Thèses sur le sujet « Au-catalyzed »

Thesis advisor: Chia-kuang Frank Tsung
Pt-based alloy and core-shell nanoparticles have been intensively studied to regulate its size and shape. It has known that these nanoparticles show enhanced catalytic activity in various important fields such as heterogeneous catalysis, and electrochemical energy storage including fuel cells and metal-air batteries. Here, we report a facile hydrothermal synthesis of sub-10 nm PdPt alloy and sub-20 nm Au@PdPt core-shell structures. By using a mild reducing agent in aqueous solution, metal precursors are co-reduced. Specific gases are introduced during the synthesis to optimize the reaction conditions. The PdPt alloy and Au@PdPt core-shell nanostructures were characterized and confirmed by TEM, HRTEM, EDS, ICP-OES and XRD. The resulting PdPt and Au@PdPt particles are monodispersed single crystalline and octahedral shape enclosed by (111) facets. The electrocatalytic activity for the oxidation of formic acid was tested. It was found that the catalytic activity toward the formic acid oxidation of Au@PdPt core-shell particles were much higher than those of PdPt alloy particles. In addition, Pt-rich compositions were the most active in both PdPt alloy and Au@PdPt core-shell nanoparticles. Further studies on thinner alloy-shell core-shell nanoparticles reveal that there is a volcano-curve relationship between the lattice strain strength related to alloy-shell thickness and the catalytic performance. It is proposed that there are three key parameters that can determine the catalytic activity: the alloy composition, the presence of the gold core, and the thickness of alloy-shell
Thesis (MS) — Boston College, 2012
Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences
Discipline: Chemistry

In this work we presented several aspects regarding the possibility to use readily available propargylic alcohols as acyclic precursors to develop new stereoselective [Au(I)]-catalyzed cascade reactions for the synthesis of highly complex indole architectures. The use of indole-based propargylic alcohols of type 1 in a stereoselective [Au(I)]-catalyzed hydroindolynation/immiun trapping reactive sequence opened access to a new class of tetracyclic indolines, dihydropyranylindolines A and furoindolines B. An enantioselective protocol was futher explored in order to synthesize this molecules with high yields and ee. The suitability of propargylic alcohols in [Au(I)]-catalyzed cascade reactions was deeply investigated by developing cascade reactions in which was possible not only to synthesize the indole core but also to achieve a second functionalization. Aniline based propargylic alcohols 2 were found to be modular acyclic precursors for the synthesis of [1,2-a] azepinoindoles C. In describing this reactivity we additionally reported experimental evidences for an unprecedented NHCAu(I)-vinyl specie which in a chemoselective fashion, led to the annulation step, synthesizing the N1-C2-connected seven membered ring. The chemical flexibility of propargylic alcohols was further explored by changing the nature of the chemical surrounding with different preinstalled N-alkyl moiety in propargylic alcohols of type 3. Particularly, in the case of a primary alcohol, [Au(I)] catalysis was found to be prominent in the synthesis of a new class of [4,3-a]-oxazinoindoles D while the use of an allylic alcohol led to the first example of [Au(I)] catalyzed synthesis and enantioselective functionalization of this class of molecules (D*). With this work we established propargylic alcohols as excellent acyclic precursor to developed new [Au(I)]-catalyzed cascade reaction and providing new catalytic synthetic tools for the stereoselective synthesis of complex indole/indoline architectures.
In questo lavoro di tesi abbiamo presentato diversi aspetti riguardanti la possibilità di utilizzare alcoli propargilici come precursori aciclici nello sviluppo di nuove reazioni a cascata stereoselettive [Au(I)] catalizzate per la sintesi di architetture indoliche altamente funzionalizzate. Alcoli propargilici su base indolica di tipo 1, sono stati utilizzati per sviluppare un processo a cascata per la sintesi di una nuova classe di indoline tetra cicliche, diidropiranilindoline A e furoindoline B. Un protocollo enantioselettivo è stato successivamente studiato per la sintesi di tali strutture con buone rese ed elevati eccessi enantiomerici. Diversi alcoli propargilici sono stati studiati nello sviluppare reazioni a cascata [Au(I)] catalizzate per la sintesi e funzionalizzazione di anelli indolici. Precursori su base anilinica di tipo 2, si sono rivelati essere precursori di eccellenza per la sintesi di [1,2-a]-azepino-indoli di tipo C. Nel descrivere quest’ultima reattività abbiamo riportato evidenze sperimentali di una nuova specie [Au(I)]-carbenica in grado di dirigere la chiusura dell’anello a sette termini in maniera altamente chemoselettiva. La flessibilità chimica degli alcoli propargilici è stata infine studiata cambiata la natura dell’intorno chimico con differenti gruppi N-alchilati in precursori di tipo 3. Utilizzando come catena un alcol primario, la selettività della reazione si è dimostrata completamente rivolta verso la sintesi della classe dei [4,3-a]-ossazino-indoli D, mentre utilizzando alcoli allilici abbiamo riportato il primo esempio di sintesi e funzionalizzazione enantioselettiva [Au(I)]catalizzata, di questa classe di molecole (D*). Concludendo, in questo lavoro abbiamo stabilito gli alcoli propargilici, essere precursori d’eccezione in reazioni a cascata Au(I) catalizzate riportando nuovi strumenti sintetici per la sintesi stereo selettiva di architetture indoliche ed indoliniche estremamente complesse.

In this work we presented several aspects regarding the possibility to use readily available propargylic alcohols as acyclic precursors to develop new stereoselective [Au(I)]-catalyzed cascade reactions for the synthesis of highly complex indole architectures. The use of indole-based propargylic alcohols of type 1 in a stereoselective [Au(I)]-catalyzed hydroindolynation/immiun trapping reactive sequence opened access to a new class of tetracyclic indolines, dihydropyranylindolines A and furoindolines B. An enantioselective protocol was futher explored in order to synthesize this molecules with high yields and ee. The suitability of propargylic alcohols in [Au(I)]-catalyzed cascade reactions was deeply investigated by developing cascade reactions in which was possible not only to synthesize the indole core but also to achieve a second functionalization. Aniline based propargylic alcohols 2 were found to be modular acyclic precursors for the synthesis of [1,2-a] azepinoindoles C. In describing this reactivity we additionally reported experimental evidences for an unprecedented NHCAu(I)-vinyl specie which in a chemoselective fashion, led to the annulation step, synthesizing the N1-C2-connected seven membered ring. The chemical flexibility of propargylic alcohols was further explored by changing the nature of the chemical surrounding with different preinstalled N-alkyl moiety in propargylic alcohols of type 3. Particularly, in the case of a primary alcohol, [Au(I)] catalysis was found to be prominent in the synthesis of a new class of [4,3-a]-oxazinoindoles D while the use of an allylic alcohol led to the first example of [Au(I)] catalyzed synthesis and enantioselective functionalization of this class of molecules (D*). With this work we established propargylic alcohols as excellent acyclic precursor to developed new [Au(I)]-catalyzed cascade reaction and providing new catalytic synthetic tools for the stereoselective synthesis of complex indole/indoline architectures.
In questo lavoro di tesi abbiamo presentato diversi aspetti riguardanti la possibilità di utilizzare alcoli propargilici come precursori aciclici nello sviluppo di nuove reazioni a cascata stereoselettive [Au(I)] catalizzate per la sintesi di architetture indoliche altamente funzionalizzate. Alcoli propargilici su base indolica di tipo 1, sono stati utilizzati per sviluppare un processo a cascata per la sintesi di una nuova classe di indoline tetra cicliche, diidropiranilindoline A e furoindoline B. Un protocollo enantioselettivo è stato successivamente studiato per la sintesi di tali strutture con buone rese ed elevati eccessi enantiomerici. Diversi alcoli propargilici sono stati studiati nello sviluppare reazioni a cascata [Au(I)] catalizzate per la sintesi e funzionalizzazione di anelli indolici. Precursori su base anilinica di tipo 2, si sono rivelati essere precursori di eccellenza per la sintesi di [1,2-a]-azepino-indoli di tipo C. Nel descrivere quest’ultima reattività abbiamo riportato evidenze sperimentali di una nuova specie [Au(I)]-carbenica in grado di dirigere la chiusura dell’anello a sette termini in maniera altamente chemoselettiva. La flessibilità chimica degli alcoli propargilici è stata infine studiata cambiata la natura dell’intorno chimico con differenti gruppi N-alchilati in precursori di tipo 3. Utilizzando come catena un alcol primario, la selettività della reazione si è dimostrata completamente rivolta verso la sintesi della classe dei [4,3-a]-ossazino-indoli D, mentre utilizzando alcoli allilici abbiamo riportato il primo esempio di sintesi e funzionalizzazione enantioselettiva [Au(I)]catalizzata, di questa classe di molecole (D*). Concludendo, in questo lavoro abbiamo stabilito gli alcoli propargilici, essere precursori d’eccezione in reazioni a cascata Au(I) catalizzate riportando nuovi strumenti sintetici per la sintesi stereo selettiva di architetture indoliche ed indoliniche estremamente complesse.

Ces travaux de thèse nous ont permis de mettre au point différentes voies de synthèse de systèmes polycycliques complexes tels que des fenestradiènes et des cyclooctatriènes, par réactions en cascades palladocatalysées. Celles-ci débutent par une réaction de cyclocarbopalladation 4-exo-dig et est suivie par un couplage de Sonogashira. Dans des conditions adéquates, une réaction d'addition d'alcyne sur une triple liaison a ensuite lieu et [permet] d'accéder à un intermédiaire de type tétraène, dont les quatre doubles liaisons conjuguées permettent au système de subir spontanément une électrocyclisation à huit électrons. Sous contrôle des conditions d'irradiation, une réaction supplémentaire d'élecrocyclisation à six électrons re s'effectue alors. Plusieurs exemples de [4.6.4.6] fenestradiènes, ainsi que des cyclooctatriènes 6-4-8 et 7-4-8 comportant des différents substituants ont ainsi été synthétisés, en partant du même substrat de départ de structure relativement simple et en utilisant des réactifs et catalyseurs courants. Notre étude souligne notamment la remarquable régiosélectivité de la réaction d'addition d'alcyne qui se déroule lors de cette cascade réactionnelle catalysée au palladium.

Doctor of Philosophy
Department of Chemistry
Duy H. Hua
Small molecules are of great importance in drug discovery currently. The first three chapters discussed the design, synthesis and bio-evaluation of three different classes of small molecules and exploration of their biological targets. Triacsin C analogs were designed as long chain fatty acyl-CoA synthetase (ACSL) inhibitors for attenuating ischemia and reperfusion (I/R) injury. Oxadiazole derivatives were designed as T-type calcium channel inhibitors, which have potential application in the treatment of seizure and epilepsy. Tricyclic pyrone derivatives were reported as anti-Alzheimer lead compounds in previous research done by the Hua group. TP70 and CP2 were synthesized to explore their pharmacokinetics properties. Chapter 4 described chiral-substituted poly-N-vinylpyrrolidones (CSPVP) supported Cu/Au nanoclusters mediation of cyclization reaction of 5-substituted nona-1,8-dien-5-ols. A five-member cyclized lactone possessing a stereogenic tetrasubstituted carbon center was formed in a one-step Cu/Au nanoclusters-hydrogen peroxide oxidation reaction. This developed a novel and simple method to synthesize tetrasubstituted carbon stereogenic center. Drawbacks of the method in my initial study were low reaction yield and moderate enantioselectivity. The chemical yield and enantioselectivity have been significantly improved by introducing bulkier substitution in C3 and C4 positions of CSPVP according to the updates of ongoing research.

Cette thèse est constituée de trois parties : 1) Le contexte bibliographique, 2) le développement de réactions domino cupro-catalysées et 3) une approche vers la synthèse totale des raputindoles.La première partie introduit d’abord le concept de réactions domino ainsi que leurs applications, puis les réactions catalysées par du cuivre permettant de former des liaisons C-N sont passées en revue en incluant les couplages de Ullmann, Goldberg et de Chan-Lam, les séquences d’activation oxydante de liaisons C-H/formation de liaison C-N, l’insertion de nitrènes et l’hydroamination de liaisons C-C multiples. En se basant sur ces réactions élémentaires permettant de former une liaison C-N unique, les développements récents de réactions domino sont ensuite détaillés.La deuxième partie peut être subdivisée en 3 sections : 1) la synthèse de benzimidazoles, 2) la synthèse d’imidazoles and 3) la synthèse de guanidines. Un rappel des méthodes existantes pour la synthèse de ces motifs est proposé dans chaque section. Notre travail, basé sur la formation de liaisons C-N multiples selon une séquence cupro-catalysée domino, est ensuite détaillé. Celui-ci nous a permis d’aboutir au développement de voies d’accès aux benzimidazoles, en utilisant une réaction séquentielle catalysée par du cuivre en présence d’oxygène à partir d’acides boroniques et d’amidines, à la synthèse d’imidazoles par une réaction de di-amination d’alcynes vrai par des amidines et à l’obtention de guanidines et de 2-aminobenzimidines par une réaction à 3 composant. Ces réactions domino montrent une bonne efficacité et permettent d’assembler des hétérocycles à partir de précurseurs aisément accessibles.La dernière partie est consacrée à la synthèse des raputindoles. La structure, les activités et les réactions clé pour la construction de ces alcaloïdes sont discuté d’abord, nous amenant à proposer une rétrosynthèse pour accéder à ces molécules. Les réactions qui ont retenues notre attention pour construire ces molécules sont une annelation [3+2] irido-catalysée d’acides o-formylarylboronique et de 1,3-diènes, la synthèse de Leimgruber-Batcho pour obtenir des indoles et une séquence d’alkylboration-protodéboration. A partir de cela 3 stratégies ont été évaluées, montrant que l’accès à ce type de composé naturel est envisageable en combinant ces étapes
This thesis consists in three parts: bibliographic background, copper-catalyzed reactions for synthesis of N-containing compounds, approach to the synthesis of raputindoles.The first part introduces the domino reactions and their applications, then, copper-mediated reactions for construction of C-N bond formation are reviewed including Ullmann, Goldberg and Chan-Lam coupling, oxidative C-H activation/C-N formation, insertion of nitrenes and carbenoids, and hydroamination of multi-C-C bonds. This can be used as guides to design domino reaction. Following these copper-mediated single C-N bond formation reactions, recent developments of copper-catalyzed domino reactions for synthesis of heterocycles are described.The second part can be divided into three sections: 1) synthesis of benzimidazoles, 2) synthesis of imidazoles and 3) synthesis of guanidines. Each section summarizes the existing methods used for their synthesis. Following it, our synthetic work involving copper-catalyzed C-N bond formation domino reactions is discussed in detail. Our objectives include the synthesis of benzimidazoles through copper-catalyzed sequential reaction of benzamidines and boronic acids, synthesis of imidazoles via copper-catalyzed domino reaction of benzamidines and acetylenes, and synthesis of guanidines and 2-aminobenzimidazoles by Cu-catalyzed three-component reaction of cyanamides, boronic acids and amines. These copper-catalyzed domino reactions show high efficiencies from readily available and simple starting materials.The last part is about the total synthesis of raputindoles. The structure and bioactivities of raputindoles and key reactions for the total synthesis of raputindoles are introduced first, the synthetic strategies are then proposed on basis of relative synthetic methods. The key reactions we use for the synthesis of raputindoles are iridium catalyzed [3+2] annulation of o-formylarylboronic acids and 1,3-dienes, Leimgruber-Batcho indole synthesis, transition-metal catalyzed SN2 substitution and alkylborylation-protondeborylation. According to the three strategies we proposed, lots of relative reactions were investigated. The results show that it is possible to synthesize the raputindole molecules based on the iridium catalyzed [3+2] annulation of 2-formylarylboronic acids and 1,3-dienes

The aim of this thesis is to understand the dynamics of the nucleation and growth of III-V semiconductor nanowires and associated heterostructures grown by chemical beam epitaxy. These nanowires represent well-controlled and high quality materials suitable for both fundamental physics and applications in optical and electronic devices. The first part of the thesis investigates growth recipes to obtain Au-catalyzed InAs NWs with controlled morphology. Good control of NW length and diameter distributions has been achieved by a systematic study of two different Au deposition techniques: Au thin film deposition and colloidal dispersion. Triggered by the issues of Au contamination and CMOS compatibility, the second part of the thesis is dedicated to the investigation of the nucleation and growth mechanisms of Au-free InAs NWs on Si (111) substrates. A thorough analysis of the silicon substrate preparation is conducted and an optimized silicon surface for the nucleation of Au-free nanowires is identified. We show that the silicon surface can be modified by in situ and ex situ parameters allowing us to control the density of NWs. Growth conditions were established for growing InAs NWs either by catalyst-free or self-catalyzed mechanisms on Si (111). The catalyst-free growth proceeds in the vapor-solid growth mechanism without the use of any catalyst particle while the self-catalyzed growth proceeds in the vapor-liquid-solid mechanism involving a liquid In droplet. Growth models are proposed in order to interpret the experimental findings. The third part of the thesis concerns the growth of axial and radial (core-shell) heterostructured NWs. Nanowire heterostructures combining either highly lattice mismatched materials (GaAs and InAs) or almost lattice matched materials (InAs and GaSb) are investigated. GaAs/InAs and InAs/GaAs axial heterostructures are grown by Au-catalyzed method. Here, it is demonstrated that the catalyst composition, rather than other growth parameters, as postulated so far, controls the growth mode and the resulting NW morphology. We have also explored the growth of core-shell InAs/GaSb heterostructures by catalyst-free mechanism. The morphology and structural properties of InAs/GaSb core-shell heterostructures are optimized to fabricate Esaki tunnel diodes exploiting their broken-gap band alignment.

2007/2008
This thesis is devoted to the study of the growth of III-V nanowires (NWs) by catalyst assisted and catalyst free molecular beam epitaxy (MBE). The nanostructures have been routinely characterized by scanning electron microscopy (SEM) and, to a minor extent by transmission electron microscopy (TEM). X-ray photoemission spectroscopy (XPS), scanning photoemission microscopy (SPEM), extended X-ray absrorption fi ne structure analysis (EXAFS), photoluminescence (PL) and trans- port measurements have given an important contribution on specifi c topics. The first section of this thesis reports on GaAs, InAs, and InGaAs NWs growth by Au assisted MBE. A substrate treatment is proposed that improves uniformity in the NWS morphology. Thanks to a careful statistical analysis of the NWs shape and dimensions as a function of growth temperature and duration, evidence is found of radial growth of the NWs taking place together with the axial growth at the tip. This eff ect is interpreted in term of temperature dependent diff usion length of the cations on the NWs lateral surface. The control of the NWs radial growth allowed to grow core shell InGaAs/GaAs NWs, displaying superior optical quality. A new procedure is proposed to protect NWs surface from air exposure. This procedure allowed to perform ex-situ SPEM studies of electronic properties of the NWs. The second part of this thesis is devoted to Au-free NWs growth. GaAs and InAs NWs were successfully grown for the first time using Mn as catalyst. Incorporation of Mn in the NW is studied using EXAFS technique. It is shown that Mn atoms are incorporated in the body of GaAs NWs. Use of low growth temperature is suggested in order to improve the Mn incorporation inside GaAs NWs and obtain NWs with magnetic properties. Finally, growth of GaAs and InAs NWs on cleaved Si subtrate is demonstrated without the use of any outside metal catalyst. Two kinds of nanowires have been obtained. The experimental findings suggest that the two types of nanowires grow after di fferent growth processes.
Questa tesi e' dedicata allo studio della crescita di nanofili di semiconduttori III- V tramite epitassia da fasci molecolari (MBE) assistita da catalizzatore e senza l'uso di catalizzatori. Le nanostrutture sono state caratterizzate sistematicamente tramite microscopia elettronica a scansione (SEM), e in maniera minore microscopia elettronica in trasmissione (TEM). Altre tecniche come la spettroscopia di fotoemissione da raggi x (XPS), la microscopia da fotoemissione in scansione (SPEM), la spettroscopia di assorbimento x (in particolare la extended X-ray absorpition fine structure analysis (EXAFS)) la fotoluminescenza (PL), e il trasporto elettrico hanno dato importanti contributi su problematiche specifiche. La prima parte di questa tesi riguarda la crescita di nanofili di GaAs, InAs e InGaAs tramite MBE assistita da oro. Viene proposto un trattamento del substrato che migliora nettamente l'omogeneita' morfologica dei nanofili. Grazie ad un'attenta analisi statistica della forma e delle dimensioni dei nanofili in funzione della temperatura e del tempo di crescita e' stata dimostrata la crescita radiale dei nanofili, che avviene insieme alla crescita assiale che ha luogo alla punta del nanofilo. Le osservazioni sperimentali sono state interpretate in termini di dipendenza dalla temperatura della lunghezza di diffusione dei cationi sulle super ci laterali dei nanofili. Il controllo della crescita radiale ha permesso di crescere nanofili di InGaAs/GaAs core shell, costituiti cioe' da una anima centrale di InGaAs (core) e uno strato esterno di GaAs (shell) , che hanno dimostrato eccellente qualita' ottica. Viene quindi proposta una nuova procedura per proteggere la super ficie dei nanofili durante l'esposizione all'aria. Grazie a questa e' stato possibile realizzare ex-situ uno studio SPEM delle proprieta' elettroniche dei nanofili. La seconda parte della tesi riguarda la crescita di nanofili senza l'uso di oro. Viene per la prima volta dimostrata la possibilita' di crescere nanofili di GaAs e InAs usando il manganese come catalizzatore. L'incorporazione del Mn come impurezza nei nanofili e' stata studiata tramite EXAFS. Le misure hanno dimostrato che atomi di Mn sono effettivamente incorporate nel corpo dei nano fili. La crescita delle nanostrutture a temperatura piu' bassa potrebbe migliorare qualitativamente l'incorporazione del Mn e permettere la crescita di nanofili con proprieta' magnetiche. Viene in fine dimostrata la crescita di nanofili di GaAs e di InAs senza l'utilizzo di materiali diversi da quelli costituenti il semiconduttore. Tale risultato e' ottenuto su superfici sfaldate di silicio. Sono state osservate nanostrutture di due tipi, che sulla base dei dati sperimentali sembrano essere dovuti a due diversi meccanismi di crescita.
XXI Ciclo
1977

Cette thèse portait sur l’utilisation des complexes de cobalt de basse valence bien définis tel HCo(PMe3)4/HCoN2(PPh3)3 ainsi que les complexes haute valence de la famille des Cp*Co(III) stables à l’air, et leurs applications en activation de liaisons R–H (R = B, C, Si). Premièrement, nous avons utilisé avec succès le complexe HCo(PMe3)4 pour catalyser l'hydroboration et la diboration régio- et setéréosélective d’alcynes. De plus, nous avons étendu cela à la silaboration d'alcyne. Ensuite, nous avons démontré que les complexes HCo(PMe3)4 et HCoN2(PPh3)3 permettaient l’ hydrogénation stéréo-divergente d’alcynes and fonction du complexe utilisé . Enfin, nous avons exploré l'application des complexes de type Cp*Co(III) stables avec des additifs de type acides chiraux en fonctionnalisation asymétrique de liaisons C–H. De plus, nous avons commencé la synthèse du complexe chiraux de type Cp*Co(III), ou le Cp est cette fois chiral
This thesis was focused on well-defined low-valent cobalt complexes HCo(PMe3)4/HCoN2(PPh3)3, the bench stable family Cp*Co(III) of complexes and their applications in R–H activation (R = B, C, Si). First, we successfully used the HCo(PMe3)4 complex to catalyze regio- and stereo-selective hydroboration and diboration of alkynes. In addition, we exploited the HCo(PMe3)4 complex to catalyze silaboration of alkyne. Then, we demonstrated that the HCo(PMe3)4 complex and HCoN2(PPh3)3 complex were useful in the stereo-divergent hydrogenation of alkynes. Finally, we explored the application of the bench- stable Cp*Co(III) together with chiral additives in asymmetrical C–H bond functionalization. In addition, we conducted the elementary exploitation in synthesis of chiral Cp*Co(III) complexes

En raison de leur grande performance, leur prix peu élevé, et leur abondance sur la terre, les catalyseurs de fer ont été choisis pour être testés dans trois différentes transformations de la chimie organique. Le premier projet concerne les réactions asymétriques de Diels-Alder catalysées par Fe⁺¹¹¹ et le ligand bipyridine chiral à des dérivés α, β-insaturés de l’oxazolidin-2-one. Dans un premier temps, nous avons testé différents solvants, diverses quantités en catalyseur, temps de réaction variés et divers sels de fer tels que Fe(ClO₄)₂·6H₂O, Fe(ClO₄)₂·6H₂O, Fe(OTf)₃, Fe(OTf)₂, FeCl₂, FeCl₃, FeBr₃ et FeI₃. Nous avons constaté que 2 mol% de Fe(ClO₄)₃·6H₂O, 2.4 mol% de ligand bipyridine chiral utilisés à –30 °C dans CH₃CN, conduisait à un très bon rendement (99%) et à un bon excès énantiomérique (98%) pour la réaction entre le cyclopentadiène et la 3-alcénoyl-1,3-oxazolidin-2-one. Ensuite, un grand nombre de diénophiles et de diènes moins réactifs ont été testés. Globalement, moins de 10 mol% de catalyseur a été utilisé. L’avantage de ce projet est de pouvoir réaliser la réaction à une température modérée, utiliser de très faibles quantités de catalyseur, obtenir de très bons rendements et d’excellentes énantiosélectivités, et avec une large gamme de substrats. Par la suite, les catalyseurs de fer ont été appliqués aux additions de thia-Michael par deux approches différentes. La première consiste en additions de thia-Michael catalysées par Fe(OTf)₂ dans l’éthanol à température ambiante. Cette méthode permet aux additions de thia-Michael d'être catalysées par un sel de fer vert et beaucoup plus écologique, en quantité catalytique (5 mol% de Fe(OTf)₂), dans un solvant couramment utilisé, EtOH, à température douce, et à atmosphère ambiante. L’avantage de cette réaction a été démontré en l’appliquant à différents accepteurs de Michael et à des thiols aliphatiques et aromatiques. La deuxième méthode consiste en des additions de thia-Michael, catalysées par Fe(OTf)₂ dans le 2-Me-THF, qui est en accord avec les principes de chimie verte en utilisant un sel de vert, Fe(OTf)₂, et un solvant vert 2-Me-THF à température ambiante ou à 50 °C sous air. Le dernier projet est l'allylation asymétrique catalysée par le Fe(OTf)₂ portant un ligand chiral. Avec l'étude d'une variété de ligands chiraux, nous avons sélectionné 5 mol% de Fe(OTf)₂ et 6 mol% de ligand Pybox qui ont catalysé la réaction avec un bon rendement (70%) et 32% d'excès énantiomérique. 20 mol% de TMSCl se sont avérés essentiels pour l'efficacité de la réaction
Iron catalysts are employed in three different organic transformations owing to their advantages: environmental friendliness, being less expensive and abundant on the Earth. The first project deals with asymmetric Diels-Alder reactions of α, β-unsaturated oxazolidin-2-one derivatives catalyzed by Fe¹¹¹ and a chiral bipyridine ligand. In order to obtain the optimized reaction conditions, we screened different solvents, catalyst loading, various reaction times and a variety of iron salts such as Fe(ClO₄)₂·6H₂O, Fe(ClO₄)₂·6H₂O, Fe(OTf)₃, Fe(OTf)₂, FeCl₂, FeCl₃, FeBr₃ and FeI₃. As a result, the reaction between cyclopentadiene and 3-alkenoyl-1,3-oxazolidin-2-one was carried out at –30 °C in CH₃CN in 1.5 h, with Fe(ClO₄)₃·6H₂O (2 mol%) complexed with the chiral bipyridine ligand (2.4 mol%) as catalyst, providing an excellent yield (99%) and an excellent enantiomeric excess (98%). Decreased enantioselectivities were observed for less-reactive dienes. Overall, less than 10 mol% of catalyst loading was employed. The great advantages of this project are the mild reaction temperature, very low catalyst loading, excellent yields and enantioselectivities and the applicability to a wide scope of substrates. Meanwhile, iron catalysts were used in thia-Michael additions by two different approaches. The first one is about thia-Michael additions catalyzed by Fe(OTf)₂ in EtOH at room temperature. This green method allows the thia-Michael additions to be catalyzed by a green iron salt (5 mol% of Fe(OTf)₂), a green and commonly used solvent EtOH at room temperature under ambient atmosphere. The generality of this reaction was demonstrated by applying it to different Michael acceptors, and to aromatic and aliphatic thiols. The second method is about thia-Michael additions catalyzed by Fe(OTf)₂ in 2-Me-THF, which is in agreement with the green chemistry principles by using a green Fe(OTf)₂ and a green solvent 2-Me-THF at room temperature or 50 °C under air atmosphere. The last project is about asymmetric allylation reactions catalyzed by Fe(OTf)₂ using a chiral ligand. With the study of a variety of chiral ligands, we selected 5 mol% of Fe(OTf)₂ and 6 mol% of Pybox ligand which catalyzed the reaction in good yield (70%) and 32% of ee. The utilization of 20 mol% of TMSCl is essential for the effectiveness of the reaction

Aujourd’hui les médecins disposent de nombreuses techniques d’imagerie médicale afin d’établir des diagnostics précis et précoces. Cependant, chacune de ces techniques possède ses propres avantages et inconvénients. C’est pourquoi, l’utilisation de méthodes bi- ou multi-modales paraît intéressante. Parmi celles-ci, la combinaison TEP/IRM permet d’apporter des informations complémentaires. Il est alors nécessaire d’injecter aux patients un traceur adapté à chacune de ces modalités. Ce travail de thèse a donc consisté à synthétiser des plateformes moléculaires « universelles » utilisables pour l’imagerie IRM et TEP selon deux stratégies. La première a consisté en la synthèse d’une molécule composée d’un macrocycle de type DO3A permettant à la fois la chélation d’un atome de gadolinium pour l’IRM mais aussi d’un atome de gallium 68 pour la TEP. L’idée étant, afin d’avoir une sonde bimodale, de réaliser un mélange des deux composés. La seconde stratégie a été de synthétiser une unique molécule pouvant être marquée à la fois par du gadolinium pour l’IRM et par un atome de fluor 18 pour la TEP. Afin de pouvoir cibler un phénomène physiopathologique donné, l’idée de ces plateformes est de pouvoir introduire de manière simple et versatile une biomolécule. La chimie « click » semble être une méthode particulièrement attractive pour pouvoir réaliser cet objectif. Cependant, cette réaction, habituellement catalysée au cuivre est difficilement applicable sur ce genre de plateforme du fait de l’affinité du cuivre pour le macrocycle DO3A. Ce problème a donc été contourné par utilisation de la réaction de chimie « click » catalysée par des complexes de ruthénium afin d’avoir accès aux deux plateformes macrocycliques
Today physicians can use a wide variety of medical imaging techniques to establish early and accurate diagnosis. Nevertheless, each modality has its own advantages and drawbacks. This is why bi- or multimodality approach seems interesting. Among them, PET/MRI combination seems very promising because it can bring complementary informations. It is therefore necessary to inject to patients tracers specific to each imaging modality. This work described the synthesis of molecular platforms for MRI and PET imaging, according to 2 different strategies. The first one consisted in the synthesis of a DO3A macrocycle allowing the chelation of both gadolinium for MRI and gallium 68 for PET. The aim here is to have a bimodal probe, with a mixture of each compound. The second strategy was the preparation of a single molecule that can be simultaneously labeled by both gadolinium for MRI and fluorine 18 for PET. The final goal is to introduce onto these platforms a biomolecule in a versatile and easy way, to be able to target a specific pathophysiological process. ‘‘Click’’ chemistry seems to be an attractive methodology to achieve this goal. However, this reaction, usually catalyzed with copper is not suitable to DO3A macrocyles due to the copper affinity with those azamacrocycles. This issue has been circumvent by the use of ruthenium catalyzed ‘‘click’’ chemistry. We were then able to access to both macrocycles platforms

Dans cette thèse, nous avons démontré que le complexe Ru(CO₂R)₂(p-cymene) généré in situ à partir de [RuCl₂(p-cymene)]₂ et de KCO₂R était un excellent catalyseur pour l'ortho-fonctionnalisation de liaisons C-H d'arenes contenant un hétérocycle pyridine, oxazoline ou pyrazole. Ces réactions se font à partir de dérivés chlorés généralement peu réactifs et en présence de K₂CO₃ comme base. Les réactions ont été effectuées dans le dimethyl carbonate (DEC) ou dans l'eau comme solvants au lieu de la N-methylpyrrolidone (NMP), le solvant de choix pour ce type de réactions. Il a ainsi été démontré que les catalyseurs sont plus actifs dans l'eau que dans la NMP. Nous avons également mis en évidence un nouveau catalyseur basé sur l'utilisation de [RuH(codyl)₂]BF₄/2KY(KY: KOAc, KOPiv, KPI) dans lequel Y favorise le cleavage initial de la liaison C-H. L'oléfination déshydrogénante de N-aryl pyrazoles par le styrène ou les alkyls acrylates catalysée par le complexe Ru(OAc)₂(p-cymene) en présence d'une quantité catalytique ou stœchiométrique de Cu(OAc)₂H₂O est aussi présentée. Cette réaction s'effectue à l'air et nécessite l'utilisation d'acide acétique comme solvant. Une nouvelle méthode de synthèse du produit d'homocouplage oxydant de la N-phenylpyrazole est également présentée
In this doctoral thesis, we have shown that Ru(CO₂R)₂(p-cymene) catalyst the insitu generated from [RuCl₂(p-cymene)]₂ and KCO₂R, acts as an excellent catalyst for ortho C-H bond functionalization of arenes containing an heterocycle (pyridine, oxazoline, pyrazole) with unactivated aryl chlorides in the presence of K₂CO₃ as a base. The reactions were performed in diethyl carbonate (DEC) or in water as a solvent instead of N-methylpyrrolidone (NMP), the solvent of choice used in most of ruthenium catalyzed C-H bond transformations. The activity of these catalysts is higher in water than in other organic solvents. We have also disclosed a new catalytic system based on [RuH(codyl)₂]BF₄/2KY(KY: KOAc, KOPiv, KPI) in which the ligand Y promotes the initial cleavage of C-H bonds and the efficiency of this catalytic system depends also on the nature of both substrates involved in the reaction. The directed dehydrogenative alkenylation of N-aryl pyrazoles by styrene and alkyl acrylates catalyzed by Ru(OAc)₂(p-cymene) in the presence of a catalytic or stoichiometric amount of Cu(OAc)₂ H₂O in air is also presented and it is demonstrated that the acetic acid solvent plays a key role. A new method to generate the oxidative homocoupling of N-phenylpyrazole is shown with the Ru(OAc)₂(p-cymene) catalyst

La dissertation suivante se focalise sur de nouvelles transformations organiques, à travers des transferts d’hydrogènes, en utilisant des complexes en tenaille Mn(I) et Ru(II). L’objectif principal est l’étude des complexes Mn(I) et Ru(II) et leur réactivité similaire lors des réactions de transferts d’hydrogènes, comprenant les réactions d’échanges d’hydrogènes et réductions. Le chapitre 1 est une introduction générale sur les réactions de transferts d’hydrogènes reportées dans la littérature pour les complexes Mn(I) et leur réactivité similaire à celle des complexes Ru(II), connus pour leur capacité à réaliser des transferts d’hydrogènes. Le chapitre 2 traite de l’utilisation de MeOH comme une source de carbone C1 pour la synthèse de produits de chimie fine, pharmaceutiques et carburants alternatifs. La beta-méthylation sélective des alcools a été conduite avec succès en utilisant MeOH comme source de carbone C1. Différents complexes de ruthénium ont été investigués pour cette transformation et le complexe en tenaille Ru-MACHO-BH s’est révélé être le meilleur en termes de résultats catalytiques. Des études mécanistiques et calculs DFT ont confirmé la voie par transferts d’hydrogènes « Hydrogen Borrowing Reaction » et la coopération métal-ligand sur le centre métallique ruthénium. Le chapitre 3, lui aussi, concerne la beta-methylation sélective des alcools à l’aide de MeOH comme source de carbone C1. Cependant, dans ce chapitre, les complexes étudiés sont des complexes en tenaille, stables à l’air, à base d’un métal abondant : le manganèse. La réactivité des deux complexes Mn(I) et Ru(II) a été comparée. De nombreux complexes de manganèse en tenaille ont été synthétisés et testés pour la beta-methylation sélective des alcools à l’aide de MeOH. Pour cette réaction, le complexe Mn-MACHO-iPr a montré les meilleurs résultats avec d’excellentes sélectivités et de très bons rendements. Le chapitre 4 démontre la formation de cycloalcanes substitués en utilisant des alcools secondaires ou des cétones ainsi que des diols comme réactifs de départ, avec les complexes Ru-MACHO-BH ou Mn-MACHO-iPr comme pré-catalyseurs. L’analyse de ces réactions a mis en évidence la meilleure réactivité du complexe Mn-MACHO-iPr en comparaison avec le complexe Ru-MACHO-BH. Différents cycloalcanes substitués comme des cyclopentanes, des cyclohexanes et des cycloheptanes ont été synthétisés avec ce complexe de manganèse. Des études mécanistiques ont révélé que la réaction procède via transfert d’hydrogène « Hydrogen Borrowing reaction ». Le chapitre 5 concerne la deutération sélective d’alcools primaires et aliphatiques en utilisant D2O comme source de deutérium et le complexe précédemment établi Mn-MACHO-iPr comme catalyseur. Les analyses ont montré la deutération sélective d’alcools benzyliques en position alpha et la deutération d’alcools aliphatiques en position alpha et béta. Le chapitre 6 concerne l’hydrogénation sélective de carbonates cycliques en méthanol et diols correspondants. Différents complexes de manganèse en tenaille ont été synthétisés pour confirmer l’actitivité envers cette transformation. Le complexe stable à l’air Mn-MACHO-iPr a montré la meilleure activité catalytique avec des TON élevés ainsi qu’une très bonne sélectivité concernant la formation de méthanol et diols. Le chapitre 7 traite de la préparation de méthoxy-boranes and boronate-diols via réduction sélective de carbonates organiques cycliques et linéaires, ainsi que du CO2, en utilisant le pinacolborane comme agent réducteur. Un nouveau complexe de manganèse en tenaille synthétisé a été exploré et a révélé une grande efficacité et sélectivité pour cette transformation
The present dissertation focuses on new organic transformations enabled by hydrogen transfer reactions using Mn(I) and Ru(II) pincer complexes. The primary focus deals with the study of Mn(I) and Ru(II) complexes and their similar reactivity in hydrogen transfer reactions which includes hydrogen borrowing and reduction reactions.Chapter 1 is a general introduction of hydrogen-transfer reactions reported for Mn(I) complexes and their similar reactivity with the Ru(II) complexes that are well-established for the hydrogen-transfer reactions.Chapter 2 focuses on the utilization of MeOH as a C1 source for the synthesis of fine chemicals, pharmaceuticals and alternative fuels. The selective beta-methylation of alcohols was achieved using methanol as a C1 source. Various ruthenium complexes were investigated for this transformation and a Ru-MACHO-BH pincer complex revealed the best catalytic results. Mechanistic studies and DFT calculations confirmed that the reaction proceeds via “Hydrogen borrowing pathways” and involved metal-ligand cooperation on the ruthenium metal center.Chapter 3 also deals with the selective beta-methylation of alcohols using methanol as a C1 source. However, in this chapter, earth-abundant and air-stable manganese pincer complexes were investigated. The reactivity of Mn(I) pincer complexes with Ru(II) pincer complexes was compared. Numerous manganese pincer complexes were synthesized and checked for this process where the Mn-MACHO-iPr complex demonstrates the optimum results with high selectivity and high yield to the corresponding desired product. Chapter 4 demonstrates the formation of substituted cycloalkanes using secondary alcohols or ketones and diols as initial substrates employing Mn-MACHO-iPr complex as pre-catalyst. The reaction studies showed that the Mn-MACHO-iPr complex revealed better reactivity in comparison to the Ru-MACHO-BH complex. Various substituted cycloalkane rings such as substituted cyclopentane, cyclohexane, and cycloheptane rings were synthesized employing the Mn-MACHO-iPr complex. Mechanistic studies revealed that the reaction proceeds via “hydrogen borrowing pathways”.Chapter 5 addresses the selective deuteration of primary and aliphatic alcohols using D2O as a deuterium source. The already established Mn-MACHO-iPr complex was investigated for this transformation which showed selective deuterations of benzylic alcohols at the alpha positions and alpha and beta deuteration for aliphatic alcohols.Chapter 6 deals with the selective hydrogenation of cyclic carbonates to the analogous methanol and diols. Several manganese pincer complexes were synthesized to confirm the activity towards this transformation. Air-stable Mn-MACHO-iPr pincer complex showed the best catalytic activity with high turnover numbers and selective preparation to the corresponding methanol and diols.Chapter 7 discusses the preparation of methoxy-borane and boronate-diols via selective reduction of cyclic and linear carbonates and CO2 using pinacolborane as a reducing agent. A newly synthesized manganese pincer complex was explored for this process which revealed the high efficiency and selectivity towards this transformation

Les benzofuroindolines forment une famille de composés qui se retrouvent sous deux formes : les benzofuro[2,3-b]indolines ou les benzofuro[3,2-b]indolines. Ce motif se retrouve dans de nombreuses molécules naturelles comme la bipleiophylline, la voacalgine A, le diazonamide A et la phalarine ce qui a mené à de nombreuses recherches pour leur synthèse. La biogénèse postulée est le couplage oxydant d'un indole et d'un phénol. Nous avons développé plusieurs voies d'accès à ces motifs en utilisant le noyau indolique. La première étude a consisté en un couplage oxydant direct entre un N-acétylindole et un phénol en présence de FeCl₃ et de DDQ. La méthodologie a montré sa généralité sur des dérivés d'indoles N-acétylés pour former en une seule étape des benzofuro[3,2-b]indolines. Dans certains cas, la benzofuro[2,3-b]indoline est obtenue si les groupements fonctionnels en position 2 et 3 sur l'indole sont identiques. Dans un but de synthétiser la phalarine, unique molécule naturelle contenant un motif benzofuro[3,2-b]indoline, nous avons réalisé une étape de C2-arylation d'un indole par un phénol à l'aide d'un couplage pallado-catalysé. La cyclisation à l'aide de NIS permet d'obtenir la benzofuro[3,2-b]indoline. L'ajout du carbone manquant de l'un des cycles est en cours d'étude par ajout d'un nucléophile monocarboné possédant un groupement partant. Par ailleurs, une dernière voie d'accès aux benzofuro[3,2-b]indolines a pu été mise au point par une réaction de Fischer interrompue. La réaction entre des benzofuran-3-ones et des arylhydrazines dans des conditions acides conduit aux benzofuroindolines souhaitées sous forme d'hémiacétals. La méthode a montré sa généralité et sa robustesse. Finalement, réaliser l'Umpolung de l'indole est un défi intéressant pour additionner des nucléophiles en position 3 de l'indole. Pour cela, des N-hydroxyindoles ont été synthétisés et l'utilisation de sels de biaryliodonium triflate a permis de réaliser une O-arylation. Le produit formé étant instable, il subit un réarrangement sigmatropique [3,3] pour conduire aux benzofuro[2,3-b]indolines désirées
Benzofuroindolines are a family of compounds which can be found in two regioisomeric forms: benzofuro[2,3-b]indolines or benzofuro[3,2-b]indolines. This core is present in several natural products such as bipleiophylline, voacalgine A, diazonamide A or phalarine which have been the subject of intensive efforts towards their syntheses. The postulated biogenesis is the oxidative coupling of an indole and a phenol. We developed four pathways to access these structures using the indole nucleus.The first part consisted in a direct oxidative coupling between a N-acetylindole and a phenol in presence of FeCl₃ and DDQ. This strategy showed its generality on N-acetylindoles derivatives to form in only one step the benzofuro[3,2-b]indoline core. In some cases, the benzofuro[2,3-b]indoline is obtained if the substitution in the C-2 and C-3 position is the same. In order to synthesize the phalarine, the unique natural product to possess a benzofuro[3,2-b]indoline core, we designed a C-2 arylation of an indole with a phenol using a palladium-catalyzed coupling. The cyclization steps using NIS led to the benzofuro[3,2-b]indoline core. The insertion of the missing carbon of one of the rings is under study by adding a nucleophile which contains only one carbon and a leaving group. The last strategy to access to benzofuro[3,2-b]indolines has been focused on an interrupted Fischer indolization. The reaction between benzofuran-3-ones and arylhydrazines in acidic conditions led to the desired benzofuro[3,2-b]indolines. This methodology is general and robust. Another part of the project was to achieve the Umpolung of the indole to add nucleophiles in C-3 position of the indole nucleus. N-hydroxyindoles were synthesized and the use of biaryliodonium triflate salts allowed an O-arylation reaction. The product being unstable, a [3,3] sigmatropic rearrangement can take place to afford the desired benzofuro[2,3-b]indolines

Ce travail de thèse est consacré à l'étude des réactions d'annélation [3+2] domino catalysées au palladium. Tout d'abord, une nouvelle séquence domino a été développée, qui implique la réaction entre les dérivés cycliques α,β-insaturés-γ-oxy-carbonylés et les acétamides stabilisés par résonance. Les pyrrolidine-2-ones bicycliques obtenues ont été générées par une allylation intermoléculaire catalysée au Pd, suivie d'une réaction d’aza-Michael intramoléculaire. Une version asymétrique a également été réalisée, obtenant jusqu'à 60% d’excès énantiomérique. Ensuite, une nouvelle séquence domino triple catalysée au Pd [allylation / aza-Michael / keto α-arylation] (ALAMAR) a également été réalisée, ce qui permet la formation sélective de systèmes tricycliques fusionnés en un seul pot. Enfin, deux transformations domino sélectives et complémentaires ont été réalisées, permettant d'effectuer au choix des annulations de type C−C/O−C ou C−C/C−C [3+2]. Ces transformations se produisent par le biais d'une séquence de [C-allylation intermoléculaire / O- ou C-1,4-addition conjuguée intramoléculaire]
This thesis work is consecrated to the study of palladium-catalyzed [3+2]-annulation and domino reactions. First, a new domino sequence was developed, which involves the reaction between cyclic α,β-unsaturated-γ-oxy-carbonyl derivatives and resonance-stabilized acetamides. The resulting bicyclic pyrrolidin-2-ones were generated through an intermolecular Pd-catalyzed allylation followed by an intramolecular aza-Michael reaction sequence. An asymmetric version was also achieved, obtaining up to 60% ee. A new Pd-catalyzed [allylation / aza-Michael / keto α-arylation] (ALAMAR) triple domino sequence was also accomplished, which allows the selective one-pot formation of fused tricyclic systems. Lastly, two selective and complementary domino transformations have been achieved, which allow to perform C−C/O−C or C−C/C−C [3+2]-annulations at will. These transformations occur through an intermolecular Pd-catalyzed C-allylation / intramolecular O- or C-1,4-addition sequence, respectively

During this thesis, we were interested in the C-H bonds activation catalyzed by palladium catalysts such PdCl(C₃H₅)(dppb) and ligand-free or ligand associated Pd(OAc)₂ for the préparation of biaryls. This method is considered as cost effective and environmentally attractive compared to other types of couplings such as Suzuki, Stille, or Negishi. First we demonstrated that it is possible to apply C-H bond activation method for the direct arylation of formyl or acetyl halothiophene derivatives. The corresponding products could be further functionalized due to the presence of the halo and carbonyl groups. We have also demonstrated that the use of cyclopentyl methyl ether (CPME) as solvent, which is considered as a greener solvent compared to more toxic traditional solvents generally employed for the coupling reactions, lead to a variety of arylated heteroaromatic derivatives. We then established palladium-catalyzed systems for the selective O- or C2- arylation of non-protected phenol derivatives. We found that a simple change of the nature of the base used in this reaction would lead to different selectivities. We also studied the direct arylation of dithienylperfluorocyclopentene derivatives via palladium-catalyzed C-H activation. This method provides a simpler access for substituted photochromic molecules. In addition we showed that it is possible, using sequential addition of reagents, to prepare thieno- or furo-quinoline derivatives starting from thieno- or furo-carboxaldehyde and 2-haloaniline derivatives in a one pot reaction. We also demonstrated that palladium catalyzed direct arylation method could be applied for the arylation of ligands already coordinated to iridium complexes. With this method, a variety of complexes with different physical properties were obtained
Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'activation de liaisons CH catalysées par des complexes de palladium tels PdCl(C₃H₅)(dppb) et Pd(OAc)₂ pour la préparation de biaryles. Cette méthode est considérée comme un moyen de synthèse économique et respectueux de l'environnement comparé à d'autres types de couplages tels que les réactions de Suzuki, Stille ou Negishi. D'abord, nous avons démontré qu'il est possible d'appliquer la méthode d'activation de la liaison C-H pour l'arylation directe de formyle ou d'acétyle halothiophenes. Les produits correspondants pourraient être ensuite fonctionnalisés en raison de la présence des groupements halogène et carbonyle sur les produits obtenus. Nous avons également démontré que l'utilisation d'un solvant tel que le cyclopentyl méthyl éther (CPME), qui est considéré comme un solvant écologique par rapport aux solvants toxiques traditionnellement utilisés pour ces réactions de couplage, conduit à une variété de dérivés hétéroaromatiques arylés. Nous avons ensuite établi les conditions pour le couplage sélectif de phénols non-protégées par des bromures d'aryle en O ou en C2 du phenol. Nous avons constaté qu'un simple changement de la nature de la base utilisée dans cette réaction conduit à une sélectivité différente. Nous avons également réalisé l'arylation directe de dérivés dithienylperfluorocyclopentene via activation de liaisons C-H catalyse au palladium. Cette méthode a permis un accès plus simple à des molécules photochromiques. En outre, nous avons démontré qu'il est possible, via l'addition séquentielle des réactifs, de préparer des thiéno-ou furo-quinolines à partir de thiéno- ou furo-carboxaldéhydes et de 2-halogénoanilines. Nous avons aussi mis au point une méthode d'arylation directe catalysée par le palladium pour l'arylation d'un ligand déjà coordonné à des complexes d'iridium. Avec cette méthode, une variété de complexes possédant des propriétés physiques différentes a été obtenue

Durant toute ma période de doctorat, passé en co-tutelle entre l'Università degli Studi dell'Insubria et l'UPMC de Paris, j'ai dirigé mes efforts vers l'étude de la formation des liaisons C-O et C-N par de nouvelles réactions catalysées par des métaux de transition.En poursuivant notre projet en cours sur les réactions d'amination et d'alcoxylation catalysées par des métaux de transition intra- et intermoléculaires impliquant la fonctionnalisation C-H, nous avons essayé de réaliser deux procédures d'alcoxylation intramoléculaire de liaisons multiples carbone-carbone pour obtenir des hétérocycles oxygénés et une amination allylique oxydante intermoléculaire pour réaliser des scaffolds azotés.Effectuées au niveau intramoléculaire, les réactions catalysées par des métaux de transition offrent une stratégie polyvalente pour obtenir des molécules cycliques, difficilement obtenues par des méthodes de synthèse conventionnelles et à partir de matériaux de départ facilement disponibles, et représentent l'une des méthodologies clés pour le progrès de la chimie verte et durable.En ce qui concerne les protocoles d'alcoxylation, deux lignées de recherche différentes basées sur la catalyse des métaux de transition appliqués aux réactions de domino ont été étudiées.Les processus domino sont des outils efficaces pour augmenter rapidement la complexité moléculaire par la formation de plus d'une liaison en une seule étape, en respectant la règle de l'économie. Bien que l'approche domino impliquant des alcènes et des allènes soit bien étudiée, des exemples impliquant des alcynes sont quelque peu limités dans la littérature
During the whole period of my PhD, spent in co-tutorship between Università degli Studi dell’Insubria and UPMC in Paris, I have directed my efforts towards the study of C-O and C-N bonds formation by new transition metal-catalyzed reactions.Pursuing our ongoing project on intra- and intermolecular transition metal-catalyzed amination and alkoxylation reactions involving C-H functionalization, we tried to perform two intramolecular alkoxylation procedures of carbon-carbon multiple bonds to obtain oxygenated heterocycles and one intermolecular oxidative allylic amination to accomplish nitrogen-based scaffolds.Performed at intramolecular level, transition metal-catalyzed reactions offer a versatile strategy to obtain cyclic molecules, not easily obtainable by conventional synthetic methods and starting from readily available starting materials, and represent one of the key methodologies for the progress of green and sustainable chemistry. Dealing with alkoxylation protocols, two different research lines based on transition metal catalysis applied to domino reactions were investigated. Domino processes are efficient tools to rapidly increase the molecular complexity through the formation of more than one bond in a single step, respecting the rule of step economy. While the domino approach involving alkenes and allenes is well investigated, examples involving alkynes are somewhat limited in the literature

L’accès à de nouveaux composés hétérocycliques originaux biologiquement actifs, constitue l’un des principaux objectifs de notre groupe de recherche. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse ont pour but principal, la conception de trois nouvelles familles de composés hétérocycliques contenant un motif pyrazolique susceptibles de présenter des activités biologiques, à savoir les pyrido[1',2':1,5]pyrazolo[4,3-d]pyrimidine, les pyrrolo[3,4-c]pyrazoles et les pyrazolo[5,1-b]thiazoles. Ce manuscrit est essentiellement dédié à un travail de méthodologie décrivant les différentes voies d’accès à ces hétérocycles originaux, tricycliques et bicycliques potentiellement modulables. La réactivité de ces synthons clés est ensuite étudiée avec divers procédés de fonctionnalisation palladocatalysés (Activation au PyBrOP-(hétéro)arylation, Liebeskind-Srogl, Suzuki-Miyaura, Buchwald-Hartwig, C-H arylation, substitution nucléophile aromatique) pour élaborer d’intéressantes chimiothèques construites autour de ces structures inédites, ouvrant ainsi de nombreuses perspectives pharmacologiques
The access to new original biologically active heterocyclic compounds, is one of the main objectives of our research group. In this context, the main purpose of this thesis is the design of three new families of heterocyclic compounds containing a pyrazolic motif that may exhibit biological activities, namely pyrido[1',2': 1.5]pyrazolo[4,3-d]pyrimidine, pyrrolo[3,4-c]pyrazole and pyrazolo[5,1-b]thiazole.This manuscript is essentially dedicated to a methodology work describing the different routes of access to these originals and potentially modular tricyclic and bicyclic precursors. The reactivity of these key synthons is then studied towards aromatic nucleophilic substitutions reactions and various pallado-catalyzed methods of functionalization (Activation with PyBrOP- (hetero) arylation, Liebeskind-Srogl, Suzuki-Miyaura, Buchwald-Hartwig, C-H arylation, aromatic nucleophilic substitution) to develop interesting libraries built around these unusual structures, thus opening numerous pharmacological perspectives

Dans ce travail de recherche, la synthèse de complexes de ruthénium cyclometallés a été effectuée à partir d'imines, 2-phénylpyridine, 2-phényloxazoline, phénylpyrazole, et benzo[h]quinoline par réaction avec [RuCl2(p-cymène)]2 et KOAc via une activation de liaison sp2 C-H. Le système [RuCl2(p-cymène)]2/KOAc/PPh3 est un catalyseur efficace pour réaliser la diarylation d'imines et de 2-phénylpyridine dans l'eau, solvant qui donne de meilleures activités que les solvants organiques. Des amines encombrées ont été préparées par une séquence catalytique activation C-H/arylation/ hydrosilylation d'imines catalysée par [RuCl2(p-cymène)]2. La monoarylation sélective de 2-pyridyl arylcétones, via la formation d'un intermédiaire ruthénacycle à 6 chainons plus difficile à former, est catalysée par l'espèce Ru(O2CC6H4CF3)2(p-cymène) formée in situ. L'alcénylation déhydrogénative oxydante directe d'aryloxazoline par du styrène et des acrylates est catalysée par le système [RuCl2(p-cymène)]2/BNPAH (1,1′-binaphthyl-2,2′- diylhydrogénophosphate) en présence de Cu(OAc)2.H2O utilisé comme oxydant sous air. La réaction tandem oxydation des 2-pyridylméthanols / mono- ou di-α-alkylation sélective de liaisons sp3 C-H de 2-pyridylcétones avec des alcènes fonctionnalisés a été catalysée par le complexe de [RuCl2(p-cymène)]2 en présence de Cu(OAc)2.H2O dans le DCE ou le toluène. Dans la deuxième partie de ce travail, le complexe [RuCl2(p-cymène)]2 a été utilisé efficacement en hydrosilylation catalytique d'imines et d'amides primaires. Nombreuses aldimines et cétimines ont été réduites chémosélectivement en amines correspondantes en utilisant le PMHS comme silane « vert » dans l'éthanol à température ambiante. De plus les amides primaires ont été sélectivement transformés en amines secondaires dans une réaction sans solvant
In this research doctoral thesis, we have shown that imines, 2-phenylpyridine, 2-phenyloxazoline, phenylpyrazole, benzo[h]quinoline led to cyclometallated ruthenium(II) complexes from [RuCl2(p-cymene)]2 and KOAc via sp2 C-H bond activation. [RuCl2(p-cymene)]2 /KOAc/PPh3 is an efficient catalytic system for diarylation of imines and 2-phenyloxazolines in water, which gave higher activity than in organic solvents. Bulky amines were then synthesized through sequential catalytic C-H arylation and hydrosilylation of imines using [RuCl2(p-cymene)]2 catalyst. Challenging selective mono arylation of 2-pyridyl arylketones, leading to six-membered ruthenacycle intermediate, difficult to perform, was achieved with in situ generated Ru(O2CC6H4CF3)2(p-cymene) catalyst. The direct dehydrogenative oxidative alkenylation of aryloxazolines with styrenes and acrylates was catalyzed by [RuCl2(p-cymene)]2/BNPAH (1,1′-binaphthyl-2,2′- diylhydrogenophosphate) catalytic system in the presence of Cu(OAc)2.H2O as an oxidant in air. Tandem catalytic oxidation of 2-pyridylmethanols and selective sp3 C-H (mono or di) α-alkylation of 2-pyridyl ketones with functional alkenes was performed by using [RuCl2(p-cymene)]2 complex in the presence of Cu(OAc)2.H2O in DCE or toluene. In the second part, it is shown that, [RuCl2(p-cymene)]2 is a very efficient catalyst for the hydrosilylation of imines and primary amides. A wide range of aldimines and ketimines were successfully reduced to corresponding amines in high chemoselectivity by using PMHS as greener silane in ethanol at RT. Moreover, challengingly, primary amides could be selectively converted by hydrosilylation to the secondary amines under solvent free conditions

Cette thèse de doctorat met en évidence l'utilisation de catalyseurs de fer qui présentent de nombreux avantages par rapport aux autres métaux de transition. En effet, le fer est moins coûteux, respectueux de l’environnement et présente des activités catalytiques intéressantes. Du fait de ces caractéristiques, la catalyse au fer a connu un réel essor ces 15 dernières années. Cette thèse présente la réaction de type carbonyl-ène intermoléculaire catalysée par des sels de fer(II) et de fer(III), utiles pour leur rôle d’acides de Lewis, en employant plusieurs alcènes avec le 3,3,3-trifluoropyruvate d'éthyle. Les sels de FeII, notamment FeCl2, Fe(OAc)2, Fe(NTf)2, Fe(ClO4)2·6H2O, Fe(BF4)2·6H2O et Fe(OTf)2, ont été utilisés pour catalyser cette transformation. Un système efficace utilisant le Fe(BF4)2 anhydre a été développé pour catalyser la réaction carbonyl-ène intermoléculaire de multiples alcènes avec le 3,3,3-trifluoropyruvate d’éthyle, et aussi la réaction carbonyl-ène intramoléculaire du (S)-citronellal. Des rendements entre 36-87% en produits-ène, soit des alcools homoallyliques et de produits de cyclisation du citronellal ont été obtenus par l’utilisation de différents alcènes disubstitués. Les carbènes N-hétérocycliques (NHC) sont reconnus comme des ligands prometteurs en catalyse avec des métaux de transition. Trois sels de xanthinium dérivés de la caféine ont été utilisés comme précurseurs NHC pour développer des complexes fer-ligand NHC pour les réactions carbonyl-ène intra- et intermoléculaires. Les conditions optimales ont été étudiées, notamment le choix du sel de fer, du solvant, de la charge catalytique et du contreanion. Fe(OTf)2 est apparu comme le meilleur catalyseur lorsque complexé au ligand NHC dérivé du sel de xanthinium caféine méthylé. Avec [NHC-Fe]2+(SbF6)22− comme catalyseur, des rendements de 22% à 99% en alcools homoallyliques ont été obtenus pour la réaction carbonyl-ène en employant divers énophiles et le trifluoropyruvate d’éthyle. De plus, NHC-FeIIICl2[SbF6] s’est avéré être un catalyseur efficace et sélectif pour la transformation du citronellal en produit désiré, l’isopulégol. L’aspect recyclable du sel de xanthinium dérivé de la caféine lié au Fe(OTf)2 a été évalué dans la réaction de Diels-Alder en employant des solvants verts, comme le diméthyl carbonate. Le catalyseur a pu être recyclé cinq fois et des rendements identiques ont été obtenus. Différents substrats ont été testés dont des composés dicarbonylés bidendates, cétones, aldéhydes et esters. Les ligands NHC alkoxylés ont été développés comme famille émergente de ligands dans les réactions d’addition conjuguées énantiosélectives. Enfin, de nouveaux ligands NHC-diol ont été synthétisés et testés dans la réaction carbonyl-ène. Ces derniers sont prometteurs en catalyse asymétrique et notamment en catalyse utilisant des métaux de transition.
Iron has many advantages compared to other transition metals in homogeneous catalysis, such as relatively cheap price, eco-friendly, good catalytic activities. Hence, these features boosted the development of iron catalysis since 15 years ago. In this thesis, various iron salts including FeII and FeIII were examined as Lewis acid catalysts in the intermolecular carbonyl-ene reaction of various alkenes and ethyl 3,3,3-trifluoropyruvate. FeII salts, such as FeCl2, Fe(OAc)2, Fe(NTf)2, Fe(ClO4)·6H2O, Fe(BF4)2·6H2O, Fe(OTf)2, were found to be effective in catalyzing the reaction. An anhydrous Fe(BF4)2 catalytic system was developed for both of an intermolecular carbonyl-ene reaction of various alkenes and ethyl 3,3,3-trifluoropyruvate and an intramolecular carbonyl-ene reaction of (S)-citronellal. The ene-products, i.e. homoallylic alcohols, were afforded in 36-87% yields giving a scope of various with 1,1-disubstituted alkenes and the cyclization of citronellal. N-heterocyclic carbenes (NHC) are recognized as promising ligands in transition metals catalysis. Three caffeine-derived xanthinium salts were used as NHC precursors to transition metals iron for developing an NHC-iron catalyst in the intermolecular carbonyl-ene reaction and the intramolecular carbonyl-ene reaction of citronellal. Optimized conditions were developed from the screening of iron salts, solvents, catalyst loading and counter anions. Fe(OTf)2 was found to efficiently catalyze the reaction while complexed with NHC ligand derived from methylated caffeine xanthinium salt. Caffeine-derived-[NHC-Fe]2+(SbF6)22− catalyzed carbonyl-ene reaction of various enophiles with ethyl trifluoropyruvate afforded 22-99% yields in homoallylic alcohols. NHC-FeCl2[SbF6] was efficiently and selectively used as a catalyst to convert citronellal into the desired isopulegol. Caffeine-derived xanthinium salt was designed with Fe(OTf)2 as a recyclable catalyst for Diels-Alder reaction in dimethyl carbonate used as a green solvent. Several other green solvents were examined to further study the application of green solvents in organic synthesis. The catalyst, derived from a caffeine-derived xanthinium salt and Fe(OTf)2, was recycled up to five times, while maintaining the same level of yields for the Diels-Alder reaction and recyclability. A relative large scope of substrates including bidentate dicarbonyl compounds, ketones, aldehydes, and esters were tested. Alkoxyl-NHC ligands were developed as a rising family of ligands in enantioselective conjugate addition. A series of new NHC-diol ligands were designed and tested in the carbonyl-ene reaction. These newly developed ligands are promising systems in asymmetric catalysis and transition metal catalysis.

Le développement de plans synthétiques de molécules de complexité variable qui utilise des réactifs aisés d’accès et qui sont économes en atomes et en étapes est constamment au cœur des préoccupations du chimiste organicien pour accroître la diversité moléculaire de façon efficace et éco-responsable. La catalyse par les métaux de transition a permis de faire des progrès considérables dans la construction et la fonctionnalisation combinées d’hétérocycles d’intérêt à valeur ajoutée dans les sciences des produits naturels et les industries pharmaceutiques et phytosanitaires. Le principe synthétique consiste en l’enchaînement de processus standards élémentaires de transformations chimiques en un seul pot au sein de la sphère catalytique métallique. Un axe de progrès contemporain repose en particulier sur l’incorporation de processus de métallation catalytique de liaisons C-CO2H et C-H. Les travaux de thèse s’inscrivent dans ce jeune domaine de recherche initié au cours de la dernière décennie par plusieurs équipes de recherche dont celle de Jieping Zhu de l’école polytechnique fédérale de Lausanne compte parmi les pionnières et les plus actives. Ils ont visé notamment à implémenter consécutivement aux processus standards de carbopalladation intramoléculaire d’ortho-halogéno allénamides de Grigg de construction d’hétérocycles azotés très variés, d’une part des réactions d’allylation directe de la liaison C-H d’hétérocycles et d’énamides et d’autre part d’allylation décarboxylante d’acides propioliques. Après avoir évalué la réactivité des complexes pi-allypalladium conjugués à un atome d’azote dans la réaction, l’allylation directe de la laison C-H d’oxadiazoles et de 1,3-diazoles à fort caractère acide ainsi que des énamides, des séquences originales de construction et d’hétéroarylation combinées pallado-catalysées d’isoquinolinones et d’indoles ont été établies. Un protocole séquencé conduit en un seul pot et basé sur la génération in situ des allénamides, qui ne sont plus isolées, suivie de la réaction de construction et d’hétéroarylation combinées pallado-catalysée a ensuite été mis au point. Il a été exploité pour la préparation d’indoles, 1(2H)-isoquinoléïnones, isoquinoléïnes mais également des hétérocycles de taille supérieure, benzo-(2H)-azépine et benzo-(2H)-azocine intégrant des oxadiazoles et oxa(thia)zoles. Une première étude d’extension du concept synthétique a finalement été ciblée sur la construction et la propargylation combinée de la large gamme d’hétérocycles azotés obtenus précédemment en utilisant les acides propioliques comme partenaire de couplage
The design of efficient and eco-friendly atom and step-economical synthetic plans of molecules using highly available starting materials is one of major objectives of organic chemist. Transition metal catalysis has allowed a bold step to build and functionalize consecutively, through a one-pot reaction, major nitrogen-containing heterocycles which are broadly present into numerous natural products, pharmaceutics and agrochemicals. The catalysis is based upon tandem inner-sphere elemental chemical transformations and one of major current challenge is to implement catalytic metallation of C-CO2H and C-H bonds. Involved in this young field of research initiated since the past decade from sevaral groups including pioneering and high active Jieping Zhu team of the Polytechnic School of Lausanne, the present study has been directed towards the design of innovative palladium-catalyzed domino Grigg nitrogen-containing heterocycles building through ortho-halogeno allenamides intramolecular carbopalladation process followed by direct C-H allylation of heterocycles and enamides or direct decarboxylative allylation of propiolic acids. After demonstrating the reactivity of nitrogen-conjugated pi-allypalladium complex in direct C-H allylation of acidic heterocycles, first palladium-catalyzed tandem build and heteroarylation of 1(2H)-isoquinoleinone and indole from ortho-halogeno allenamides was first envisaged. Efforts were next directed to the setting up of a one-pot protocol including in situ generation of allenamide followed by palladium-catalyzed domino building and functionalization of heterocycles. It was then hugely evaluated to the preparation of indole, 1(2H)-isoquinoleinones, isoquinolins as well as high-membred ring heterocycles such as benzo-(2H)-azepine and benzo-(2H)-azocine embedding with oxadiazoles and oxa(thia)zoles. An first extended synthetic concept towards the palladium-catalyzed tandem build and propargylation of nitrogen-containing heterocycles using sevral propiolic acids as coupling partners

La découverte de nouveaux candidats susceptibles de lutter contre différentes pathologies, en l’occurrence le cancer et les maladies neurodégénératives, constitue l’un des principaux objectifs de notre groupe de recherche. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse ont pour but principal, la conception de deux nouvelles classes d’hétérocycles de structure planes, jusqu’à ce jour, très rarement étudiées, à savoir les pyrido[2’,1’ :1,5]pyrazolo[3,4-d]pyridazines et les pyrido[2’,1’ :1,5]pyrazolo[3,4-d]pyrimidines. Ce manuscrit est essentiellement dédié à un travail de méthodologie décrivant les différentes voies d’accès à ces originaux précurseurs tricycliques potentiellement modulables. La réactivité de ces synthons clés est ensuite étudiée vis-à-vis de réaction de substitutions nucléophiles aromatiques et de divers procédés de fonctionnalisation palladocatalysés (Suzuki-Miyaura, Buchwald-Hartwig, activation au PyBrOP-(hétéro)arylation) pour élaborer d’intéressantes chimiothèques construite autour de ces structures inédites ouvrant ainsi de nombreuses perspectives pharmacologiques
The discovery of new candidates to fight against various diseases, namely cancer and neurodegenerative diseases, is one of the main goals of our research group. In this context, the main purpose of this thesis, is the design of two new classes of heterocyclic planar structure, to date, rarely studied, namely pyrido[2’,1’ :1,5]pyrazolo[3,4-d]pyridazines and pyrido[2’,1’ :1,5]pyrazolo[3,4-d]pyrimidines. This manuscript is essentially dedicated to a methodology work describing the different routes of access to these originals and potentially modular tricyclic precursors. The reactivity of these key synthons is then studied towards aromatic nucleophilic substitutions reactions and various palladocatalyzed methods of functionalization (Suzuki-Miyaura, Buchwald-Hartwig, activation PyBrOP-(hetero) arylation) to develop interesting libraries built around these unusual structures, thus opening numerous pharmacologicals perspectives

Ce manuscrit traite de la mise au point d’une méthode d’accès éco-compatible à des squelettes carbocycliques et hétérocycliques, présents dans de nombreux composés d’intérêt biologique. Cette méthode met en œuvre une réaction de cycloaddition [2+2+2] catalysée par un métal de transition. Dans un premier temps, une voie d’accès à des fluorénones hautement substituées, ainsi qu’à des analogues a été développée. Cette voie utilise une réaction de cycloaddition [2+2+2] de diynes-[alpha, omega] pontés par un groupe benzoyle, avec des alcynes, en présence de RuCl3·nH2O. Dans un deuxième temps, des dérivés 2-aminopyridines diversement fonctionnalisés ont été synthétisés via une catalyse au ruthénium neutre (RuCl3·nH2O) ou cationique (Cp*Ru(CH3CN)3PF6), et ce à partir de la cycloaddition [2+2+2] de diynes et de cyanamides. Dans le cas où Cp*Ru(CH3CN)3PF6 a été utilisé comme catalyseur, une excellente régiosélectivité a été observée, ce qui a permis d’isoler une grande variété de 2-aminopyridines, dont des halopyridines, des vinylpyridines, ou des amino-aza-fluorénones. Dans une dernière partie, la cycloaddition [2+2+2] énantiosélective de triynes prochiraux avec des mono alcynes a été examinée. Elle a été conduite en utilisant un catalyseur cationique au rhodium, le complexe [Rh(cod)2]BF4/(R)-BINAP, et a permis la préparation de dérivés de 1,3-dihydroisobenzofuranes énantiomériquement enrichis, contenant un carbone quaternaire stéréogène
This manuscript focused on the development of eco-friendly and mild processes to access original carbocyclic and heterocyclic scaffolds of biological interest through transition-metal-catalyzed [2+2+2] cycloaddition reactions. Initially, an efficient and practical route for the preparation of highly substituted fluorenones and analogues via solventless RuCl3·nH2O-mediated [2+2+2] cycloaddition of benzoyl bridged [alpha, omega]-diynes and alkynes was developed. Secondly, various functionalized 2-aminopyridine derivatives were synthesized using both neutral RuCl3·nH2O and cationic Cp*Ru(CH3CN)3PF6 complexes to catalyze the [2+2+2] cycloaddition of diynes and cyanamides under solvent-free conditions. With Cp*Ru(CH3CN)3PF6 as catalyst, excellent regioselectivities were achieved to provide a wide range of 2-aminopyridines of high synthetic utility involving halopyridines, vinyl pyridines and amino-aza-fluorenones. Finally, the enantioselective rhodium-catalyzed [2+2+2] cycloaddition of prochiral triynes and monoalkynes was carried out in the presence of cationic [Rh(cod)2]BF4/(R)-BINAP complex to provide enantioenriched 1,3-dihydroisobenzofuran derivatives containing a quaternary carbon stereogenic center

Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la synthèse de photo-interrupteurs organiques [DAE, di(hétéro)arylethenes] via activation de liaisons sp² C-H d'hétéroaromatiques catalysées par le palladium. Le système catalytique pour l'arylation directe précédemment établi, Pd(OAc)₂/KOAc/DMAc, s'est montré adapté aux nouvelles transformations souhaitées. Cette méthode permet l'accès direct à une grande variété de molécules photo-commutable en peu d'étapes. En outre, concernant le développement de nouvelles procédures de fonctionnalisation de liaisons C-H d'hétéroaromatiques, nous avons constaté que le système catalytique Pd(CH₃CN)₂Cl2/Li₂CO₃/dioxane, pour le couplage de thiophènes avec des chlorures d'arylsulfonyle conduit à des thiophènes β-arylés. Ce nouveau système catalytique peut également être utilisé dans une réaction d'addition conjuguée, en utilisant des énones et des chlorures d'arylsulfonyle en tant que partenaires de couplage. Enfin, nous avons décrit la formation de 4-aryl-1,2,3,4-tetrahydroquinolines via Heck/sp² C-H activation co-catalysée par PdCl₂/CuBr
During this thesis, we were interested in the synthesis of organic photo-switches [DAE, di(hetero)arylethenes] via palladium catalyzed sp2 C-H bond activation of heteroaromatics. The previously established catalysts system for direct arylation, Pd(OAc)₂/KOAc/DMA, was found to be suitable for the new desired transformations. This method allows the straightforward access to a wide variety of useful photo-switchable molecules in a few steps. Moreover, during the course of further developments of C-H bond functionalization of heteroaromatics, we found that a phosphine free catalytic system, Pd(CH₃CN)₂Cl2/Li ₂CO₃/dioxane, promotes the coupling of thiophenes and arylsulfonyl chlorides to afford unexpected β-arylated products. This new catalytic system can also be utilized in conjugate addition reaction by using enones and arylsulfonyl chlorides as coupling partners. Finally, we describe PdCl2/CuBr co-catalyzed formation of 4-aryl-1,2,3,4-tetrahydroquinolines via cascade desulfitative Heck/sp² C-H activation sequence

Notre équipe de recherche a récemment développé les premiers inhibiteurs d’une enzyme à DDE, la transposase MOS1, une enzyme analogue à l’intégrase du VIH-1. Ces molécules, de type bisfurylmaléimides, ont également montré une efficacité contre les activités enzymatiques de l’intégrase du VIH. En se basant sur ces résultats, nous avons entrepris la synthèse de nouveaux bisfurylmaléimides dans le but d’identifier de nouveaux inhibiteurs de l’intégrase et de proposer de nouvelles molécules dans la lutte contre le virus responsable du SIDA. L’originalité de notre démarche est l’utilisation de la transposase MOS1 comme modèle pour concevoir nos molécules. Les méthodologies utilisées pour accéder à ces molécules font essentiellement appel à la chimie catalysée par des métaux de transition mais aussi à des réactions de chimie hétérocyclique telles que des réactions de Mitsunobu, de Knoevenagel ou encore de Horner-Wadsworth-Emmons. L’ensemble des molécules synthétisées a fait l’objet d’une évaluation de leurs activités inhibitrices sur la transposase MOS1 et l’intégrase du VIH-1. Leurs propriétés antivirales contre le VIH ont également été évaluées. Parallèlement à ces travaux, nous nous sommes intéressés à la réactivité du noyau maléimide dans des réactions de couplage pallado-catalysées et plus particulièrement dans des couplages de Sonogashira
Our research team has recently developed the first inhibitors of a DDE enzyme, MOS1 transposase, an enzyme similar to the HIV-1 integrase. These molecules, having a bisfurylmaleimide structure, also showed efficacy against enzymatic activities of HIV integrase. Based on these results, we undertook the synthesis of new bisfurylmaleimides in order to identify new integrase inhibitors and propose new molecules in the fight against the virus that causes AIDS. The originality of our approach is the use of MOS1 transposase as a model for designing our molecules. Methodologies used to access these molecules are essentially involving chemistry catalyzed by transition metals but also reactions of heterocyclic chemistry such as Mitsunobu, Knoevenagel or Horner-Wadsworth-Emmons reactions. All synthesized molecules has been evaluated for their inhibitory activities on the MOS1 transposase and HIV-1 integrase. Their antiviral properties against HIV were also evaluated. Parallel to this work, we investigated the reactivity of the maleimide core in palladium-catalyzed cross-coupling reactions especially in Sonogashira couplings

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

碩士
國立中正大學
物理所
96
Gold nanoclusters supported on suitable oxide layers are active for carbon monoxide oxidation, which were discovered in 1987. Instead of employing oxide support, we have studied the catalytic activity of gold nanoparticles on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG). HOPG surface is non-polar, inert, and easy to prepare. Gold atoms are deposited onto HOPG via molecular beam epitaxy. Atomic force microscopy is used to observe the morphology and the size of gold clusters on HOPG. After gold deposition, the HOPG substrate is heated to a range of temperatures to obtain Au nanoclusters of desired sizes. Oxygen gas and carbon monoxide gas are then leaked into the chamber. Residual gas analyzer is used to measure the partial pressures of carbon monoxide, oxygen, and carbon dioxide. For gold clusters larger than 10 nm, which are prepared by heating the HOPG substrate to above 320K, we find there is no catalytic activity for gold clusters on the oxidation of carbon monoxide. For gold clusters with an average size less than 5 nm, prepared by heating the substrate to 303K, we detect an increase in the partial pressure of carbon dioxide, a clear indication of catalytic effect by gold clusters. We have also observed the increase in carbon dioxide partial pressure as the density of the gold clusters increase.

碩士
國立清華大學
材料科學工程學系
100
In comparison with silicon solar cells, the GaAs cells offer the advantage of having high absorption coefficient and direct bandgap. In particular, the GaAs cells in the form of coaxial nanowires offer the further advantage of having optimal light absorption and enhanced carrier collection, and thus have great potential to implement advanced high efficiency schemes. Synthesis and fabrication of GaAs nanowire solar cells on GaAs substrates has been widely investigated. However, epitaxial growth of GaAs nanowires on Si substrates has been rarely reported. In this work, we report the realization of GaAs nanowire solar cells on Si substrates. Synthesis of p-n coaxial GaAs nanowires was achieved by means of the Au-catalyzed vapour-liquid-solid (VLS) method by MBE using Be and Si as the p-type and n-type dopants, respectively. In device process, photoresist was first spin coated on the nanowire sample, followed by oxygen plasma etch to remove the photoresist from the tip of the nanowires. Indium tin oxide was then deposited on top of the nanowires by e-beam evaporation and annealed for 10 min to form transparent contact to the sample surface. Morphology of the devices was analyzed by scanning electron microscopy and I-V characteristics were measured using a solar simulation system. The results reveal a good progress for the use of GaAs nanowires in the fabrication of third generation solar cells on Si substrates.

碩士
國立中山大學
化學系研究所
100
Gold catalysts have the characteristic of promoting nucleophilic reaction. The cyclization reaction of enediynes catalyzed by gold activated by silver in toluene at 100oC to give 6H-dibenzo[c,h]chromen-6-ones (63), 6H-benzo[c]chromen-6-one (66) and Arnottin I (10) is described. Treatment of enediynes (61、65) with 5 mol% of Ph3PAuCl and 10 mol% of AgSbF6 in toluene at 100oC gave 6H-dibenzo[c,h]chromen-6-ones (63) and 6H-benzo[c]chromen-6-one (66) in good yield. In addition to using gold catalyst, electrophilic reagents employed in the reaction caused one cyclization instead of two cyclization. Furthemore, a mechanistic study and GC-MS data showed that the toluene could participate in the reaction. Enediynes (73) can be synthesized by a series of organic synthesis with few steps. Treatment of enediynes (73) with 5 mol% of Ph3PAuCl and 10 mol% of AgSbF6 in toluene at 100oC gave natural product-Arnottin I (10).

In peptide-based medicinal chemistry, mimicry of turn conformations is important because of the significance of such secondary structures for molecular recognition. In this context, N-aminoimidazol-2-one (Nai) residues have demonstrated ability to mimic the central residue of turn conformers. Moreover, potential to functionalize the 4- and 5-positions of the Nai heterocycle offer opportunities to add and orient side chain functionalities with constrained c-geometry. Methods have been developed to employ Nai residues for peptide mimicry. Previously, Nai dipeptide esters with substituents at the imidazol-2-one 4-position were obtained as racemic mixtures. By employing alternative C-terminal groups, epimerization has now been minimized. Functionalization of the Nai 5-position after cyclization has also been achieved by novel chemistry. For example, (4-Me, 5-aldehyde)Nai residues were obtained by 5-position formylation. The aldehyde was then reduced and oxidized to provide alcohol and acid functionality. Reductive aminations on (4-Me, 5-aldehyde)Nai residues using different primary and secondary amines and amino methylation of (4-Me)Nai residues were also used to prepare constrained diaminobutyric acid analogs. In the interest to prepare Nai analogs that can serve as constrained phenylalanine residues, palladium-catalyzed chemistry was developed to cross-couple different aryl iodides at the 5-position. In model peptides, the (4-Me, 5-aryl)Nai residues were predicted by molecular dynamic calculations to be located at the i+1 position of type II’ β-turn conformations with the aryl side chain positioned in the gauche (–). The synthesis of biologically relevant Nai peptides was next explored using methods for accessing enantioenriched residues and conditions for their 5-position arylation. Peptide derivatives of growth hormone releasing peptide-6 (GHRP-6) were targeted using the Nai residues because the corresponding semicarbazide analogs had exhibited selective and relatively high binding affinity for the cluster of differentiation receptor (CD36) receptor and potential to mediate macrophage-driven inflammation in conditions leading to age-related macular degeneration, atherosclerosis and angiogenesis. Previous studies with GHRP-6 analogs demonstrated that replacement of Trp4 with a semicarbazide possessing an aromatic side chain favored a turn conformation and selective CD36 binding affinity. Solid-phase methodology was developed to synthesize [(4-Me, 5-Aryl)Nai4]-GHRP-6 analogs and used to prepare four different Nai peptides on Rink amide resin. All four analogs were effective at mediating nitric oxide (NO) overproduction in macrophages cells treated with a Toll-like receptor 2 (TLR2) agonist. Although biological evaluation of the [(4-Me,5-Aryl)Nai4]-GHRP-6 analogs is still being performed, their ability to modulate NO overproduction strongly indicated backbone and side chain conformational requirements for biological activity. In sum, this thesis has provided effective methods for preparing novel constrained peptide analogs for mimicry of the backbone and side chain geometry in β-turns. Enantiomerically enriched Nai residues were synthesized, introduced into peptide sequences, and functionalized at the 4- and 5-positions. Employment of the 4,5-disubstituted Nai analogs in the study of peptide medicinal chemistry offers powerful potential for exploring structure-activity relationships to identify and replicate biologically active conformers.
Le développement de mimes de tours peptidiques pose un intérêt particulier en chimie médicinale, en raison de leur importance dans la reconnaissance moléculaire. Dans ce contexte, les résidus N-aminoimidazol-2-one (Nai) ont démontré une tendance à occuper la position centrale de repliements peptidiques. De plus, la présence de l’unité imidazolone offre un potentiel de fonctionnalisation en position 4 et 5 pouvant jouer le rôle de chaînes latérales rigidifiées dans l’espace χ. Des méthodes ont été développées pour rendre possible l’utilisation de résidus Nai en chimie peptidique. Par le passé, des esters de dipeptide Nai possédant un substituant à la position 4 de l’hétérocycle ont été synthétisés de manière racémique. L’utilisation de groupement C-terminaux a permis de grandement réduire l’épimérisation due à l’utilisation de base forte utilisée durant l’étape de cyclisation. La fonctionnalisation de la position 5 du cycle après la cyclisation a aussi été rendue possible par le développement de nouvelles conditions réactionnelles. Par exemple, des conditions de formylation ont donné des résidus (4-Me, 5-Aldéhyde)Nai. La fonction aldéhyde a été réduite et oxydée, donnant accès a des fonctions alcool et acide carboxylique. L’amination réductrice du squelette (4-Me, 5-Aldéhyde)Nai en utilisant des amines primaires et secondaires ainsi que l’amino-méthylation de résidus (4-Me)Nai ont donné accès à des résidus d’acide diaminobutyrique rigidifiés. Dans le but de préparer des analogues Nai pouvant servir de mimes rigidifiés de résidus phénylalanine, la catalyse au palladium a rendu possible l’installation de groupements 5-aryle par couplage croisé avec différents iodoaryles. Dans un modèle de peptide, le résidu (4-Me, 5-aryl)Nai a été soumis à une analyse par dynamique moléculaire qui a révélé le positionnement de la portion Nai à la position i+1 d’un tour β de type II’, avec la chaine latérale aryle adoptant une conformation gauche (-). Ayant en main des conditions de synthèse énantioenrichie ainsi que de diversification de la position 5, la construction de peptides Nai possédant un intérêt biologique a été entreprise. Des dérivés du peptide Growth hormone releasing peptide-6 (GHRP-6) ont été ciblés car les analogues semicarbazide correspondant ont précédemment démontré avoir à la fois de la sélectivité et une affinité relativement grande pour le Cluster of differentiation receptor (CD36). Ils ont ainsi le potentiel de moduler l’inflammation attribuable aux macrophages dans des conditions menant à la dégénérescence maculaire liée à l’âge, l’athérosclérose et l’angiogenèse. Des études précédentes ont démontré que le remplacement du résidu Trp4 du GHRP-6 par un semicarbazide possédant une chaîne latérale aromatique favorisait l’adoption d’un repliement de la chaîne peptidique et une affinité sélective envers le récepteur CD36. Une méthode de synthèse sur phase solide d’analogues [(4-Me, 5-Aryle)Nai4]-GHRP-6 a été développée et utilisée pour synthétiser quatre différents peptides Nai en utilisant la résine Rink amide. Les quatre analogues se sont montrés efficaces à réduire la surproduction d’oxide nitrique (NO) dans les cellules macrophages traitées avec un agoniste du Toll-like receptor 2 (TLR2). Malgré le fait que l’évaluation biologique des analogues [(4-Me, 5-Aryle)Nai4]-GHRP-6 soit toujours en cours, leur habilité à moduler la surproduction d’oxide nitrique montre qu’ils possèdent la bonne géométrie quant à la chaîne principale et la chaîne latérale aromatique pour interagir avec le récepteur. En somme, la présente thèse a fourni des méthodes efficaces de synthèse de nouveaux analogues de peptides rigidifiés pour mimer les chaînes principale et latérales de tours β. Les résidus Nai énantioenrichis ont été synthétisés, introduits dans des séquences peptidiques d’intérêt sur phase solide et fonctionnalisés à la 4ième et 5ième position. L’utilisation de ces analogues Nai 4,5-disubstitués en chimie médicinale et peptidique offre un potentiel considérable dans l’exploration de la relation structure-activité de peptides d’intérêt biologique pour identifier et mimer les conformères bioactifs.

Dans ce mémoire, je présente mes études sur une stratégie efficace développée pour la synthèse de cétones homoallyliques substituées à partir de l’addition en cascade de réactifs de Grignard vinyliques substitués sur des α-amino esters catalysée par des sels de cuivre. L’utilisation de ces cétones homoallyliques a permis d’obtenir des mimes peptidiques comprenant un isostère de type hydroxyéthylène du lien amide. L’étape clé de cette stratégie repose sur la synthèse de cétones homoallyliques substituées intermédiaires à partir de la réaction d’additions en cascade catalysée au cuivre, de bromure de β,β-diméthylevinyle magnésium sur des analogues d’esters de la phénylalanine et de la sérine. Les cétones homoallyliques résultantes sont réduites sélectivement en alcool, la liaison double est clivée oxydativement et l’acide carboxylique résultant est couplé à un acide aminé. Afin d’évaluer l’effet qu’ont le remplacement du lien amide central dans un coude β par un hydroxyéthylène et de la présence d’un gem diméthyle sur la chaîne carbonée sur la conformation tridimensionnelle adoptée par les tripeptides générés, des analyses à l’état solide par diffraction aux rayons X, des analyses en solution par la spectroscopie RMN et des expériences de type NOESY ont été réalisées. Ces études ont permis de définir un nouveau type de coude β. La présence de pont hydrogène intramoléculaire et l’effet de restriction de conformation induit par le gem diméthyle, généralement appelé effet Thorpe-Ingold, favorisent la formation d’un coude β.
In this thesis, I discuss my studies toward the synthesis of substituted homoallylic ketones from the copper-catalyzed cascade addition of substitued vinyl Grignard reagents to carboxylic esters. The homoallylic ketones were used to provide different peptidomimetics containing a hydroxyethylene isostere instead of an amide bond. The methyl ester of phenylalanine and serine derivatives were reacted in copper-catalyzed cascade additions of substitued vinylmagnesium bromide to provide substitued homoallylic ketone intermediates. Selective reduction of the ketone to an alcohol, oxidative cleavage of the double bond, followed by peptide coupling with amino acid lead to the desired peptidomimic. The influence of changing the central amide bond for a hydroxyethylene isostere in a β-turn and the effect of a gem dimethyl group on the backbone conformation adopted by the newly synthesized tripeptides, were studied by X-ray diffraction and solution NMR spectroscopy using NOESY experiments. From these studies, it was revealed that the iso-butyric acid hydroxyethylene isomer induced a β-turn-like conformation, and may serve as a novel scaffold for peptide mimicry.