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Nucleolipids are hybrid amphiphilic low molecular weight molecules composed of two parts covalently linked: the first one being a nucleic acid, a nucleotide, a nucleoside or a nucleobase and the second a lipid. Combining the physico-chemical properties of two of the most widespread biomolecules, nucleolipids are capable of self-assemble as supramolecular structures of interest for application in the field of biomaterials. The study of the self-assembling properties of GlycoNucleoLipids, bearing a triazole moiety as a linker, demonstrated the crucial influence of the nature of the covalent linker bringing together the two parts of the nucleolipid onto the self-assembly. In this work, the synthesis of nucleolipids bearing a 1,4-diketone linker between thymidine and various lipids via the bioinspired and N-Heterocyclic Carbene organocatalyzed Stetter reaction is described. As an heteroaromatic cycle precursor, this moiety led to the formation of pyrrole skeletons via the classical Paal-Knorr reaction. The gelating properties of these original nucleolipids were evaluated and compared with the ones bearing a triazole link. Among these original synthetic nucleolipids, a lipophilic compound bearing a 1,4-diketone link exhibited the ability to form gels in oils (i.e. oleogels). A structure-properties study was realized to understand the role of each part of the molecule. This type of formulation being of particular interest for the development of lipophilic drug delivery systems, the physico-chemical properties of the oleogel were also extensively studied. The Stetter reaction exhibiting most of the « click chemistry » characteristics, eco-friendly reaction conditions were developed in aqueous media and applied to other biomolecules conjugation.; Les nucléolipides sont des molécules hybrides amphiphiles de faible poids moléculaire composées de deux parties liées de façon covalente : la première est un acide nucléique, un nucléotide, un nucléoside ou une nucléobase et la seconde un lipide. En combinant les propriétés physicochimiques de deux des biomolécules parmi les plus représentées dans le vivant, les nucléolipides présentent la capacité à former des auto-assemblages supramoléculaires d’intérêt pour la conception de biomatériaux. L'étude des capacités d’auto-assemblage des GlycoNucléoLipides, qui possèdent un lien aromatique de type triazole, a démontré que la nature du lien covalent qui unit les deux parties du nucléolipide a un effet déterminant sur l’assemblage. Ce travail a porté sur l'utilisation et le développement d'une réaction de Stetter, organocatalysée par des carbènes N-hétérocycliques et bioinspirée, pour obtenir un lien de type dicétone-1,4 entre la thymidine et différents lipides. Ce motif, précurseur de cycles hétéroaromatiques, a notamment conduit à la formation de liens de type pyrrole par une réaction de type Paal-Knorr. Les propriétés gélatrices de ces nucléolipides originaux ont été comparées à celles de ceux portant un motif triazole. Parmi les nucléolipides obtenus, un composé particulièrement lipophile, porteur du lien 1,4- dicétone, a montré la capacité de former un gel dans des huiles (soit un oléogel). Une étude structurepropriétés a été effectuée pour comprendre le rôle de chaque partie de la molécule. Ce type de formulation présentant un intérêt tout particulier pour le développement de systèmes de délivrance contrôlée de substances actives lipophiles, les propriétés physicochimiques de cet oléogel ont par ailleurs été étudiées. La réaction de Stetter présentant la plupart des caractéristiques d'une réaction dite de "chimie click", des conditions de réaction plus éco-compatibles et adaptées à la fonctionnalisation d’autres biomolécules ont ensuite été développées en milieu aqueux.

During my PhD work, I have developed new molecular architectures combining helicenes and N-heterocyclic carbenes (NHC). Firstly, a novel family of cycloiridiated complexes bearing NHC-[4,6]helicene ligands, of general formula IrLCp*X, in which the ligand bear a helicene and a NHC grafted through a methylene bridge, were obtained. The chiroptical properties of these complexes have been analyzed both experimentally and theoretically. In this way, we have demonstrated the good communication between the helicene and NHC units through the iridacycle, and the contribution of the NHC in the chiroptical properties. Secondly, monocoordinated iridium(I) complexes of general formula IrL(COD)X, in which the ligands are this time constituted of orthofused NHC-helicenes, were obtained. The efficiency of these complexes in enantioselective catalysis was evaluated in a hydrogen transfer reaction on acetophenone, and revealed rather modest enantiomeric excess (ee) up to 36%. Then, cyclometallated iridium(III) complexes of general formula IrL(dfppy)2 were prepared and have shown to be phosphorescent in the green region with very long lifetimes. The comparison of the emission properties with an analogous complex without helicenic unit enabled to highlight the contribution of both the d orbitals of the iridium metal and the helicoïdal-NHC unit. Finally, other methods for the development of new NHC-helicenes structures have been explored. Among them, the synthesis of a [4]helicene-benzimidazole by transformation of a helicene-boronate, and the subsequent in situ deprotonation and cycloiridation, have been performed., Dans le cadre de ma thèse, nous avons développé des édifices moléculaires associant des hélicènes et des carbènes N-hétérocycliques (NHC) afin de développer les premiers complexes métalliques de NHC-hélicènes. Dans un premier temps, des premiers complexes cycloiridiés de ligands NHC-[4,6]hélicènes, de formule générale IrLCp*X, dans lesquels le ligand porte un hélicène et un NHC greffés par l’intermédiaire d’un pont méthylénique, ont été obtenus. Les propriétés chiroptiques de ces complexes ont été étudiées à la fois expérimentalement et théoriquement. Nous avons ainsi pu démontrer la bonne communication entre les deux unités hélicène et NHC par l’intermédiaire de l’iridacycle, et la contribution du NHC dans les propriétés chiroptiques. Dans un deuxième temps, des complexes monocoordinnés de formule IrL(COD)X, à base d'iridium(I) et de ligands dans lesquels l’hélicène et le NHC sont orthofusionnés, ont été développés. L’efficacité de ces complexes en catalyse énantiosélective a été évaluée dans une réaction de transfert d’hydrogène de l'acétophénone, révélant un excès énantiomérique (ee) assez modeste allant jusqu’à 36%. D'autre part, des complexes d'iridium(III) cyclométallés de formule IrL(dfppy)2 ont révélé des propriétés de phosphorescence dans le vert et des temps de vie très longs. La comparaison du spectre d’émission avec celui d’un complexe analogue sans unité hélicénique a permis de mettre en évidence l’implication à la fois des orbitales d du métal mais aussi de l’unité NHC-hélicénique. Enfin, d'autres voies d’obtention d’hélicène-NHC ont été explorées, parmi lesquelles la synthèse d'un [4]hélicène-benzimidazole à partir d'un hélicène-boronate, suivie de sa déprotonation in situ et de sa cycloiridation.

This thesis is divided in two independent parts. The first concerns the development of new heterogeneous catalytic systems involving intercalation of ethylacetonate copper and iron complexes in a clay: the bentonite. For this purpose, the bentonite is purified prior to the inclusion of the two complexes. A study of the catalytic activity of these two materials was performed with ethyl diazoacetate to form ethyl fumarate and maleate. Carbene insertion reactions were then studied with amines and alcohols to form respectively a-oxa and a-aza ethyl acetate derivatives in 60 to 95% yields. The aim of the second part is to study, the homogeneous catalytic asymmetric cyclopropanation reaction of alkenes catalyzed by copper (I) complexes; the cyclopropane unit being present in many compounds presenting biological activities. For that purpose, the synthesis of new oxazolines and imines ligands derived from isosorbide and isomannide, two compounds of the biomass was performed. Complexed with copper (I), these ligands were evaluated for the asymmetric cyclopropanation of styrene, of a-methylstyrene, indene, of oct-1-ene in the presence of ethyl diazoacetate. Cyclopropanation of cyclopentene was similarly performed. Various parameters were examined to determine the best reaction conditions. The most significant results in terms of diastereoselectivity and enantioselectivity were obtained in the cyclopropanation of styrene with a complex oxazoline/CuI (diastereoselection trans/cis: 90/10, ee : 93% for the trans isomer). Furthermore, we showed that a catalytic system formed by a diimine and Cu(CH3CN)4PF6 gave similar stereoselectivities for the cyclopropanation of styrene and a-methyl styrene, indicating that the system is less dependent on the nature of the substrate.; Cette thèse est constituée de deux parties indépendantes. La première consiste à former de nouveaux systèmes catalytiques hétérogènes par intercalation d’éthylacétonate de cuivre et de fer dans une argile : la bentonite. Pour cela, celle-ci est purifiée avant d’inclure les deux complexes. Une étude de l’activité de ces deux matériaux a été réalisée avec le diazoacétate d’éthyle afin de former le fumarate et le maléate d’éthyle. Des réactions d’insertion de carbènes ont ensuite été étudiées avec des amines et des alcools en vue de former respectivement des a-oxa et a-aza acétates d’éthyles avec des rendements de l’ordre de 60 à 95%. L’objectif de la seconde partie est d’étudier, en milieu homogène, la réaction de cyclopropanation asymétrique d’alcènes catalysée au cuivre (I) ; les motifs cyclopropaniques étant présents dans de nombreux composés possédant des activités biologiques. Pour ce faire, la synthèse de nouveaux ligands oxazolines et imines issus de l’isosorbide et l’isomannide, deux composés de la biomasse a été réalisée. Complexés au cuivre (I), ces ligands ont été évalués pour la cyclopropanation asymétrique du styrène, de l’ a-méthylstyrène, de l’indène, de l’oct-1-ène en présence de diazoacétate d’éthyle. La cyclopropanation du cyclopentène a de même été réalisée. Divers paramètres ont été examinés afin de déterminer les meilleures conditions réactionnelles. Les résultats les plus significatifs en terme de diastéréosélectivité et d’énantiosélectivité ont été obtenus lors de la cyclopropanation du styrène avec un complexe oxazoline/CuI (diastéréoselection trans/cis : 90/10, ee : 93% pour l’isomère trans). De plus, nous avons montré qu’un système diimine/Cu(CH3CN)4PF6 a donné des stéréosélectivités similaires pour la cyclopropanation du styrène et de l’ a-méthylstyrène, indiquant ainsi que ce système était moins substrat dépendant.

This thesis is divided in two independent parts. The first concerns the development of new heterogeneous catalytic systems involving intercalation of ethylacetonate copper and iron complexes in a clay: the bentonite. For this purpose, the bentonite is purified prior to the inclusion of the two complexes. A study of the catalytic activity of these two materials was performed with ethyl diazoacetate to form ethyl fumarate and maleate. Carbene insertion reactions were then studied with amines and alcohols to form respectively a-oxa and a-aza ethyl acetate derivatives in 60 to 95% yields. The aim of the second part is to study, the homogeneous catalytic asymmetric cyclopropanation reaction of alkenes catalyzed by copper (I) complexes; the cyclopropane unit being present in many compounds presenting biological activities. For that purpose, the synthesis of new oxazolines and imines ligands derived from isosorbide and isomannide, two compounds of the biomass was performed. Complexed with copper (I), these ligands were evaluated for the asymmetric cyclopropanation of styrene, of a-methylstyrene, indene, of oct-1-ene in the presence of ethyl diazoacetate. Cyclopropanation of cyclopentene was similarly performed. Various parameters were examined to determine the best reaction conditions. The most significant results in terms of diastereoselectivity and enantioselectivity were obtained in the cyclopropanation of styrene with a complex oxazoline/CuI (diastereoselection trans/cis: 90/10, ee : 93% for the trans isomer). Furthermore, we showed that a catalytic system formed by a diimine and Cu(CH3CN)4PF6 gave similar stereoselectivities for the cyclopropanation of styrene and a-methyl styrene, indicating that the system is less dependent on the nature of the substrate., Cette thèse est constituée de deux parties indépendantes. La première consiste à former de nouveaux systèmes catalytiques hétérogènes par intercalation d’éthylacétonate de cuivre et de fer dans une argile : la bentonite. Pour cela, celle-ci est purifiée avant d’inclure les deux complexes. Une étude de l’activité de ces deux matériaux a été réalisée avec le diazoacétate d’éthyle afin de former le fumarate et le maléate d’éthyle. Des réactions d’insertion de carbènes ont ensuite été étudiées avec des amines et des alcools en vue de former respectivement des a-oxa et a-aza acétates d’éthyles avec des rendements de l’ordre de 60 à 95%. L’objectif de la seconde partie est d’étudier, en milieu homogène, la réaction de cyclopropanation asymétrique d’alcènes catalysée au cuivre (I) ; les motifs cyclopropaniques étant présents dans de nombreux composés possédant des activités biologiques. Pour ce faire, la synthèse de nouveaux ligands oxazolines et imines issus de l’isosorbide et l’isomannide, deux composés de la biomasse a été réalisée. Complexés au cuivre (I), ces ligands ont été évalués pour la cyclopropanation asymétrique du styrène, de l’ a-méthylstyrène, de l’indène, de l’oct-1-ène en présence de diazoacétate d’éthyle. La cyclopropanation du cyclopentène a de même été réalisée. Divers paramètres ont été examinés afin de déterminer les meilleures conditions réactionnelles. Les résultats les plus significatifs en terme de diastéréosélectivité et d’énantiosélectivité ont été obtenus lors de la cyclopropanation du styrène avec un complexe oxazoline/CuI (diastéréoselection trans/cis : 90/10, ee : 93% pour l’isomère trans). De plus, nous avons montré qu’un système diimine/Cu(CH3CN)4PF6 a donné des stéréosélectivités similaires pour la cyclopropanation du styrène et de l’ a-méthylstyrène, indiquant ainsi que ce système était moins substrat dépendant.

Phosphabarrelenes are unique ligands among phosphines: they combine a very rare set of properties as they are at once sterically hindered and electronically acceptor. The first part of this work deals with the consequences in several palladium catalytic processes involved by these properties. Every single step of the catalytic cycles is thus analyzed both by experimental and theoretical approaches and observations are considered with references to the ligand properties. Some advantages of using phosphabarrelenes are found especially for the two elementary steps of transmetallation and reductive elimination. Conclusions are finally given thanks to the two angles of computational calculation and experimentation. In a second time, the study goes on with nickel. Even though its association with phosphabarrelenes looks promising, these complexes turn out to be poorly efficient compared to already reported examples. The study is thus refocused on carbenes, another familly of ligands. These two first parts exhibit the interest that bidental phosphabarrelenes could have. The synthesis of such molecules is the main objective of the final part. In particular, mechanisms leading to these functionalized phosphines starting with the corresponding phosphinines are investigated, either by nucleophilic addition or Diels-Alder reaction., Au sein des phosphines, les phosphabarrélènes occupent une place unique. Ils réunissent en effet un ensemble de propriétés électroniques et stériques rares, puisqu'ils sont à la fois volumineux et accepteurs d'électrons. La première partie de ce travail de thèse explore les implications que ces caractéristiques induisent sur le comportement en catalyse de complexes de palladium. Plusieurs cycles catalytiques sont ainsi décortiqués afin de mettre en relation, pour chaque étape élémentaire, les propriétés du ligand et les constatations expérimentales. Ceci révèle les atouts des ligands phosphabarrélènes, notamment pour les étapes de transmétallation et d'élimination réductrice. Ces analyses proviennent de la combinaison de résultats expérimentaux et de résultats théoriques de modélisation. Dans un deuxième temps, l'étude se poursuit avec des complexes d'un autre métal : le nickel. Bien que prometteurs, les systèmes utilisant les phosphabarrélènes se révèlent moins performants que de nombreux autres complexes déjà rapportés. L'étude se recentre alors sur les carbènes, une autre famille de ligands. Ces deux premières parties montrent tout l'intérêt que possède les phosphabarrélènes bidentes. La synthèse de ces molécules est l'objectif de la dernière partie. En particulier, sont étudiés deux différents mécanismes aboutissant à ces phosphines fonctionnalisées à partir des phosphinines correspondantes, soit par addition nucléophile, soit par réaction de Diels-Alder.

Recently, a new method for the synthesis of carbene complexes of transition metal has been developed. The strategy consists in bringing the four electrons of the metal-carbon double bond by the carbene fragment. In this respect the use of geminal dianions, species in which the central carbon bears two lone pairs, incorporating σ4-P groups has been a major breakthrough. The use of these dianions has allowed the synthesis of many carbene complexes of transition metal, rare earths, lanthanides and actinides. The first aim of this doctoral work was to extend the coordination study of known dianions. Thus, new carbene complexes have been synthesized. These complexes have been studied theoretically in order to clarify the nature of the metal-carbon bond. Then, we have shown that carbene complexes of group 4 metal centers synthesized by our method could act as stoichiometric transfer agents of the carbene moiety. This method allows the synthesis of new complexes unavailable by the dianion route. The second aim of this work was to extend the number of accessible dianions. The stability of such species highly depends on the choice of the substituents at the phosphorous atoms and the synthesis of such species requires accurate experimental procedures. Three new dianions have been synthesized and characterized. The stabilization of the lone pair at the central carbon has been studied in each case. The first results on the coordination chemistry of these species are also presented. Finally, the activation of B-H bonds by carbenoid species obtained by oxidation of our dianions is reported., Récemment, une nouvelle voie de synthèse de complexes carbéniques de métaux de transition a été développée. Cette stratégie repose sur le fait que les quatre électrons mis en jeu dans la double liaison carbone-métal sont apportés par le ligand carbène. A cet effet le développement de dianions géminés, espèces dont le carbone central porte deux charges négatives, possédant des groupements σ4-P s'est avéré être une avancée majeure. L'utilisation de ces dianions a permis la synthèse d'un grand nombre de complexes carbéniques de métaux de transition, ainsi que de terres rares, de lanthanides et d'actinides. Le but de ce travail doctoral a tout d'abord été d'étendre les études de coordination des dianions géminés développés dans notre laboratoire. De nouveaux complexes carbéniques de métaux de transition ont ainsi été synthétisés. Ces complexes ont fait l'objet d'études théoriques afin de clarifier la nature de la liaison métal-carbone. Ensuite, nous avons montré que les complexes carbéniques des métaux du groupe 4 obtenus par notre méthode de synthèse pouvaient servir d'agents de transfert stœchiométriques du fragment carbène. Cette méthode permet d'accéder à de nouveaux complexes inaccessibles par la voie des dianions. La deuxième partie de ce travail doctoral a consisté à étendre la gamme des dianions géminés disponibles. La stabilisation de la charge centrale au carbone requiert un choix précis des substituants aux atomes de phosphore et l'obtention de dérivés dianioniques stables et facilement isolables demande des conditions expérimentales précises. Trois nouveaux dérivés ont ainsi été synthétisés et la stabilisation de la charge au carbone central a été étudiée par calculs DFT dans chacun des cas. Les premiers résultats en chimie de coordination de ces nouvelles espèces sont également décrits. Finalement, l'activation de liaisons B-H par des espèces carbénoïdes obtenues par oxydation des dianions est présentée.

In the first part of this study is presented the synthesis of a novel family of phosphorylated catalysts for oxidation that are performing and selective. We develop the synthesis of N-phosphonio imines that allow catalytic epoxidation of olefins. A detailed study shows how the reactivity of the imine function can easily be modulated by variation of the nature of the substituent which helps adapting the catalyst to the type of substrate to oxidize. In the second part, a novel synthesis of precursors of vinylidenephosphoranes carbenes, that is short and simple, is proposed. This synthesis could be applied with different kind of substituent which permits the easy modulation of the properties of this new family of vinylidenephosphorane carbenes. The first results show that these carbenes have a pronounced ambiphilic character with an especially high nucleophilicity as estimated by theoretical study. Tests in coordination chemistry are also presented and the first Au(I) complexe is isolated and characterized by X-ray diffraction study.; Dans la première partie, est présentée la synthèse d'une nouvelle famille de catalyseurs d'oxydation phosphorés performants et sélectifs. Ainsi nous avons mis au point la synthèse des imines N-phosphonio qui permettent de réaliser l'époxydation catalytique des oléfines. Une étude détaillée montre comment on peut facilement moduler la réactivité de la fonction imine en jouant sur la nature des substituants, et ainsi pouvoir adapter le catalyseur au type de substrat à oxyder. Dans la deuxième partie, est décrite une nouvelle voie de synthèse, simple et courte, pour les précurseurs des carbènes vinylidènephosphoranes. Cette voie de synthèse autorise une grande variation dans le choix des substituants ce qui devrait permettre de moduler facilement les propriétés de cette nouvelle famille de carbènes. Les premiers résultats montrent que ces carbènes présentent un caractère ambiphile prononcé avec une nucléophilie exacerbée, comme prévu par des calculs théoriques. Les premiers résultats en chimie de coordination sont également présentés et le premier complexe de Au(I) a été isolé et caractérisé par diffraction des rayons X.

This work describes the preparation of new nickel catalysts liganded with N-heterocyclic carbenes for the reduction of (poly)halogenated arenes and imines and for the N,N'-diarylation of aromatic diamines. In a first part, the Ni(0)/IMes (1/2) catalyst, associated to i-PrONa, was used for the reduction of (poly)chlorinated arenes. Carbon-fluorine bonds of fluoroarenes can also be activated by the Ni(0)/IMes (1/1) catalyst and be reduced in the presence of the secondary alkoxide Et2CHONa. Transfer hydrogenation of imines into amines is also possible with this catalyst. In the second part, the development of a new nickel catalyst, noted Ni(0)/IPr (1/2), for the N,N'-diarylation of aromatic diamines is described. The synthesis of new N,N'-diaryldiamines containing a 4-[10-(4-aminophényl)-9-anthryl]aniline moiety is reported. It has been shown that the diaryldiamines possess fluorescent properties and that they were reversibly oxidized into stable di(radical cation)s., Les travaux de cette thèse décrivent la mise au point de nouveaux catalyseurs au nickel ligandés par des carbènes N-hétérocycliques pour la réduction de dérivés (poly)halogénés et d'imines ainsi que pour la N,N'-diarylation de diamines aromatiques. Dans une première partie, le catalyseur Ni(0)/IMes (1/2), associé à i-PrONa, a été utilisé pour la réduction de (poly)chlorobenzènes en hydrocarbures. Il a également été mis en évidence qu'il était possible d'activer la liaison carbone-fluor de fluoroarènes à l'aide du catalyseur Ni(0)/IMes (1/1) et de réduire le fluorure d'aryle à l'aide de l'alcoolate Et2CHONa. L'hydrogénation d'imines par transfert d'hydrure est aussi possible avec le système catalytique Ni(0)/IMes (1/1). La seconde partie du mémoire décrit le développement d'un catalyseur au nickel ligandé par le carbène IPr pour la N,N'-diarylation de diamines aromatiques. La synthèse de nouvelles N,N'-diaryldiamines incorporant le motif 4-[10-(4-aminophényl)-9-anthryl]aniline est enfin décrite. Il a notamment été montré que les diaryldiamines possédaient des propriétés fluorescentes et qu'elles étaient réversiblement oxydables en di(radicaux cations).