furanones γ substituées via un réarrangement de Cope stéréospécifique. Il a également été possible de les engager dans une séquence réactionnelle comportant une étape de réduction suivie d'une étape d'oxydation, pour obtenir les γ butyrolactones β,β-disubstituées correspondantes. L'utilité synthétique de cette méthode a également été démontrée, en l'appliquant à la synthèse totale des acides (−)-néphrostéranique et (−)-roccélarique. Enfin, cette réaction d'alkylation allylique a été intégrée dans une séquence réactionnelle monotope composée d'un réarrangement de Cope, d'une addition nucléophile et d'une déshydratation, pour accéder de manière efficace à une série de furanes et de pyrroles polysubstitués. Une approche synthétique de la (−)-patéamine A et de son analogue des-méthyle-des-amino patéamine A (DMDA-patéamine A) constitue la seconde partie de ce manuscrit. En effet, nous sommes parvenus à synthétiser et à coupler les trois fragments nécessaires à la formation du macrocycle de la DMDA-patéamine A et à effectuer la réaction clé de cyclisation par métathèse de type diène-ène. Enfin, un intermédiaire avancé de la chaine latérale a également été synthétisé à partir du géraniol.

This work deals with, at first, the synthesis of new chiral azolinium precursors to N-heterocyclic carbenes. Two families have been prepared from the L-proline. The structures of some NHC dimmers, thiones and [Rh-NHC] complexes were characterized and confirmed by different analysis methods.Secondly, these new salts were evaluated in the conjugate addition reaction of Grignard reagents to α,β-unsaturated ketones. The results obtained shown very good catalytic activity, excellent regioselectivity with moderate enantioselectivity. They were also involved in the allylic substitution reaction. Good catalytic activity was observed despite moderate regioselectivity and enantioselectivity. Finally, these azolinium salts were employed as NHC precursors for the asymmetric transfer hydrogenation of aromatic ketones. The complexes proved to be active, but non enantioselective.; Ce travail de thèse porte dans un premier temps sur la synthèse de nouveaux sels d’azolinium chiraux précurseurs de carbènes N-hétérocycliques. Deux nouvelles familles de sels ont été préparées à partir de la L-proline. Nous avons pu caractériser les NHC issus de ces sels, par la formation des dimères, des thiones et des complexes de rhodium correspondants. Dans un second temps, ces nouveaux sels d’azolinium ont été évalués dans la réaction d’addition conjuguée de réactifs de Grignard sur des cétones α,β insaturées. Les résultats ont montré de très bonnes activités catalytiques, et de très bonnes régiosélectivités. Les énantiosélectivités obtenues sont encourageantes. Ensuite, ces catalyseurs ont été engagés dans la réaction de substitution allylique. Une bonne activité catalytique a aussi été observée malgré des régiosélectivités et des énantiosélectivités modérées. Enfin, ces sels ont été employés comme précurseurs de NHC pour la réduction asymétrique de cétones aromatiques par transfert d’hydrogène. Les complexes formés se sont montrés actifs mais non énantiosélectifs.

This work deals with, at first, the synthesis of new chiral azolinium precursors to N-heterocyclic carbenes. Two families have been prepared from the L-proline. The structures of some NHC dimmers, thiones and [Rh-NHC] complexes were characterized and confirmed by different analysis methods.Secondly, these new salts were evaluated in the conjugate addition reaction of Grignard reagents to α,β-unsaturated ketones. The results obtained shown very good catalytic activity, excellent regioselectivity with moderate enantioselectivity. They were also involved in the allylic substitution reaction. Good catalytic activity was observed despite moderate regioselectivity and enantioselectivity. Finally, these azolinium salts were employed as NHC precursors for the asymmetric transfer hydrogenation of aromatic ketones. The complexes proved to be active, but non enantioselective.; Ce travail de thèse porte dans un premier temps sur la synthèse de nouveaux sels d’azolinium chiraux précurseurs de carbènes N-hétérocycliques. Deux nouvelles familles de sels ont été préparées à partir de la L-proline. Nous avons pu caractériser les NHC issus de ces sels, par la formation des dimères, des thiones et des complexes de rhodium correspondants. Dans un second temps, ces nouveaux sels d’azolinium ont été évalués dans la réaction d’addition conjuguée de réactifs de Grignard sur des cétones α,β insaturées. Les résultats ont montré de très bonnes activités catalytiques, et de très bonnes régiosélectivités. Les énantiosélectivités obtenues sont encourageantes. Ensuite, ces catalyseurs ont été engagés dans la réaction de substitution allylique. Une bonne activité catalytique a aussi été observée malgré des régiosélectivités et des énantiosélectivités modérées. Enfin, ces sels ont été employés comme précurseurs de NHC pour la réduction asymétrique de cétones aromatiques par transfert d’hydrogène. Les complexes formés se sont montrés actifs mais non énantiosélectifs.

The goal of green chemistry is to promote the research and the development of innovative chemical technologies in order to reduce the contamination of environment. Significant progress in this field has been made by using relatively non toxic transition metal and chiral ligands to catalyze enantioselective transformations. In this work, we have reported the combination of hydrogen peroxide as environmentally benign and atom-economically oxidant with water-soluble metalloporphyrins (Fe, Mn) for the asymmetric oxidation of sulfides, alkenes and C-H bonds. These catalytic systems widely studied as models of cytochrome P450, gave high enantiomeric excesses (ee up to 82%). In the other hand, we have developed carbene transfer reactions in water as « green » solvent catalyzed by water soluble iron porphyrins. This metal (Fe) has been found to overcome many limitations related to the use of other metals (Ru, Rh) in aqueous media. As an application of N-H insertion reaction, the regioselective bio-conjugation of insulin has been demonstrated with high conversion (90%).; La mission centrale de la chimie verte est d'inventer de nouveaux procédés non polluants pour remplacer les technologies peu favorables à l'environnement. L'emploi de métaux de transition relativement non toxiques en quantités catalytiques associés à des ligands chiraux a permis de réaliser une avancée dans le domaine de la synthèse asymétrique. Dans ce travail, nous avons mis en évidence la possibilité de l'utilisation du peroxyde d'hydrogène, un oxydant vert et économique, en association avec des métalloporphyrines hydrosolubles (Fe, Mn) pour effectuer des réactions d'oxydation asymétrique (sulfoxydation, époxydation et hydroxylation). Ces systèmes représentatifs d'un modèle de l'effet « shunt » des enzymes monooxygénases dérivées de la famille cytochrome P450 sont très efficaces. Ils conduisent dans certains cas à des excès énantiomériques élevés (82%). D'autre part, nous avons développé les réactions de transfert de carbènes dans l'eau (insertion N-H et cyclopropanation asymétrique) catalysées par des porphyrines de fer. L'utilisation du fer comme métal a permis de surmonter plusieurs limites souvent rencontrées avec d'autres métaux (Ru, Rh) lors des réactions de transfert de carbènes dans l'eau. Comme application de la réaction d'insertion N-H, nous avons réalisé la bio-conjugaison régiosélective de l'insuline avec une conversion très élevée (90%).

Chiral salen complexes have been intensively studied because they constitute one of the main catalyst families that can be used to prepare valuable, highly enantioenriched synthons. In line with the idea of green chemistry, one major goal is now to establish efficient procedures for the recovery and reuse of such catalysts. Several heterogenization procedures have been described that involve the modification of the salen structures through covalent grafting or non-covalent interactions with various supports. Another approach consists in the preparation of polymers from appropriately modified salen or corresponding complexes. In this context, the most common procedure involves polycondensation reactions between properly modified diamines and disalicylaldehyde derivatives.We have thus developed a polymer synthetic methodology by polycondensation of various modified disalicylaldehyde derivatives with different chiral diamines. Maldi-Tof analyses showed that the targeted polymers possessed a macrocyclic structure, named calix-salen, in a mixture of 2-, 3-, 4- and 5-mers. These new chiral calixsalen derivatives have been complexed with chromium and cobalt salts and tested as heterogeneous catalysts in asymmetric reactions (Henry Reaction, Hydrolytic Kinetic Resolution). After reduction of the imine functions, the corresponding reduced catalysts will be complexed with copper salts and tested to promote the Henry reaction for a comparison of the efficiency of both catalysts type. Their recyclability was examine.; Les complexes salen chiraux ont été intensément étudiées. En effet, Ils constituent l'une des familles de catalyseurs principaux qui peuvent être utilisés pour préparer des synthons très précieux, énantioenrichies. En accord avec l'idée de la chimie verte, l'un des principaux objectifs consiste maintenant à établir des procédures efficaces pour la récupération et la réutilisation de ces catalyseurs. Plusieurs procédures d'hétérogénéisation ont été décrits qui impliquent la modification des structures salen par des interactions covalentes greffage ou non covalente avec différents supports. Une autre approche consiste à la préparation de polymères à partir de salen modifiés ou les complexes correspondants. Dans ce contexte, la procédure la plus courante consiste à établir des réactions de polycondensation entre diamines correctement modifiés et produits dérivés disalicylaldéhyde. Nous avons ainsi développé une méthodologie polymère synthétique par polycondensation de divers dérivés disalicylaldéhydes modifiés avec différentes diamines chirales. Les analyses Maldi-Tof ont montré que les polymères ciblés possèdent une structure macrocyclique, nommé calix-salen, dans un mélange de 2-, 3-, 4- et 5-mères. Ces nouveaux dérivés chiraux calix-salens ont été complexés avec des sels de chrome et cobalt pour être testés comme catalyseurs hétérogènes dans les réactions asymétriques (réaction de Henry, dédoublement cinétique hydrolytique). Après réduction des fonctions imines, les catalyseurs réduits correspondants sont complexés avec des sels de cuivre et testés dans la réaction de Henry asymétrique transformation pour une comparaison de l'efficacité de deux catalyseurs. Leur recyclage a été examiné.

The goal of green chemistry is to promote the research and the development of innovative chemical technologies in order to reduce the contamination of environment. Significant progress in this field has been made by using relatively non toxic transition metal and chiral ligands to catalyze enantioselective transformations. In this work, we have reported the combination of hydrogen peroxide as environmentally benign and atom-economically oxidant with water-soluble metalloporphyrins (Fe, Mn) for the asymmetric oxidation of sulfides, alkenes and C-H bonds. These catalytic systems widely studied as models of cytochrome P450, gave high enantiomeric excesses (ee up to 82%). In the other hand, we have developed carbene transfer reactions in water as « green » solvent catalyzed by water soluble iron porphyrins. This metal (Fe) has been found to overcome many limitations related to the use of other metals (Ru, Rh) in aqueous media. As an application of N-H insertion reaction, the regioselective bio-conjugation of insulin has been demonstrated with high conversion (90%)., La mission centrale de la chimie verte est d'inventer de nouveaux procédés non polluants pour remplacer les technologies peu favorables à l'environnement. L'emploi de métaux de transition relativement non toxiques en quantités catalytiques associés à des ligands chiraux a permis de réaliser une avancée dans le domaine de la synthèse asymétrique. Dans ce travail, nous avons mis en évidence la possibilité de l'utilisation du peroxyde d'hydrogène, un oxydant vert et économique, en association avec des métalloporphyrines hydrosolubles (Fe, Mn) pour effectuer des réactions d'oxydation asymétrique (sulfoxydation, époxydation et hydroxylation). Ces systèmes représentatifs d'un modèle de l'effet « shunt » des enzymes monooxygénases dérivées de la famille cytochrome P450 sont très efficaces. Ils conduisent dans certains cas à des excès énantiomériques élevés (82%). D'autre part, nous avons développé les réactions de transfert de carbènes dans l'eau (insertion N-H et cyclopropanation asymétrique) catalysées par des porphyrines de fer. L'utilisation du fer comme métal a permis de surmonter plusieurs limites souvent rencontrées avec d'autres métaux (Ru, Rh) lors des réactions de transfert de carbènes dans l'eau. Comme application de la réaction d'insertion N-H, nous avons réalisé la bio-conjugaison régiosélective de l'insuline avec une conversion très élevée (90%).

This manuscript concerns the development of electrophilic systems, involving gold and platinum π-Lewis acids or halogenium ions and their involvement in C-C triple bond (stereoselective enyne cycloisomerization reactions in the presence or in the absence of an external nucleophile and halocarbocyclization reactions) and C-H bond (acyloxylation reactions of hindered arenes) activation processes. The use of a catalytic system which consists in a binuclear gold (I) complex possessing the diphosphine (R)-4-MeO-3,5-(t-Bu)2C6H2-MeOBIPHEP and a silver salt gives access to methylenecyclopentane derivatives in the presence of an external nucleophile and to bicyclo[4.1.0]heptenes with excellent enantiomeric excesses. This method has been applied to the formal synthesis of the antidepressive agent GSK1360707F. The development of a combinatorial method allowed the fast screening of bidentate ligands/monodentate ligands/Pt systems for stereoselective hydroarylation/cyclization reactions. This methodology has been applied to the screening of ligand combinations for the synthesis of bicyclo[3.1.0]hexanones via a 1,5-enyne cycloisomerization reaction. Switching the metallic complexes with halogenium ions has been realized for halocarbocyclization of 1,5-enynes. Functionalized iodocyclopentenes were synthesized in the presence of NIS in good yields. This method has been applied to a novel approach of constraint analogues of Combretastatin A4. The activation of sp² C-H bonds with (Ph3P)AuCl in the presence of an hypervalent iodine oxidant made possible the direct acetoxy- and acycloxylation of hindered aromatic rings with moderate to good yields., Ce manuscrit présente le développement de systèmes électrophiles mettant en jeu des complexes π-acides de Lewis à base d'or ou de platine et des ions halogéniums et leur application dans des processus d'activation de triples liaisons C-C (réactions de cycloisomérisation stéréosélective d'ènynes en présence ou en l'absence d'un nucléophile externe et réactions d'halocarbocyclisation) et de liaisons C-H (réactions d'acyloxylation d'arènes encombrés). L'emploi d'un système catalytique composé d'un complexe bimétallique d'or portant un ligand chiral (R)-4-MeO-3,5-(t-Bu)2C6H2-MeOBIPHEP et d'un sel d'argent a permis d'accéder à des dérivés méthylènecyclopentane en présence de nucléophiles externes et à des bicyclo[4.1.0]heptènes avec d'excellents excès énantiomériques. La méthode développée a pu être appliquée à la synthèse formelle d'une molécule pharmaceutique possédant des propriétés antidépressives : GSK1360707F. Le développement d'une méthodologie combinatoire a permis de rechercher rapidement des systèmes ligand bidente/ligand monodente/Pt permettant de réaliser ces transformations de manière stéréosélective. Cette méthode a également été utilisée pour rechercher des associations de ligands pour la synthèse de bicyclo[3.1.0]hexanones par cycloisomérisation d'ènynes-1,5. Le remplacement d'un complexe cationique par un ion halogénium a été étudié pour des réactions d'halocarbocyclisation et a permis de synthétiser des iodocyclopentènes fonctionnalisés par iodocyclisation en présence de N-iodosuccinimide. Cette méthode a pu être appliquée à l'approche synthétique d'un analogue contraint de la Combrétastatine A4. L'activation de liaisons C-H sp² grâce au complexe (Ph3P)AuCl en présence d'un oxydant de la famille des hypervalents de l'iode a permis de réaliser des réactions d'acétoxylation et d'acyloxylation de noyaux aromatiques encombrés avec des rendements modestes à bons.