Les recherches présentées dans cette thèse découlent de problématiques rencontrées lors de précédents travaux effectués dans notre groupe au sujet de cyclisations séquentielles de Vilsmeier-Haack et de Mannich par une activation chimiosélective d’amides. Deux limitations avaient été soulevées : une faible réactivité lors de la seconde cyclisation de Mannich et aucune possibilité d’obtention de produit de double cyclisation de façon énantiosélective. Au chapitre un, une étude de double cyclisation de Vilsmeier-Haack et de Mannich est présentée, tout d’abord sur des substrats allylsilane-aldéhyde puis vératrol-aldéhyde. Une étude mécanistique est détaillée dans le but d’améliorer le rendement de la réaction. Les bases de notre méthodologie avec l’aldéhyde sont établies dans ce premier chapitre. Au chapitre deux, une étude de double cyclisation de Vilsmeier-Haack et de Mannich en présence d’une cétone est exposée. Les conditions de première cyclisation sont rapidement déterminées tandis que pour la seconde étape, les divers paramètres pouvant influencer la réaction sont examinés. Aussi, une tentative de formation de centres quaternaires produisant des squelettes carbonés de type quinolizidine et spirocyclique est présentée, ainsi qu’une variation de tailles de cycles formés. Au chapitre trois, l’étendue de notre méthodologie est étudiée et celle-ci est appliquée sur divers substrats. Les nucléophiles de type indole, pyrrole, éther d’énol et allylsilane sont couverts et la variation de taille de cycle est également testée. Au chapitre quatre, une étude sur le développement catalytique et un effort vers une version non racémique de notre méthodologie sera présentée. Diverses amines secondaires chirales sont investiguées et les excès énantiomériques mesurés. Le chapitre cinq propose des suites au projet de thèse, incluant des pistes au sujet de l’induction asymétrique en s’appuyant sur des exemples concrets de la littérature.

Les substances naturelles ont toujours joué un rôle important dans la recherche de nouvelles molécules d’intérêt thérapeutique. Ces produits peuvent être aussi utilisés comme sondes dans l’étude de systèmes biologiques et améliorer notre compréhension de ces phénomènes. Toutefois, la grande majorité des librairies de molécules synthétisées en chimie médicinale dans l’industrie pharmaceutique ou dans la recherche académique sont composées de molécules possédant des squelettes hétérocycliques qui couvrent une faible partie de l’espace des molécules pouvant être potentiellement découvertes (estimation de 1060 molécules organiques sous les 500 Da). Dans ce mémoire, nous décrivons la synthèse de nouvelles librairies de molécules basées sur des squelettes de produits naturels. Ces entités possèdent un niveau de complexité et de diversité élevé. Différentes stratégies ont été développées durant cette thèse dans le but de synthétiser avec efficacité des librairies possédant ces caractéristiques: synthèse divergente de nouveaux squelettes polycycliques catalysée par des métaux de transition, synthèse de dérivés de produits naturels décorés de façon à moduler leur activité biologique et synthèse de librairies encodées avec des acides peptido-nucléiques. / Natural products have played a key role in the search for new drugs. These bioactive molecules can also be used as probes in biological studies and expand our knowledge of the mechanisms involved. Nevertheless, the large majority of chemical libraries currently synthesized in pharmaceutical companies or in academic research centers consist of heterocyclic scaffolds which cover a small part of the available chemical space (1060 molecules below 500 Da). In this dissertation, we describe the synthesis of new libraries based on natural product scaffolds. They present a high level of complexity and diversity. Creative strategies used to quickly generate these libraries have been developed during this PhD such as the divergent synthesis of new polycyclic scaffolds catalyzed by transition metals, the synthesis of terpene derivatives functionalized in order to modulate their biological activity, and the PNA encoded synthesis of small molecules libraries.

Les composés oxygénés de faible poids moléculaire présentent un fort intérêt en chimie des parfums. Un grand nombre d’odorants contiennent un ou plusieurs cycles au sein de leur structure. Ce travail de thèse est dédié au développement de nouvelles carbocyclisations intramoléculaires de dérivés d’éthers d’énol catalysées par des (super)acides de Lewis. L’étude s’intéresse à la réactivité bivalente des alcools (bis)allyliques portant une fonction alkoxy. Dans ce contexte, la réactivité de la fonction éther d’énol en présence d’un alcool allylique a été développée en présence d’acides de Lewis et de Brønsted comme catalyseurs. En l’occurrence, une chimiodivergence contrôlée par le substrat a été démontrée pour des précurseurs dérivés de différents types d’éthers d’énol. Ainsi, des cyclopenténones ont été formées par électrocyclisation catalysée par le triflate de bismuth(III). Ou alors, des cétones insaturées α-oxygénées ou soufrées ont été obtenues par activation préferentielle de l’éther d’énol en présence de l’acide ptoluènesulfonique. Une étude mécanistique a été effectuée mettant en avant la différence entre la catalyse par acides de Lewis et de Brønsted ainsi que l’influence de l’acidité du catalyseur. Il a été possible de contrôler la chimiodivergence par le catalyseur dans le cas des dérivés du phenyl vinyl sulfure. Deux produits différents ont été obtenus à partir d’un seul substrat de départ en utilisant des systèmes catalytiques robustes et peu onéreux. La plupart des nouveaux composés présentent des notes olfactives intéressantes. En outre, l’électrocyclisation catalysée par le triflate de bismuth a été appliquée à la synthèse de la rotundone, un odorant naturel à la note typique du poivre. / Oxygenated low molecular weight compounds are of particular interest in fragrance chemistry. A large number of odorants present one or more rings within their structure. This work is dedicated to the development of novel intramolecular carbocyclizations of enol ether derivatives catalyzed by Lewis (super)acids. The study turns around the dual reactivity of alkoxy-substituted bis(allylic) alcohols. In this context, the behavior of the enol ether function in the presence of an allylic alcohol has been elaborated under Lewis and Brønsted acid-catalysis. Hereby, a pronounced substrate-controlled chemodivergence as demonstrated for precursors derived from different types of enol ethers. Either, cyclopentenones were formed by electrocyclization under bismuthIII triflate catalysis, or a skeletal rearrangement after preferential activation of the enol ether in the presence of p-toluenesulfonic led to α-oxygenated or αsulfenylated unsaturated ketones. Mechanistic studies have been performed and the difference between Lewis and Brønsted acid-catalysis as well as the influence of the catalyst acidity have been highlighted. The chemodivergence could be tuned by the nature of the catalyst in the case of phenyl vinyl sulfide derivatives. Two different products were obtained from a single and easily accessible starting material using robust, air- and water-compatible catalytic systems. Most of the new compounds presented interesting olfactory notes. The developed bismuthIII triflate-catalyzed electrocyclization was further applied to the total synthesis of the natural pepper odorant rotundone.

Ce travail s'inscrit dans la recherche et le développement de nouvelles molécules à visée thérapeutique via la mise au point de cyclisations radicalaires oxydatives médiées par l'acétate de manganèse(III). Deux problématiques ont dirigé nos recherches. Tout d'abord, nous avons développé une stratégie de synthèse de prodrogues analogues de la pafuramidine, molécule antileishmanienne. Ainsi, une 1ère série d'amidoximes a été obtenue à partir de β-cétosulfones par une synthèse multi-étapes faisant appel aux réactions i) de cyclisations radicalaires oxydatives médiées par Mn(OAc)3 et ii) de couplages pallado-catalysées de Buchwald-Hartwig et de Heck. Suite à l'évaluation biologique in vitro sur Leishmania donovani et sur des cellules humaines, une 2ème série d'amidoximes et en particulier des monoamidoximes a été réalisée, ce qui a révélé une molécule présentant un index de sélectivité 40 fois plus élevé que celui de la pentamidine, médicament utilisé comme référence. Nous avons également mis au point un double couplage "one-pot" de Buchwald-Hartwig dans le but d'obtenir des produits dicouplés dissymétriques, précurseurs éventuels de futures diamidoximes. Dans une deuxième partie, nous nous sommes focalisés sur la synthèse de composés spirocycliques pouvant constituer un pharmacophore original. De ce fait, une stratégie de synthèse conduisant à divers noyaux tels des tétralines spirocycliques, des spirolactones, des spirobenzophénanthrédin-6(5H)-ones a été mise au point. Ce travail nous a également menés vers la synthèse de dérivés thiobarbiturates, analogues de composés anesthésiques ou anticonvulsivants. / This work focuses on the research and development of new therapeutic molecules through optimized radical cyclizations mediated by manganese(III) acetate. Two problematics directed our research. First, we developed analogous prodrugs of pafuramidine, an antileishmanial molecule. Thus, a 1rst series of amidoximes was obtained from β-ketosulfones by a multi-step synthesis involving i) radical oxidative cyclizations mediated by Mn(OAc)3 and ii) pallado-catalyzed Buchwald-Hartwig and Heck coupling reactions. The 1rst series being biologically evaluated in vitro, both on Leishmania donovani and human cells, a 2nd series and particularly monoamidoximes was prepared and revealed a molecule presenting a selectivity index 40 times higher than the one of pentamidine, used as reference drug compound. We also developed a one-pot double Buchwald-Hartwig coupling reaction in the aim to obtain dissymmetric dicoupled products, potential precursors of future diamidoximes. In a second time, we focused on the synthesis of spirocyclic compounds which could constitute an original pharmacophore. Therefore, we performed a synthesis allowing access to a wide variety of scaffolds such as spirocyclic tetralins, spirolactones, spirobenzophenanthridin-6(5H)-ones. This work allowed the synthesis of thiobarbiturates, analogous of anesthetic or anticonvulsive compounds.

Nous effectué des réactions de cyclisations [3 +2] énantiosélectives entre des allénoates et des énones, catalyseées par des phosphines, donnant accès à des hétérocycles soufrés présentant des motifs moléculaires spirocycliques porteurs de nombreux centres asymétriques. De bons rendements chimiques et des bon excès énantiomériques ont été obtenus en utilisant le (S,S)-FerroPHANE comme le catalyseur chiral.D’autre part, nous avons développé de nouvelles réactions catalysées par les phosphines donnant accès à des hétérocycles azotés. En tenant de la réactivité des phosphines connue dans la Littérature, nous avons envisagé des substrats permettant la combinaison de différents processus catalytique.Des réactions de cyclisation [3+2], catalysées par les phosphines, entre des imines et des diènes conjugués, doublement activés à leurs extrémités, permet d’accéder en une seule étape à des 3-pyrrolines tri-substituées de manière diastéréosélective. Nous avons alors évalué les possibilités et limitation de cette nouvelle voie d’accès aux pyrrolines en mettant en jeu de toute une gamme de diènes et d’imines diversement fonctionnalisés.Nous avons ensuite étudié ce nouveau mode de cyclisation en utilisant des diènes où l’une des deux insaturations est inscrite dans un cycle. Dans le cas de ces substrats cycliques, des composés portant le motif hexahydroisoindol-4-one ont été obtenus de manière très efficace.Enfin, il a été montré que des diènes portant le motif coumarine réagissaient avec des imines en présence de quantités stœchiométriques de phosphine et d'eau pour donner lieu à un processus domino sans précédent: une réaction de aza-Morita-Baylis Hillman suivi d’une réaction de réduction. Ce processus s'est avéré très chimiosélectif et procède avec un excellent contrôle des configurations relatives des deux centres asymétriques contigus nouvellement formés.L’ensemble de ces études ont permis de mettre en valeur l’efficacité de la catalyse par les phosphines nucléophiles pour la formation d’hétérocycles soufrés et azotés, structurellement diversifiés et hautement fonctionnalisés, à partir de matières premières facilement accessibles. / We have applied the enantioselective [3+2] cyclisations between allenoates and enones, under phosphine catalysis, to the asymmetric synthesis of sulfides and sulfoxides displaying unprecedented spirocyclic molecular scaffolds and multiple stereocentres. Notably, good yields and e.e’s were obtained by using (S,S)-FerroPHANE as the chiral catalyst. Then, we established a highly diastereoselective oxidation procedure which converts the enantiomerically enriched spirocyclic sulfides into the corresponding sulfoxides. On the other hand, we have developed new phosphine promoted reactions for the synthesis of nitrogen heterocycles. From the known modes of action of phosphine nucleophiles, we have designed new combinations of properly functionalized substrates that have been processed in the presence of phosphorus catalysts. The [3+2] annulation reaction between imines and acyclic conjugated dienes, properly activated by electron withdrawing groups on both ends, affords a new efficient and diastereoselective approach to functionalized 3-pyrrolines, under phosphine catalysis. We have studied the scope and limitations of this strategy by considering a whole range of differently substituted dienes and imines. As an extension, we have also considered analogous cyclizations between imines and cyclic conjugated dienes in which one of the double bonds is embedded in a cyclic moiety which afforded the functionalized hexahydroisoindol-4-one derivatives. Coumarin derived dienes reacted however with stoichiometric amounts of phosphine and water to give an unprecedented domino process, i.e. a formal aza-Baylis Hillman-reduction sequence. The process proved to be highly chemoselective and allowed an excellent stereochemical control of the relative configurations of two, newly created, contiguous carbon centres.These studies have demonstrated that the phosphine catalysis affords simple and efficient methodologies for the synthesis of structurally diverse and highly functionalized heterocycles, starting from easily available starting materials