Les travaux décrits dans ce manuscrit portent sur l’étude de nanostructures obtenues par auto-assemblages d’amphiphiles diacétyléniques polymérisables. Essentiellement deux familles de composés ont été étudiées (micelles sphériques et rubans en bicouches) et valorisées, d'une part, pour des applications biomédicales et, d’autre part, pour la catalyse. Dans un premier temps, des micelles cationiques polymérisées assemblées à partir d’amphiphiles diacétyléniques sont synthétisées. Ces micelles ont été valorisées pour la prise en charge et la transfection d’ARN interférents in vitro. Ensuite, un catalyseur micellaire « biocompatible » incorporant du cuivre a été développé pour promouvoir des transformations chimiques in vitro. Nos études ont ainsi porté sur la réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen que nous avons mise en œuvre dans le compartiment intracellulaire. Enfin, nous nous intéressons à la synthèse et à la formulation d’amphiphiles diacétyléniques en architectures supramoléculaires qui ont été utilisées pour la catalyse asymétrique et semi-hétérogène de la réaction d'aldolisation. / The work described in this manuscript focuses on the study of nanostructures obtained by self-assembly of polymerizable diacetylenic amphiphiles. Two families of compounds have been studied (spherical micelles and bilayer ribbons) and used for biomedical applications on the one hand and for catalysis on the other. At first, polymerized cationic micelles assembled from diacetylenic amphiphiles are synthesized. These micelles were valorized for the transfection of small interfering RNAs in vitro. Then a "biocompatible" micellar catalyst incorporating copper was developed to promote in vitro chemical transformations. Our studies focused on the Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition that we implemented in the intracellular compartment. Finally, we are interested in the synthesis and formulation of supramolecular architectures from diacetylenic amphiphiles. These systems have been used for the asymmetric and semi-heterogeneous catalysis of the aldol reaction.

Depuis une quinzaine d’années, les polymères chiraux sont utilisés dans de nombreuses applications, comme phases stationnaires pour la séparation d’énantiomères ou encore en tant que catalyseurs en synthèse asymétrique. Aux vues de ces intérêts grandissants, de nombreuses méthodes ont émergé afin de les synthétiser. Nous nous sommes concentrés sur des méthodes organocatalytiques originales de synthèse de polymères chiraux par réaction de polyaldolisation et par désymétrisation de bis-anhydrides. Nous avons ainsi développé des processus de désymétrisation itératifs et ainsi généré une chiralité C-centrée sur la chaine polymérique. Des polyesters chiraux ont ainsi été obtenus avec de très bonnes séléctivités. / Chiral polymers are used in many applications such as stationary phases for chiral HPLC and catalysts in asymetric synthesis. The synthesis of chiral polymers traditionally deals with metal catalysts-based methodologies and often involved sensitive substrates. On the other hand, only a limited number of publications has been reported through environmentally-friendly organocatalytic pathways.The goal of this Ph.D. studies was devoted to the design of new routes toward chiral polymers under organocatalysis. We chose polyaldolisations and anhydride desymmetrizations with alcohols as key reactions to obtain original polymers with a C-centered chirality in the main polymer chain.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

Cet ouvrage traite d’une méthodologie pour l’induction de centres stéréogènes au sein des motifs propionates par la chimie des radicaux et de son application à la synthèse totale du méthyl ester de la zincophorine. Cet ionophore, aux propriétés biologiques intéressantes, présente plusieurs défis synthétiques dont une séquence de type polypropionate anti, anti, anti, anti difficilement accessible ainsi qu’un tétrahydropyrane trans trisubstitué. Récemment, l’intérêt renouvelé pour ces composés polyéthers, en tant qu’agents anticancéreux, accentue l’importance de stratégies versatiles permettant l’accès à ces structures ainsi qu’à leurs analogues. Depuis quelques années, notre groupe s’intéresse à la synthèse d’unités propionates acycliques par une séquence réactionnelle contrôlée uniquement par le substrat. La première étape découle d’une aldolisation de Mukaiyama entre un aldéhyde alpha-chiral et un énoxysilane tétrasubstitué portant une liaison carbone-halogène, et où l’issue stéréochimique dépend de la nature monodentate ou bidentate de l’acide de Lewis employé. La seconde réaction-clé implique la formation d’un radical tertiaire, vicinal à un ester, pouvant être réduit diastéréosélectivement en présence d’hydrure d’étain. La première section décrit l’élaboration de motifs tétrahydropyranes trisubstitués et l’induction des centres stéréogènes vicinaux par une réduction radicalaire. Nous avons révélé que l’issue diastéréosélective de la réaction de cyclisation par une iodoéthérification était dictée par le groupement gamma-méthyle des esters alpha,beta-insaturés de départ. Nous avons ensuite démontré que les produits de la réaction radicalaire anti et syn pouvaient être obtenus sélectivement à partir d’un intermédiaire commun, respectivement en prenant appui sur l’effet exocyclique ou endocyclique lors de la réduction. Par une stratégie complémentaire, nous avons révélé que le précurseur radicalaire pouvait également être obtenu par une réaction de cycloéthérification en présence d’un énoxysilane tétrasubstitué. Une étude systématique des substituants du cycle a révélé que certaines relations stéréochimiques conduisaient à une perte de sélectivité au détriment du produit anti. La seconde section concerne l’étude DFT au niveau BHandHLYP/TZVP des intermédiaires radicalaires impliqués lors du transfert d’hydrogène. Par une étude de décomposition de l’énergie d’activation, nous avons été en mesure de rationaliser l’issue diastéréosélective de la réaction sur la base des énergies de distorsion (∆Ed‡) et d’interaction (∆Eint‡) requises pour accéder à la paire d’états de transition pro-anti et pro-syn. De plus, nous avons démontré qu’une analyse NBO permettait de relativiser l’impact des interactions stéréoélectroniques. Par la suite, l’évaluation des intermédiaires radicalaires borinates et aluminates nous a permis de révéler que l’encombrement stérique de la chaîne propionate était la cause principale de la formation sélective des produits anti ou syn lors d’une réduction en présence d’un acide de Lewis. La dernière section décrit l’élaboration de la séquence polypropionate de la zincophorine, et de ses isomères, à partir du fragment tétrahydropyrane substitué. Au cours de notre étude, nous avons identifié que le nombre de sites de chélation potentiels devait être limité à trois lors de l’aldolisation en condition Cram-chélate. De plus, nous avons démontré que les différents motifs acétates sont accessibles sélectivement par l’utilisation d’un énoxysilane encombré. Par ailleurs, nous avons révélé qu’une même séquence réactionnelle pouvait être employée pour la synthèse du fragment C17–C25 de son analogue naturel CP-78,545, et avons complété la plus récente synthèse totale du méthyl ester de la zincophorine. / The focus of this thesis is the use of free radical chemistry for the introduction of stereogenic centres in propionate motifs and application of this methodology to the total synthesis of zincophorin methyl ester. This ionophore, with interesting biological properties, displays several synthetic challenges including an anti, anti, anti, anti polypropionate sequence and a trisubstituted trans tetrahydropyran. Recently, the renewed interest for polyether compounds as anticancer agents emphasizes the significance of versatile strategies to access these targets, as well as analogues thereof. Over the last few years, our research group has been interested in the synthesis of acyclic polypropionates via a substrate-based strategy relying on two key reactions. The first one consists of a Mukaiyama aldol reaction between an alpha-chiral aldehyde and a tetrasubstituted enoxysilane bearing a carbon-halogen bond, where the stereochemical outcome depends on the monodentate or bidentate nature of the Lewis acid. The second key step involves the generation of a tertiary free radical, vicinal to an ester, which can be reduced diastereoselectively in presence of trialkyl tin hydride. The first section illustrates the elaboration of trisubstituted tetrahydropyran motifs and the induction of vicinal stereogenic centres via a radical reduction. We discovered that the diastereoselective outcome of the iodoetherification cyclization reaction was dictated by the gamma-methyl group of alpha,beta-unsaturated esters. Moreover, we showed that both anti and syn reduction products could be accessed from a common radical intermediate, respectively by relying on the exocyclic or endocyclic effect during the reduction reaction. Using a complementary strategy, we also revealed that the radical precursor could be accessed via a cycloetherification reaction in presence of a tetrasubstituted enoxysilane. A systematic investigation of the substituents on the ring indicated that certain stereochemical relationships led to a decrease in anti-selectivity. The second section presents a DFT study, at the BHandHLYP/TZVP level of theory, of radical intermediates involved in hydrogen transfer. Using an energy decomposition analysis, we were able to rationalize the diastereoselective outcome of the reaction on the basis of the distortion energy (∆Ed‡) and interaction energy (∆Eint‡) required to access pro anti and pro syn transition states. Moreover, we have demonstrated that a Natural Bond Orbital (NBO) analysis can be used to interpret stereoelectronic interactions. Subsequently, an evaluation of radical intermediates bearing a borinate or an aluminate revealed that steric hindrance of the propionate chain was mainly responsible for the selective formation of anti and syn reduction products in the presence of a Lewis acid. The last section describes the elaboration of the polypropionate sequence of zincophorin, and analogues thereof, from the substituted tetrahydropyran fragment. In our analysis, we have highlighted the necessity to limit the number of potential chelation sites to three during the aldol step under Cram-chelate conditions. Moreover, we demonstrated that the different aldol acetate motifs are accessible using a bulky enoxysilane. Finally, we showed that a similar reaction sequence can be used to access the C17–C25 fragment of its natural analogue CP-78,545 and have completed the most recent total synthesis of zincophorin methyl ester.

La salvinorine A est un néoclérodane naturel possédant une forte affinité pour les récepteurs opioïdes kappa. Tout comme elle, de nombreux terpénoïdes bioactifs naturels, tels que l’acide hardwickiique, possèdent une chaîne latérale 2-(furan-3-yl)-éthyle en position 9. L’introduction de cette chaîne sur le squelette décaline est actuellement reportée dans la littérature en 3 à 8 étapes formelles et nécessitent souvent une dérivatisation préalable des autres fonctionnalités, diminuant ainsi la possibilité d’accéder à plusieurs analogues à partir d’un seul intermédiaire. L’objectif de ce travail a été de développer une méthode d’introduction efficace et diastéréosélective de ce motif à partir de la dicétone de Wieland-Miescher C(9)-méthylée (DWM). Ceci a été envisagé afin d’accéder à un intermédiaire commun peu fonctionnalisé pouvant ensuite être dérivatisé en de nombreux analogues naturels ou synthétiques. Pour cela, plusieurs stratégies ont été envisagées et testées mais l’introduction du motif désiré n’a pas été possible. L’une d’elle a tout de même permis de synthétiser de manière fortuite un nouveau composé, l’α-iodocétone de la DWM. Des essais de dérivatisation ont été effectués et sont toujours en cours de développement. Une stratégie d’aldolisation de Mukaiyama en présence de l’éther d’énol silylé de la DWM et de divers acétals a également été mise au point et permet d’accéder de manière diastéréosélective en 2 étapes à 36 nouveaux aldols simples, silylés, méthylés ou bien encore benzylés comportant différentes chaînes latérales en position C(9) avec des rendements compris entre 9 et 97%. Des fonctionnalisations ultérieures ont ensuite été entrepris sur certains intermédiaires dans l’optique de synthétiser deux sesquiterpénoïdes naturels, le (+)-auréol et la (+)-strongyline A. / The natural neoclerodane salvinorin A exhibits a great affinity for kappa opioid receptors. Several other bioactive natural terpenoids, such as hardwickiic acid, are also bearing a 2-(furan-3-yl)-ethyl chain at position 9. The introduction of this chain is usually performed with 3 to 8 formal synthetic steps. Derivatization of other functionalities is often mandatory in order to meet the chemoselectivity requirements, and is preventing the possibility to access multiple analogues. The aim of this work was to develop an efficient and diastereoselective method to introduce this lateral chain at C(9) position of the C(9)-methylated Wieland-Miescher diketone (DWM) in order to access many natural or synthetic analogues from a common intermediate. Several strategies were designed, but the introduction of the ethyl-3-furyl chain remained unsuccessful. Nevertheless, the new α-iodoketone of the DWM was obtained by serendipity during this work. Experiments in order to derive this compound are still under investigation. A Mukaiyama aldol reaction strategy was set up and permit a diastereoselective access to 36 new aldols (simple, silylated, methylated or benzylated), bearing different lateral chains at C(9) position, with 9 to 97% yield. Further functionalization of two aldols were undertaken in order to synthesize two natural sesquiterpenoids, the (+)-aureol and the (+)-strongylin A.

Les antalgiques utilisés aujourd’hui sont des produits anciens et plusieurs d’entre eux datent du 19ème siècle. La morphine demeure l’antalgique de référence pour les douleurs dites par excès de nociception, mais elle est à l’origine d’effets indésirables gênants et graves. Il a été démontré que l’effet antalgique de la morphine passait par l’activation des canaux potassiques TREK-1. Les travaux de recherche ont donc comme objectif la recherche d’antalgiques originaux activateurs de TREK-1. Nous avons synthétisé des activateurs de TREK-1 décrits dans la littérature puis nous avons évalué leur activité antalgique in vivo (writhing test) ce qui nous a permis d’identifier le CDC comme molécule « lead ». Nous avons ensuite synthétisé 43 analogues du CDC que nous avons évalué pour leur effet antalgique ainsi que leur capacité à activer les canaux TREK-1 (électrophysiologie). Ces molécules ont été préparées en 3 à 12 étapes avec des rendements de 3 à 72 % en utilisant des réactions telles que : aldolisation, oléfination de Watsworth et Horner, Peterson, estérification …Des résultats très prometteurs ont émergé de cette étude de relation structure-activité avec 8 molécules qui se démarquent avec un très bon effet antalgique (>50% inhibition de la douleur) ainsi qu’une bonne activation des canaux TREK-1 (R>2). Enfin nous avons analysé les résultats de cette étude par modélisation moléculaire (QSAR) ce qui nous a permis d’identifier les caractéristiques structurales essentielles de ces molécules. / Analgesics used today are old products and several of them date from the 19th century. Morphine remains the analgesics of reference for pains called by excess of nociception, but it is at the origin of awkward and serious side effects. It was shown that the analgesic effect of morphine passed by the activation of potassium channels TREK-1. The objective of this work is thus to develop original analgesics, activators of TREK-1. We synthesized activators of TREK-1 described in the literature and we evaluated their analgesic activity in vivo (writhing test) which enabled us to identify CDC as a lead molecule. We then synthesized 43 analogues of CDC which we evaluated for their analgesic effect and their ability to activate TREK-1 channels (electrophysiology). These molecules were prepared in 3 to 12 steps with yields ranging from 3 to 72 % by using reactions such as : aldol reaction, Watsworth and Horner’s olefination, Peterson’s olefination, esterification … Very promising results emerged from this structure-activity relationship study with 8 molecules which display a very good analgesic effect (>50% inhibition of pain) as well as a good activation of TREK-1 channels (R> 2). Finally we analyzed the results of this study by molecular modeling (QSAR) which enabled us to identify the essential structural characteristics of these molecules.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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

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