Ce travail est une contribution à la synthèse et à la fonctionnalisation d'exo-glycals en vue d'accéder à des composés à activité anti-tumorale potentielle. Les objectifs de ce travail ont été doubles. Dans un premier temps, la transformation d'exo-glycals d'accès aisé en exoglycals plus fonctionnalisés par réaction de couplage pallado-catalysé a été réalisée ouvrant ainsi une nouvelle voie d'accès à des exo-glycals disubstitués. L'hydrogénation des composés issus de ces réactions de couplage a permis l'obtention de nouveaux types de C-glycosides. Dans un second temps, le développement de nouvelles applications des exo-glycals fonctionnels pour accéder à des molécules biologiquement actives a été entrepris. De nouveaux analogues de la phenstatine, molécule présentant une forte activité sur l'antiprolifération cellulaire, ont été synthétisés et leurs propriétés biologiques ont été évaluées. Parallèlement, un C-glycoside a été utilisé en tant que répartiteur de fonction pour la synthèse de peptidomimétiques inhibiteurs potentiels de la liaison VEGF165/NRP-1 impliquée dans le processus de l'angiogénèse tumorale. / The objective of this work consists in the synthesis and functionnalization of exo-glycals toward potential anti-cancer compounds. On the one hand, the transformation of easily accessible exo-glycals to more elaborated ones using palladium cross-coupling reaction has been performed and offered a new route to disubstituted exo-glycals. The hydrogenation of these compounds gave original C-glycosides. On the other hand, the new functionnal exo-glycals have been developped to prepare biologically active compounds. Analogs of phenstatin have been obtained and tested for their cellular growth inhibition. Furthermore, a C-glycoside has been used as a scaffold for peptidomimetics synthesis against the tumor angiogenesis process.

Pseudomonas Aeruginosa est un pathogène opportuniste qui adapte son comportement aux molécules présentes dans son milieu. Il augmente en virulence lorsqu’il détecte des peptides natriurétiques dans son environnement. L’isatine est une molécule qui bloque cet effet. Pour mieux comprendre sur quel récepteur l’isatine agit, la conception d’un biocapteur a été menée. Un biocapteur est un outil alliant un bioélément, réagissant spécifiquement avec une cible biologique, et un support physique permettant la transduction du signal pour le rendre mesurable. Les travaux de thèse suivants décrivent la préparation d’un transducteur polymérique, le copolymère d’oléfines cycliques (COC), par greffage de sels de diazonium en surface. La modification de l’isatine par couplage pallado-catalysé compose la partie principale des travaux de synthèse organique effectués. Les méthodes de couplages peptidiques en surface et techniques d’accroche des isatines modifiées sur les surfaces des transducteurs (or ou COC) sont également décrites dans ce manuscrit. Pour finir, l’évaluation des effets biologiques des isatines modifiées et des biocapteurs conçus a été effectuée sur Pseudomonas Aeruginosa et sur d’autres bactéries. / Pseudomonas Aeruginosa is an opportunistic pathogen which can adapt its behavior to the present molecules in its surrounding. It increases in virulence when it detects natriuretics peptides in its environment. Isatin is a molecule which can block this effect. To determine on which receptor isatin acts on, the conception of a biosensor have been conducted. A biosensor is a tool combining a bioelement, reacting specifically with a biological target, and a physical support allowing the transduction of the signal to make it measurable. The following thesis describes the preparation of a polymeric transducer, the cyclic olefin copolymer (COC), by diazonium salts surface grafting. Isatin modification by palladium-catalysed coupling reaction represents the major part of the organic synthesis carried out. Surface peptide coupling methods and techniques to link the modified isatins to the surfaces of transducers (gold or COC) are also described in this dissertation. To finish, biological effects of the modified isatins and designed biosensors have been evaluated on Pseudomonas Aeruginosa and others bacteria.

La fonctionnalisation des hétéroaromatiques suscite grand intérêt tant en chimie supramoléculaire qu’en chimie pharmaceutique. Parmi les techniques les plus employées, la chimie organométallique catalysée par les métaux de transition est une méthode de choix et apporte depuis plus d’un siècle une contribution majeure notamment depuis l’avènement des couplages croisés. Les défis méthodologiques contemporains reposent en grande partie sur le concept du ‘mieux avec moins’ et visent notamment au développement de couplages croisés directs catalytiques impliquant des liaisons C-CO₂H et C−H avec le souci (i) d’éviter la préparation et/ou l’isolement d’intermédiaires organométalliques hautement réactifs souvent préparés dans des conditions drastiques et/ou sensibles à l’humidité et parfois instables, (ii) de réduire la production massive de sels; (iii) d’éviter les étapes de protection/déprotection des fonctions sensibles aux attaques nucléophiles. Ce travail de thèse s’inscrit dans ce contexte et a pour objectif le développement de nouveaux couplages croisés directs décarboxylants de type CCO₂H/C-X et C-CO₂H/C-H impliquant deux partenaires de couplages inédits, les acides carboxyaziniques N-oxydés et les acides cinnamiques α-méthoxylés, traités dans deux parties distinctes. Un premier travail a conduit au développement d’une méthodologie générale de couplage décarboxylant,catalysée au palladium (0) et assistée par l’argent (I), d’acides quinaldiques et picoliniques N-oxydés ainsi que de l’acide isoquinoline 3-carboxylique avec des halogéno(hétéro)arènes. En effet, bien que le cuivre (I) se soit révélé plus performant par calculs DFT pour conduire l’ipso-décarboxylation-métallation, seul l’argent favorise la catalyse conventionnelle coopérative Pd(0)/Ag(I) assurant la sélectivité en lieu et place de la fonction acide carboxylique. Ayant montré un large spectre de réactivité, la méthodologie tolère en particulier la présence de substituants sur le noyau azinique. Elle représente également une alternative synthétique à l’arylation directe de la liaison C−H des azines N-oxydées pour accéder aux azines 2-hétéroarylées ainsi qu’aux pyridines 2,5-disubstituées et aux isoquinoléïnes 3-arylées. Comme application, une approche modulable et flexible a été développée pour la synthèse d’une isoquinoline fonctionnalisée en position 1 et 3 connue comme agent antitumoral. Le second travail a porté sur la mise au point des premiers couplages croisés décarboxylants oxydants de type CCO₂H/C−H pallado-catalysés et assistés par le cuivre (II) d’acides cinnamiques α-méthoxylés sur une large gamme d’hétérocycles pour conduire à la formation stérécontrollée d’éthers d’enol héteroarylés en position géminale. L’introduction directe et inédite de la fonction éther vient enrichir le panel des méthodologies de fonctionnalisation des liaisons C−H des hétérocycles. Leur haut potentiel d’aménagement fonctionnel permet de diversifier consécutivement et très largement la nature de la fonctionnalisation pour accéder en particulier aux hétéroarylalkyl cétones et aux alcènes poly-fonctionnalisés. / The functionalization of heterocycles arouse an interest both in supramolecular chemistry and in pharmaceuticals. Based on the so-called concept better with less, the development of direct functionalization methodologies of heterocycles involving C–H and C–CO₂H bonds has emerged as an efficient, modern alternative and complementary process to traditional cross coupling methods, avoiding thus the use of stoichiometric organometallic reagents that are often air and moisture sensitive. In this context, the aim of this PhD work was to develop new decarboxylative cross couplings, CO₂H / C-X and CO₂H / C−H, using substituted 2-carboxyazine N-oxides and α-methoxyacrylic acids as new coupling partners.The first part of this work has been focused on the development of the versatile Pd-catalyzed and Ag-assisted decarboxylative coupling of quinaldic and picolonic acids N-oxides as well as 3-carboxyisoquinoline acids with (hetero)aryl halides. Although copper (I) appeared to be more efficient by DFT calculations to perform ipsodecarboxylation-metallation step, only silver catalysis revealed to be much more adequate to achieve the conventional decarboxylative coupling and this was then pointed out with the high regioselectivity observed at the carboxy function site. This reaction showed a large reactivity spectrum and tolerated for the first time substituents on azinic core. It is also a synthetic alternative to the direct C−H arylation on azine N-oxides for the regioselective synthesis of 2-arylated substituted pyridines and 3-arylated isoquinolines. As application, a modular and flexible approach has been developed for the synthesis of the highly functionalized 1,3-substitute disoquinoline 5, shown as an antitumor agent.In the second part, the first Pd-catalyzed and Cu-assisted decarboxylative / C-H alkenylation of heterocycleswith various α−methoxyacrylic acids was reported offering general stereocontrolled access to heteroarylated enol ethers in geminal position. The direct introduction of vinyl ether allows to expand the panel of C-H bond functionalizations methodologies of heterocycles. The high potential for subsequent post-functional adjustment of the vinyl ether moiety enable thus the synthesis of heteroarylated α,β-enolizable ketones and polysusbituted alkenes.

Lors de son développement, une tumeur ne peut survivre sans passer par une étape invasive afin de subvenir à ses besoins en nutriment et en oxygène. Cette étape, appelé angiogénèse tumorale, conduit à la formation de vaisseaux sanguins dits « tumoraux », différents des vaisseaux sanguins normaux. Afin de stopper la croissance de la tumeur, il est possible de détruire les vaisseaux sanguins tumoraux formés pendant l’angiogénèse tumorale grâce à des molécules antivasculaires. Ces molécules vont désorganiser la structure du vaisseau et diminuer le flux sanguin au sein de la tumeur pour mener à la nécrose de cette dernière. Parmi ces molécules antivasculaires,la prodrogue phosphate de la combrétastatine A-4 naturelle (CA-4) est le composé actuellement le plus efficace(en développement clinique de phase III contre le cancer de la thyroïde). L’isocombrétastatine A-4 (isoCA-4),possédant une structure de type 1,1-diaryléthylène, est un analogue très puissant développé au laboratoire. Cette molécule est isomère de la CA-4 et permet d’obtenir les mêmes activités biologiques que la CA-4. L’objectif de cette thèse est d’étudier ce motif 1,1-diaryléthylène dans le cadre de molécules cytotoxiques en synthétisant et en évaluant in vitro plusieurs séries de molécules de type « iso ». L’autre partie de cette thèse est dédiée à la synthèse d’analogues hétérocycliques de l’isoCA-4, qui permettront de réaliser les premières études de relation structure-activité sur l’isoCA-4, où son cycle B a été remplacé par un hétérocycle. Ce travail nous a permis de confirmer que la structure de l’isoCA-4 peut servir de base de travail pour développer d’autres agents antivasculaires. / For a tumor, the angiogenesis is a vital step for its development. The spread of the tumor is necessary characterized by an extension of the surrounding vasculature, in order to provide the nutriments and the oxygen required to the growth of the tumor. Resulting from the angiogenesis, the new tumorous blood vessels formed represent an excellent target to treat cancer by aiming specifically at the heart of the tumor. By means of vascular disrupting agents (VDA), it is possible to cut the tumor off the blood flow to trigger the necrosis within the tumor. Among the current VDA, the natural combretastatin A-4 (CA-4) is a strong compound that exhibits excellent antitumoral activities. An isomer of the CA-4, the isocombretastatin A-4 (isoCA-4), was developed inour laboratory to propose an alternative and a new family of VDA. The isoCA-4 is characterized by a 1,1-diarylethylene core, which we studied in this thesis, through 3 series of molecules related to this new structure inmedicinal chemistry. We also synthesized heterocyclic analogues of the isoCA-4, in order to explore the capacity of the isoCA-4 to serve as a basis for developing new antimitotic compounds.

Les travaux rapportés dans ce mémoire concernent le développement de nouveaux couplages pallado-catalysés de N-tosylhydrazones ainsi que leurs applications à la synthèse d’analogues de l’isocombrétastatine A4 (isoCA-4). La première partie du manuscrit est consacrée à l’étude de la réactivité de N-tosylhydrazones encombrées dans les couplages avec des halogénures d’aryle. Des conditions ont été mise au point afin d’avoir accès à des molécules 1,1-diaryléthylène ortho/ortho’-disubstituées en relation avec l’isoCA-4. Une autre partie de ce travail est dédiée au développement de réactions tandem impliquant une N-tosylhydrazone. Deux nouvelles transformations sont rapportées, une réaction tandem couplage de Barluenga-couplage de Buchwald-Hartwig, ainsi qu’une réaction tandem couplage de Barluenga-couplage de Suzuki-Miyaura. Dans le dernier chapitre, le couplage oxydatif d’indoles avec les N-tosylhydrazones a été examiné. Les N-vinylindoles synthétisés par ce couplage ont démontré des activités antiprolifératives prometteuses. / This thesis work concerns the development of new palladium catalyzed cross-coupling reactions of N-tosylhydrazones and their applications to the synthesis of isocombretastatin A4 (isoCA-4) analogs. The first part of this work is dedicated to the study of the reactivity of hindered N-tosylhydrazones in coupling with aryl halides. A protocol has been developed to synthesize ortho/ortho’-disubstituted 1,1-diarylethylenes related to isoCA-4. Another part of this thesis is dedicated to the development of tandem reactions involving N-tosylhydrazones. Two new reactions are reported, a Barluenga cross coupling-Buchwald-Hartwig cross coupling tandem reaction as well as a Barluenga cross coupling-Suzuki-Miyaura cross coupling tandem reaction. In the last chapter, oxidative coupling of indoles with N-tosylhydrazones was examined. N-vinylindoles synthesized by this way showed promising antiproliferative activities.

La synthèse de la 5-azagalanthamine, un analogue azoté de galanthamine, utilisée dans le traitement palliatif de la maladie d’Alzheimer, a été envisagée dans le cadre d’une étude de relations structure-activité. Durant cette thèse nous avons examiné quatre voies de synthèse afin d’accéder à la 5-azagalanthamine. La première voie est basée sur la réaction de Pictet-Spengler afin de fermer le dernier cycle de l’azagalanthamine. De nombreuses tentatives ont été effectuées sur différents types de substrats mais cette stratégie s’est révélée inefficace. La deuxième approche consiste en une oxydation d’anilide ortho-substitué par un groupement méthoxy, avec un réactif à base d'iode hypervalent pour accéder à une spirodiènone, un intermédiaire clé de la synthèse. En effectuant cette réaction nous n’avons pas obtenu le produit attendu, mais une 1,2-dispirodiénone, un motif inhabituel, et très rare. Après avoir optimisé les conditions réactionnelles, nous avons étudié la généralité de la réaction avec d'autres substrats. La modélisation moléculaire ainsi que des études de voltammétrie cyclique ont été réalisées (Chabaud, L.; Hromjakova, T.; Rambla, M.; Retailleau, P.; Guillou, C. Chem. Commun. 2013, 49, 11542-11544. Hromjakova, T.; Retailleau, P.; Grimaud, L.; Gandon, V.; Chabaud, L. et Guillou, C. accepté EurJOC, 2015, DOI 10.1002/ejoc.201501160).Ensuite nous avons examiné l’approche basée sur le couplage intramoléculaire pallado-catalysé. Après les premiers résultats encourageant avec le substrat modèle nous avons réalisé une optimisation des conditions réactionnelles. Une étude de généralité de la réaction avec d'autres substrats a été effectuée. Malheureusement, il s’est avéré que la substitution sur le cycle aromatique n’était pas bien tolérée conduisant à de faibles rendements. Par conséquent cette méthodologie n’a pas pu être appliquée à la synthèse de l’azagalanthamine. Dans la dernière voie de synthèse examinée nous avons repris les travaux antérieurs entrepris dans notre laboratoire concernant la réaction de Heck intramoléculaire. La diminution de la longueur de la chaîne liant les deux cycles a permis d’obtenir des résultats très prometteurs. / The synthesis of 5-azagalanthamine, the analogue of galanthamine that is used in Alzheimer treatment, was investigated for structure - activity relationship studies.During this thesis I explored four synthetic approaches with the aim of preparing the 5-azagalanthamine. The first one is based on a Pictet-Spengler reaction used for ring closure of the last cycle of azagalanthamine. We carried out many tests on various types of substrate but this strategy has proved to be ineffective. The second approach consists of an oxidation of ortho-methoxy substituted anilide by hypervalent iodine reagent to access a spirodienone, a key intermediate of the synthesis. Interestingly this reaction did not result in the expected compound but we observed the formation of an unusual motif, the 1,2-dispirodienone. After conditions optimisation we studied the scope and limitations with others substrates. Molecular modelling and cyclic voltammetry studies were also carried out (Chabaud, L.; Hromjakova, T.; Rambla, M.; Retailleau, P.; Guillou, C. Chem. Commun. 2013, 49, 11542-11544. Hromjakova, T.; Retailleau, P.; Grimaud, L.; Gandon, V.; Chabaud, L. and Guillou, C. accepté EurJOC, 2015, DOI 10.1002/ejoc.201501160).Then we investigated an approach based on palladium-catalysed intramolecular coupling. After the first encouraging results with the model substrate, we did optimization of the reaction conditions and the study of substrate scope. Unfortunately we discovered that the substitution was not well tolerated and decreased the yield. Therefore this methodology could not be applied to the synthesis of the azagalanthamine. In the last approach we used previous work of our laboratory on the intramolecular Heck reaction. The reduction of the length of the linker between both cycles showed to be beneficial. We obtained promising results with this approach.

Les benzofuroindolines forment une famille de composés qui se retrouvent sous deux formes : les benzofuro[2,3-b]indolines ou les benzofuro[3,2-b]indolines. Ce motif se retrouve dans de nombreuses molécules naturelles comme la bipleiophylline, la voacalgine A, le diazonamide A et la phalarine ce qui a mené à de nombreuses recherches pour leur synthèse. La biogénèse postulée est le couplage oxydant d'un indole et d'un phénol. Nous avons développé plusieurs voies d'accès à ces motifs en utilisant le noyau indolique. La première étude a consisté en un couplage oxydant direct entre un N-acétylindole et un phénol en présence de FeCl₃ et de DDQ. La méthodologie a montré sa généralité sur des dérivés d'indoles N-acétylés pour former en une seule étape des benzofuro[3,2-b]indolines. Dans certains cas, la benzofuro[2,3-b]indoline est obtenue si les groupements fonctionnels en position 2 et 3 sur l'indole sont identiques. Dans un but de synthétiser la phalarine, unique molécule naturelle contenant un motif benzofuro[3,2-b]indoline, nous avons réalisé une étape de C2-arylation d'un indole par un phénol à l'aide d'un couplage pallado-catalysé. La cyclisation à l'aide de NIS permet d'obtenir la benzofuro[3,2-b]indoline. L'ajout du carbone manquant de l'un des cycles est en cours d'étude par ajout d'un nucléophile monocarboné possédant un groupement partant. Par ailleurs, une dernière voie d'accès aux benzofuro[3,2-b]indolines a pu été mise au point par une réaction de Fischer interrompue. La réaction entre des benzofuran-3-ones et des arylhydrazines dans des conditions acides conduit aux benzofuroindolines souhaitées sous forme d'hémiacétals. La méthode a montré sa généralité et sa robustesse. Finalement, réaliser l'Umpolung de l'indole est un défi intéressant pour additionner des nucléophiles en position 3 de l'indole. Pour cela, des N-hydroxyindoles ont été synthétisés et l'utilisation de sels de biaryliodonium triflate a permis de réaliser une O-arylation. Le produit formé étant instable, il subit un réarrangement sigmatropique [3,3] pour conduire aux benzofuro[2,3-b]indolines désirées. / Benzofuroindolines are a family of compounds which can be found in two regioisomeric forms: benzofuro[2,3-b]indolines or benzofuro[3,2-b]indolines. This core is present in several natural products such as bipleiophylline, voacalgine A, diazonamide A or phalarine which have been the subject of intensive efforts towards their syntheses. The postulated biogenesis is the oxidative coupling of an indole and a phenol. We developed four pathways to access these structures using the indole nucleus.The first part consisted in a direct oxidative coupling between a N-acetylindole and a phenol in presence of FeCl₃ and DDQ. This strategy showed its generality on N-acetylindoles derivatives to form in only one step the benzofuro[3,2-b]indoline core. In some cases, the benzofuro[2,3-b]indoline is obtained if the substitution in the C-2 and C-3 position is the same. In order to synthesize the phalarine, the unique natural product to possess a benzofuro[3,2-b]indoline core, we designed a C-2 arylation of an indole with a phenol using a palladium-catalyzed coupling. The cyclization steps using NIS led to the benzofuro[3,2-b]indoline core. The insertion of the missing carbon of one of the rings is under study by adding a nucleophile which contains only one carbon and a leaving group. The last strategy to access to benzofuro[3,2-b]indolines has been focused on an interrupted Fischer indolization. The reaction between benzofuran-3-ones and arylhydrazines in acidic conditions led to the desired benzofuro[3,2-b]indolines. This methodology is general and robust. Another part of the project was to achieve the Umpolung of the indole to add nucleophiles in C-3 position of the indole nucleus. N-hydroxyindoles were synthesized and the use of biaryliodonium triflate salts allowed an O-arylation reaction. The product being unstable, a [3,3] sigmatropic rearrangement can take place to afford the desired benzofuro[2,3-b]indolines.