La synthèse énantiosélective de composés chiraux est un thème important de la chimie organique. L'utilisation de biocatalyseurs dans la préparation de synthons chiraux énantioenrichis a connu un essor considérable au cours des deux dernières décennies. Les enzymes du groupe des hydrolases (lipases, esterases, proteases) permettent la résolution cinétique de mélanges racémiques ou la désymétrisation de composés prochiraux ou méso. Des dérivés de la phosphonothrixine, un produit naturel ayant des propriétés antibiotiques et herbicides, ont été préparés via une résolution enzymatique d'un 2-alkylglycérol. La désymétrisation enzymatique du wé±.-2,2-diméthyl-l, 3-cyclohexanediol et du diacétate correspondant a conduit à des synthons chiraux énantiopurs utiles en synthèse asymétrique. Ces travaux sont l'objet d'une publication parue dans la revue Journal of Organic Chemistry. La dernière section de ce mémoire rapporte une étude sur la désymétrisation enzymatique de dérivés du 7-azabicyclo[2.2.1]heptane. L'intérêt dans ce genre d'hétérocycle émane principalement de la découverte de l'épibatidine, un alcaloïde extrait d'une grenouille tropicale dont les propriétés analgésiques sont plusieurs centaines de fois plus forte que la morphine.

La présente thèse illustre principalement le développement de méthodes de désymétrisation enzymatique de composés meso permettant ainsi l'obtention de synthons chiraux (<< building blocks¿) utiles dans la synthèse de produits biologiquement actifs. Les chapitres 1 et 2 constituent l'introduction de cette thèse. Les concepts généraux reliés à l' utilisation des lipases et des estérases y sont détaillés, ainsi qu'une revue de la littérature concernant les biotransformations d'alcools, d'esters, d'acides carboxyliques et d'amines. Dans les chapitres 3 à 5, tous les protocoles développés visaient les mêmes buts, soit: 1) obtenir les deux énantiomères d'un synthon chiral d'intérêt par désymétrisation enzymatique; 2) optimiser les réactions afin d'obtenir un bon rendement au niveau de l'étape enzymatique, de même qu'au niveau global; 3) obtenir des excès énantiomères élevés (ee > 90%); 4) effectuer la détermination de la configuration absolue, par corrélation chimique, des synthons chiraux synthétisés. Le chapitre 3 décrit l'obtention de cis-décalines chirales fonctionnalisées, le chapitre 4 expose la synthèse de précurseurs de la 2,5- didésoxystreptamine et finalement, le chapitre 5 détaille l'obtention de dérivés chiraux de la pyrrolidine et de la pyrroline. Le chapitre 6 rapporte le travail effectué, en partenariat avec le laboratoire du professeur Pierre Deslongchamps, afin de préparer par voie chimioenzymatique un synthon énantiopur servant de point de départ à la synthèse de 5 B-lanostéroïdes.

La désymétrisation d’arylcyclohexa-2,5-diènes est une méthode très efficace pour obtenir en une seule étape des squelettes complexes à partir de synthons simples. Lors de cette thèse, une nouvelle approche à la synthèse d’arylcyclohexadiènes porteur d’un centre quaternaire a été développée. L’une des structures synthétisées par cette voie a ensuite été désymétrisée par une réaction d’hydroamination diastéréosélective, nous permettant de réaliser la première synthèse énantiosélective de l’épi-Elwesine. Notre démarche s’est ensuite orientée vers la synthèse et la désymétrisation de nouveaux types de diènes spirocycliques de type oxindoles. La présence dans ces diènes de deux faces très différenciées nous a permis de réaliser des processus complètement diastéréosélectifs. De plus une nouvelle séquence réarrangement-alkylation a été mise au point, nous permettant d’accéder efficacement à des squelettes de type phénanthridinones de façon régio- et diastéréosélective. / The desymmetrization of arylcyclohexa-2,5-dienes is a powerful method to synthesize complex structures from simple synthons in a single step. We first developed a new protocol to obtain arylcyclohexa-2,5-dienes bearing a quaternary center. One of these structures was desymmetrized via a diastereoselective hydroamination and further elaborated into epi-Elwesine, an Amaryllidaceae alkaloid. We next turned our attention towards the synthesis and desymmetrization of spirocyclic cyclohexadienes. Diastereoselective processes were carried out due to the presence of two well- differentiated faces. A new rearrangement-alkylation process was developed and provides efficient access to phenanthridinones regio- and diastereoselectively.

L'objectif de ce travail était d'accéder au squelette des alcaloïdes de type Aspidosperma et Strychnos à partir d'arylcyclohexa-2,5-diènes. Ces derniers sont d'abord synthétisés par réaction de Birch alkylante, puis ont été désymétrisés dans un premier temps par des réactions de Michael. Cette réaction fournit la cétone de Büchi, le noyau tétracyclique des alcaloïdes Aspidosperma en seulement en 6 étapes et un rendement global de 17%. Dans un second temps, la réaction d'amination oxydante catalysée par des métaux (Pd, Cu) a été développée. Cette réaction a permis un accès rapide au squelette pentacyclique d’aza-aspidospermanes et au squelette tétracycliques des alcaloïdes de type Strychnos. En parallèle, nous avons décrit une approche vers le squelette pentacyclique de la mossambine et la strychnine. / The aim of this work was to access the skeleton of the Aspidosperma and the Strychnos alkaloids using arylcyclohexa-2,5-dienes as common synthetic precursors. Initially, these arylcyclohexadienes were synthesized through Birch reductive alkylation reactions. The desymmetrization of these cyclohexadienes was developed via the Michael addition reaction, providing the Büchi ketone, the tetracyclic core of Aspidosperma alkaloids, in only 6 steps and 17% overall yield. On the other hand, we described the oxidative amination reaction catalyzed by metals (Pd, Cu). The palladium oxidative amination reaction allowed a fast access to the pentacyclic framework of aza-aspidospermanes and the tetracyclic framework of the strychnos. In parallel, we have described an approach toward the pentacyclic skeleton of mossambine and strychnine.

Ce travail est présenté en 2 parties. La première partie aborde la synthèse stéréocontrôlée de 2 séries de carbonucléosides de structures méthylènecyclopropane. Les molécules cibles sont des analogues de l’entécavir, une prodrogue utilisée en trithérapie pour lutter contre le VHB. Les synthèses des carbonucléosides cibles de la série I utilisent un chiron commun, un alcool obtenu par désymétrisation enzymatique d’un diol méso. La transformation chimique de cet intermédiaire clé permet d’obtenir le carbonucléoside (+)-17 en 8 étapes mettant en œuvre comme étapes cruciales un réarrangement de Curtius et la construction de la base uracile avec un rendement global de 23%. Le carbonucléoside appartenant à la série II, a été synthétisé en 10 étapes mettant en jeu une réaction de Mitsunobu, une acylation chimique et contrairement à l’approche précédente, la désymétrisation enzymatique d’un diol méso n’a pas permis d’obtenir le carbonucléoside cible énantiopure. La seconde partie est consacrée à l’activation et l’homolyse des alcoxyamines pour une application en théranostique. La synthèse de l’alcoxyamine modèle présente un groupement vinyl pyridine et un nitroxyde SG1. L’activation est réalisée par protonation, oxydation, méthylation et benzylation de la partie pyridyle et met en évidence l’importance de la polarité. Elle a permis d’obtenir des espèces hautement labiles qui libèrent un radical alkyle et le nitroxyde SG1, avec notamment des valeurs de la constante de dissociation kd plus élevées et donc des énergies d’activation Ea plus faibles par rapport à l’alcoxyamine non activée. / This work is presented in 2 parts. The first part is dedicated to the stereocontrolled synthesis of 2 series of carbonucleosides of methylenecyclopropane structure. The target molecules are analogs of entecavir, a prodrug used in triple therapy to fight against HBV. The syntheses of the carbonucleosides targets of the series I use a common chiron, an alcohol obtained by enzymatic desymmetrization of meso-diol. For example, the chemical transformation of this key intermediate allows to obtain carbonucleoside (+)-16 in 8 steps as crucial steps involving a Curtius rearrangement and the construction of the uracil base with 23% overall yield. The carbonucleoside belonging to the series II was first synthesized in 10 steps involving a reaction of Mitsunobu, a chemical acylation. Howerer the enzymatic desymmetrization of a meso-diol did not get the target carbonucleoside in an enantiopur form. The second part is dedicated to the activation and the homolysis of the alcoxyamines for a theranostic application. The synthesis of the model alcoxyamine is made from vinyl pyridine and nitroxide SG1. Activation is carried out by protonation, oxidation, methylation and benzylation of the pyridyl part and highlights the importance of polarity. It allowed getting highly labile species that release an alkyl radical and nitroxide SG1, with notably higher kd dissociation constant values and therefore activation energies Ea lower compared to the alcoxyamine not enabled.

L’objectif de cette thèse était d’accéder au squelette de deux grandes familles d’alcaloïdes, les aspidosperma et les morphinanes, avec pour but, l’utilisation de précurseurs communs, les arylcyclohexa-2,5-diènes. Dans un premier temps, ces arylcyclohexa-2,5-diènes, obtenus par réaction de Birch alkylante, ont été désymétrisés par application de la réaction de Michael. Les substrats ainsi obtenus ont été diversement fonctionnalisés jusqu’à obtention du squelette pentacyclique des aspidosperma. Dans un second temps, plusieurs méthodologies utilisant des réactions de type Mannich ont été développées. Ces méthodologies ont permis d’atteindre une base tricyclique de la famille des morphinanes. Plusieurs transformations ont ensuite été examinées afin d’accéder au squelette tétracyclique avancé de cette famille d’alcaloïdes. / The objective of this work was to access the skeleton of two families of alkaloids, the aspidosperma and the morphinan, using arylcyclohexa-2,5-dienes as common synthetic precursors. In one hand, these arylcyclohexadienes, synthesized by reductive Birch alkylation, were desymmetrized via the Michael reaction. The resulting compounds were then functionalized to give the pentacyclic skeleton of aspidosperma alkaloids. On the other hand, several methodologies were developed using Mannich type reactions. These methodologies allowed an access to the tricyclic framework of the morphinan family. Several transformations were then examined to attain the tetracyclic skeleton of this family of alkaloids.

Les jasmonates de méthyle sont des oxylipines asymétriques impliquées dans les mécanismes de défense, de développement et de régulation des organismes photosynthétiques terrestres ou marins face à des stress biotiques et abiotiques. Parmi les quatre stéréoisomères, seuls l'épi-jasmonate et l'ent-épi-jasmonate de méthyle possèdent de bonnes propriétés organoleptiques mais aussi une forte activité phytohormonale permettant l'élicitation de métabolites secondaires bioactifs. En ciblant spécifiquement une hexokinase mitochondriale régulant le métabolisme des cellules cancéreuses, les jasmonates de méthyle constituent d'excellents candidats pour de nouveaux agents thérapeutiques. Dans la recherche constante de nouvelles molécules thérapeutiques issues du milieu naturel, notre laboratoire s'est donc focalisé sur la synthèse énantiosélective de l'épi-jasmonate et l'ent-épi-jasmonate de méthyle, au départ de diols bicycliques homochiraux monoprotégés dérivant du cyclooct-1,5-diène.Afin d'obtenir ces diols bicycliques énantiopurs, une stratégie innovante a consisté en l'étude de la réaction d'électrocyclisation du méso-époxyde dérivé du cyclooct-1,5-diène assistée par des ligands chiraux métallés diversement fonctionnalisés, les catalyseurs de Jacobsen. En mettant à profit notre savoir-faire sur les désymétrisations enzymatiques, une stratégie parallèle optant pour la résolution énantiosélective de diols homochiraux monocycliques, ou de diols bicycliques C2-symétriques nous a permis d'accéder à des silanyloxyindèn-5-ones chirales, précurseurs clé des cis-jasmonates de méthyle énantiopurs. Enfin, la synthèse racémique de deux jasmonoïdes clé, la (±)--jasmolactone, puis le (±)-épi-jasmonate de méthyle a été validée en 15 étapes à partir du cyclooct-1,5-diène.

Les 1,3-diols acycliques sont des motifs ubiquitaires, essentiels dans la structure de nombreux produits naturels. Le développement d’approches permettant leur obtention de manière énantiosélective se révèle donc d’un grand intérêt synthétique. Dans ce contexte, notre équipe a envisagé une stratégie reposant sur des transferts d’acyle énantiosélectifs organocatalysés multiples. Cette approche a abouti à la mise en oeuvre d’une méthodologie de désymétrisation énantiosélective organocatalysée de 1,3-diols méso acycliques. Les composés ainsi obtenus constituent des briques moléculaires aisément valorisables en synthèse totale. Une approche similaire a permis de décrire, dans un second temps, une méthode inédite de double dédoublement cinétique de 1,3-diols anti. Générale et pratique, ce procédé fournit des diols énantiopurs de structures variées. La particularité de ces méthodologies réside dans l’exploitation du principe de Horeau se traduisant par une amplification de l’énantiosélectivité déployée par le catalyseur chiral. Les isothiourées employés dans ces réactions constituent une famille de bases de Lewis azotées dont la capacité à promouvoir les réactions d’acylation énantiosélectives n’a été découverte que récemment. Bien que leur utilisation en catalyse énantiosélective se soit rapidement démocratisée, les éléments structuraux responsables de leur sélectivité n’ont pas été totalement identifiés. Avec le nouvel objectif d’établir une relation entre structure, réactivité et sélectivité de ces molécules, des isothiourées originales ont été synthétisées et leur potentiel catalytique étudié en détail. / Acyclic 1,3-diols are ubiquitous scaffolds, essential in the structure of numerous natural products. The developpment of innovative pathways allowing their enantioselective obtention is of first interst in organic synthesis. In this context, our team envisaged a strategy of multiple organocatalyzed enantioselective acyl transfers. This approach led to the implement of a methodology based on the organocatalyzed desymmetrization of meso 1,3-diols. The desymmetrized compounds were obtained with high level of enantioselectivity and were used as useful building blocks easily valorizable in total synthesis. In a second time, we developed an organocatalyzed method of double kinetic resolution (DoCKR) of anti 1,3-diols. Very general, practicable and useful, this process allows the preparation of enantiopur diols with a large structural diversity. The particularity of these methods reside in the exploitation of the Horeau principle leading to the amplification of the enantioselectivity. These phenomons of kinetic amplification, often anecdotic, were used in this study as a powerful tool.The employed isothioureas belong to the nitrogenated Lewis bases family which were discovered only very recently to promote enantioselective acyl transfer. Although their uses in enantioselective catalysis were rapidly democratized, the structural feature responsible of their selectivity are not all clearly identified. To establish a relationship between structure, reactivity and selectivity of theses molecules, new isothioureas were synthesized and evaluated in enantioselective catalysis.

Cette thèse a porté sur la synthèse de cycloheptatriènes (CHT) silylés et leur désymétrisation pour l’obtention de mimes de sucres. Nous avons ainsi développé une approche synthétique d’analogues de calystégines et mis en évidence un réarrangement inattendu conduisant à un squelette nortropane original. Dans un second temps, nous avons étudié l’équilibre cycloheptatriène-norcaradiène (CHT-NCD) et mis au point une méthodologie de cycloaddition de CHT silylés avec des dérivés nitroso, efficace et hautement stéréosélective, pour la synthèse d’aminocarbasucres via une cascade : électrocyclisation (CHT-NCD)-cycloaddition-ouverture cationique-cycloaddition. En 3 étapes, à partir du CHT méthylsilylé, 7 centres stéréogènes, 5 liaisons C-O et 2 C-N sont formés de façon diastéréo- et régiocontrôlée. Une réaction Hétéro- Diels-Alder énantiosélective sur les CHT silylés, qui conduit en une étape à la formation de 3 centres asymétriques, a aussi été développée. / This work dealt with the synthesis of silylated cycloheptatrienes and their desymmetrisation toward the synthesis of sugar mimics. Calystegines analogues were synthesized and an unexpected rearrangement leading to an original nortropane skeleton was emphasized. In a second part, cycloheptatriene-norcaradiene (CHT-NCD) equilibrium was studied. Silylated cycloheptatriene were also shown to react through cycloaddition reaction with acylnitroso compounds, through cascade processes: electrocyclisation (CHT-NCD)-cycloaddition- cationique cyclopropane opening-cycloaddition, leading highly selectively to aminocarbasugars. Starting from methylsilylated CHT, 7 stereogenic centers, 5 C-O bonds and 2 C-N bonds were formed in only 3 steps. An enantioselective Hetero-Diels-Alder reaction was also developed.

Devant l’intérêt grandissant pour le développement de stratégies innovantes applicables à la synthèse de molécules complexes, notre groupe s’est orienté vers la construction de motifs présents dans un grand nombre de produits biologiquement actifs : les tétrahydropyranes (THP) et les polypropionates. Notre stratégie, basée sur la formation diastéréosélective de diols méso primaires, fait intervenir une étape inédite de désymétrisation organocatalysée par transfert d’acyle asymétrique. Cette approche permet la synthèse énantiosélective de THP pentasubstitués qui par la suite peuvent être valorisés par l’obtention de polypropionates fonctionnalisés, possédant quatre centres stéréogènes contigus. Par ailleurs, cette nouvelle méthodologie de désymétrisation donne accès à des motifs cycliques et acycliques comportant plusieurs centres stéréogènes quaternaires. Elle constitue, de plus, l’unique exemple de désymétrisation énantiosélective de diols méso primaires catalysée par une dialkylaminopyridine chirale. Bien que le transfert d’acyle asymétrique organocatalysé ait été très largement étudié depuis la fin des années 90, de nombreuses études sont en cours pour accéder à des catalyseurs plus sélectifs et plus nucléophiles. Inspiré des récents travaux de Steglich et Vedejs, notre deuxième objectif s’est porté sur la synthèse énantiosélective et modulaire d’une nouvelle famille d’organocatalyseurs chiraux plus polyvalents dérivés de la 1,6-naphtyridine. Leur application, en catalyse nucléophile, a pu être évaluée dans des réactions de dédoublement cinétique d’alcools et dans les réarrangements de Steglich. / Alongside metallocatalysis and biocatalysis, organocatalysis has emerged as a complementary and powerful tool that can circumvent limitations associated to the use of metals or enzymes. Because of the growing interest for new innovative methodologies useful for complex molecules synthesis, we get interested in the preparation of versatile building blocks present in many bioactive molecules: tetrahydropyrans (THP) and polypropionates. Based on the diastereoselective formation of primary meso diols, our strategy involves an original organocatalyzed desymmetrization of these compounds by asymmetric acyl transfer. This approach allows the enantioselective synthesis of pentasubstituted THP which were valorized through the synthesis of polypropionates bearing four consecutive stereogenic centers. In addition, this new methodology provides cyclic and acyclic scaffolds with several all carbon quaternary stereogenic centers. It represents the first example in organocatalyzed asymmetric desymmetrization by acyl transfer using a chiral dialkylaminopyridine. Although asymmetric organocatalyzed acyl transfer has been widely studied since the late 90s, several investigations are currently underway to access to new chiral nucleophilic catalysts. Following the recent work of Steglich and Vedejs, we were interested in the development of new chiral organocatalysts derived from 1,6-naphthyridine. Their applications in nucleophilic catalysis have then been evaluated in kinetic resolutions of alcohols and in asymmetric Steglich rearrangements.