Ce mémoire traite du développement d'outils informatiques d'aide à l'analyse structurale des petites molécules organiques par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Il comprend deux volets axés sur l'automatisation de tâches auxquelles les chimistes des laboratoires de synthèse organique ou d'isolement de substances naturelles sont confrontés au quotidien, à savoir l'élucidation et la vérification de structure. Le premier volet concerne des améliorations apportées au logiciel de génération de structure LSD (Logic for Structure Determination). Ce logiciel est basé sur l'interprétation des corrélations des spectres de RMN 2D pour la détermination de structures complètement ou partiellement inconnues. Les progrès récents ont pour but d'augmenter la diversité des molécules analysables et d'améliorer le traitement des corrélations ainsi que la présentation des résultats. L'intégration de LSD avec la base de données SISTEMAT permet de bénéficier de la source d'information supplémentaire que constitue la valeur des déplacements chimiques. Cet avantage se traduit par un filtrage des solutions en fonction d'éléments de sous-structure sélectionnés dans une collection de squelettes de produits naturels. Le second volet présente le développement du logiciel CASA (Computer-Aided Spectral Assignment) dont le rôle est de réaliser une vérification automatique de structure par l'attribution des résonances. Il s'appuie sur des contraintes issues des spectres de RMN 2D et sur un module de prédiction des déplacements chimiques 13C. / This thesis deals with the development of computational tools for structural analysis of small organic molecules by Nuclear Magnetic Resonance (NMR). It consists of two parts that focus on the automation of tasks that chemists working in the fields of organic synthesis or natural substance isolation daily face, namely structure elucidation and verification. The first part reports improvements of the structure generation software LSD (Logic for Structure Determination). This software is designed for the determination of completely or partially unknown structures from the interpretation of 2D NMR correlation spectra. The present work aims to increase the diversity of the molecules that can be analyzed and to improve the processing of correlation data as well as the presentation of results. The integration of LSD with the SISTEMAT database introduces chemical shifts values as an additional information source. It allows the chemist to sort the possible solutions of a problem according to the presence of known natural product skeletons. The second part presents the development of the CASA (Computer-Aided Spectral Assignment) software as a tool for automatic structure assignment. It jointly makes use of constraints from 2D NMR spectra and from the matching between experimental and predicted 13C chemical shifts.

Ce manuscrit présente nos travaux de recherches réalisés sur : i) des éponges marines de Méditerranée (Phorbas tenacior) et des DOM-TOM (Niphates sp. et Clathria rugosa), sélectionnées sur la base des propriétés biologiques préliminaires réalisées sur les extraits bruts, de l’originalité des métabolites, et/ou de l’absence d’étude chimique antérieure de l’espèce ; ii) la synthèse et l’évaluation des propriétés biocides d’analogues de la viscosaline, molécule de type 3-alkylpyridinium aux propriétés antibactériennes et antisalissures faiblement valorisées. L’étude de l’éponge calédonienne Niphates sp. a conduit à l’isolement des népheliosynes A et B, deux polyacétylènes polyhydroxylés avec des cytotoxicités modérées. Les anchinopeptolides B-D, inhibiteurs sélectifs des kinases GSK-3 et PfGSK-3, ont été isolés de Phorbas tenacior, ainsi que la phorbasoïne, un alcaloïde nouveau avec un coeur hydantoïne. Enfin, la première étude chimique de Clathria rugosa a conduit à l’isolement d’un nouveau macrolide, le Clathriolide, un métabolite secondaire cytotoxique vis-à-vis de nombreuses lignées cellulaires tumorales. Chacun des métabolites isolés a fait l’objet d’une étude structurale et biologique poussée. Une stratégie de synthèse originale d’analogues structuraux de la viscosaline a été mise au point. Les dérivés obtenus possèdent d’excellentes activités antibactériennes et antisalissures ainsi que des activités antitumorales modérées. / This manuscript deals with : i) marine sponges from the Mediterranean Sea (Phorbas tenacior) and New Caledonia (Niphates sp. and Clathria rugosa), selected for their biological activities conduced on their crude extract, the originality of produced secondary metabolites and the absence of previous chemical studies ii) the synthesis and the antibacterial properties of analogues of viscosaline. Viscosaline is a 3-alkylpyridinium secondary metabolites which exhibited interesting antibacterial and antifouling properties. The study of the New Caledonian marine sponge Niphates sp. led to the isolation of nepheliosynes Aand B, two polyhydroxylated polyacetylenic acids which exhibited moderate cytotoxic properties. The anchinopeptolides B-D, selective inhibitors of GSK-3 and PfGSK-3 kinases, have been isolated from Phorbas tenacior along with the new alkaloid phorbasoïne. Finally, the first study of the New Caledonian sponge Clathria rugosa let to the isolation of new macrolide, clathriolide, which exhibited cytotoxic properties. The structures and biological properties of each metabolite have been extensively studied in this work. An original synthesis of analogues of viscosaline had been developed. All the derivatives showed excellent antibacterial and antifouling properties, and moderate antitumoral activities.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l’isolement de métabolites secondaires de trois invertébrés marins, ainsi que sur la synthèse de molécules hybrides, notamment à visée antifouling et inhibiteurs de kinases, inspirées des motifs naturels issus des familles dispacamides et 3-alkylpyridines. Les techniques spectroscopiques et les transformations chimiques ont été largement utilisées pour les déterminations structurales. Les nouveaux composés ont été évalués biologiquement.Le travail d’isolement sur le corail mou Sinularia vanderlandi a permis de mettre en évidence trois nouveaux composés de la famille de diterpènes norcembranoïdes, dont les configurations relatives ont été déterminées. Un lien chimique a également été établi entre les nouveaux composés isolés ainsi que ceux de la même famille décrits dans la litérature.Neuf nouvelles molécules ont été obtenues de l’éponge Pipestela candelabra, quatre phopholipides et cinq composés de la famille du jaspamide, les pipestelides A-C ainsi que les 5-hydropéroxy-jasplakinolides Ca et Cb. Des travaux d’hémisynthèse ont été réalisés à partir du jaspamide pour confirmer les structures des dérivés hydropéroxydés. Cette thèse contient également une étude partielle de l’éponge Stylissa carteri qui a mis a jour deux nouvelles benzosceptrines.Les travaux de synthèses ont eu pour but d’établir les voies d’accès à des dérivés l’obtention dispacamide / 3-alkylpyridine. Trois dérivés ont ainsi été synthétisés et les évaluations biologiques sont en cours, notamment pour les activités antifouling. Des aspects structuraux de ce type de dérivés ont été abordés par la synthèse d’autres dérivés. / The work described in this thesis deals with the isolation of new metabolites from marine invertebrates in one hand, and with the synthesis of antifouling and kinase inhibitors hybrid molecules inspired from dispacamide and 3-alkylpyridine scaffolds. Spectroscopic methods and chemical modifications were used for structural determination. The new compounds were biologically evaluated.Three new compounds of the norcembranoid diterpenes were isolated from the Soft Coral Sinularia vanderlandi. The relative configurations of these metabolites were determined and a chemical link was established between these diterpenes.The investigation of the marine Sponge Pipestela candelabra has conducted to the isolation of nine new metabolites, four phospholipids and five new jaspamide congeners including pipestelides A-C and 5-hydroperoxy-jasplakinolides Ca et Cb. Hemisynthesis were conducted from the jaspamide, together with spectroscopic analysis to confirm the structures of the peroxidated compounds.Two new derivatives of benzosceptrine were isolated from a partial study of the marine Sponge Stylissa carteri.The synthesis part of this work described the access to dispacamide / 3-alkylpyridine derivatives. Three hybrids were synthetized and biological evaluation are in progress, particularly for antifouling activities. Structural aspects were also studied by the synthesis of other derivatives

Ce mémoire de doctorat rassemble les travaux réalisés dans le cadre d’une étude analytique approfondie et systématique des substances à odeur boisée. Ces substances définissent une famille d’ingrédients unanimement appréciés pour leurs notes puissantes et recherchés par les parfumeurs pour composer les accords parmi les plus emblématiques de la profession. Les matières premières inscrites au programme de cette étude sont les essences de Gaïac, d’Araucaria, de Patchouli, de Cyprès Jaune d’Alaska, de Vétiver et d’Agarwood, ainsi que certains de leurs produits dérivés. La plupart de ces matières premières sont couramment utilisées par l’industrie du parfum. Leur spécificité provient de leur composition chimique très largement dominée par les dérivés sesquiterpéniques, conférant ainsi à ces extraits une complexité moléculaire indéniable. Les principaux objectifs de cette thèse de doctorat ont consisté à améliorer la connaissance de ces matières premières en termes de composition chimique, à déterminer autant que possible les composés odorants contribuant à leur odeur, et enfin d’explorer d’éventuelles voies de valorisation pour ces mêmes ingrédients à l’échelle industrielle.La méthodologie analytique développée tout au long de l’étude a nécessité l’utilisation combinée d’un large éventail de techniques chromatographiques, spectrométriques et spectroscopiques pour parvenir à caractériser ces matières premières au plus près et à réaliser l’isolement de leurs constituants inconnus. Ainsi, ces travaux s’articulent autour de quatre outils centraux : la chromatographie gazeuse bidimensionnelle intégrale couplée à la spectrométrie de masse (GC × GC–MS), la chromatographie gazeuse couplée à l’olfactométrie (GC–O), la chromatographie gazeuse semi-préparative (GC prép.) et la résonance magnétique nucléaire (RMN). Près de 190 composés ont été isolés et caractérisés dont 107 sont décrits pour la première fois comme constituants d’extraits naturels. / This Ph.D. dissertation sums up the work carried out as part of a thorough and systematic analytical study of woody-scented substances. These substances define a family of ingredients unanimously appreciated for their powerful notes, and sought by perfumers to compose some of the most emblematic accords in perfumery. The raw materials included in the frame of this study are the oils of Guaiac, Araucaria, Patchouli, Alaska Yellow Cypress, Vetiver, and Agarwood, as well as some of their by-products. Most of these raw materials are ingredients commonly used by the perfume industry. Their chemical specificity comes from their composition largely dominated by sesquiterpene derivatives, giving these extracts an undeniable molecular complexity. The main objectives of this Ph.D. thesis were to improve the knowledge of these raw materials in terms of chemical composition, to determine as much as possible the odorous compounds contributing to their odor, and finally to explore possible ways of valorization for these products on an industrial scale.The analytical methodology developed throughout this study required the combined use of a wide range of chromatographic, spectrometric, and spectroscopic techniques in order to characterize these raw materials as precisely as possible and achieve the isolation of their unknown constituents. Thus, our work revolved around four central tools: comprehensive two-dimensional gas chromatography-mass spectrometry (GC × GC-MS), gas chromatography-olfactometry (GC–O), preparative capillary-gas chromatography (pc-GC) and nuclear magnetic resonance (NMR). Almost 190 compounds have been isolated and characterized, 107 of which are described for the first time as constituents of natural extracts.