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.

Le système spirocyclique [6.4] est un motif récurrent dans un certain nombre de produits naturels tels que les Lancifodilactones, les Micrandilactones ou les Rubriflordilactones. Ces structures polycycliques représentent un défi synthétique pour les chimistes organiciens puisqu’elles présentent au moins neuf centres stéréogènes dont plusieurs sont quaternaires. L’objectif principal de ce travail était de développer de nouvelles réactions métallo-catalysées, et de les utiliser comme étape clé afin d’obtenir rapidement et efficacement le squelette polycyclique de ces composés. La première partie de ces travaux a été consacrée au développement d’une nouvelle réaction domino pallado-catalysée donnant accès, selon les conditions employées, à différents cœurs polycycliques de nortriterpénoïdes issus d’une même famille, de manière totalement diastéréosélective. Cette séquence domino de trois réactions en un seul pot permet donc la synthèse unifiée de différents squelettes de produits naturels isolés du genre Schisandra, en une seule étape. Une approche au squelette tétracyclique ABCD de la Lancifodilactone F appliquant cette méthodologie pour la construction du motif spirolactone a été envisagée. Un cycle D hautement fonctionnalisé a ainsi été synthétisé de manière diastéréosélective via un réarrangement d’Ireland-Claisen et une réaction de métathèse cyclisante. Une réaction de cyclopropanation intramoléculaire et la réaction domino devraient permettre d’obtenir, par la suite, le squelette complet de la Lancifodilactone F. Dans une deuxième partie, deux approches aux coeurs CDEF et ACDE de la Rubriflordilactone A ont été développées autour d’une même réaction clé, c’est-à-dire une cycloaddition [2+2+2] d’un composé triynique permettant d’accéder en une seul étape au squelette tricyclique CDE. Le motif tétracyclique ACDE devrait être rapidement accessible après quelques aménagements de la voie de synthèse initiale. / The spiro [6.4] ring system is a recurring structural motif in numerous natural products such as Lancifodilactones, Micrandilactones and Rubriflordilactones. These polycyclic structures represent a synthetic challenge for organic chemists. Indeed, these molecules present at least nine stereogenic centers including several quaternary ones. The main goal of this work was to develop new metal-catalyzed reactions as key steps to obtain quickly and efficiently the polycyclic core of those natural products. The first part of these studies was dedicated to the development of a new palladium-catalyzed domino reaction leading to, depending on the conditions used, different polycyclic cores of nortriterpenoids coming from the same family, in a totally diastereoselective manner. This domino sequence of three reactions allowed the collective synthesis of various skeletons of natural products isolated from the Schisandra genus, in one pot. An approach to the tetracyclic core of Lancifodilactone F applying this methodology for the construction of the spirolactone moiety was then envisaged. A highly functionalized cycle D was synthetized in a diastereoselctive way via an Ireland-Claisen rearrangement and a ring closing metathesis reaction. Afterwards, an intramolecular cyclopropanation followed by the domino reaction should allow an access to the ABCD skeleton of Lancifodilactone F. In the last part, two approaches to the CDEF and ACDE cores of Rubriflordilactone A were developed around the same key reaction: a [2+2+2] cycloaddition of an acyclic triynic compound. The tricyclic skeleton CDE was reached at once in a single step. The ACDE tetracyclic moiety should be quickly accessible after few modifications of the initial strategy.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArquivoTotal.pdf: 18195512 bytes, checksum: 6229ab5e9f367190d5f7b4336c07dfec (MD5) Previous issue date: 2013-08-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This study was designed based on the concept of achiral / meso compound. The importance of preparing achiral compounds is based on their structural simplification, leading to new molecules which require no further investigations pharmacodynamics and pharmacokinetics of the enantiomers. Therefore, it is proposed to the synthesis of analogues tetrahydropyrans achiral/meso using the Prins cyclization reaction. The homoallylic alcohols synthesized in this work were derived from the Barbier reaction obtained in great yields, wherein these products are used as a synthesis intermediate for the preparation of tetrahydropyrans proposed. The Prins cyclization reaction is an efficient method for the preparation of tetrahydropyrans therefore proved to be a powerful tool for synthesis and versatile for the preparation of substituted tetrahydropyrans to give all the compounds synthesized in satisfactory yields. Through spectroscopic and crystallographic studies were possible to determine in detail the relative configuration of the molecules 40a, 41a, 44a, 45a, 46a, 46b and 48b. Furthermore, a theoretical study was developed using the density functional theory to obtain the molecular geometries optimized in the gas phase, making it possible to compare these preferred conformations with geometries defined by crystals. The tetrahydropyrans bioevaluated were synthesized in the leukemic cell line K562 and two types of normal L929 cells and PBMC. The results were very promising in cancer in vitro assays, highlighting the hydrazones 42a-c and the 43a-c aminoguanidines they were the only compounds that were active against resistant cell line K562, highlighting the tetrahydropyran 42c which showed higher activity series counterpart (present value of IC50 7.59 μM) and the tetrahydropyran 42b with an excellent IC50 (8.97 μM) value and a good selectivity index (2.2 in L929 and 1.6 in PBMC). / Este trabalho foi idealizado baseado no conceito de compostos aquirais/meso. A importância da preparação de compostos aquirais está baseada na sua simplificação estrutural, conduzindo a novas moléculas que não necessitam de posteriores investigações farmacodinâmicas e farmacocinéticas dos enantiômeros. Sendo assim, propomos neste trabalho a síntese de análogos tetraidropirânicos aquirais/meso utilizando a reação de ciclização de Prins. Os álcoois homoalílicos sintetizados foram provenientes da reação de Barbier obtidos em ótimos rendimentos, no qual estes produtos foram utilizados como intermediário de síntese para a preparação dos tetraidropiranos propostos. A reação de ciclização de Prins é um método eficiente na preparação dos tetraidropiranos, pois mostrou-se ser uma ferramenta de síntese poderosa e versátil para a preparação dos tetraidropiranos substituídos, obtendo-se todos os compostos sintetizados em rendimentos satisfatórios. Através de estudos espectroscópicos e cristalográficos foi possível determinar detalhadamente a configuração relativa das moléculas 40a, 41a, 44a, 45a, 46a, 46b e 48b. Além disso, foi desenvolvido um estudo teórico utilizando a teoria do funcional densidade para se obter as geometrias moleculares otimizadas em fase gasosa, tornando possível comparar estas conformações preferenciais com as geometrias definidas pelos cristais. Os tetraidropiranos sintetizados foram bioavaliados na linhagem de células leucêmicas K562 e dois tipos de células normais L929 e PBMC. Os resultados em câncer foram bastante promissores nos ensaios in vitro, dando destaque para as hidrazonas 42a-c e as aminoguanidinas 43a-c que foram os únicos compostos que se mostraram ativos contra a linhagem celular resistente K562, destacando-se o tetraidropirano 42c que apresentou maior atividade da série congênere (apresentando valor de CI50 7.59 μM) e o tetraidropirano 42b que apresentou excelente valor de IC50 (8.97 μM) e um bom índice de seletividade (2.2 em L929 e 1.6 em PBMC).

Les analogues de nucléosides ont reçu une attention particulière en raison de leurs importantes applications anticancéreuses et antivirales. Dans cette thèse, de nouveaux analogues nucléosidiques de type 1′,2′-cis et 1′,2′-trans ribo portant un centre stéréogénique quaternaire fonctionnalisé en position C3′ ont été synthétisés par des réactions de N-glycosylation stéréosélectives, qui ont été contrôlées en installant différents types de groupes protecteurs sur le C2′ substituant hydroxyle. Le précurseur acyclique critique de 2,4-syn diol a été obtenu par réduction diastéréosélective d’une β-hydroxycétone en utilisant la délivrance d'hydrure intermoléculaire. Une approche pour une séparation facile des 2,4-syn et 2,4-anti diols par protection/déprotection acétonide a été établie, de sorte que le 2,4-syn diol pur puisse être rapidement accessible par oxydation allylique successive et protection acétonide. Une stratégie alternative a également été développée pour la préparation d'analogues nucléosidiques en C1′-β de type ribo portant un centre quaternaire C3′ avec un groupe hydroxyle C5′ libre. Dans cette stratégie, les diacétates de type ribo ont servi de donneur de glycosyle qui ont été synthétisés à partir d’une époxydation diastéréosélective d’un précurseur de glycal. La réaction énantiosélective consécutive de Mukaiyama aldol et le transfert d'allyle intramoléculaire de radicaux libres catalysé par photoredox ont été établis et développés dans notre laboratoire pour installer le centre stéréogénique quaternaire. Des nucléosides 5′-triphosphates portant soit une purine soit une pyrimidine ont ensuite été synthétisés et sont testés contre le cancer et les infections virales. De plus, l'analogue L-1′,2′-cis-4′-thionucléoside portant un centre quaternaire stéréogénique fonctionnalisé en position C3′ avec un substituant hydroxyle en C2′ a été synthétisé par une stratégie acyclique avec 1′,2′-syn thioaminal précurseur, qui a subi une cyclisation intramoléculaire de type SN2 de type S1′→C4′. Le 1′,2′-syn thioaminal a été synthétisé par une addition de nucléobase diastéréosélective sur un dithioacétal. / Nucleoside analogues have received extensive attention due to their important anticancer and antiviral applications. In this thesis, novel 1′,2′-cis and trans ribo-like nucleoside analogues bearing an all-carbon C3′ quaternary stereogenic center were synthesized using stereoselective N-glycosylation reactions, which were controlled by installing different types of protecting groups on the C2′ hydroxyl substituent. The critical acyclic 2,4-syn diol precursor was obtained by diastereoselective reduction of a β-hydroxy ketone using intermolecular hydride delivery. An approach for easy separation of the 2,4-syn and 2,4-anti diols through acetonide protection/deprotection was established to rapidly access the pure 2,4-syn diol through successive allylic oxidation and acetonide protection. An alternative strategy was also developed for the preparation of ribo-like C1′-β nucleoside analogues bearing an all-carbon C3′ quaternary center with a free C5′ hydroxyl group. In this strategy, ribo-like diacetates served as the glycosyl donors which were synthesized from a diastereoselective epoxidation of a glycal precursor. A consecutive enantioselective Mukaiyama aldol reaction followed by a photoredox catalyzed free radical intramolecular allyl transfer were established and developed in our lab to install the all-carbon quaternary stereogenic center. Nucleoside 5′-triphosphates bearing either a purine or a pyrimidine nucleobase were then synthesized and are currently being tested against cancer and viral infections. In addition, L-1′,2′-cis-4′-thionucleoside analogues bearing an all-carbon C3′ stereogenic quaternary center along with a C2′ hydroxyl substituent were synthesized using an acyclic strategy from a 1′,2′-syn thioaminal precursor followed by a S1′→C4′ intramolecular SN2-like cyclization. The 1′,2′-syn thioaminal was synthesized by a diastereoselective nucleobase addition onto a dithioacetal.

Il y a plus de cinquante ans, la pactamycine a été isolée en tant qu’agent antitumoral potentiel. Il a été réalisé plus tard qu’il s’agissait en fait d’un agent antibactérien capable d’inhiber la synthèse de protéines lors du procédé de traduction. Récemment, il a même été démontré que certains de ses analogues possèdent des propriétés antiprotozoaires prometteuses. La présente thèse détaille la première synthèse totale de la pactamycine, entreprise au sein du groupe Hanessian, ainsi que la préparation d’une sélection d’analogues testés pour leurs propriétés biologiques. En outre, la daphniglaucine C appartient à une vaste famille de composés naturels isolés des feuilles du daphniphyllum au cours des dix dernières années. Bien que relativement peu d’information soit connue par rapport à l’activité biologique de la daphniglaucine C, la synthèse de celle-ci représente certainement un défi intéressant pour un chimiste organicien. Au passage, nos efforts vers la synthèse totale du composé cible auront permis d’explorer l’emploi de plusieurs méthodes en vue de la formation de centres quaternaires. De plus, un réarrangement réductif atypique, catalysé au palladium à partir d’alcools allyliques non-activés, a été étudié et employé afin de générer une sélection de pyrrolidines polysubstituées. / Although pactamycin was first isolated as a potential antitumoral drug, further studies highlighted its capacities in inhibiting protein synthesis, and thus its potency as an antibacterial agent. Furthermore, it was recently discovered that some of its analogs display promising antiprotozoal activity. The present thesis reports and details the first total synthesis of pactamycin, pursued in the Hanessian lab over the last few years, as well as the preparation of a selection of analogs thereby tested for their biological properties. Daphniglaucin C belongs to a large family of natural compounds isolated from the leaves of daphniphyllum over the last decade. Although relatively little is known as to the biological activity of daphniglaucin C, its synthesis poses an obvious and interesting challenge for organic chemists. En route towards its total synthesis, the use of several methods for the formation of quaternary centers was explored. Moreover, an atypical reductive allylic transposition, catalyzed by palladium from unactivated allylic alcohols, was studied and used to generate a variety of polysubstituted pyrrolidines.

Il y a plus de cinquante ans, la pactamycine a été isolée en tant qu’agent antitumoral potentiel. Il a été réalisé plus tard qu’il s’agissait en fait d’un agent antibactérien capable d’inhiber la synthèse de protéines lors du procédé de traduction. Récemment, il a même été démontré que certains de ses analogues possèdent des propriétés antiprotozoaires prometteuses. La présente thèse détaille la première synthèse totale de la pactamycine, entreprise au sein du groupe Hanessian, ainsi que la préparation d’une sélection d’analogues testés pour leurs propriétés biologiques. En outre, la daphniglaucine C appartient à une vaste famille de composés naturels isolés des feuilles du daphniphyllum au cours des dix dernières années. Bien que relativement peu d’information soit connue par rapport à l’activité biologique de la daphniglaucine C, la synthèse de celle-ci représente certainement un défi intéressant pour un chimiste organicien. Au passage, nos efforts vers la synthèse totale du composé cible auront permis d’explorer l’emploi de plusieurs méthodes en vue de la formation de centres quaternaires. De plus, un réarrangement réductif atypique, catalysé au palladium à partir d’alcools allyliques non-activés, a été étudié et employé afin de générer une sélection de pyrrolidines polysubstituées. / Although pactamycin was first isolated as a potential antitumoral drug, further studies highlighted its capacities in inhibiting protein synthesis, and thus its potency as an antibacterial agent. Furthermore, it was recently discovered that some of its analogs display promising antiprotozoal activity. The present thesis reports and details the first total synthesis of pactamycin, pursued in the Hanessian lab over the last few years, as well as the preparation of a selection of analogs thereby tested for their biological properties. Daphniglaucin C belongs to a large family of natural compounds isolated from the leaves of daphniphyllum over the last decade. Although relatively little is known as to the biological activity of daphniglaucin C, its synthesis poses an obvious and interesting challenge for organic chemists. En route towards its total synthesis, the use of several methods for the formation of quaternary centers was explored. Moreover, an atypical reductive allylic transposition, catalyzed by palladium from unactivated allylic alcohols, was studied and used to generate a variety of polysubstituted pyrrolidines.