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

L'objectif de cette thèse de doctorat a été la mise au point de nouvelles méthodologies de synthèse asymétrique, par utilisation de la catalyse homogène, de systèmes hétérocycliques azotés à 5, 6 ou 7 chainons fusionnés ou non avec une unité benzénique. Dans un premier temps, notre travail s'est concentré sur l'étude d'une nouvelle technique d'assemblage asymétrique d'amines cycliques substituées en position 2. Deux approches complémentaires ont alors été envisagées : la première s'est appuyée sur une réaction d'hydrogénation énantiosélective d'énamides et d'ènecarbamates au moyen de catalyseurs chiraux, la seconde a reposé sur le même principe et a consisté en une réaction d'hydrogénation diastéréosélective d'énehydrazides intégrant une copule chirale de type (S)-MéthylProlinol (SMP). La validité de cette méthode a été démontrée par la synthèse totale de la (S)-anabasine.Par la suite, nos efforts se sont concentrés sur l'élaboration d'une nouvelle voie de synthèse stéréosélective d'isoindolinones substituées en position 3 par une chaine acétamide qui s'appuie, en étape clé, sur une réaction d'aza-Michael intramoléculaire asymétrique organocatalysée par des sels de cinchonium. Afin d'améliorer la stéréosélectivité de cette réaction, l'association d'un auxiliaire chiral avec un organocatalyseur a également été étudiée avec comme objectif final, la synthèse totale de la (S)-pazinaclone. / The aim of this Ph.D thesis was the development of new asymmetric synthesis methodologies, by use of homogeneous catalysis, of nitrogenous heterocyclic systems with 5,6 or 7 carbons merged or not with a benzene unit. In a first time, our work focused on study of a new asymmetric strategy to obtain 2-substituted cyclic amines. Two complementary approaches were considered : the first focused on enantioselective hydrogenation reaction of enamides and enecarbamates by means of chiral catalyst, the second rested on the same principle and consisted to diastereoselective hydrogenation reaction of enehydrazides having chiral auxiliary like (S)-MethylProlinol (SMP). The validity of this method was demonstrated by total synthesis of (S)-anabasine. Subsequently, we concentrated our efforts on the elaboration of a new stereoselective synthetic pathway of 3-(N,N-disubstituted)acetamido isoindolinones with an organocatalysed asymmetric intramolecular aza-Michael reaction as key step by means of cinchoninium salts. To improve the stereoselectivity of this reaction, the association between a chiral auxiliary and an organocatalyst was also studied with in a final aim, the total synthesis of (S)-pazinaclone.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce manuscrit expose deux projets distincts qui ont été traité au cours de cette thèse : Nous nous sommes tout d'abord intéressé à la synthèse de motifs 1,3-diols syn α-éthyléniques, puisque ceux-ci sont présents dans de nombreux produits naturels dont certains possèdent une activité biologique intéressante. Le fragment 1,3-diol syn a été introduit en effectuant une addition conjuguée intramoléculaire sur un accepteur de Michael original de type vinyl hétéroaromatique sulfone. Plusieurs accepteurs comme les vinyl benzothiazolyl sulfones, les vinyl pyridinyl sulfones et les vinyl pyridinyl sulfones méthylés en position allylique ont été préparés. Les produits hétéroaromatique sulfone 1,3-diols syn protégés sous forme de benzylidene acétal obtenu, ont ensuite été directement engagé dans des réactions d'oléfination de Julia modifiée pour ainsi introduire la double liaison en position α. Les benzothiazolyl sulfones ont donné les meilleurs résultats en terme de rendements et de diastéréosélectivités. Notre méthodologie permet d'accéder à ce motif de manière diastéréosélective en seulement deux étapes. Notre intérêt s'est ensuite porté sur la synthèse du tricycle ABC de l'acide hexacyclinique. La stratégie convergente développée auparavant au laboratoire a été reprise en modifiant le double accepteur de Michael, en utilisant un ester méthylique supposé facilement hydrolysable. Plusieurs étapes de synthèse des précurseurs ont été améliorées, notamment la réaction d'aldolisation de Crimmins. Un nouveau problème a été rencontré ensuite, concernant la réaction de Michael diastéréosélective sur ce nouveau double accepteur. En effet, par rapport à un ester éthylique, l'adduit de Michael de type ester méthylique a été obtenu avec un rapport diastéréosélectif moins important qu'auparavant. Ce résultat nous a permis de mieux comprendre le fonctionnement de cette réaction et plusieurs hypothèses ont été émises. Une réaction radicalaire a ensuite permit la fermeture du cycle B, et donc l'obtention d'un précurseur avancé du tricycle ABC de l'acide hexacyclinique.

Notre thèse s'intéresse à l'étude de séquences réactionnelles permeettant la création de carbones quaternaires. Deux séquences de réactions sont envisagées : - La première s'inscrit dans le prolongement des travaux de J-M. Adam et combine une réaction d'allylmétallation asymétrique et une réaction de cycloaddition [2+2] intramoléculaire. Elle conduit à des cyclobutanones bicycliques portant un substituant méthyle en tête de pont. La réaction d'allylmétallation a tout d'abord été étudiée en version catalytique pour la réaction modèle d'addition d'un dérivé d'allylsilane, le 1,3-bis-triméthylsilylpropène, sur le benzaldéhyde, en présence d'une quantité catalytique d'inducteur de chiralité. Différents catalyseurs ont pour ce faire été envisagés. La réaction d'allylmétallation asymétrique en version non catalytique a ensuite été reprise en vue de la synthèse de différents alcools homoallyliques porteurs d'un groupement silylé en a de la fonction hydroxyle. Deux inducteurs de chiralité différents ont été testés : le (R,R)-ClCpTiTADDOL et le (-)-(b)-méthoxydiisopinocamphéylborane. Dans cette réaction, la sélectivité est contrôlée par les ligands chiraux du métal. La réaction de cycloaddition [2+2] intramoléculaire a lieu entre une oléfine terminale et un cation cétène-iminium formé in situ ; elle conduit à des cyclobutanones bicycliques. Le contrôle de la sélectivité de cette étape est régi par l'effet b du silicium. Nous avons étudié les limitations de la méthode en synthétisant des cyclobutanones bicycliques de différentes tailles et porteuses d'un carbone quaternaire en tête de pont. - La seconde séquence étudiée implique une addition de Michaël, suivie d'une cyclopentannélation symétrique. Dans cette partie de notre travail, nous avons poursuivi les travaux de P. Schanen en vue de la catalyse organique de la réaction d'addition de Michaël. Nous avons étudié la réaction d'addition de différents nucléophiles sur la cyclohexénone en présence de catalyseurs dérivés de la (L)-proline ou d'imidazolidinone. Une étude de la variation de la nature du nucléophile ainsi que du contre-ion est proposée. / Our thesis studies reactions sequences leading to the formation of quaternary carbons. Two reactions sequences are envisaged: - The first one follows the work done by J-M. Adam and combines an asymmetric allylmetallation and an intramolecular [2+2] cycloaddition. This sequence leads to bicyclic cyclobutanones bearing a methyl substituent in bridgehead position. The allylmetallation has first been studied catalytically for the model reaction of addition of 1,3-bis-triméthylsilylpropene on benzaldehyde in the presence of a catalytic amount of chiral inducer. Various catalysts have been tested. The non catalytic asymmetric allylmetallation has then been used towards the synthesis of various homoallylic alcohols bearing a silyl group poistioned a to the hydroxyl function. Two chiral inducers have been tested: (R,R)-ClCpTiTADDOL and (-)-(b)-methoxydiisopinocampheylborane. At this step, selectivity is directed by chiral ligands on the metal. The intramolecular [2+2} cycloaddition reaction takes place between a terminal olefin and a ketene iminium cation formed in situ. This reaction leads to bicyclic cyclobutanones. The selectivity control at this step is directed by the b-effect of silicon. We have studied the limitations of the method by synthesizing bicyclic cyclobutanones of various sizes and bearing a bridgehead quaternary carbon. -The second reaction sequence combines a Michael addition and an asymmetric cyclopentannulation. In this part, we have pursued the work done by P. Schanen and studied the organic catalysis of the Michael addition reaction. We heva studied the addition reaction of various nucleophiles on cyclohexenone in the presence of catalysts derived from (L)-proline or imidazolidinone. A study of the variation of the nature of thee nucleophile as well as of the counter-ion is proposed.

Le motif spiroacétal constitue une partie du squelette de nombreux produits naturels possédant des activités biologiques variées. Récemment, de nouveaux spiroacétals de synthèse incorporant un hétéroatome supplémentaire en bêta du carbone spiranique et possédant des activités biologiques intéressantes, ont été décrits. Nous avons mis au point une synthèse efficace et modulable de spiroacétals originaux possédant des hétéroatomes (oxygène, soufre, azote) en position 4 et 10 du squelette 1,7-dioxaspiro[5.5]undécane. Elle repose sur une étape clé de déprotection-spirocyclisation d'une cétone masquée obtenue par substitution nucléophile du 1,3-dichloropropanone O-benzyloxime par des précurseurs issus du solkétal. Ainsi nous avons préparé les motifs 4,10-dioxa-, 4,10-dithia-, 4-thia-10-oxa-, 10-aza-4-thia- et 10-aza-4-oxa-1,7-dioxaspiro[5.5]undécanes, pour lesquels une étude structurale complète a été effectuée par RMN. Une première approche du motif 4,10-diaza- est également présentée

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les nouveaux matériaux carbonés modifiés par des films organiques constituent un domaine de recherche très actif depuis plusieurs décennies. Ces matériaux suscitent un intérêt grandissant dans les secteurs de l’énergie, de la santé et de l’environnement. Afin d’améliorer les performances de ces matériaux, les innovations reposent notamment sur la maîtrise de la fonctionnalisation des surfaces, le contrôle de la stabilité de la couche immobilisée ou encore sur les nouvelles propriétés liées à la modification. Selon les fonctions chimiques greffées, les applications sont multiples : détection et/ou la capture d’éléments chimiques, hydrophobicité, stockage d’énergie électrique ou de gaz ou encore biocompatibilité. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse portent sur la modification de surfaces carbonées par différents composés organiques, dans le but d’une part de déterminer les relations structurepropriétés du film déposé et d’autre part d’améliorer les performances de supercondensateurs carbonés. Nos investigations reposent sur la synthèse d’un ensemble de composés conjugués ou non, suivi d’un greffage indirect passant par une construction sur surface ou par greffage direct via l’oxydation d’amine. Ces greffages ont été explorés méthodologiquement afin de déterminer l’impact de la conjugaison au sein du film organique déposé et l’influence de la structure du matériau carboné. Nous montrons également qu’une fonctionnalisation contrôlée sur carbone activé permet d’avoir une meilleure intégration des molécules dans des supercondensateurs carbonés. L’enjeu consiste à mieux comprendre les interactions molécules-substrat au cours de la modification de matériaux. / The new carbon materials modified with organic films has been a very active field of research for several decades. These materials are attracting increasing interest in the fields of energy, health and environmental. In order to improve the performance of these materials, the innovations are based in particular on the control of the functionalization of the surfaces, the control of the stability of the immobilized layer or on the new properties related to the modification. According to the chemical units grafted, the applications are numerous: detection and/or capture of chemical elements, hydrophobicity, storage of electrical energy or gas or also biocompatibility. In this context, the work of this thesis deals with the modification of carbon surfaces by various organic compounds firstly to determine the structureproperties relationships of the deposited film and secondly to improve the performance of carbon supercapacitors. Our investigations are based on the synthesis of conjugated or unconjugated compounds, followed by indirect grafting by build steps or direct grafting via amine oxidation. These grafts were explored methodologically to determine the impact of the conjugation within the deposited organic film and the influence of the structure of carbon material. We also show that controlled activated carbon functionalization allows for better integration of molecules into carbon supercapacitors. The challenge is to understand molecule-substrate interactions during the modification of materials.

Cette thèse s'intéresse à la photo-dynamique du photochromisme du salicylidène aniline (SA) en solution afin d'en proposer un mécanisme général. Le photochromisme du SA faisant intervenir un transfert de proton intramoléculaire ultra-rapide, l'étude expérimentale a été principalement conduite par spectroscopie d'absorption transitoire femtoseconde à différentes longueurs d'onde d'excitation. L'observation de processus photo-induits ultra-rapides par les techniques de spectroscopie de type pompe-sonde requiert la mesure et la prise en compte de la fonction de réponse instrumentale. En effet, des effets physiques peuvent affecter la structure des données spectrocinétiques, voire provoquer certaines distorsions, et la convolution limite la résolution temporelle des acquisitions. La première étape de ce travail a donc été d'adapter des méthodes chimiométriques de résolution des données multivariées à cette spécificité. L'approche proposée a consisté à implémenter une contrainte cinétique adaptée dans une résolution multivariée de courbes par moindres carrés alternés (MCR-ALS). Les développements méthodologiques ont été validés sur des données simulées avant d'être appliqués à l'étude spectroscopique du SA. Les principaux résultats obtenus concernent 1) le transfert de proton intramoléculaire, qui a été estimé à 60 fs, 2) la compétition avec un mécanisme de rotation qui a pu être caractérisé, 3) la dépendance des rendements quantiques avec la longueur d'onde d'excitation. Cette thèse propose ainsi une caractérisation complète des processus photo-induits pour le SA, c'est-à-dire les vitesses de réaction et les spectres de toutes les espèces transitoires.

Nous avons réalisé la synthèse de nouvelles indolizidines polyhydroxylées, analogues de la swainsonine, inhibiteurs potentiels de glycosidases et d'urées cycliques de conformation restreinte portées par une pipéridine, agents permettant de contrôler la prolifération de cellules tumorales. Ces deux familles de composés ont été préparées à partir d'une pipéridine clé, obtenue par réaction de Mannich intramoléculaire entre le trans-4-oxo-buténoate d'éthyle et une bétâ-aminocétone protégée sous forme d'acétal. Dans un premier temps, nous avons synthétisé une indolizidine tri-hydroxylée en série racémique et en série optiquement pure en 10 étapes. En vue d'accroître l'activité inhibitrice, nous avons mis au point la synthèse d'une indolizidine tétra-hydroxylée possédant un groupement hydroxyle supplémentaire sur le cycle pipéridinique, nécessitant la préparation de la bétâ-aminocétone protégée optiquement pure correspondante. Les activités de ces deux indolizidines précédemment préparées en série racémique et en série optiquement pure ont été évaluées sur six enzymes commerciales. Seule l'indolizidine racémique tétra-hydroxylée s'est révélée être un inhibiteur sélectif de la bétâ-galactosidase d'Aspergillus oryzae (Ki 157 µM). Dans un deuxième temps, nous avons synthétisé des urées cycliques de conformation restreinte par réaction de l'intermédiaire clé, sur différents isocyanates commerciaux, suivie d'une cyclisation de Michael hautement stéréosélective. L'activité antiproliférative de ces nouveaux composés a fait l'objet d'une évaluation sur trois lignées cellulaires humaines, mais ils ne se sont malheureusement pas révélés cytotoxiques. Enfin, nous avons utilisé la réactivité de l'intermédiaire clé pour synthétiser différents types de molécules : des thiourées cycliques et des composés comportant une guanidine cyclique à 5 ou 6 chaînons constituant le squelette de base d'un produit naturel, la cylindrospermopsine