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

Aujourd'hui, la majorité des plastiques de commodité est issue de ressources fossiles. Ces ressources sont limitées et un certain nombre d'études prédisent l'épuisement des gisements dans quelques siècles avec un pic de consommation dans les dix prochaines années. Dans ce contexte, la biomasse représente une ressource abondante pour la synthèse de bio-matériaux. Nous reportons ici une nouvelle stratégie de synthèse de polyesters alternés à partir de ressources renouvelables, basée sur la synthèse tandem. Des complexes organométalliques disponibles commercialement ont montré leur activité catalytique dans la cyclisation de diacides carboxyliques en anhydrides cycliques puis dans la copolymérisation de ces anhydrides avec des époxydes. Cette méthode facile à mettre en oeuvre est une stratégie innovante pour la production de nouveaux polyesters biodégradables.

Universiẗat, Diss., 2002--Düsseldorf.

Les composés azotés ont un grand intérêt car cet élément se retrouve dans la plupart des produits naturels et pharmaceutiques, de sorte que le développement de méthodes efficaces pour leur préparation est hautement souhaitable. Tout d'abord, une méthode stéréodivergente et énantiosélective a été développée pour la synthèse totale des alcaloïdes de type chaetominine, y compris les structures proposées de la (-)-pseudofischerine, de l’(-)-aniquinazoline D et de l’(-)-isochaetominine, de l’(-)-isochaetominines A-C, de la (+)-14-epi-isochaetominine C, ainsi que les quatre stéréoisomères jusqu'ici inconnus de l'isochaetominine C. A la lumière de nos travaux de synthèse, les structures de la (-)-pseudofischerine naturelle et l’(-)-aniquinazoline D ont été révisées comme l’(-)-isochaetominine C, et la structure de l’(-)-isochaetominine naturelle a été révisée comme la (-)-11-epi-chaetominine. Ensuite, une réaction de cyclisation en cascade de radicaux azaphiles a été développée conduisant à une synthèse efficace d'hétéroaromatiques de type imidazo-accolés à partir de carbamates N-hétéroaryl-O-propargyliques facilement disponibles. La synthèse électrochimique organocatalysée est généralisable, tolère de nombreux groupes fonctionnels, et se déroule dans des conditions douces sans besoin de catalyse par les métaux de transition, ni d'oxydants. Enfin, deux approches à des analogues de l'unité CHOI ont été développées. Les étapes clés de la de synthèse sont basées sur la C-allylation et la N-allylation palladocatalysées, qui permettent la transformation d’un substrat bis-allylique cyclique en un hexahydroindole. En fonction de la stratégie appliquée, la position de la fonction alcène de l'hexahydroindole peut se retrouver sur des positions différentes du squelette. L’homologation d’un atome de carbone suivie d'une époxydation ou d'une syn-dihydroxylation des intermédiaires bicycliques résultants fournissent les analogues CHOI désirés. / Nitrogen-containing compounds have a great interest as this element is found in natural products and drugs, thus the development of efficient methods for their preparation is highly desirable. First, a stereodivergent and enantioselective method has been developed for the total syntheses of chaetominine-type alkaloids including the proposed structures of (-)-pseudofischerine, (-)-aniquinazoline D and (-)-isochaetominine, (-)-isochaetominines A–C, (+)-14-epi-isochaetominine C, as well as the four hitherto unknown stereoisomers of isochaetominine C. The structures of natural (-)-pseudofischerine and (-)-aniquinazoline D have been revised as (-)-isochaetominine C and the structure of the natural (-)-isochaetominine have been revised to (-)-11-epi-chaetominine based on our synthetic efforts. Next, an azaphilic radical cascade cyclization reaction has been developed leading to the efficient synthesis of imidazo-fused heteroaromatics from easily available N-heteroaryl-O-propargyl carbamates. The organocatalyzed electrochemical synthesis has a broad scope, tolerates many common functional groups, and proceeds under mild conditions without the need of transition-metal catalysis or chemical oxidant. Finally, two approaches toward analogs of the CHOI unit have been developed. The key steps of the synthetic route were based on Pd-catalyzed C-allylation and N-allylation, which converted a cyclic bis-allylic substrate into a hexahydroindole scaffold. Depending on the strategy applied, the position of alkene moiety of the resulting hexahydroindole can be obtained at different positions. One-carbon homologation followed by epoxidation or syn-dihydroxylation of the resulting bicyclic intermediates afforded the desired CHOI analogues.

The development of selective SmI2-H2O-mediated mono-reductions of cyclic-1,3-diesters to the corresponding 3-hydroxy acids is described. The reaction proceeds with complete selectivity for cyclic-1,3-diesters over acyclic esters. Sequential one-pot conjugate reduction-ester reduction of alkylidene cyclic-1,3-diesters is also reported. Furthermore, we describe the exploitation of the unusual ketyl radical intermediates formed via single electron reduction of the ester carbonyl in unprecedented 5-exo-trig cyclisations providing access to highly substituted, stereo-defined, cyclopentanols and cyclopentanones. Also described is the use of a silicon control element to direct the stereochemical outcome of the SmI2-MeOH-mediated conjugate reduction-intramolecular aldol cyclisations of α,β-unsaturated lactones. These cyclisations generate two contiguous quaternary centres with complete diastereocontrol; the utility of the silicon-directing group as a synthetic handle for derivatisation of the cyclisation products has also been demonstrated. These cyclisations have been applied in a model approach to the anti-mitotic natural product pseudolaric acid B.

Les tétrahydropyranes et les pipéridines sont des motifs que l'on retrouve dans de nombreuses molécules naturelles bioactives. L'intérêt pour ces familles de composés ne cesse de croître. En effet le noyau pipéridine est le troisième motif cyclique le plus retrouvé dans les molécules thérapeutiques après les noyaux phényle et pyridine alors que le tétrahydropyrane prend lui la 6ème place. Il apparaît donc opportun de développer des voies d'accès simples et efficaces afin d'obtenir de façon stéréosélective (diastéréo et/ou énantiosélective) ces motifs structuraux. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit concernent le développement de deux nouvelles méthodologies de la cyclisation d'aza-Prins. La cyclisation d'aza-Prins permet par la réaction entre une amine homoallylique et un aldéhyde en présence d'un acide (Lewis ou Brønsted) la formation de pipéridine. La première a été développée pour pallier à l'absence dans la littérature de méthodologie applicable à tous types d'amines homoallyliques. Cette nouvelle méthodologie repose sur la promotion de la réaction par un effet synergétique entre un acide de Lewis (TiCl4 1 éq.) et un acide de Brønsted (p-TSA 0.1 éq.). Cette méthodologie a permis l'obtention de pipéridine avec de bons rendements et une excellente diastéréosélectivité a été obtenue selon la nature de l'amine homoallylique utilisé. La deuxième méthodologie qui a été développée permet l'aminolyse de pipéridine-lactone. Ces pipéridine-lactones, obtenues par une réaction d'aza-Prins, sont ainsi aminolysées par un acide aminé en présence d'un promoteur puissant LiNTf2. Ces deux méthodologies combinées nous ont permis d'obtenir divers motifs pipéridines. Un certain nombre de ces pipéridines synthétisées seront testées afin de mettre en évidence une éventuelle activité biologique. / Tetrahydropyrans and piperidines are cyclic motifs found in numerous bioactive natural products. Interest in these families of compounds is continuously growing. Indeed, piperidine is the 3rd most common cyclic motif found in therapeutic molecules after phenyl and pyridine structures, while the tetrahydropyran takes the 6th place. Thus the development of simple and effective methodologies to obtain these structures stereoselectively (diastereo and/or enantioselectively) is of great interest. The research presented in this manuscript concerns the development of two new methodologies for aza-Prins cyclization. These reactions involve condensation of homoallylic amines with aldehydes in the presence of a Lewis or Brønsted acid to give piperidine compounds. The first method was promoted by a synergistic combination of a Lewis acid and a Brønsted acid and employs N-alkyl, N-aryl, and unprotected homoallylamines to efficiently form piperidines with good yields and excellent diastereoselectivity, which was controlled by the nature homoallylamine. The second method allows piperidine-lactone aminolysis in presence of aminoacids with the help of a powerful promoter LiNTf2. These two combined methodologies allowed us to obtain a library of piperidine structures, some of which will be tested in order to assess their possible biological activity.

The prostaglandins are a unique family of natural products found in all mammalian life, including humans. Their biological significance is profound, and they are responsible for a vast array of bodily functions. This importance, coupled with their low concentration in vivo, has made them attractive targets for total chemical synthesis. The work herein describes synthetic efforts towards their synthesis using an oxidative radical cyclisation to construct the key [3.3.0]-bridged bicyclic lactone, from which the prostaglandin skeleton may be derived. Key to this was the development of manganese(III) acetate and copper(II) triflate as optimal reagents for this cyclisation of unsaturated malonate/malonic acid derivatives. To study this, several model substrates for this crucial cyclisation were synthesised, and their cyclisation analysed. Chapter 5 describes the design and synthesis of several model substrates containing malonate groups for the oxidative radical cyclisation. The results of the cyclisation with manganese(III) and various copper(II) salts influenced the design of the substrates, and led to the use of malonic acids as more effective substrates for the formation of [3.3.0]-bicyclic lactones. A catalytic process, in which atmospheric oxygen is the terminal oxidant was also developed. Chapter 6 describes the studies towards a total synthesis of the prostaglandin family. Two potential routes are followed, the first of which used a key asymmetric epoxidation to install asymmetry. A Suzuki coupling was used to deliver the desired diene required for the cyclisation substrate, which was successfully cyclised using manganese(III) acetate and copper(II) triflate, creating the desired [3.3.0]-bicyclic lactone in good yield and with excellent diastereomeric control. A second, shorter route to the same lactone was also developed, using a novel asymmetric deconjugative aldol condensation to establish asymmetry. Cyclisation of this analogous substrate was also successful, delivering the same lactone after olefin metathesis.

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.

Grâce à leurs fortes acidités, les milieux superacides permettent d’accéder par polyprotonation à des intermédiaires superélectrophiles polycationiques, capables d’être piégés par des nucléophiles très faibles. Ces espèces très réactives ont permis de développer des méthodologies de synthèse sans équivalent en conditions « classiques ».Dans la première partie de ce travail, le comportement de composés organophosphorés dans le milieu HF/SbF5 a été évalué et les sites de protonation de différentes fonctions phosphorées ont pu être observés par RMN in situ à basse température. La réactivité d’oxydes de phosphines insaturés a également été évaluée et des composés organophosphorés cycliques et/ou fluorés ont été synthétisés avec de bons rendements. Des expériences de RMN in situ à basse température ont permis de mettre en évidence un intermédiaire superélectrophile de type phosphonium-carbénium inédit dont l’implication a été confirmée par des calculs théoriques.La deuxième partie est consacrée à l’exploitation de la contrainte benzylique d’espèces superélectrophiles. A partir d’éphédrines tosylées, des benzosultames cycliques ont été obtenus par cyclisation intramoléculaire diastéréospécifique dans l’acide trifluorométhanesulfonique. L’analyse des intermédiaires réactionnels par RMN a permis de révéler l’implication d’une contrainte benzylique contrôlant la spécificité de la réaction. Les benzosultames chiraux N-F obtenus après fluoration ont été utilisés comme réactifs de fluoration électrophile énantiosélective et la synthèse de dioxydes de méthanodibenzothiazocines chiraux inédits a également été envisagée. / Thanks to their exceptional acidity, superacid allow access to polycationic superelectrophiles by polyprotonation. These highly reactive species are capable of being trapped by very weak nucleophiles and can be used to develop new synthetic methodologies without equivalents under “classical” conditions. In the first part of this work, the behavior of organophosphorus compounds in HF/SbF5 was evaluated and the protonation sites of different phosphorus functions have been observed by low temperature NMR spectroscopy. The reactivity of unsaturated phosphine oxides has also been evaluated and cyclic and/or fluorinated organophosphorus compounds have been synthetized in good yields. In situ low-temperature NMR experiments revealed a phosphonium-carbenium superelectrophilic intermediate whose implication was confirmed by theoretical calculations. The second part deals with the study of the benzylic strain applied to superelectrophilic species. From tosylated ephedrines, cyclic benzosultams were obtained by diastereospecific intramolecular process in trifluoromethanesulfonic acid. Analysis of the reaction intermediates by NMR revealed the implication of a benzylic strain controlling the specificity of the reaction. After fluorination, the obtained N-F chiral benzosultams were used as enantioselective electrophilic fluorination reagents and the synthesis of new chiral methanodibenzothiazocine dioxides was also considered.

La réaction de cyclisation de type Wacker, de composés polyols et aminopolyols insaturés constitue un outil puissant et efficace pour la synthèse d’hétérocycles oxygénés ou azotés.Dans ce travail de thèse, nous proposons l’étude d’une réaction catalysée par un complexe de palladium(II) de type domino-cyclisation, mettant en jeu une réaction de couplage. Cette séquence catalytique revient à une fonctionnalisation d’un hétérocycle par une chaîne latérale, tout en créant deux centres stéréogènes en une seule étape. L’influence de la nature des réactifs mis en jeu, ainsi que des conditions expérimentales sur l’activité et la diastéréosélectivité de la réaction sont discutées. Les applications vers la synthèse de produits naturels (anisomycine) ou d’analogues (varitriol) sont présentées.La réaction d’oxycarbonylation catalysée par un complexes de palladium(II) est une transformation intéressante de polyols insaturés en lactones bicycliques, présentant un motif de type tétrahydrofurane avec une excellente stéréosélectivité-cis. Le premier exemple de réaction d’oxycarbonylation catalysée par des complexes de palladium chiraux dans les liquides ioniques est décrit. Une étude approfondie de la nature des ligands démontre que les bis(oxazolines) chirales constituent les meilleurs ligands du palladium pour la cyclisation du pent-4-ène-1,3-diol racémique 69a. Le dédoublement cinétique du composé 69a sous atmosphère de monoxyde de carbone, en présence d’un complexe chiral de palladium(II) et de p-benzoquinone employant l’acide acétique ou le liquide ionique [bmim]NTf2 comme solvant, a permis d’isoler le 2,6-dioxabicyclo-[3.3.0]octane-3-ones avec jusqu’à 57% d’excès énantiomérique pour l’énantiomèrede configuration (R,R)-70a, et jusqu’à 80% d’excès énantiomérique pour l’énantiomèrede configuration (S,S)-70a. / Intramolecular Wacker-type cyclization of unsaturated polyols and aminopolyols represents a powerful method in the synthesis of oxygen- or nitrogen-containing heterocycles. The thesis offers an insight into the systematic study of domino intramolecular palladium(II)-catalyzed cyclization and coupling reaction allowing the implementation of side chains into heterocyclic skeletons along with the formation of two stereocenters in a single step. Different types of coupling partners and reaction conditions were examined, the influence of substrate substituents on diastereoselectivity is discussed. The applications in the synthesis of naturally occuring compounds or their analogs are outlined (anisomycin, varitriol). Palladium(II)-catalyzed oxycarbonylation represents an interesting transformation of unsaturated polyols into bicyclic lactones with tetrahydrofuran structural motif with excellent cis-stereoselectivity. The first example of the use of ionic liquids as reaction media in the asymmetric Pd(II)-catalyzed oxycarbonylation is described. Based on a ligand screening, the chiral bis(oxazoline)-type ligands were successfully used in the Pd(II)-promoted bicyclisationof racemic pent-4-ene-1,3-diol (±)-69a. The kinetic resolution of (±)-69a in the presenceof chiral catalyst and p-benzoquinone under carbon monoxide atmosphere using acetic acid and/or ionic liquid as solvent afforded enantioenriched 2,6-dioxabicyclo[3.3.0]octane-3-ones(R,R)-70a (57% ee) and (S,S)-70a (80% ee), respectively.