This work describes the synthesis and functionalization of azoles employing different methodologies, based on organometallic catalysis or not. Firstly, we disclose the synthesis tetra-substituted 5-trifluoromethyl pyrazoles via sequential halogenation of 5-trifluoromethyl pyrazoles and palladium-catalyzed carbon–carbon and carbon–nitrogen cross-coupling reactions employing organozinc reagents and amines as coupling partners, respectively. This work allowed to achieve new pyrazolic systems in moderated to good yields. Posteriorly, we show the synthesis of 1,3-di(hetero)aryl indazoles exploring the complementary catalytic activity of nickel and copper complexes. We commenced this study evaluating different nickel pre-catalysts to perform the intramolecular amination of unprotected 2-chlorophenyl hydrazones. In a second moment, we described the N-(hetero)arylation of the in situ generated NH indazoles, using a simple catalytic system based on copper/DMEDA. This sequential one-pot fashion procedure allowed the achievement of several 1,3-di(hetero)aryl indazoles in moderate to good yields. Lastly, we disclose the formation of pyrazolo[1,5-a]quinoxalin-4(5H)-ones by the reaction between ethyl 1-(2-chlorophenyl)-1H-pyrazole-5-carboxylate and primary amines. The one-pot methodology undergoes by two sequential reactional pathways: i) amidation of the ester moiety attached to the pyrazole ring, and ii) intramolecular cyclization via nucleophilic aromatic substitution. This synthetic approach proved to be efficient only for primary aliphatic amines, allowing to achieve molecules with different substitution patterns in moderate to good yields. Key-words: Azoles, quinoxalinones, Negishi cross-coupling, Buchwald-Hartwig cross-coupling. / Este trabalho descreve a síntese e a funcionalização de azóis através de diferentes metodologias, ancoradas ou não na catálise organometálica. Primeiramente, descrevemos a síntese de 5-trifluormetil pirazóis tetrassubtituídos através de reações de acoplamento cruzado catalisadas por complexos de paládio entre 5-trifluormetil-4-halo pirazóis, reagentes organozinco e aminas. Este trabalho permitiu a obtenção de novos sistemas pirazólicos com rendimentos moderados a bons. Posteriormente realizamos a síntese de 1,3-di(hetero)aril indazóis explorando as atividades catalíticas complementares de complexos de níquel e cobre. Primeiramente avaliamos diferentes pré-catalisadores de níquel para realizar a aminação intramolecular de diferentes 2-clorofenil hidrazonas não protegidas. Em um segundo momento, realizamos a N-(hetero)arilação dos NH indazóis gerados in situ, através do emprego de um sistema catalítico baseado em cobre/DMEDA. A metodologia permitiu a obtenção de diferentes indazóis 1,3-di(hetero)aril substituídos, com rendimentos moderados a bons. Por fim, demonstramos a síntese de pirazolo[1,5-a]quinoxalin-4(5H)-onas a partir da reação entre 1-(2-clorofenil)-1H-pirazolo-5-carboxilatos de etila e aminas primárias. A metodologia one-pot envolve duas etapas sequenciais; i) amidação da função éster do pirazol e ii) ciclização intramolecular via substituição nucleofílica aromática. Esta abordagem sintética provou ser eficiente ao se empregar aminas alquílicas primárias, permitindo a obtenção de diferentes padrões de substituição com rendimentos moderados a bons.

<p>  </p> <p>Aromatic C-N bond formation is critical for synthetic chemistry in pharmaceutical, agrochemical, and natural product synthesis. Due to the prevalence of this bond class, many synthetic routes have been developed over time to meet the demand. The most recent and robust C-N bond formation reaction is the palladium catalyzed Buchwald-Hartwig amination. Considering the importance of the Buchwald-Hartwig amination, a high-throughput experimentation (HTE) campaign was devised to create a library in which chemists can refer to optimal reaction conditions and ligand/catalyst choice based on the nature of their substrates to be coupled. This study showed trends for the appropriate choice of ligand and catalyst, along with what bases, temperatures, stoichiometries, and solvents are appropriate for the selected substrate combination at hand. </p>

Les lymphomes à grandes cellules anaplasiques ou ALCL (Anaplastic Large-Cell Lymphoma) sont des cancers appartenant à la famille des lymphomes de type non-Hodgkin. La majorité des ALCL est issue d'une translocation t(2;5)(p23;q35) donnant lieu à la formation d'une protéine de fusion appelée NPM-ALK. A ce jour, peu d'inhibiteurs présentent de bonnes activités contre cette protéine chimérique. L'obésité représente un problème socio-médical d'envergure, à la fois pour ses effets directs et indirects ; le surpoids étant un facteur primaire dans de nombreuses maladies, tout particulièrement les diabètes, les accidents cardiovasculaires, le cancer, etc. A contrario, une restriction calorique (RC) est associée à des bénéfices importants en terme de santé. A l'issue de plusieurs criblages, un inhibiteur au motif 2-acylaminothiazole a montré une activité anticancéreuse sur ALK mais également la faculté de mimer la restriction calorique chez C. Elegans. Par conséquent, les travaux de recherche réalisés lors de cette thèse ont concerné la synthèse d'inhibiteurs comportant le squelette 2-acylaminothiazole. Les chromatographies d'affinité effectuées sur deux de nos inhibiteurs ont permis l'identification de cibles principales potentielles dans le cadre de la restriction calorique et des cibles secondaires possibles pour NPM-ALK. Ensuite, la présence d'un atome de brome sur le cycle aromatique a mené à la formation de liaisons C(sp2)-C(sp2), C(sp2)-C(sp) et C(sp2)- N, en utilisant les couplages catalysés par le palladium. Les différentes méthodes de modulation chimique ont conduit à mettre en place une librairie de 134 molécules. Certains d'entres eux et plus précisément ceux possédant un atome de silicium ont démontré une très bonne activité contre ALK et son mutant L1196M. Enfin, des résultats préliminaires ont également été obtenus sur le sujet de la restriction calorique avec quatre composés montrant une réduction du taux de lipides chez C. Elegans / Anaplastic Large-Cell Lymphoma (ALCL) is a type of cancer belonging to the non-Hodgkin family. The majority of ALCL arises from a translocation t(2;5) (p23;35) which leads to the formation of a fusion protein called NPM-ALK. Nowadays, few molecules are known to inhibit the activity of this chimeric protein. Obesity is a major socio-medical problem, for both direct and indirect effects, overweight is a primary factor in many diseases, especially diabetes, cardiovascular events, cancer, etc... In contrast, caloric restriction (CR) is associated with significant benefits in terms of health. After several screenings, one inhibitor based on a 2-acylaminothiazol scaffold showed anticancer activity on the protein ALK but also the ability to mimic caloric restriction in C. Elegans. The aim of this PhD was to develop the synthesis of new inhibitors including the 2-acylaminothiazol scaffold. The affinity chromatography performed on two of our inhibitors was used to identify potential major cellular targets in the process of caloric restriction and secondary cellular targets for NPM-ALK. Then, the presence of a bromo group on the aromatic ring allowed the formation of C(sp2)-C(sp2), C(sp2)- C(sp) and C(sp2)-N bonds, using palladium-catalyzed couplings. The different chemical methodologies afforded the synthesis of a library of 134 molecules. Some of them especially with a silicon atom demonstrated very good inhibitory activity and high selectivity against NPM-ALK and L1196M-NPM-ALK. Finally, preliminary results were also obtained on the subject of calorie restriction with four compounds showing a reduction of lipids in C. Elegans

Le travail s’est articulé autour de la synthèse et de l’évaluation biologique de nouveaux inhibiteurs de protéines kinases dont essentiellement de kinases dépendantes de cyclines (CDKs). La dérégulation de ces kinases est mise en cause dans l’apparition de nombreuses pathologies prolifératives telles que le cancer ou non prolifératives telles que les maladies neurodégénératives. Deux types d’inhibiteurs ont été préparés. La première famille de composés étudiée est la famille des purines, sur laquelle a été introduite des substructures de type aminodiols en position C-2. Ces aminodiols ont été préparés de manière stéréosélective via la réaction de dihydroxylation asymétrique décrite par Sharpless ou à partir de dérivés d’acides aminés. Parmi les inhibiteurs réalisés, plusieurs ont montré une inhibition envers les protéines CDK5, CDK9 et CK1 très supérieure (IC50 de l’ordre de 100 nM) à celle de la (R)-Roscovitine, molécule actuellement en phase clinique II dans plusieurs cancers. Ces inhibitions des cibles enzymatiques s’accompagnent d’un effet antiprolifératif sur plusieurs lignées tumorales. Enfin l’étude d’une des molécules a été complétée par des tests très favorables sur des enzymes de microsomes hépatiques (IC50 > 5 μM). Dans une seconde partie, des imidazo[1,2-b]pyridazines ont été préparées. Une synthèse originale conduisant aux imidazo[1,2-b]pyridazines 3,6,8-trisubstituées a été mise au point. Les produits présentent une inhibition forte envers les protéines kinases telles que CDK5 et CK1 (IC50 < 50 nM). Ils montrent également des propriétés antiprolifératives sur les cellules tumorales SH-SY5Y. Enfin, des imidazo[1,2-b]pyridazines 3,6-disubstituées se révèlent être des inhibiteurs sélectifs de la protéine CLK1 (IC50 < 100 nM). / This thesis focuses on the synthesis and biological evaluation of new kinase inhibitors. Kinase deregulation is associated with numerous diseases such as cancer or neurodegenerative diseases. In the first part of this work, 2,6,9-trisubstituted purines bearing at C-2 position aminodiols derivatives were prepared. Aminodiols were obtained either via Sharpless asymmetric dihydroxylation or by reduction of amino esters. The compounds appeared to be more potent against kinases than (R)-roscovitine which is presently undergoing phase II clinical tests. In particular, inhibition of CK1, CDK5 and CDK9 were observed with IC50 < 200 nM. The compounds prepared showed an antiproliferative effect against tumor cell-lines (SH-SY5Y). Eventually, one of the most promising compounds was assayed against a series of cyt P450 enzymes and did not showed any inhibition (IC50 > 5 μM). The second family of compounds prepared in this work is imidazo[1,2-b]pyridazines. A new route to 3,6,8-trisubstituted imidazo[1,2-b]pyridazines was first developed. These products were shown to be highly potent inhibitors of several kinases such as CDK5 and CK1 (IC50 < 50 nM). The kinase inhibitions were accompanied by antiproliferative activities against tumor cell-lines. Finally, a series of 3,6-disubtituted imidazo[1,2-b]pyridazines was also prepared and appeared to be selective inhibitors of CLK1 (IC50 < 100 nM).

Ce travail s'inscrit dans la recherche et le développement de nouvelles molécules à visée thérapeutique via la mise au point de cyclisations radicalaires oxydatives médiées par l'acétate de manganèse(III). Deux problématiques ont dirigé nos recherches. Tout d'abord, nous avons développé une stratégie de synthèse de prodrogues analogues de la pafuramidine, molécule antileishmanienne. Ainsi, une 1ère série d'amidoximes a été obtenue à partir de &#946;-cétosulfones par une synthèse multi-étapes faisant appel aux réactions i) de cyclisations radicalaires oxydatives médiées par Mn(OAc)3 et ii) de couplages pallado-catalysées de Buchwald-Hartwig et de Heck. Suite à l'évaluation biologique in vitro sur Leishmania donovani et sur des cellules humaines, une 2ème série d'amidoximes et en particulier des monoamidoximes a été réalisée, ce qui a révélé une molécule présentant un index de sélectivité 40 fois plus élevé que celui de la pentamidine, médicament utilisé comme référence. Nous avons également mis au point un double couplage "one-pot" de Buchwald-Hartwig dans le but d'obtenir des produits dicouplés dissymétriques, précurseurs éventuels de futures diamidoximes. Dans une deuxième partie, nous nous sommes focalisés sur la synthèse de composés spirocycliques pouvant constituer un pharmacophore original. De ce fait, une stratégie de synthèse conduisant à divers noyaux tels des tétralines spirocycliques, des spirolactones, des spirobenzophénanthrédin-6(5H)-ones a été mise au point. Ce travail nous a également menés vers la synthèse de dérivés thiobarbiturates, analogues de composés anesthésiques ou anticonvulsivants. / This work focuses on the research and development of new therapeutic molecules through optimized radical cyclizations mediated by manganese(III) acetate. Two problematics directed our research. First, we developed analogous prodrugs of pafuramidine, an antileishmanial molecule. Thus, a 1rst series of amidoximes was obtained from &#946;-ketosulfones by a multi-step synthesis involving i) radical oxidative cyclizations mediated by Mn(OAc)3 and ii) pallado-catalyzed Buchwald-Hartwig and Heck coupling reactions. The 1rst series being biologically evaluated in vitro, both on Leishmania donovani and human cells, a 2nd series and particularly monoamidoximes was prepared and revealed a molecule presenting a selectivity index 40 times higher than the one of pentamidine, used as reference drug compound. We also developed a one-pot double Buchwald-Hartwig coupling reaction in the aim to obtain dissymmetric dicoupled products, potential precursors of future diamidoximes. In a second time, we focused on the synthesis of spirocyclic compounds which could constitute an original pharmacophore. Therefore, we performed a synthesis allowing access to a wide variety of scaffolds such as spirocyclic tetralins, spirolactones, spirobenzophenanthridin-6(5H)-ones. This work allowed the synthesis of thiobarbiturates, analogous of anesthetic or anticonvulsive compounds.

In der heutigen Wirkstoffforschung stellen vor allem multiresistente Krankheitserreger eine große Herausforderung an die Wissenschaft dar. Noch sterben z.B. an der Tuberkulose jährlich etwa 1.7 Millionen Menschen, davon 69000 allein in Europa (WHO-Angaben, 2004). Die Tuberkulose verursacht neben AIDS die meisten Todesfälle unter den Infektionskrankheiten. Ein großes Problem sind die zahlreichen Neuerkrankungen, die mit herkömmlichen Mitteln nicht mehr behandelt werden können, sowie zunehmende Medikamentenallergien. Somit ist ein wichtiges Gebiet der Wirkstoff-forschung, neben der Weiterentwicklung bekannter Medikamente, deren Neuentwicklung. Dabei leistet die Natur eine unentbehrliche Orientierungshilfe. So konnte aus asiatischen Medizinalpflanzen in letzter Zeit eine Reihe von Carbazolalkaloiden isoliert werden, die zweifelsfrei gegen das HI-Virus oder das Mycobakterium tuberculose, dem Erreger der Tuberkulose, aktiv sind.[1] Ziel der vorliegenden Arbeit war die regioselektive Synthese oxygenierter Carbazole. Dabei wurde das Konzept der eisenvermittelten Carbazolsynthese angewendet und darüber hinaus als Alternative die palladiumvermittelte Carbazolsynthese weiterentwickelt. Die für den Palladiumweg benötigten N,N-Diarylamine konnten über die BUCHWALD-HARTWIG-Aminierung, die Eisensalzkomplexe über eine katalytische Komplexierung ausgehend von Cyclohexadienen mit Pentacarbonyleisen hergestellt werden. Beide Methoden wurden gegenübergestellt und besonders hinsichtlich ihrer Ausbeuten und Syntheseeffizienz verglichen.

Depuis plus d’un siècle, la chimie hétérocyclique représente l’un des plus vastes domaines de recherche en chimie organique. En particulier, les hétérocycles bicycliques fusionnés à 5 chaînons, contenant à la fois des atomes de soufre et d’azote, présentent, de par leur rareté et leur potentiel biologique, un champ d’intérêt croissant pour les équipes de recherche et développement académiques ou des entreprises pharmaceutiques. Parmi les nombreux composés bicycliques [5-5], notre étude s’est focalisée sur le noyau imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole décrit sporadiquement dans la littérature et pour lequel les voies d’accès actuelles ne se limitent qu’à une seule méthode faisant intervenir une étape de cyclisation et des conditions drastiques. Ce verrou entraine inéluctablement une faible diversité fonctionnelle autour de cet hétérocycle, restreignant ainsi les domaines d’applications notamment biologiques. Afin de pallier à cette problématique, nous avons initié une étude de la réactivité de chacune des trois positions fonctionnalisables du bicycle imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole, développant ainsi diverses réactions pallado-catalysées (Suzuki-Miyaura, CH-arylation, Buchwald-Hartwig), de substitution nucléophile aromatique et de Pictet-Spengler. L’étude des propriétés biologiques des différents composés synthétisés et hautement valorisables durant ces travaux a abouti à la découverte de deux séries de molécules inhibant sélectivement les kinases DYRK-1A et CLK-1, deux protéines d’intérêt dans le traitement des affections du système nerveux central (neuropathies, Alzheimer…). / For more than a century, heterocyclic chemistry is one of the largest area in organic chemistry research. In particular, because of their rarity and their biological potential, [5-5] fused ring heterocycles containing both sulfur and nitrogen atoms are a large area of interest for both academic and industrial research and development teams. Among these numerous [5-5] bicycles, our study is focused on imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole scaffold, which is quite few described in the literature and whose pathways are limited to almost one method involving a cyclisation step and drastic conditions. This lock leads inevitably to low functional diversity around this heterocycle, thus restricting its applications, including biological. In order to overcome this problematic, we then initiated the reactivity study of each three positions of the bicycle imidazo[2,1-b][1,3,4]thiadiazole, developing thereby several palladium couplings (Suzuki-Miyaura, direct arylation, Buchwald-Hartwig), as well as aromatic nucleophilic substitution and Pictet-Spengler reaction. The study of the biological properties of the different compounds synthesized in this work and highly valuable led to the discovery of two series of molecules, inhibiting selectively DYRK-1A and CLK-1, two kinases of interest in the treatment of dysfunction of central nervous system (neuropathies, Alzheimer…).

Les neurostéroïdes sont des composés endogènes qui peuvent moduler la transmission synaptique et avoir un effet neuroprotecteur dans les maladies neurodégénératives. Les systèmes régulant leur biosynthèse ne sont pas connus mais la première étape de celle-ci peut être régulée par la protéine TSPO. Cette protéine mitochondriale facilite le transport du cholestérol vers l’intérieur de la mitochondrie pour y être métabolisé en prégnénolone. Ce stéroïde est le précurseur principal de la biosynthèse des neurostéroïdes et l’utilisation in vitro de ligands du TSPO permet d’augmenter sa sécrétion. Dans ce travail de thèse, nous avons ainsi cherché à développer de nouvelles familles de ligands solubles du TSPO augmentant la sécrétion de prégnénolone. Le développement de ces nouvelles familles a nécessité la réalisation d’une méthodologie de synthèse faisant intervenir une réaction de cyclisation pallado-catalysée de type Buchwald-Hartwig. Une étude de solubilité des composés synthétisés a été effectuée expérimentalement, leur activité a été évaluée par des méthodes fonctionnelles et leur effet neuroprotecteur a été testé sur un modèle cellulaire de la maladie d’Alzheimer. / Neurosteroids are endogenous compounds which can alter the synaptic transmission and enhance neuroprotection in neurodegenerative diseases. The systems that regulates their biosynthesis are not described but its first step ca be regulated by the TSPO. This mitochondrial protein facilitates the transport of cholesterol to the mitochondrial matrix to be metabolized in pregnenolone. This steroid is the precursor of neurosteroid biosynthesis and in vitro use of TSPO ligands induces its secretion. For this project, we looked forward to develop new families of soluble TSPO ligands that can increase pregnenolone production. The access to 3-amino-3,4-dihydroquinolin-2-ones required the establishment of a synthesis methodology of a palladium-catalyzed cyclization following Buchwald-Hartwig amination. A solubility study of synthesized compound was performed, their activity was established based on functional assays and their neuroprotective effect was evaluated on a cellular model of Alzheimer disease.

In der heutigen Wirkstoffforschung stellen vor allem multiresistente Krankheitserreger eine große Herausforderung an die Wissenschaft dar. Noch sterben z.B. an der Tuberkulose jährlich etwa 1.7 Millionen Menschen, davon 69000 allein in Europa (WHO-Angaben, 2004). Die Tuberkulose verursacht neben AIDS die meisten Todesfälle unter den Infektionskrankheiten. Ein großes Problem sind die zahlreichen Neuerkrankungen, die mit herkömmlichen Mitteln nicht mehr behandelt werden können, sowie zunehmende Medikamentenallergien. Somit ist ein wichtiges Gebiet der Wirkstoff-forschung, neben der Weiterentwicklung bekannter Medikamente, deren Neuentwicklung. Dabei leistet die Natur eine unentbehrliche Orientierungshilfe. So konnte aus asiatischen Medizinalpflanzen in letzter Zeit eine Reihe von Carbazolalkaloiden isoliert werden, die zweifelsfrei gegen das HI-Virus oder das Mycobakterium tuberculose, dem Erreger der Tuberkulose, aktiv sind.[1] Ziel der vorliegenden Arbeit war die regioselektive Synthese oxygenierter Carbazole. Dabei wurde das Konzept der eisenvermittelten Carbazolsynthese angewendet und darüber hinaus als Alternative die palladiumvermittelte Carbazolsynthese weiterentwickelt. Die für den Palladiumweg benötigten N,N-Diarylamine konnten über die BUCHWALD-HARTWIG-Aminierung, die Eisensalzkomplexe über eine katalytische Komplexierung ausgehend von Cyclohexadienen mit Pentacarbonyleisen hergestellt werden. Beide Methoden wurden gegenübergestellt und besonders hinsichtlich ihrer Ausbeuten und Syntheseeffizienz verglichen.

A number of novel isoindoline nitroxides have been synthesised using a variety of synthetic techniques. Several carbon-carbon bond forming methodologies, including the first examples of Heck and Sonogashira coupling applied to the isoindoline nitroxide class, were utilised to give novel robust aromatic frameworks. Palladium-catalysed Heck coupling of brominated nitroxides and ester-substituted olefins generates novel nitroxides possessing extended conjugation. Hydrolysis of the nitroxide esters gave the corresponding carboxylic acids, which showed enhanced water solubility. Sonogashira coupling of an iodo-isoindoline nitroxide gave several novel alkynesubstituted nitroxides in high yield. Subsequent coupling of a deprotected ethynyl nitroxide with aromatic iodides gave acetylene-linked nitroxides and an acetylene linked nitroxide dimer. A butadiyne linked dinitroxide was successfully synthesised via Eglinton oxidative coupling of two ethynyl nitroxides. The synthesis of a novel water-soluble dicarboxy nitroxide was achieved by base hydrolysis of a dinitrile. Functional group interconversion furnished anhydride and imide substituted nitroxides from the diacid. Subjecting the imide to the Hofmann rearrangement gave an unexpected brominated amino-carboxy nitroxide. The dicarboxy nitroxide and the brominated amino-carboxy nitroxide were both shown to have a protective effect on Ataxia-Telangiectasia cells, indicating a possible role as antioxidants in the treatment of this disease. A fluorescein nitroxide was successfully synthesised through the condensation of the anhydride substituted nitroxide and resorcinol. After limited success using a variety of other techniques, Buchwald-Hartwig amination was able to furnish a rhodamine nitroxide, via a triflate-fluorescein nitroxide. The extended aromatic nitroxides possess suppressed fluorescence and we have described these systems as profluorescent. The profluorescent nitroxides were found to have significantly lower quantum yields than the non-radical analogues and displayed a substantial increase in fluorescence intensity upon radical trapping, making them useful probes for free radical reactions.