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(-)-Gymnodimine is a member of a growing family of spirocylic imine containing marine natural products. The construction of the complete skeleton of (-)- gymnodimine has been accomplished in a convergent manner in 23 steps (the longest linear sequence). A highly diastereo- and enantioselective Diels-Alder reaction employing bis(oxazoline)·Cu(II) catalyst provided the spirolactam core structure of gymnodimine bearing a quaternary carbon stereogenic center. An improved procedure for hydrostannylation of the hindered internal triple bond in 96a was discovered by slow addition of tributyltin hydride to minimize formation of hydrogenated byproduct. Fragment coupling featured a Nozaki-Hiyama-Kishi reaction between a vinyl iodide derived from the spirolactam and a tetrahydrofuran moiety. The macrocyclization was realized through a rather unusual intramolecular opening of an activated Ntosyllactam by an alkyllithium species generated in situ. The butenolide was appended through a vinylogous Mukaiyama aldol addition of silyloxyfuran 155 to the ketone 163 under meticulously controlled conditions. The generality of this process was explored in some detail. Addition of silyloxyfurans to cyclohexanones proceeds with moderate to good diastereoselectivities. The potential application of this process to the synthesis of butenolide and g-lactone containing natural products was demonstrated by further transformations of the addition adducts. Finally, toward our goal of developing an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) for gymnodimine monitoring a hapten derived from the tetrahydrofuran has been synthesized. Even though the raised antibodies failed to recognize the natural product itself, the results provided some information regarding the essential structural elements of an efficient hapten.

Ce travail de doctorat porte sur la synthèse et utilisation de bicyclolactones glycidiques, de façon à accéder des dérivés de sucres contenant un système carbonylé α,β-insaturé. Trois types de bicyclolactones ont été étudiés: butenolides liés à des cycles furanose, butenolides fusionnés à des cycles pyranose, comprenant S- et NH-analogues et carboxyméthyle glycosides lactones (CMGLs). La méthodologie de synthèse de butenolides sur motif sucre est basée sur l’oléfination de Wittig de 3 ou 5-cétosucres et lactonisation intramoléculaire spontanée de gamma-hydroxyesters α,β-insaturés intermédiaires. Pour la synthèse des systèmes fusionnés, des furano-3-uloses protégés ont été convertis en 3-C-(éthoxycarbonyl)méthylène furanoses. Une hydrolyse acide finale permet la transestérification intramoléculaire et aussi l’isomérization du cycle en forme pyranose. Des précurseurs 5-S et 5-aminofuranosidiques ont conduit à des analogues thiosucres ou à des dérivés glycidiques ayant une fonction amide et un système carbonylé α,β-insaturé, respectivement. Les CMGLs ont été converties en 3-enopyranosid-2-uloses par l’ouverture de la lactone avec une amine et oxydation/élimination du 2-hydroxy pyranoside tri-O-acétylé obtenu. L’oléfination de Wittig subséquente a conduit aux diènes conjugués pyranosidiques ramifiés en C-2. Les glycosides contenant un groupement propargyle ont permis de préparer des 1,2,3-triazoles par ‘click’ chemistry. Quelques molécules ont été soumises à évaluation antimicrobienne et les énulosides de (N-dodécylcarbamoyl)méthyle ont montré les meilleures activités. Le composé le plus actif est l’énuloside-α qui a montré un très fort effet contre des espèces de Bacillus et une forte activité contre Enterococcus faecalis et Penicillium aurantiogriseum. Les diènepyranosides ont révélé une activité forte et sélective contre E. faecalis. Les dérivés triazolés n'ont montré aucune activité. Parmi les composés bioactifs, trois sont avérés peu toxiques chez les cellules eucaryotes. / This PhD work was focused on the synthesis and the uses of carbohydrate bicyclic lactones for the access to sugar derivatives comprising an alpha, beta-unsaturated carbonyl function. Three types of bicyclic lactones were investigated: furanose C-C-Iinked butenolides, pyranose-fused butenolides, including S-or NH-analogues and carboxymethyl glycoside lactones (CMGLs). The synthetic methodology for butenolide containing-sugars was based on the Wittig olefination of 3- or 5-keto sugars and spontaneous intramolecular lactonization of the intermediate gamma-hydroxy axy alpha,beta-unsaturated esters. In the case of the fused systems, protected furanos-3-uloses were converted into 3-C-(ethoxycarbonyl)methylene furanoses. Further acid hydrolysis elicited both intramolecular transesterification and isomerization to the pyranose ring. Introduction of a sulfur or a nitrogen function at C-5 of the furanose precursors led to thiosugar analogues or to carbohydrate derivatives comprising both an amide function and an alpha,beta-unsaturated system, respectively. CMGLs were converted into 3-enopyranosid-2-uloses by a sequence involving opening of the lactone moiety by amines and oxidation/elimination of the resulting tri-0-acetylated 2-hydroxy pyranosides. Further Wittig olefination afforded 2-C-branched-chain conjugated dienepyranosides. Glycosides bearing a propargyl moiety were engaged in "click" chemistry reactions leading to 1,2,3-triazoles. Some of the new molecules were submitted to antimicrobial evaluation and (N-dodecylcarbamoyl)methyl enulosides proved to display the best efficacy. The most active one was the a-enuloside which showed very strong effect towards Bacillus species and strong activity against Enterococcus faecalis and the fungal pathogen Penicillium aurantiogriseum. Dienepyranosides exhibited a strong activity selectively towards E. faecalis. Triazole derivatives were virtually ineffective. Three of the bioactive compounds showed low acute toxicity in eukaryotic cells.

In this thesis manuscript are described our synthetic efforts and the first total synthesis of two natural products isolated from the sponges of the genus Plakortis. In total, two different synthetic approaches were studied to finally accomplish the synthesis of plakortolide I. The first approach is an extension of the method developed by our group which consists in the creation of the 1,2-dioxane cycle by intramolecular opening of vinyl epoxide with β-hydroperoxy group. Firstly, we was interested in the preparation of alkoxymethylhexa-2,5-dien-1-ol. We have also tried to create the 1,2-dioxane cycle by double opening of bis-1,5-epoxide with hydrogen peroxide. Further more we have synthesised trisubstituted β-hydroperoxy vinyl epoxide, precursor of 1,2-dioxan ring, from R-epichlorohydrin. During this synthesis a procedure of chemoselective methylenation of ketone in the presence of epoxide by Nysted reagent and Ti(OiPr)2Cl2 was developed. Finally, (-)-ent-plakortolide I and seco-plakortolide E were synthesised by intramolecular Michael addition of hydroperoxide to double bond of the butenolide moiety

Le premier chapitre traite d’une réaction de cycloaddition (4+1) sur des énones et des énals à l’aide du diméthoxycarbène. Cette méthode permettrait d’obtenir des hétérocycles à cinq membres à partir de substrats linéaires simples et faciles à fabriquer. On retrouve dans ce chapitre l’optimisation de cette étape réactionnelle, ainsi que son utilisation pour préparer une gamme de substrats. Le second chapitre traite de la transformation des hétérocycles obtenus, et décrits au chapitre précédent, en furannes ainsi qu’en furanones. Cette méthode permet la transformation d’énones et d’énals en hétérocycles oxygénés à cinq membres en seulement deux étapes. On retrouve dans ce chapitre la description de plusieurs méthodes développées pour parvenir aux substrats, ainsi que les échecs rencontrés pour l’obtention de benzofuranne.

Dans ce mémoire de thèse sont décrits nos efforts synthétiques qui ont conduits à la première synthèse totale de deux produits naturels isolés d’éponges marines du genre Plakortis. Deux approches synthétiques des plakortolides ont été successivement étudiées pour finalement aboutir à la synthèse de la plakortolide I qui comporte un cycle endoperoxide à 6 chainons (1,2-dioxane). La première approche qui est une extension d’une méthode développée au laboratoire consistait à créer le cycle 1,2-dioxane par une ouverture intramoléculaire d’un époxyde vinylique par un groupement hydroperoxyde en β de l’époxyde. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la préparation d’un intermédiaire de synthèse, un alkoxyméthylhexa-2,5-dien-1-ol. Nous avons aussi tenté de créer le cycle 1,2-dioxane par une double ouverture d’un di époxyde 1,5 par de l’eau oxygénée. Nous avons ensuite modifié notre stratégie de synthèse en introduisant au début de la synthèse la chaine latérale de la plakortolide I en partant de la R-épichlorhydrine commerciale. Nous avons ainsi synthétisé le β-hydroperoxy vinyl époxyde trisubstitué, précurseur du cycle 1,2-dioxane. Lors de cette synthèse, nous avons mis au point une méthode efficace et chimiosélective de méthylenation d’une cétone en présence d’un ester utilisant le réactif de Nysted catalysé par Ti(OiPr)2Cl2. La seconde approche du système bicyclique peroxylactone fait appel à une addition de Michael intramoléculaire d’un hydroperoxyde sur la double liaison d’un buténolide. Cette voie fut couronnée de succès car la (-)-ent-plakortolide I et la seco-plakortolide E ont été synthétisées / In this thesis manuscript are described our synthetic efforts and the first total synthesis of two natural products isolated from the sponges of the genus Plakortis. In total, two different synthetic approaches were studied to finally accomplish the synthesis of plakortolide I. The first approach is an extension of the method developed by our group which consists in the creation of the 1,2-dioxane cycle by intramolecular opening of vinyl epoxide with β-hydroperoxy group. Firstly, we was interested in the preparation of alkoxymethylhexa-2,5-dien-1-ol. We have also tried to create the 1,2-dioxane cycle by double opening of bis-1,5-epoxide with hydrogen peroxide. Further more we have synthesised trisubstituted β-hydroperoxy vinyl epoxide, precursor of 1,2-dioxan ring, from R-epichlorohydrin. During this synthesis a procedure of chemoselective methylenation of ketone in the presence of epoxide by Nysted reagent and Ti(OiPr)2Cl2 was developed. Finally, (-)-ent-plakortolide I and seco-plakortolide E were synthesised by intramolecular Michael addition of hydroperoxide to double bond of the butenolide moiety

This work describes the application of a variety of Lewis bases, encompassing predominantly N-heterocyclic carbenes (NHCs), but also the use of imidazoles, aminopyridines, amidines and isothioureas, as effective catalysts in the dearomatisation of heterocyclic carbonates, predominantly the rearrangement of oxazolyl carbonates to their C-carboxyazlactone isomers by means of the Steglich rearrangement. This rearrangement reaction has been investigated extensively, with the development of simplified reaction procedures and the invention of domino cascade protocols incorporating this transformation. In an attempt to understand the mechanism of this O- to C-carboxylation process, a number of interesting observations have been made. Firstly, the class of NHC has an important factor in promoting the rearrangement, with triazolinylidenes being the most effective. Secondly, an interesting chemoselectivity has been delineated using triazolium-derived NHCs, prepared using weak bases (typically Et₃N) or strong metallated bases; both alkyl and aryl oxazolyl carbonates undergo smooth rearrangement with triazolinylidenes derived from strong metallated bases such as KHMDS, while only aryl oxazolyl carbonates undergo rearrangement using Et₃N. Extensive effort has focused towards the development of asymmetric variants of these protocols, primarily towards the design, synthesis and evaluation of chiral NHC precatalysts. To this end, a number of chiral azolium salts have been prepared, encompassing a number of different NHC classes, including C₁- and C₂-imidazolinium salts, C₂-imidazolium salts and a range of triazolium salts. Efforts towards the asymmetric catalysis of the Steglich rearrangement of oxazolyl carbonate substrates have given an optimal 66% ee. Similar rearrangements have been demonstrated with the related furanyl heterocyclic substrate class, producing a mixture of α- and γ-carboxybutenolides. In contrast to the analogous oxazolyl carbonates, the regioselectivity of this rearrangement is dependent upon the nature of the Lewis base employed. Amidines and aminopyridines give a mixture of the α- and γ- regioisomers with generally the α-regioisomer being preferred, while a triazolium-derived NHC gives rise to predominantly the thermodynamically more stable γ-carboxybutenolide. Using amidines or aminopyridines, this rearrangement has been shown to proceed via an irreversible C-C bond-forming process, but in contrast, the rearrangement using the NHC proceeds via an equilibrium process with an optimised regioselectivity of >98:2 for the γ-carboxybutenolide regioisomer over the α-regioisomer. Whilst the asymmetric variant using chiral NHCs has proven unfruitful, rearrangements using a chiral isothiourea have given high levels of regioselectivity towards the α- regioisomer and with excellent levels of enantiodiscrimination (77–95% ee).

Les gymnodimines, les spirolides, les pinnatoxines et les ptériatoxines constituent une famille de toxines d’origine marine de structures complexes, produites en faibles quantités par des microorganismes marins appelés dinoflagellés. Ces toxines sont connues pour bloquer les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChRs) sans que leur mode d’action ne soit connu avec précision. D’après les différents tests biologiques réalisés à ce jour, il semblerait que le motif spiroimine, commun à toutes ces molécules, soit essentiel pour l’activité antagoniste. Un accès rapide à ce motif spiroimine ainsi qu’à de plus grandes quantités du produit naturel permettraient une meilleure compréhension du mode d’action de cette famille de toxines. Le travail réalisé au cours de cette thèse s’est d’une part focalisé sur la synthèse de ce coeur spiroimine de la (–)-gymnodimine A et d’autres part tourné vers le développement d’une nouvelle méthodologie d’additon énantiosélective de silyloxyfuranes sur des accepteurs de Michael cycliques. Dans un premier temps, la mise en place de la chaîne latérale de la (–)-gymnodimine A en position C7 en α du carbone quaternaire a été explorée par plusieurs approches diastéréocontrolées. C’est finalement l’utilisation de la réaction de Michael entre un organocuprate et une énone possédant le centre quaternaire en position C22 en présence de TMSCl qui a permis d’introduire un nucléophile avec la diastéréosélectivité désirée. Un précurseur du cœur spiroimne hautement fonctionalisé a alors été préparé avec une diastéréoselctivté de 83/17. Dans un second temps, un travail méthodologique nous a également permis de développer pour la première fois une version énantiosélective de la réaction de Mukaiyama-Michael vinylogue entre un silyloxyfurane et un accepteur de Michael cyclique. C’est l’utilisation d’un complexe de cuivre-(II) avec l’iso-propyl bis(oxazoline) qui s’est révélée être le système le plus performant pour accéder aux buténolides. En l’occurrence, nous avons testé la méthode avec un évantail de β-cétoesters α,β-insaturés cycliques aboutissant aux adduits de Michael avec une diastéréosélectivité totale et de bonnes énantiosélectivités pouvant aller jusqu’à 96%. Nous avons également proposé un état de transition de type Diels-Alder avec une approche exo du silyloxyfurane afin de rationnaliser les énantiosélectivités observées. / Gymnodimines, spirolides, pinnatoxines and pteriatoxines constitute a family of marine toxins with complex structures. They are produced in small amounts by marine microorganisms called dinoflagellates. These toxins are known to block the nicotinic acetylcholine receptors (nAChR), but the exact mode of action remains largely unknown. Biological tests have showed that the spiroimine moiety, the common feature of these molecules, is crucial for antagonist activity. A rapid access to this spiroimine core and to larger amount of this natural product could lead to a better understanding of the mode of action of this toxin family. This Ph.D. work has been focused on the synthesis of the spiroimine core of (–)-gymnodimine A, and on to the development of new methodology in order to add enanstioselectively silyloxyfurans to cyclic Michael acceptors. In the first part, the insertion of the side chain of (–)-gymnodimine A in poistion C7 next to the quaternary carbon has been explored by several diastereoselctive approaches. We found out that the use of the Michael addition of an organocopper reagent in the presence of TMSCl on an enone bearing the quaternary center at C22 positon was the only way to reach the expected diastereomer. Thus we obtained a key intermediaite with an interesting 83/17 diastereoselctivity for the synthesis of the spiroimine core of (–)-gymnodimine A. In a second time, a methological work allowed us to develop the first enantioselective vinyloguous Mukaiyama-Michael reaction between a silyloxyfuran and a cyclic Michael acceptor. The expected butenolide could be obtained with excellent diastereoselcetivity and good enantioselectivtities up to 96% by using iso-propyl bis(oxazoline) copper-(II) complex. This method proved to be relevant with various cyclic α,β-unsaturated β-ketoesters. Moreover, we proposed a Diels-Alder type transition state with an exo approach of the silyloxyfuran in order to rationalise the asymmetric induction.