Ce travail de thèse est dédié au développement des deux familles de complexes chiraux binaphtolates de terres rares et leur application en catalyse asymétrique dans les réactions d’addition de Michael, de Henry, de Strecker et d’hydroalkoxylation. La préparation d’une nouvelle famille de complexes chiraux bisbinaphtolates de terres rares a été optimisée. Ces nouveaux complexes ont été entièrement caractérisés grâce à des analyses RMN, IR, de spectroscopie de masse et des études de DRX de monocristaux isolés. Après une étude de stabilité, nous avons pu montrer que ces nouveaux complexes de terres rares peuvent être pesés à l’air libre et utilisés dans des réactions asymétriques sans dégazage des réactifs ni des solvants. Les comportements catalytiques de ces nouveaux complexes hétérobimétalliques ont été étudiés en détail dans des réactions énantiosélectives de Henry, de Strecker et d’addition de Michael. Une température d’isoinversion et un effet non linéaire ont notamment été mis en évidence dans la réaction d’addition de Michael de malonates sur des énones conduisant à des produits énantioenrichis avec des excès énantiomériques allant jusqu’à 83%. Une seconde famille de complexes monobinaphtolate monoalkyl de terres rares a été synthétisée et complètement caractérisée. Une structure DRX de ce type de complexe a pu être obtenue pour la première fois. Ces complexes ont été évalués dans des réactions de Strecker et d’hydroalkoxylation. Concernant cette dernière, la sélectivité a tout d’abord été étudiée avec ces complexes dans le cas des allènes et un mécanisme a pu être proposé. D’autre part, les premiers exemples d’hydroalkoxylation asymétrique d’alcènes, catalysés par ces complexes monobinaphtolate monoalkyl de terres rares, ont pu être décrits. / This thesis is mainly devoted to the development of two families of rare earths chiral binaphtolate complex and their application in asymmetric catalysis such as Michael addition, Henry reaction, Strecker reaction and hydroalkoxylation reaction. At first, the preparation of a new family of rare earth bisbinaphtolate complexes has been optimized with complete characterizations including NMR, IR, mass spectroscopy and XRD studies on isolated single crystals. These new rare earths complexes are relative stable which can be used under air condition. The catalytic behavior of these new heterobimetallic complexes have been studied in detail: an isoinversion temperature was determined and the nonlinear effect was observed for asymmetric Michael additions of malonates on enones wich lead products with enantiomeric excess up to 83%. Secondly, a family of rare earth monobinaphtolate monoalkyl complexs has been synthesized and characterized. The first XRD structure of this family of complex was obtained. Steric substitutions of binaphtolate ligands on position 3,3’ have been proven to be essential for the formation of these complex. The selectivity of reaction of hydroalkoxylation of allene was studied with a proposed mechanism. First examples of asymmetric hydroalkoxylation of alkene catalyzed by rare earth complexes have been achieved by our rare earth monoalkyl monobinaphtolate complex.

Les carbapénèmes occupent actuellement une place centrale dans la lutte contre les bactéries résistantes aux antibiotiques classiques de type pénicilline. Notre thèse a pour objectif de développer une synthèse de leurs intermédiaires dans l'optique d'une application à l'échelle industrielle. Nous avons exploité, comme stratégie de fermeture de l'hétérocycle, la formation du lien C-3/C-4 par attaque nucléophile intramoléculaire sur un époxyde. Celui-ci est obtenu à partir de la L thréonine qui fournit deux stéréocentres et permet d'induire le troisième carbone asymétrique. Nous avons utilisé le groupe benzhydryle comme groupe protecteur, nouveau dans cette chimie, pour remplacer le groupe para-anisyle habituel qui pose des problèmes industriels. Ce nouveau groupe change fortement la réactivité de l'époxyamide impliquant une optimisation délicate des conditions et un choix judicieux des substituants. De plus, une nouvelle méthode de déprotection par bromation photochimique a été mise au point, complètement compatible avec la fragilité du cycle beta-lactame. Enfin, pour générer le groupe partant en C-4, nous avons utilisé une oxydation de Baeyer-Villiger. La régiosélectivité de cette étape dépend fortement des substituants et apparaît contradictoire avec les exigences de la fermeture de cycle. L'étude de l'influence des substituants sur ces deux étapes nous a permis de sélectionner le substituant optimal. Dans la seconde partie de cette thèse, nous nous intéressons à l'introduction du 4e centre asymétrique caractéristique des carbapénèmes. Nous avons étudié la possibilité de l'effectuer avec des dérivés de l'acide de Meldrum pour substituer la position C-4 de l'intermédiaire-clef, suivi d'une décarboxylation asymétrique. Nous clôturons ce travail par une évaluation économique de notre synthèse d'un précurseur équivalent à l'acétoxyazétidinone. /Carbapenems occupy a central role in the fight against bacteria that are resistant to classical antibiotics such as penicillins. Our thesis has the aim to develop a synthesis of their principal intermediates with the objective to apply it at the industrial scale. We have explored, as strategy of the heterocycle closing, the formation of the C-3/C-4 bond by a nucleophilic attack on an epoxide. This one was obtained from L-threonine which brings two stereocenters and allows the induction for the creation of the third asymmetric carbon. We used the benzhydryl group as protecting group, new in this chemistry, to replace the usual para-anisyl group which causes industrial problems. This new group strongly affects the reactivity of the epoxyamide imposing a fine optimization of the conditions and an adequat choice of substituents. Furthermore, a new deprotection method by photochemical bromination was developed, entirely compatible with the fragility of the beta-lactam ring. Finally, to create the leaving group in C-4, we used a Baeyer-Villiger oxidation. Regiochemistry of this step strongly depends on substituents and appears contradictory with the requirements of the ring closing. The study of the influence of the substituents on these two steps permits us to choose the optimal substituent. In a second part of the work, we were interested in the introduction of the fourth asymmetric center of carbapenems. We studied the feasibility to perform it with Meldrum's acid derivatives by substituting the C-4 position of the key-intermediate, followed by an asymmetric decarboxylation. We ended this work by an economic evaluation of the synthesis of our precursor similar to acetoxyazetidinone.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'objectif de ce travail étaient le développement de catalyseurs hétérogènes efficaces pour promouvoir des réactions asymétriques, en utilisant la polymérisation oxydante ou la formation de polymères de coordination. De nouveaux complexes de salen Co(III) chiraux modifiés par des groupements aromatiques sur les position 5, 5' ont été préparés et testés dans le dédoublement cinétique hydrolytique (HKR) des époxydes terminaux en conditions homogènes. Ces complexes ont été ensuite engagés dans les polymérisations oxydantes électrochimiques ou chimiques, et une stratégie de copolymérisation a fourni des polymères chiraux très efficaces et stables pour catalyser l'HKR dans des conditions hétérogènes. Nous avons alors cherché à préparer un catalyseur capable de catalyser deux réactions en cascade, en copolymérisant deux complexes de salen portant des métaux différents. Pendant ces études, les complexes de salen Mn ont révélé leur participation active à la réaction d'HKR des époxydes terminaux catalysée par les complexes de salen Co(III), en augmentant l'excès énantiomérique du produit de façon significative. Les études mécanistiques ont été ensuite réalisées pour tenter de comprendre le rôle des complexes de Mn dans cette réaction. De plus, des complexes de salen fonctionnalisés par le groupement pyridine ou le groupement de type acide isophtalique ont été synthétisés. Ces complexes ont été utilisés pour préparer de nouveaux réseaux de polymères de coordination poreux chiraux (collaboration avec l'équipe LCI de l'ICMMO et l'Institut Lavoisier à Versailles), qui sont ensuite testés comme catalyseurs hétérogènes dans la réaction de Henry asymétrique et la réaction d'HKR.

La mise au point de méthodologies de synthèse permettant d’obtenir des substances énantiopures présentant une diversité structurale importante est une préoccupation majeure de la chimie contemporaine. L’efficacité de ces approches doit être désormais évaluée au regard de critères tel que la pureté optique et l’analyse de l’impact écologique des processus mis en jeu. Au cours de ce travail nous avons développé de nouvelles méthodologies permettant d’accéder à des γ-lactones polyfonctionnelles chirales. La 5-hydroxyfuran-2(5H)-one, petite molécule bio-sourcée, a servi d’élément clé pour la construction du cycle γ-lactone. Dans une première approche, des γ-lactones chirales possédant une grande diversité structurale ont été obtenues par une séquence réactionnelle « one pot ». Une première étape de catalyse organique a permis d’activer le transfert énantiosélectif d’acides boroniques sur la 5-hydroxyfuran-2(5H)-one ; l’adduit chiral obtenu a ensuite été engagé dans une réaction de Passerini pour construire le cycle lactone. Dans une deuxième partie, nous avons mis au point des réactions d’alkylation de γ-lactones, catalytiques et énantiosélectives, pour la formation de γ-lactones possédant un centre quaternaire. L’utilisation de complexes du palladium et de l’iridium a permis d’effectuer des réactions d’Alkylation Allylique Asymétrique avec un très bon contrôle de l’induction asymétrique. Le squelette carboné des lactones obtenues par AAA a permis d’effectuer une fonctionnalisation inédite d’hétérocycles aromatiques par des réactions sigmatropiques [3,3]. Enfin des réactions d’alkylations énantiosélectives induites par un catalyseur organique ont été évaluées. / The development of new synthetic pathway leading to enantiopure compounds with significant structural diversity is an ongoing challenge in many fields of chemistry. The efficiency of these processes has to be evaluated, not only in term of quantitative criteria, such as yields and/or optical purities of obtained compounds, but also by analyzing the environmental impact of the different processes involved. In this work, we sought to develop new methodologies for the synthesis of polyfunctional chiral γ-lactones. The 5-hydroxyfuran-2(5H)-one, a bio-based molecule, was used as a platform to the construction of the γ-lactone ring. In the first part of our work, a variety of chiral γ-lactone displaying a great structural diversity were obtained by a one-pot sequential reaction. First, a step of enantioselective organocatalysis allowed the activation for the transfer of boronic acids on the hydroxyfuran-2(5H)-one; then the chiral adduct formed was engaged in a Passerini reaction leading to the construction of the lactone ring. In a second part, our efforts focused then on the development of catalytic asymmetric alkylation reactions leading to the construction of γ-lactones bearing an all-carbon quaternary stereocenter. Asymmetric allylic reactions were carried out with a very good control of the selectivity of the reaction by the use of palladium and iridium complexes catalysts. Theses lactones bearing an [1,5]-diene scaffold were then engaged in a sigmatropic [3,3] reaction opening a path for a new approach to the functionalization of aromatic heterocycles. Finally, the use of organic enantioselective catalysis was envisioned for the creation of all-quaternary stereocenters.

Resumé<p><p>Le cancer reste une maladie grave car il représente une des causes principales de décès dans les pays développés. Plus d'un tiers de cancers solides réagi très faiblement à la chimiothérapie conventionnelle et/ou développe rapidement une résistance au traitement. Des thérapies ciblées, utilisées en association avec les traitements conventionnels, pourraient augmenter la survie des patients. C’est dans le cadre des thérapies ciblées que ce travail de thèse s’inscrit.<p><p>Nous nous sommes intéressés à synthétiser de nouvelles molécules qui pourraient être efficaces contre les cancers résistants à l'apoptose et donc aux traitements conventionnels. La principale cible de notre projet était la kinase DYRK1A, qui a été décrite comme étant impliquée dans la prolifération cellulaire et la résistance à l'apoptose. Dans ce but, une série de nouvelles molécules, principalement des dérivés de la tétrahydro-β-carboline, a été synthétisée et leurs propriétés antitumorales ont été caractérisées in vitro. En effet, ces structures ressemblent à celle de l’harmicine, un alcaloïde apparenté à l’harmine, l’inhibiteur de DYRK1A le plus sélectif et le plus puissant connu à ce jour. <p><p> Une méthodologie "one-pot" très efficace, développée au Laboratoire de Chimie Organique (ULB), a été utilisée pour obtenir les squelettes de type tétrahydro-β-carboline. Le deuxième chapitre de cette thèse détaille cette méthodologie et décrit la librairie de 47 dérivés qui ont été synthétisés. <p><p>Un second objectif de ce travail était de développer une version énantiosélective de cette méthodologie afin de la rendre encore plus intéressante. Cette partie, décrite dans le troisième chapitre, a été réalisée avec succès en collaboration avec l’Unité de Recherche en Chimie Organique et Macromoléculaire de l'Université du Havre (Le Havre, France). Les expériences que nous avons réalisées ont permis, non seulement d'obtenir le composé le plus actif avec un bon excès énantiomérique, mais également de mieux comprendre les aspects mécanistiques qui constituent la base de l'énantiosélectivité. <p><p>L'évaluation des propriétés anticancereuses des composés synthétisés est ensuite détaillée dans le quatrième chapitre. Les analyses toxicologiques et pharmacologiques ont montré que trois molécules présentent une bonne activité antitumorale in vitro avec une sélectivité prometteuse entre les cellules cancéreuses et les cellules normales. D’une manière inattendue, les tests biologiques plus poussés, que nous avons réalisés, ont suggéré que ces molécules n'agissent pas comme des inhibiteurs de kinases. Elles interfèrent en fait sur la prolifération cellulaire, en ciblant des facteurs de transcription spécifiques, par des mécanismes qui doivent encore être élucidés. Ces expériences biologiques ont été réalisées en collaboration avec le Laboratoire de Toxicologie et Cancérologie Expérimentale (ULB).<p><p>/<p><p>Summary<p><p>Cancer is a devastating disease which remains one of the major causes of death in developed countries. More than one third of adult solid cancers respond very poorly to chemotherapy and/or rapidly develop resistance to treatment. Targeted therapies, used in combination with conventional treatments could be used to increase the survival of cancer patients.<p><p>In this work we were interested in developing new molecules related to the targeted therapy concept that could be effective against cancer types that are resistant to apoptosis and thereby to conventional treatments. The leading target of our project was the DYRK1A kinase, which was described as being involved in cell proliferation and resistance to apoptosis. For this purpose, a series of new molecules, mainly tetrahydro β carboline derivatives, has been synthesized and their antitumoral properties were characterized in vitro. Indeed these structures resemble harmicine, an alkaloid similar to harmine, the most selective and potent DYRK1A inhibitor known to date.<p><p> An efficient “one-pot” methodology, developed in the Laboratoire de Chimie Organique (ULB) was used to obtain the tetrahydro β carboline scaffolds. Chapter II of this work describes the use of this methodology for the synthesis of a library of 47 derivatives.<p><p>A second goal of this work was to further improve this methodology by developing an enantioselective version. This part, described in chapter III, was carried out successfully in collaboration with the Research Unit in Macromolecular and Organic Chemistry of Université du Havre (Le Havre, France). The experiments we have performed enabled us not only to obtain the most active compound with a good enantiomeric excess, but also to gain insight of the mechanism responsible for the enantioselectivity.<p><p>The fourth chapter details the evaluation of the anti cancer properties of the synthesised compounds. The pharmacological and toxicological analyses showed that 3 molecules display actual anti-tumor activity in vitro with a promising selectivity between cancerous and normal cells. Surprisingly, further biological assays we have performed suggested that these molecules do not act as kinase inhibitors but influence cell proliferation through the targeting of specific transcription factors by mechanisms that remain to be deciphered. The biological experiments were performed in collaboration with the Cancerology and Experimental Toxicology Laboratory (ULB).<p><p><p><p><p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le développement de méthodes de synthèse asymétriques a largement été exploré au cours des vingt dernières années et en particulier par le biais de réactifs organométalliques. Bien que ces processus mènent à d’excellents résultats en terme d’énantiodiscrimination, l’objectif de cette thèse a été de développer de nouveaux outils de synthèse peu onéreux, respectueux des fonctions sensibles environantes et permettant l’accès aux composés attendus avec de bons rendements et excès énantiomériques. Dans cet optique, des triorganozincates de lithium chiraux ont été étudiés. Des méthodes d’alkylation et d’arylation 1,2 énantiosélectives d’aldéhydes, comportant comme partenaire chiral la (R)-N-(2-iso-butoxybenzyl)-1- phenyléthanamine, ont ainsi été développées et mises en application sur divers aldéhydes. Les alcools secondaires correspondants ont été obtenus avec de bons rendements (jusqu'à 83%) et d’excellents excès énantiomériques (jusqu'à 99%). Ces procédures ont ensuite été appliquées à la synthèse asymétrique de produits naturels et/ou bioactifs tels que la Spiromastilactone A, la (R)-Néobénodine et la (R)-Orphénadrine. Par ailleurs, la synthèse de nouveaux ligands de type amino-alcool a été développée dans le but ultime de désymétriser des substrats de type imines cycliques. / The development of new asymetric methodologies have been widely explored during the last twenty years and in particular through organometallic reagents. Although these processes lead to excellent results in terms of enantiodiscrimination, the goal of this thesis was to develop new tools: cheap, chemoselective and allowing the access to the desired compounds with high yields and enantiomeric excesses. In this context, chiral lithium triorganozincates have been studied. Enantioselective nucleophilic 1,2 alkylation and arylation of aldehydes reactions, including (R)-N-(2-iso-butoxybenzyl)-1-phenylethanamine as the chiral ligand, have been optimized toward various aldehydes. The expected secondary chiral alcohols have been obtained with good yields (up to 83%) and high enantiomeric excesses (up to 99%).These processes have been then applied to the asymmetric synthesis of naturals and/or bioactive compounds as Spiromastilactone A, (R)-Neobenodine and (R)-Orphenadrine. Finally, the access to new amino-alcohols have been developed with the ultimate goal to engage those species as the chiral partner when reacting chiral lithium zincates with imines.

L’objectif de ce travail étaient le développement de catalyseurs hétérogènes efficaces pour promouvoir des réactions asymétriques, en utilisant la polymérisation oxydante ou la formation de polymères de coordination. De nouveaux complexes de salen Co(III) chiraux modifiés par des groupements aromatiques sur les position 5, 5’ ont été préparés et testés dans le dédoublement cinétique hydrolytique (HKR) des époxydes terminaux en conditions homogènes. Ces complexes ont été ensuite engagés dans les polymérisations oxydantes électrochimiques ou chimiques, et une stratégie de copolymérisation a fourni des polymères chiraux très efficaces et stables pour catalyser l’HKR dans des conditions hétérogènes. Nous avons alors cherché à préparer un catalyseur capable de catalyser deux réactions en cascade, en copolymérisant deux complexes de salen portant des métaux différents. Pendant ces études, les complexes de salen Mn ont révélé leur participation active à la réaction d’HKR des époxydes terminaux catalysée par les complexes de salen Co(III), en augmentant l’excès énantiomérique du produit de façon significative. Les études mécanistiques ont été ensuite réalisées pour tenter de comprendre le rôle des complexes de Mn dans cette réaction. De plus, des complexes de salen fonctionnalisés par le groupement pyridine ou le groupement de type acide isophtalique ont été synthétisés. Ces complexes ont été utilisés pour préparer de nouveaux réseaux de polymères de coordination poreux chiraux (collaboration avec l’équipe LCI de l’ICMMO et l’Institut Lavoisier à Versailles), qui sont ensuite testés comme catalyseurs hétérogènes dans la réaction de Henry asymétrique et la réaction d’HKR. / The aim of this work was to prepare new chiral heterogeneous catalysts for asymmetric catalysis by oxidative polymerization of chiral organometallic complexes or by formation of chiral metal organic frameworks. New chiral salen Co(III) complexes modified by oxidizable aromatic groups at position 5,5’ have been prepared and tested as homogeneous catalysts in the Hydrolytic Kinetic Resolution (HKR) of terminal epoxides. These complexes have also been engaged into the oxidative electrochemical and chemical polymerization, and a copolymerization strategy has afforded very efficient and stable heterogeneous catalysts for the HKR. The idea of copolymerization has then been extended to the copolymerization of two salen complexes with different metals, which is expected to promote successively two different asymmetric transformations. During preliminary investigations, the salen Mn complexes have been found to be able to enhance the catalytic performance of salen Co(III) complexes in the HKR by increasing significantly the enantiomeric excess of the products. Mechanistic studies have thus been realized to understand the role of salen Mn complexes in this reaction. Besides, some chiral salen complexes functionalized by pyridine or isophtalic acid groups have been synthesized for the preparation of new chiral metal organic frameworks (collaboration with LCI of ICMMO and Institut Lavoisier of Versailles), which have also been tested in the asymmetric Henry reaction and the HKR as heterogeneous catalysts.