Lors de ces travaux de thèse effectués en co-tutelle, nous nous sommes intéressés à la fois : <br />(i) à de nouvelles approches synthétiques de macrolactones hydroxylées à 10 chaînons via deux étapes clés de formation d'un hétéroadduit bicyclique et d'ouverture oxydante de ce bicycle.<br />(ii) à la glycosidation de 9-décanolides naturels par une méthodologie utilisant un réactif à iode hypervalent sous une forme immobilisable.<br />Le travail de synthèse multi-étapes a nécessité une étude de la réactivité, en hétérocycloaddition [4+2] à demande électronique inverse, de nouveaux hétérodiènes visant à favoriser une configuration endo des adduits bicycliques obtenus. Ceux-ci ont alors montré des réactivités particulières pouvant conduire à une certaine diversité structurale. Nous avons également développé un nouveau diénophile chiral issu de la cyclohexanone porteur d'une copule oxazolidinone. L'hétérocycloaddition catalysée par l'Eu(fod)3 de ce diénophile avec des arylidènepyruvates de méthyle, s'opère avec un double stéréocontrôle endo et facial excellent et de très bons rendements. Ces résultats ont ensuite pu être mis en application lors de l'accès à des cibles macrolactoniques à 10 chaînons d'origine naturelle (décarestrictines et herbarumines). <br /> Dans une seconde partie, nous avons mis au point la synthèse de nouveaux réactifs à base d'iode hypervalent fonctionnalisés par un groupement sulfonate d'iso-butyle. Nous avons montré que ce groupement permettait l'immobilisation des réactifs iodés hypervalents et surtout de leurs produits d'évolution. L'utilisation d'une résine échangeuse d'ion fonctionnalisée par un azoture permet en effet cette immobilisation via une substitution nucléophile du groupement sulfonate. Nous avons ainsi préparé quatre iodanes (III) à ancre sulfonate originaux et avons testé ces réactifs dans diverses réactions parmi lesquelles l'ouverture oxydante de bicycles, et la O-glycosidation d'alcools polyfonctionnels. Cette dernière nous a permis d'obtenir des structures hybrides décarestrictine-sucre de façon rapide et en limitant les étapes de purification en utilisant la méthodologie précédemment mise au point.

L'activation par voie oxydative de dérivés phénoliques contenant une chaine latérale insaturée avec un réactif d'iode hypervalent permet la formation de produits bicycliques et tricycliques via l'intermédiaire d'un processus de cyclisation cationique en cascade. Il s'agit d'un procédé efficace permettant, en une seule étape de synthèse, de construire le squelette principal de plusieurs produits naturels avec un stéréocontrôle total, régi par les interactions de contrainte 1,3 allyliques et par la configuration des doubles liaisons des chaînes latérales. Une application de cette nouvelle méthodologie pour la synthèse du squelette de la famille des kauranes a été réalisée énantiosélectivement, en une seule étape, via la déaromatisation d'un phénol élaboré. De plus, une version oxydative de la réaction de Polonovski classique permet avec l'aide d'un iode hypervalent, de transformer une amine benzylique en aldéhyde chimiosélectivement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Déaromatisation, Iode hypervalent, Phénol, Prins, Polonovski, Produit naturel, Polycyclisation, Umpolung

Les dianions géminés stabilisés par des phosphores hypervalents ont récemment éveillé un vif intérêt en tant que précurseurs carbéniques pour les métaux d0 et les lanthanides ; Cependant, les interactions entre les éléments du groupe principal, comme le carbone, et ces métaux sont réputées essentiellement ionique et peu directionnelles, tandis que les liaisons entre le carbone et le métal dans un complexe carbénique classique sont usuellement décrites comme étant directionnelle et partiellement covalente. Le travail effectué au cours de cette thèse vise à synthétiser de nouveaux complexes de métaux du groupe 3, stabilisés par un dianion géminé bis(diphénylthiophosphinoyl)méthanediure, dans le but d'en étudier la réactivité et d'en modéliser la structure électronique, pour une meilleure compréhension de l'interaction multiple métal-ligand. Ces études ont été menées sur le scandium, puis partiellement étendues aux autres éléments du groupe 3 : yttrium et lutétium. Il ressort de cette étude que ces interactions sont directionnelles, de symétrie σ et π, mais qu'elles restent en compétition avec la stabilisation présente ab initio au sein du ligand dianionique libre. Cette stabilisation permet une adaptation de l'interaction carbone-métal en fonction des autres ligands présents dans la sphère de coordination : lorsqu'ils sont à caractère ionique et donneur fort, l'interaction carbone-métal prend un caractère plus ionique et l'interaction de symétrie π peut être rompue. La réactivité reste proche de celle d'un carbène de type Schrock. Des réactions indésirables menant à la détérioration du ligand ont également été observées ; un ligand plus résistant, porteur de fonctions phosphine-borane et oxyde de phosphine a été proposé. De nouvelles perspectives quant à la réactivité de ces espèces ont été également explorées : transmétallation permettant d'accéder à de nouveaux complexes aux propriétés magnétiques intéressantes, réaction de couplage des alcynes notamment.

This thesis comprises three projects focused on the use of the combination of catalytic copper and iodonium salts towards the functionalisation of alkenes. Chapter 2 details the development of an enantioselective and regiodivergent allylic amide arylation procedure using a specific copper(II)-bisoxazoline pre-catalyst and hexafluorophosphate diaryliodonium salts. The regioselectivity of the process was discovered to be controlled by the electronic properties of the iodane employed, allowing enamide production to be biased with electron-poor iodonium salts and oxazines to be produced with electron-rich analogues. An overall scope of 38 compounds was collaboratively elaborated, with 20 synthesised personally. All products were generated in useful yields and high levels of enantioselectivity. Chapter 3 describes efforts towards the application of a copper-catalysed oxy-alkenylation procedure to the production of the macrolidal natural product (-)-lyngbyaloside B. It is proposed that an elaborate homoallylic carbamate may be coupled with a complex polyoxygenated alkenyl(aryl)iodonium salt as a fragment coupling for polyketide synthesis. Following extensive investigations, it was discovered that the challenging vinyl-iodonium salt could be synthesised in good yields and then coupled with the desired homoallylic carbamate, albeit in limited yield and low d.r. Chapter 4 presents initial studies towards a computational understanding of the copper-catalysed arylation of alkenes with iodonium salts. Evidence is presented to suggest that two functionalisation modes are energetically accessible, allowing the production of regioisomeric arylated products.

Grâce à la chimie computationnelle, nous avons pu étudier la réactivité et la sélectivité de trois familles de réactions en chimie organique. Nous avons utilisé la méthode DFT avec la fonctionnelle M06-2X pour l’ensemble de nos projets. Les réactions promues par l’iode hypervalent étudiées dans cette thèse sont en rapport direct avec les travaux réalisés au sein de notre laboratoire de recherche. La collaboration réalisée sur les BACs et les NHCs est un travail pionnier dans l’étude mécanistique détaillée de ces catalyseurs. Dans le premier chapitre nous nous sommes intéressés à des réactions de cyclisation et de SN2 promue par l’iode hypervalent. Cette étude avait pour but de prédire l’influence de différents groupements sur la préférence entre ces deux réactions, dans le but de favoriser la création d’une liaison carbone-carbone. Nous avons pu démontrer que la présence de certains groupements permet d’envisager la formation de cycles à cinq membres. Le second chapitre porte sur la réaction d’αhydrolyse oxydante de chloroalcènes, impliquant le réactif de Koser. Nos calculs ont permis de rationaliser les résultats expérimentaux de l’observation de la migration interne du phényle. Nous avons également confirmé que l’intermédiaire provenant de l’addition d’une molécule d’’eau permet de favoriser la migration interne du chlore. Enfin, nous avons appuyé la possibilité d’un mécanisme « release-and-catch » proposé à la suite d’une expérience de mélange réalisée au sein du laboratoire. Finalement, nous avons pu réaliser une collaboration avec le Professeur Michel Gravel sur la réactivité et la sélectivité de la réaction de Stetter catalysée par un BAC ou un NHC. Nous avons été en mesure de déterminer que la différence de réactivité observée dépend essentiellement de la nature de l’étape déterminante. La sélectivité observée expérimentalement a également pu être rationnalisée grâce aux calculs. Pour finir, les premières conclusions concernant la condensation de benzoïne ont été établies.

Masters of Science / Invasive pneumococcal disease (IPD), which includes potentially fatal conditions such as meningitis, septicaemia and pneumonia poses a threat in children aged <5 years, pneumonia being the leading cause of child mortality worldwide. Even though capsular polysaccharides are the main antigens involved in the immunity to encapsulated bacteria, it was found that in children in that age group, the immune system was unresponsive. Conjugate vaccines however induce immunologic memory and provide long-term protective immunity. Therefore the aim of this project was to develop novel conjugation strategies towards a pneumococcal conjugate vaccines and focuses mainly on the serotypes that are a burden to the African continent. The chemistry involved in developing a conjugate vaccine is of importance beacuse while some polysaccharides contain chemical grouping which can be conveniently utilized for conjugation, many medically important ones require derivatization before they can be coupled to protein. Derivatization of which can be achieved through various strategies, important to note is through hypervalent iodine oxidants. Two hypervalent iodine reagents, O-Methyl substituted-1-hydroxy-1,2-benziodoxol-3(1H)-one 1-oxide (Me-IBX)and modified 1-hydroxy-1,2-benziodoxol-3(1H)-one 1-oxide (mIBX)were successfully synthesized in preparation for the use in polysaccharide, polyribitol phosphate, (PRP) oxidation. The polysaccharide to be oxidised was first size reduced by microfluidisation to allow maximum oxidation. However, the extent to which oxidisation was achieved was not enough to conjugate the polysaccharide to the protein of preference, Bovine Serum Albumin, (BSA).

The development of new strategies and associated reagents that enable previously inaccessible synthetic disconnections is largely attributing to the remarkable progress in exploring new chemical space for drug discovery and innovative complex molecule syntheses. In the Wengryniuk laboratory, we are devoted to discovering new synthetic methodologies that are based on umpolung or reverse polarity, strategies, enabled by Nitrogen-ligated (bis)cationic hypervalent iodine reagents (N-HVIs). I(III) N-HVIs represent an attractive new class of oxidant as they are environmentally benign, highly tunable, and have shown ability in enabling distinguished modes of reactivity. This dissertation focuses on demonstrating the synthetic utility of these N-HVI reagents towards C–O bond formation via a reverse polarity approach.In Chapter 1, a summary of the reactivity and characteristics of hypervalent iodine reagents is provided. Chapter 2 describes a mild and metal-free strategy for alcohol oxidation mediated by I(III) N-HVI reagents. This method demonstrates the first method for chemoselective oxidation of equatorial over axial alcohols and was the first in situ synthesis and application of N-HVIs for a simple one-pot procedure. Chapter 3 discusses a novel strategy for a dual C–H functionalization to access functionalized chroman scaffolds via an umpolung oxygen activation cyclization cascade. Computational studies in collaboration with Prof. Dean Tantillo (UC-Davis) along with experimental probes in our laboratory, support the formation of an umpoled oxygen intermediate as well as competitive direct and spirocyclization pathways for the key C–O bond forming event. The utility of the developed method is demonstrated through a downstream derivatization of the iodonium salt moiety to access C–H, C–X, and C–C substitution via established Pd-catalyzed cross couplings. Total synthesis of (±)-conicol natural product was performed in 8 steps and 23% overall yield, further demonstrating the synthetic utility of the developed method. Key synthetic steps include a smooth construction of the chroman core via N-HVI mediated C–H etherification of a pendant alcohol followed by a late-stage double bond installation. Overall, this dissertation summarizes the current state of research enabled by N-HVI reagents, with a focus on their utility in reverse polarity heteroatom activation strategies, and it serves as a practical guide for future development in the field. / Chemistry

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Hypervalent iodine (HVI) reagents are easily accessed, highly tunable, mild, selective oxidants that are less toxic and more environmentally benign compared to their heavy metal counterparts. λ3-Iodanes, which possess an iodine center bound to one aryl substituent and two heteroatom ligands, have been the subject of recent interest due to their electrophilicity and hypernucleofugality. A central focus of the Wengryniuk laboratory has been the further development and application of a class of electrostatically activated (bis)cationic nitrogen-ligated HVI (N-HVI) reagents. N-HVIs feature datively bound heterocyclic ligands which results in dramatically enhanced electrophilicity and redox potentials. Despite being a highly tunable platform for reagent development, N-HVIs remain a relatively underexplored class of λ3-iodanes. This dissertation focuses on demonstrating N-HVI’s synthetic potential and developing novel variants to enhance their synthetic utility. Chapter 1 of this dissertation serves as a general background and introduction to nitrogen-ligated HVI reagents. Chapter 2 outlines our efforts in N-HVI library expansion, novel syntheses, and characterization. With a library of 33 novel N-HVIs in hand, ligand effects on N-HVI reactivity were analyzed via qualitative and quantitative methods. Chapter 3 describes our first synthetic application of N-HVIs in the development of novel oxidative rearrangements of simple and complex cyclic alcohols. This chapter describes the chemoselective ring expansion of 2° and 3° cyclic alcohols accessing medium-sized cyclic acetal products in good to excellent yields with applicability to Complexity-to-Diversity (CTD) efforts. Chapter 4 demonstrates our initial efforts toward the development of another synthetic method where the functionalized N-heterocyclic ligands of the N-HVIs can be regioselectivity incorporated into a molecule following N-HVI activation of an olefin. The pyridinium lactone salts formed from olefinic acids were isolated in excellent yields via simple trituration, supplying a synthetically useful functional handle that was easily derivatized via known methods. These four chapters summarize the current state of the research with nitrogen-ligated HVI salts, expand upon our initial publications to highlight the development of novel heterocyclic syntheses, and provide a useful guide to further explore the reactivity of these tunable reagents. / Chemistry