Ce travail est une contribution à la synthèse de nouvelles plates-formes bishétérocycliques à base de glucide et d’hétérocycles azotés et à l’étude de leur fonctionnalisation en vue d’accéder à des peptidomimétiques. En partant d’un céto-sucre a,ß-insaturé, il est possible d’accéder rapidement à des plates-formes présentant des hétérocycles de type pyrazole et pyrimidine fusionnés à un pyranose. Dans un premier temps, nous avons présenté l’étude de la réactivité de la plate-forme pyrazolopyranoside qui nous a amené à proposer une nouvelle voie d’accès à une série de pyrazoles chiraux hautement fonctionnalisés. Une seconde partie de notre travail consiste en la fonctionnalisation de la plate-forme SMe-pyrimidino-pyranoside par réactions de couplages pallado-catalysées de type Suzuki et Stille sur la partie hétérocycle pyrimidine. La fonctionnalisation de la partie pyranose a été étudiée par coupure du benzylidène suivie de l’alkylation régiosélective de l’alcool en position 4 ou 6. Enfin, cette plate-forme SMepyrimidino-pyranoside présente trois points d’introduction de diversité moléculaire et apparaît comme un outil intéressant pour la construction de peptidomimétiques. Un exemple de son utilisation pour la synthèse de mimes moléculaires du tripeptide RGD a été developpé. / The objective of this work consists in constructing new bicyclic carbohydrate based scaffolds and studying their potential functionalization for peptidomimetic design. Starting from a a,ß-unsaturated sugar-ketone, we describe a rapid access to pyrazolo-pyranoside and pyrimidino-pyranoside compounds. Firstly, we present the functionalization of the pyrazolo-pyranoside platform which under acidic condition, undergo pyranoside ring-opening generating highly functionalized optically pure pyrazoles. Secondly part, the platform SMe-pyrimidino-pyranoside was functionalized by pallado-catalyzed cross-coupling reactions (Suzuki and Stille) on the pyrimidine ring. The functionalization of the pyranose system was carried out by regioselective alkylation. Finally, we use the SMe-pyrimidino-pyranoside platform for the construction of peptidomimetics of the RGD tripeptide.

La thèse est divisée en deux parties distinctes.La première consiste, après une étude exhaustive concernant les réactions de désulfurisation de thiocétals répertoriées dans la littérature, a montré que l'association TMSCl/NaI est une méthode de choix moderne pour réduire les thiocétals puisqu'elle ne nécessite aucun métal toxique. Dans une plus longue partie, nous nous sommes interressés à la synthèse d'hétérocycles (isocoumarines, benzothiophènes et indoles) par l'étude de réactions originales d'hétérocyclisation. La thèse est présentée sous forme du publications (7). / This thesis is divided into two distinct parts. The first show that, after a comprehensive study of thioketals desulfurization reactions listed in the literature, the use of TMSCl / NaI combination is a modern method of choice to reduce thioketals since it does not require any toxic metal. In a second part, we have been interested in the synthesis of heterocycles (isocoumarins, benzothiophenes and indoles) by the study of original heterocyclization reactions. The thesis is presented with the presentation and discussion of publications (7).

Les hydrazines sont des molécules très importantes en chimie organique, ainsi qu’en industrie pharmaceutique, celles-ci pouvant être utilisées pour la synthèse d’une multitude d’hétérocycles. Il existe de nombreuses stratégies de synthèse de ces composés. Cependant, ces méthodes peuvent être limitées par certains problèmes, tels que la présence de groupements protecteurs non recyclables ou encore la faible diversité des produits obtenus. Les diazirines présentent un fort potentiel pour être utilisées comme alternative à ces préparations, puisque ces molécules peuvent réagir avec des nucléophiles pour donner les diaziridines substituées correspondantes, puis être hydrolysées pour permettre la formation d’hydrazines monosubstituées, ainsi que de cétones, pouvant être réutilisées pour la synthèse de la diazirine de départ. Les additions nucléophiles sur les diazirines ont déjà été étudiées, mais des problèmes d’isolation de produit, de reproductibilité et d’hydrolyse des composés ont limité leurs utilisations. Afin de pallier aux difficultés rencontrées, l’utilisation d’une diazirine dérivée d’une cétone non-énolisable semble prometteuse. Ainsi, la diazirine choisie pour effectuer la méthodologie est celle dérivée de l’adamantanone. Le premier chapitre de cette thèse étudie le potentiel électrophile de la diazirine adamantane par des réactions d’addition nucléophile. Dépendamment du composé additionné, les produits obtenus sont les diaziridines ou les hydrazones monosubstituées. L’hydrolyse de ces dernières molécules étant difficiles, l’obtention directe des hydrazines n’est pas possible. Cependant, l’utilisation des composés d’addition afin effectuer un transfert direct d’hydrazines sur un autre composé pour l’obtention d’hétérocycles est une alternative intéressante. Ainsi, les réactions d’addition nucléophile sont utilisées en tandem avec des réactions de transfert d’hydrazines pour permettre la synthèse de pyrazoles et d’indoles. Aussi, l’utilisation de l’adamantanone comme support de diazirine permet le recyclage de cette molécule, pouvant être réutilisée pour la synthèse de la diazirine de départ. Le deuxième chapitre traite de la synthèse d’hydrazines N,N-disubstituées par l’utilisation d’un réarrangement observé lors des additions d’un nucléophile puis d’un électrophile, suivies d’une hydrolyse directe de l’hydrazone obtenue. La synthèse des hydrazines N,N’-disubstituées n’étant pas possible avec la méthodologie développée, une méthode dérivée est mise en place pour permettre leur obtention. Enfin, le dernier chapitre porte sur l’utilisation des hydrazines disubstituées obtenues précedemment pour la synthèse d’hétérocycles. Ainsi, les hydrazines N,N-disubstituées sont utilisées pour la synthèse de N- aminopyrroles et d’indoles N-protégés et les hydrazines N,N’-disubstituées participent à des réactions de formation de pyrazolidines.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La réaction d'alkylation allylique, introduite dans les années 60 par Tsuji et al., a connue un essor considérable ces dernières années. Pour notre part, nous l'avons appliquée à des substrats particuliers ; les carbonates de diénols. Une optimisation des conditions réactionnelles, a permis d'accéder à des buténolides α,α-disubstitués de manière énantiosélective. Ceux-ci ce sont révélés être des synthons particulièrement intéressants, car facilement convertibles en furanones γ substituées via un réarrangement de Cope stéréospécifique. Il a également été possible de les engager dans une séquence réactionnelle comportant une étape de réduction suivie d'une étape d'oxydation, pour obtenir les γ butyrolactones β,β-disubstituées correspondantes. L'utilité synthétique de cette méthode a également été démontrée, en l'appliquant à la synthèse totale des acides (−)-néphrostéranique et (−)-roccélarique. Enfin, cette réaction d'alkylation allylique a été intégrée dans une séquence réactionnelle monotope composée d'un réarrangement de Cope, d'une addition nucléophile et d'une déshydratation, pour accéder de manière efficace à une série de furanes et de pyrroles polysubstitués. Une approche synthétique de la (−)-patéamine A et de son analogue des-méthyle-des-amino patéamine A (DMDA-patéamine A) constitue la seconde partie de ce manuscrit. En effet, nous sommes parvenus à synthétiser et à coupler les trois fragments nécessaires à la formation du macrocycle de la DMDA-patéamine A et à effectuer la réaction clé de cyclisation par métathèse de type diène-ène. Enfin, un intermédiaire avancé de la chaine latérale a également été synthétisé à partir du géraniol.

La mélatonine est une neurohormone synthétisée au niveau de la glande pinéale durant la période nocturne chez l'ensemble des mammifères. Les sécrétions de cette hormone circulante par voie sanguine permette à tout système doté de récepteurs mélatoninergiques (MT1, MT2) de transmettre l'information de photopériode entrainant ainsi une adaptation aux périodes jour/nuit. La mélatonine est impliquée dans de nombreuses fonctions biologiques mais aussi dans diverses pathologies du système nerveux central tel que les troubles du rythmes circadien, l'anxiété, la dépression… A l'heure actuelle, il existe de nombreux ligands affins des ces récepteurs, cependant le manque de marqueurs sélectifs ralentit les recherches associées (pharmacologie). Partant de ce constat, nous avons conçu et synthétisé, selon deux approches différentes, des ligands fluorescents utilisant comme squelette de base, la structure de la mélatonine et certains analogues. Dans une première approche dite conventionnelle, les ligands mélatoninergiques sont associés à un fluorophore organique au moyen d'un bras espaceur et dans une seconde approche plus novatrice, le noyau indolique du ligand endogène est fusionné avec un pyrrole par analogie avec les fluorophores de types BODIPYs ®, puis dans une troisième partie, dérivée de la précédente, la mélatonine est fonctionnaliser par un hétérocycle azoté capable de chélater un atome de bore. Les évaluations pharmacologiques de ces composés ont montré de bonnes affinités de l'ordre du nanomolaire pour les récepteurs MT1 et MT2. Les études photophysiques ont confirmé la fluorescence induite par les fluorophores dans l'approche conventionnelle, et ont surtout montré l'existence de fluorescence par simple modification structurale de la mélatonine endogène. Les tests d'imagerie cellulaire ont également permis de valider ces méthodologies. / Melatonin is a main neurohormone synthesized in the pineal gland during the night in all mammals. Secretions of the blood circulating hormone through any system endowed melatoninergic receptors (MT1, MT2) transmit information leading to photoperiod and adaptation of the day / night periods. Melatonin is involved in many biological functions but also in various diseases of the central nervous system such as circadian rhythm disorders, anxiety, depression... Actually, there are many affinity receptors ligands, however, research on the pharmacology and the functionality of melatonin receptors suffers from the lack of selective probes for these two receptors. In order to overcome this scientific obstacle, we designed and synthesized fluorescent melatonin ligands according two different approaches. In a first conventional approach the melatoninergic ligands are tagged with an organic fluorophore via a linker. In a second approach more innovative, the indole ring of the endogenous ligand is fused with a pyrrole in order to obtain a structural analogy with the fluorophores BODIPYs types. In a third series derived from the previous one, melatonin is functionalized with a aza-heterocycle able to chelate a boron atom. Pharmacological evaluations of these compounds have shown nanomolar affinity for the receptors. Photophysical studies confirmed the fluorescence induced by the fluorescent dye in the conventional approach, and induced by simple melatonin structural modifications in the orthers. Preliminary cell imaging have also validated the methodologies.

La méthodologie MAC consiste à employer des réactifs umpolung pour permettre l’insertion formelle d’une fonction carbonyle entre un électrophile et un nucléophile. Cette thèse est consacrée à l’oxyhomologation diastéréosélective de la L-sérine grâce à un développement significatif de la méthodologie MAC à trois composants en one-pot, conduisant à l’obtention de dérivés orthogonalement protégés de l’acide α, γ-dihydroxy-β-aminobutyrique. Ce dernier est une brique moléculaire acyclique à 4 atomes de carbone hautement fonctionnalisée qui est souvent intégrée dans les squelettes de molécules biologiquement actives.Nous avons tout d’abord étudié la synthèse de réactifs MAC silylés à partir du malononitrile. La synthèse du H-MAC-TBS a été optimisée et deux nouveaux réactifs MAC silylés, le H-MAC-TES et le H-MAC-TBDPS, ont été préparés.Dans un premier temps, nous avons étudié l’oxyhomologation du N-Boc-O-Bn-L-sérinal avec le H-MAC-TBS en présence de différents alcools dans des conditions réactionnelles douces. En présence de méthanol, des α, γ-dihydroxy-β-aminobutanoates de méthyle orthogonalement protégés ont été préparés avec des bons rendements et avec un ratio diastéréoisomérique syn/anti = 80/20.L’utilisation du H-MAC-TBDPS a permis d’améliorer la diastéréosélectivité de la réaction MAC (syn/anti = 90/10). L’étude des différents modes de cyclisation des α, γ-dihydroxy-β-aminobutanoates de méthyle a été réalisée par la suite. Des hétérocycles fonctionnalisés à 3, 5 et 6 chaînons ont été ainsi sélectivement synthétisés.De nouvelles oxazolidinones et oxazolines hautement fonctionnalisées ont été préparées de cette façon. En revanche, malgré nos efforts approfondis, une cyclisation pour donner un hétérocycle à 4 chaînons n’a pas été réalisée.L’absence de réactivité de la fonction alcool libre en α de ces esters N-protégés et γ activés a été inattendue.Dans un deuxième temps, nous avons étudié l’oxyhomologation de l’aldéhyde de Garner, un dérivé cyclique N,O-protégé du L-sérinal, par des réactions MAC. En présence de divers nucléophiles, cette réaction a conduit diastéréosélectivement à des esters et des amides protégés de l’acide α, γ-dihydroxy-β-aminobutyrique avec des bons rendements et avec une diastéréoselectivité anti, allant jusqu’à un ratio diastéréoisomérique syn/anti = 10/90 en utilisant le H-MAC-TBDPS. Il s’agit des premiers exemples de diastéréosélectivité antiobservée pour une réaction MAC. Des hétérocycles fonctionnalisés à 3 et 5 chaînons ont été sélectivement synthétisés et, grâce à une oxydation sélective en position γ, des dérivés de l’acide érythro-β-hydroxyaspartique et de l’érythro-β-hydroxyasparagine orthogonalement protégés ont été préparés. / MAC methodology is a synthetic technique which employs an umpolung reagent to formally insert a carbonyl function between an electrophile and a nucleophile. This thesis is devoted to the diastereoselective oxyhomologation of L-serine thanks to a significant development of 3-component one pot MAC methodology, providing a synthesis of orthogonally-protected derivatives of α, γ-dihydroxy-β-aminobutyric acid. This latter is a highly functionalized, acyclic, 4-carbon molecular building block which is a constituent part of various biologically active molecules.The synthesis of silylated MAC reagents from malononitrile was first studied. H-MAC-TBS’s synthesis was optimized and two new silylated MAC reagents, H-MAC-TES and H-MACTBDPS,were prepared.In a first study, the oxyhomologation of N-Boc-O-Bn-L-serinal was examined using H-MACTBS and a panel of alcohols in mild conditions.Methyl esters of orthogonally-protected α, γ-dihydroxy-β-aminobutanoic acid were prepared in good yields and with a diastereoisomeric ratio syn/anti = 80/20. The use of H-MAC-TBDPS improved the diastereoselectivity of the MAC reaction to syn/anti = 90/10.Subsequently, different cyclization modes of methyl α, γ-dihydroxy-β-aminobutanoate were investigated, leading to the selective synthesis of functionalized 3-, 5- and 6-membered ring heterocycles, including new highly functionalized oxazolidinones et oxazolines. In contrast, despite considerable efforts, we were unable to induce cyclisation to forma a 4-membered ring heterocycle, due to the surprising lack of nucleophilicity of the free alcohol function in the acyclic precursors.In a second study, we examined the oxyhomologation of Garners aldehyde, a cyclicN,O-protected derivative of L-serinal, using a selection of nucleophiles via one-pot MAC methodology. These reactions furnished protected ester and amide derivatives of α, γ-dihydroxy-β-aminobutyric acid in good yields with an anti diastereoselectivity with a ratio as high as syn/anti = 10/90 when H-MAC-TBDPS was used as the MAC reagent. These are the first known examples of MAC reactions which proceed with anti diastereoselectivity.Functionalized 3- and 5-membered ring heterocycles were prepared from these adducts,and via selective oxidation at the γ-position,orthogonally-protected derivatives of erythro-β-hydroxyaspartic acid and erythro-β-hydroxyasparagine were prepared.

Les fluoroalcènes sont employés pour préparer des mimes de peptides. Malgré de nombreuses études réalisées dans ce domaine, la préparation d'analogues de peptides comportant une proline modifiée en position C-terminale a été très peu explorée. Ce travail de thèse est consacré à la synthèse de pyrrolidine comportant un motif fluorovinylique. La préparation de sulfones fluorées comportant un cycle pyrrolidine a été réalisée, par réaction d'aza-Michael intramoléculaire. Ce réactif permet la formation de pyrrolines par réaction de Julia modifiée, là où la réaction de Horner-Wadworth-Emmons échoue. Cette étude a été étendue à la préparation de pipéridines fluorées. Cette méthode a été appliquée avec succès à la préparation de précurseurs de peptides Pro-Ψ[CF=CH]-Xaa, peu étudiés dans la littérature. / Fluoroalkenes are used to prepare peptide mimics. In spite of numerous studies carried out in this field, the preparation of peptide analogs comprising a modified proline in the C-terminal position has been very little explored. This thesis is devoted to the synthesis of pyrrolidine with a fluorovinyl unit. The preparation of fluorinated sulfones containing a pyrrolidine ring was carried out by reaction of intramolecular aza-Michael. This reagent allows the formation of pyrrolines by modified Julia reaction, where the Horner-Wadworth-Emmons reaction fails. This study was extended to the preparation of fluorinated piperidines. This method has been successfully applied to the preparation of pro-Ψ peptide precursors [CF = CH] -Xaa, which are poorly studied in the literature.

L’addition d’une liaison N-H sur une double liaison carbone-carbone, nommée réaction d’hydroamination (HA), constitue une voie efficace pour accéder à la formation de composés azotés à partir de précurseurs simples en une seule étape. Des progrès considérables ont été réalisés au cours de ces dernières années dans l’élaboration de systèmes catalytiques efficaces pour cette réaction d’intérêt sur des alcènes. Malgré tout de nombreux défis subsistent car peu de catalyseurs disposent d’un large champ d’application ou encore ils sont limités dans la catalyse de la version intermoléculaire de la réaction à la fois moins favorisée cinétiquement comme thermodynamiquement. Au cours de ces travaux le mécanisme réactionnel, d’activation de la réaction d’HA intramoléculaire, par un complexe d’yttrium a pu être déterminé suite à une étude cinétique. Cette dernière a permis de mesurer un ordre partiel en catalyseur de 1 et un ordre inverse en substrat. D’autre part, le potentiel dans la réaction d’HA de plusieurs systèmes catalytiques basés sur différents groupes de métaux a été évalué. Des complexes pinces tridentes de zirconium ou de hafnium sous forme neutre comme sous forme cationique ont montré de bonnes activités dans la réaction de cyclisation de plusieurs aminoalcènes comportant des amines primaires ou secondaires. L’utilisation d’un complexe d’yttrium a permis d’accéder à une large gamme d’arylethylamines de manière totalement régiospécifique par catalyse de la réaction intermoléculaire d’HA entre des amines secondaires faiblement encombrées et des dérivés du styrène. Ce faisant une étude structure-activité a été conduite mettant à jour une activité remarquable du complexe d’yttrium dans la réaction d’HA intermoléculaire sur la 2-vinylpyridine, ce qui a également permis de montrer une application en procédure tandem de double hydroamination. Enfin une procédure simple de catalyse de la réaction d’HA intermoléculaire sur des dérivés du styrène a pu être mise au point suite à l’utilisation d’un sel de lithium actif à température ambiante. / The addition reaction of an amine across a carbon-carbon double bond, the so-called hydroamination reaction, is one of the most efficient method for the formation of value-added nitrogen-containing compounds. During the last decade, the interest of the scientific community has led to the development of a large number of efficient catalysts for this transformation. Nevertheless many challenges remain. Indeed only a few of the reported catalysts have a wide range of applications or possess good activities in the field of the intermolecular version of the reaction, less favored both kinetically and thermodynamically. In these work the mechanism of intramolecular HA reaction catalyzed by an yttrium complex has been determined by a kinetic study. During the latter a partial order of 1 for the catalyst and a reverse order in substrate were measured. The potential in the HA reaction of several catalytic systems based on different metals was evaluated. Tridentate complexes of zirconium or hafnium in their neutral or cationic form showed good activity in the cyclization reaction of several aminoalkenes bearing primary or secondary amines. The use of an yttrium complex allowed a regiospecific access to wide range of arylethylamines by catalysis of the intermolecular HA reaction between weakly hindered secondary amines and styrene derivatives. A structure-activity study was conducted pointing the noteworthy activity of the yttrium complex in the intermolecular HA reaction with 2-vinylpyridine, which also allowed an application in a tandem di-hydroamination reaction. Finally, a simple procedure for catalyzing the intermolecular HA reaction of styrene derivatives has been developed by using a lithium salt active at room temperature.

La trypanosomiase humaine africaine, la maladie de Chagas et les leishmanioses sont des maladies parasitaires qui représentent un problème majeur de santé publique dans de nombreux pays et notamment ceux en voie de développement. Afin de trouver de nouveaux candidat-médicaments contre ces parasites, deux séries chimiques ont été étudiées : les diarylidèneacétones et les 2,6-diaryl-4H-tetrahydrothiopyranones.Précédemment initiée au laboratoire, l'étude approfondie de la série diarylidèneacétone a nécessité la mise au point et l'optimisation de protocoles. Une nouvelle méthodologie de synthèse des (hétéro)diarylidèneacétones dissymétriques par palladocatalyse a ainsi été développée en collaboration avec le Pr. T. J. Müller (Université de Düsseldorf). En dépit d'excellentes activités antiparasitaires, la plupart des diarylidèneacétones synthétisées se sont révélées trop toxiques sur les cellules humaines.Les 2,6-diaryl-4H-tétrahydrothiopyranones et leurs S-oxydes ont été conçues pour résoudre ce problème de toxicité. Agissant comme prodrogues, ces molécules sont susceptibles de régénérer les diarylidèneacétones parentes par β-élimination du groupement soufré intracyclique. Peu décrite dans la littérature, la synthèse diastéréosélective de ces structures a été intégralement mise au point et généralisée à de nombreuses substitutions. Les résultats obtenus prouvent que la toxicité des produits a été grandement diminuée tout en maintenant une activité antiparasitaire importante, ce qui valide l'approche de la stratégie prodrogue. / Human African trypanosomiasis, Chagas disease and leishmaniasis are parasitic diseases that significantly affect the populations and thus the economy of many developing countries. With the aim of developing new therapeutic agents to cure these diseases, we focused our research on two series: the diarylideneacetone and the 2,6-diaryl-4H-tetrahydrothiopyranone series.To complete and expend preliminary results that had been previously obtained in our laboratory, a generalization and an optimization of the protocols was intended. Thus, a novel Palladium-catalyzed synthesis of (hetero)dissymmetric diarylideneacetones was developed and optimized in collaboration with Prof. T. J. Müller (University of Düsseldorf). In spite of excellent antiparasitic activities, most of the diarylideneacetones were toxic toward human cells.2,6-Diaryl 4H-tetrahydrothiopyranones and their related S-oxides were designed to cope with major toxicity issues. Acting as prodrugs, these molecules are prone to undergo β-elimination of the sulfurated intracyclic group, regenerating the parent diarylideneacetone. The diastereoselective synthesis of this scaffold is not extensively described in the literature. Consequently, novel diastereoselective methodologies have been developed and generalized to a wide panel of substitution patterns. Results of the biological assays demonstrated that sulfide and S-oxide prodrugs displayed a lowered toxicity while the potency was maintained, thus confirming the validity of the prodrug strategy.