Le motif γ-butyrolactone est une entité naturelle très répandue et présente dans de nombreuses molécules à activité biologique. La substitution du cycle à cinq chaînons définit plusieurs classes de composés auxquels les acides paraconiques (portant une fonction acide carboxylique en position β du carbonyle) appartiennent. Ces composés possèdent des activités antitumorales et antibiotiques et représentent une unité structurale intéressante pour la synthèse de molécules à intérêt pharmaceutique. Cependant, la synthèse multicomposant de γ-butyrolactones a été très peu décrite jusqu'à présent. En se basant sur la réactivité sélective des organozinciques aromatiques, il a été supposé qu'une gamme d'acides paraconiques 2,3-polysubstitués pourrait être accessible à partir d'un organozincique, d'un composé carbonylé et d'un accepteur de Michael via une séquence domino métallo-catalysée impliquant la formation de trois liaisons simples par l'intermédiaire d'une addition conjuguée, d'une réaction d'aldolisation et d'une transestérification intramoléculaire aboutissant à la formation du cycle lactone. La réaction développée sur cette base a permis l'accès à une large gamme d'acides paraconiques 2,3-polysubstitués caractérisés par une chaîne benzyle fonctionnalisée en β du carbonyle. Une étude dédiée à la mise en lumière du mécanisme de cette réaction a été effectuée. L'activité antitumorale in vitro de ces composés a été testée sur différentes lignées de cellules cancéreuses (KB, HCT116, MCF7, HL60). Ces tests ont permis de mettre en évidence une molécule à activité intéressante, sur laquelle des tests supplémentaires ont été effectués (PC3, SK-OV3, MCF7R, HL60R, MRC5, EPC, mécanisme d'action) et des IC50 de 0,6 à 6 µM ont été mesurées sur la plupart de ces lignées. Une extension de la réaction à partir de dérivés ortho-bisubstitués a permis d'obtenir une gamme de lactones tricycliques ortho-condensées avec de bons rendements et de manière diastéréosélective, par un procédé domino. Ces différents composés présentent le motif tricyclique ABC, caractéristique de la structure des strigolactones, hormones jouant un rôle fondamental dans le processus de germination des plantes / The γ-butyrolactone scaffold is a widespread naturally occurring motif, present in numerous compounds possessing biological activities. In this context, paraconic acids (bearing a carboxylic acid function at the position β to the carbonyl), constitute an important group of γ-butyrolactones that both display antitumor and antibiotic activities, but also represent relevant building blocks for the synthesis of diverse pharmacologically active compounds. However, the multicomponent synthesis of γ-butyrolactones has been only scarcely reported so far. Considering the selective reactivity of organozinc reagents, it was assumed that a range of 2,3-polysubstituted paraconic acids should be synthesized from an organozinc reagent, a carbonyl compound and a Michael acceptor through a metallo-catalyzed domino reaction involving the formation of three single bonds. This reaction allowed for the access to a wide range of 2,3-polysubstituted paraconic acids characterized by an unprecedented functionalized benzyl side chain in position β of the carbonyl. A study devoted to the elucidation of the mechanism of this reaction was carried out. The in vitro antitumor activity of a representative set of these compounds has been evaluated against various cancer cell lines (KB, HCT116, MCF7, HL60). These tests permitted to highlight a lead molecule, which was submitted to additional tests (PC3, SK-OV3, MCF7R, HL60R, MRC5, EPC, mechanism of action). IC50 between 0.6 and 6 µM have been measured for this compound. An extension of the reaction to ortho-bisubstituted compounds allowed for the domino diastereoselective synthesis of a range of ortho-condensed tricyclic lactones with good yields. Those compounds exhibit the tricyclic ABC pattern of strigolactones, hormones playing a fundamental role in the germination process of plants

Les hétérocycles azotés occupent une place importante en chimie organique et médicinale et, à ce titre, constituent des cibles de choix pour le développement de réactions toujours plus efficaces et faciles d’emploi. Les travaux antérieurs, réalisés au laboratoire URCOM sur l’accès aux γ-lactames, ont servi de base pour développer une méthodologie impliquant des conditions douces qui ont mis en évidence les propriétés spécifiques des N-alkoxy amides pour accéder aux γ- et δ-lactames hautement fonctionnalisés de manière hautement diastéréosélective selon un processus domino. Cette méthodologie a aussi pu être étendue aux hydantoïnes, 2-imino-thiazolidin-4-ones et thiazinan-4-ones qui constituent également des molécules étudiées en chimie médicinale. En parallèle, une comparaison de réactivité entre N-alkoxy amides et N-alkyl amides a montré la meilleure réactivité des composés N-alkoxylés pour l’obtention de ces différents hétérocycles azotés. Cette différence de réactivité a été attribuée à la possible chélation du contre anion alcalins des bases minérales utilisées dans notre approche par les N-alkoxy amides. Les conditions douces ont permis d’envisager des versions organocatalysées énantiosélectives ou multicomposantes des réactions précédentes conduisant à des résultats préliminaires intéressants. / Nitrogen-containing heterocycles are key compounds in organic and medicinal chemistry and continue to attract synthetic effort for the development of more efficient and convenient reaction. Previous work carried out at the URCOM laboratory for the access to γ-lactams has provided the basis for developing a highly diastereoselective methodology under mild conditions that has demonstrated the specific properties of N-alkoxy amides, allowing the access to γ- and δ-lactams following a domino process. This methodology also allowed the access to hydantoïns, 2-imino thiazolidin-4-ones and thiazinan-4-ones which are compounds of importance in medicinal chemistry. In parallel, a comparison of reactivity between N-alkoxy and N-alkyl amides was carried out in order to demonstrate the better reactivity of the N-alkoxy amide compounds. This better reactivity was attributed to a possible chelation of the alkali metal counter anion of the mineral bases used in our conditions by the N-alkoxy amides. These mild conditions allowed organocatalyzed enantioselective or multicomponents approaches providing interesting preliminary results.

La présence importante des hétérocycles azotés en chimie organique et médicinale explique le grand intérêt et les très nombreuses recherches dont ils font l’objet. Parmi tous ces motifs, les pyrrolidines ainsi que les γ- et δ-lactames bicycliques ont tout particulièrement focalisé notre attention. En se basant sur des résultats antérieurs obtenus au laboratoire nous avons mis au point deux nouvelles voies d’accès rapides et innovantes pour accéder diastéréosélectivement à ces motifs. D’une part une réaction tandem aza-MIRC (Michael Induced Ring Closure) a permis de former des pyrrolidines polysubstituées et d’autre part une séquence domino oxa-Michael/aza-MIRC a donné accès à de très nombreux γ- et δ-lactames bicycliques. Ces deux méthodes ont, en outre, été appliquées à la synthèse de composés d’intérêts connus pour leurs activités biologiques. La séquence aza-MIRC a été utilisée pour les synthèses totale et formelle respectivement des alcaloïdes Coerulescine et Martinelline, tandis que le processus oxa-Michael/aza-MIRC a été employé pour accéder de manière stéréosélective à des composés spirooxindoliques énantioenrichis. En parallèle du développement de ces deux méthodes, une étude mécanistique poussée de la séquence oxa-Michael/aza-MIRC a été réalisée au moyen de calculs théoriques. Cette étude a permis d’expliquer la majeure partie des résultats obtenus en fournissant un outil puissant capable d’anticiper, dans une certaine mesure, la réactivité de la séquence domino oxa-Michael/aza-MIRC. / N-heterocycle scaffolds are found in many synthetic and medicinal chemical compounds explaining the high interest for developing efficient synthetic methodologies to reach such structures. In that field, our group has developed over the years innovative routes to y-lactams and bicyclic γ- and δ-lactams using tandem and domino reactions. Based on those previous works, we have developed two new methods to synthesize N-heterocycles. A tandem aza-MIRC (Michael Induced Ring Closure) sequence have been investigated to access pyrrolidines whereas the bicyclique scaffold of bislactames have been obtained using a domino oxa-Michael/aza-MIRC pathway. These two new methods have been then applied to the syntheses of more complexes and thus challenging backbones. The aza-MIRC tandem process have been used for the total and formal synthesis of alkaloids Coerulescine and Martinelline, respectively, whereas the domino oxa-Michael/aza-MIRC sequence has proved to be a powerful tool for stereoselective access to enantioenriched spirooxindolic compounds. DFT calculations studies have allowed elucidation of the diastereoselectivity and double chirality transfer of the domino reaction therefore could be used in the future to develop efficient total syntheses.

Le concept de la DOS (Diversity-Oriented Synthesis) est une nouvelle approche qui vise à générer des collections de petites molécules avec des hauts degrés de diversité et de complexité structurale. Diverses stratégies ont été mises en place pour y parvenir de manière la plus efficace possible à partir de simples substrats de départ.Dans ce contexte, ce travail de thèse a permis de montrer comment un processus domino avait tout le potentiel à être exploité en tant que formidable outil dans le cadre d’une approche DOS, générateur à la fois de complexité mais également de diversité structurale. Un précurseur connu et largement étudié pour son caractère exceptionnellement versatile a été valorisé dans ce contexte : la 3-formylchromone. Dans ce manuscrit, nous montrerons comment il est possible de moduler le cours d’un processus domino pour atteindre de hauts degrés de diversité structurale, à partir des chromones accepteurs de Michael-1,6 et d’amines primaires. Nous verrons en particulier comment le contrôle d'une ou de plusieurs étapes clefs des séquences réactionnelles impliquées peut être réalisé selon :(I) la modulation pertinente d’une ou plusieurs unité(s) de structure au sein des substrats de départ, (II) la modulation des paramètres réactionnels (solvants, température, additifs), et(III) l’induction d’un changement de réactivité au sein d’un intermédiaire réactionnel par addition d’un agent externe. / In the early 2000s a general consensus has emerged in which the molecular diversity within a given library of small molecules, rather than its size, has been recognized as a crucial requirement. Diversity-oriented synthesis (DOS) has emerged from this new paradigm. This novel approach aims to generate collections of small molecules with high degrees of structural diversity, in the most efficient way, starting from simple building-blocks. Since the generation of collections of structurally diverse small molecules in a DOS-driven approach constitutes a real challenge, diverse strategies have been set up for this purpose.In this line, this work has shed light on the great potential of a domino process as a valuable tool in a DOS-driven strategy, capable of generating both molecular diversity and architectural complexity. This study has been focused on the 3-formylchromone building block, a particular framework which has already proven being an exceptionally versatile precursor of molecular diversity. In this manuscript, we will highlight how it is possible to modulate the course of a domino process to achieve high degrees of molecular diversity, starting from the chromone based 1,6-Michael acceptors platform and primary amines as reaction partners. In particular we will show how it is feasible to control the course of particular steps involved in the domino process through: (I) the pertinent modulation of the Michael acceptors and the primary amines structures, (II) the modulation of the reaction parameters (solvent, temperature, additives), and (III) the tuning of the reactivity within a key reaction intermediate induced by the introduction of an external agent.