A new synthetic route to natural and novel pyrethroid acids was developed utilizing ketene cycloaddition which is a significant improvement over existing syntheses. The newly synthesized pyrethroid acids were converted to pyrethroid esters and used to study structure-activity relationships. The cycloaddition of dichloroketene with 2,5-dimethyl-2,4-hexadiene yields (2+2) cycloaddition products, 2,2-dichlorocyclobutanones. The reductive removal of one chlorine atom from these cycloaddition products gave monochlorocyclobutanones which underwent a Favorskii-type ring contraction to yield cis- and trans-chrysanthemic acids. 4-Methyl-1,3-pentadiene was also used as a precursor in this synthetic scheme to yield an analogue of the chrysanthemic acid. These results are consistent with a concerted cycloaddition process involving a dipolar transition state. The zinc reduction is not a regiospecific reaction which accounts for the two regioisomers of the monochlorocyclobutanones. The Favorskii-type ring contraction is a regiospecific reaction. A variety of different bicyclo(3.1.0)alkenecarboxylates and bicyclo(4.1.0)heptenecarboxylates were synthesized from alkylcyclopentadiene and fulvene derivatives. These new bicyclo pyrethroid acids are structurally similar to the natural chrysanthemic acid but are rigid and locked in a single conformation which is likely the least stable conformer of the natural acid. The acids were converted to pyrethroid esters and tested against the housefly and cockroach. The test results indicate that the bicyclo pyrethroids synthesized are not as active as the natural pyrethroid. Apparently, these bicyclo pyrethroids with structures similar to the less stable conformer of the natural pyrethroids are of little consequence as it binds to the target site in the insect. In an effort to learn more about the conformational requirements of the pyrethroid acid, a new bicyclo-spiro pyrethroid system with a structure similar to the most stable conformation of the natural pyrethroid was designed and synthesized. These bicyclo-spiro pyrethroids were derived from a new isopropylidenecyclobutane derivatives as a starting compound instead of a conjugated diene. The test results of these bicyclo-spiro pyrethroid esters revealed a much greater activity against the housefly and cockroach. This study establishes that the more stable conformer of the natural pyrethroid acid provides a much higher toxicity against the insects tested.

Ce travail de thèse a permis de développer un nouveau type de cycloaddition [3+2] des cétènes impliquant des aziridines. Les aziridines sont de bons précurseurs de dipôles 1,3-azotés zwittérioniques, via la coupure sélective de leur liaison C-N par activation avec un acide de Lewis. Nous avons montré qu'en présence d'un cétène et d'iodure de lithium, l'aziridine s'ouvre, et le dipôle 1,3 formé réagit avec le cétène pour offrir des gamma-lactames de manière très efficace. Cette nouvelle cycloaddition [3+2] s'étend à la transformation monotope d'une imine en gamma-lactame, stratégie compatible avec une large gamme d'imines aromatiques et de cétènes stables. Enfin, une synthèse monotope, catalytique et asymétrique de gamma-lactames énantioenrichis a été développée à partir d'oléfines par aziridination asymétrique avec des nitrènes. / This thesis work focuses on a new type of [3+2] cycloaddition of ketenes with aziridines. Aziridines are good precursors of zwitterionic 1,3-aza-dipoles, by selective C-N bond cleavage catalyzed by Lewis acid. We have found that ketenes react with the 1,3-dipole generated by addition of lithium iodide to the aziridine, efficiently providing the gamma-lactams. This new cycloaddition could be extended to a one-pot simple transformation of imines to gamma-lactams. The synthesis is compatible with a wide range of aromatic imines and stable ketenes. Finally, a one-pot catalytic asymmetric synthesis of enantioenrichied gamma-lactams have been developed starting from olefins, involving an asymmetric nitrene aziridination.

Ce travail de thèse s'intéresse à la cycloaddition [2+2] asymétrique de cétènes et à son application en synthèse totale. La meilleure réactivité des oléfines Z comparées aux oléfines E, une des caractéristiques de la cycloaddition [2+2], est étudiée à la fois d'un point vue synthétique et théorique via des calculs DFT. Une méthodologie de cycloaddition [2+2] asymétrique entre des éthers d'énol chiraux et divers cétènes générés in situ a ensuite été développée. Cette cycloaddition limitée jusqu'ici à l'utilisation du dichlorocétène a été étendue à une grande variété de cétènes, permettant l'obtention de cyclobutanones variées hautement fonctionnalisées. Les cyclobutanones chirales obtenues ont été engagées dans la synthèse totale de produits naturels : la lactacystine et la salinosporamide A, inhibiteurs du protéasome et potentiels anticancéreux. Ces synthèses présentent trois étapes clés communes : une cycloaddition [2+2] asymétrique, une expansion de cycle de type Beckmann et la fonctionnalisation des chaînes latérales. La synthèse formelle de la lactacystine est présentée dans ce manuscrit, ainsi que les travaux en cours vers la synthèse de la salinosporamide A. / This thesis work focuses on the [2+2] asymmetric cycloaddition of ketenes and its application in total synthesis. The best reactivity of Z olefins compared to E olefins, one of the features of the [2+2] cycloaddition, is studied both from a synthetic and theoretically point of view, via DFT calculations. A methodology of [2+2] asymmetric cycloaddition between chiral enol ethers and various in situ generated ketenes was then developed. Cycloadditions limited to the use of dichloroketene hitherto was extended to a wide range of ketenes, leading to various highly functionalized cyclobutanones. Those chiral cyclobutanones were engaged in the total synthesis of natural products: lactacystin and salinosporamide A, proteasome inhibitors and potent anticancer agent. These syntheses have three common key steps : a [2+2] asymmetric cycloaddition, a Beckmann type ring expansion and a side chains functionalization. The formal synthesis of lactacystin is presented in this manuscript, as well as the work in progress towards the synthesis of salinosporamide A.

The objective of this study was to develop new synthetical routes to natural and industrial products utilizing ketene cycioaddition reactions. The cycioaddition of diphenylketene with α,β-unsaturated imines yields (2+2) cycioaddition products, g-lactams. However, electron donating groups, such as dimethylamine, in the 4-position of the α,β-unsaturated imines result in (4+2) cycloaddition products, ∂-lactams. Dichloroketene reacted with α,β-unsaturated imines to yield (4+2) cycloaddition products, g-lactams. Large substituents in the 4-position of a, ^-unsaturated imines resulted in a (2+2) cycioaddition product, β-lactam. The ∂-lactams derived from dichloroketene are easily dehydrochlorinated to the corresponding 2-pyridornes.

There are two sections to this research dissertation. Part one includes syntheses of fused-ring heterocycles derived from thiazole, oxazole, benzoxazole and benzothiazole derivatives and trifluoroacetylations of in situ generated N-methyl cyclic ketene-N,O/Sacetals. Attempted functionalized polymer syntheses from plant-derived 5-(hydroxymethyl) furfural are discussed in part two. Three 2-methylthiazoles, 2,4,5-trimethyloxazole, 2-methylbenzoxazole and 2- methyl-benzothiazole were each reacted with benzoyl chloride in acetonitrile/triethylamine to generate benzyl-vinyl esters. Base hydrolysis of these benzyl-vinyl esters formed 2-(heterocyclic)-1-phenylethenols which exist in both ketoenol tautomeric forms. These tautomers were used as starting materials for fused-ring heterocycle syntheses. Each tautomeric pair react with dimethyl acetylenedicarboxylate in methanol giving the 5,6-ringused 8-benzoyl-5-oxo-5H-thiazolo-, 8-benzoyl-5-oxo-5H-oxazolo-, 4-benzoyl-1-oxo-1H-benzo[4,5]oxazolo- and 4-benzoyl-1-oxo-1H-benzo[4,5]thiazolo [3,2-a]pyridinecarboxylate derivatives. Two novel 5,7-ringused 9-benzoyl-2,3- dimethyl-5,6-dihydrothiazolo- and 9-benzoyl-2,3-dimethyl-5,6-dihydrooxazolo[3,2-a] azepine-5,6,7,8-tetracarboxylates formed when the tautomers formed from 2,4,5- trimethyl thiazole and 2,4,5-trimethyl oxazole were reacted with DMADC. These tautomers react with 1,3-diacid chlorides in acetonitrile/triethylamine affording the 5,6-ringused 8-benzoyl-6,6-dialkyl-6H-thiazolo- and 8-benzoyl-6,6- dimethy-6H-oxazolo-, 4-benzoyl-2,2-dimethyl-1H-benzo[4,5]thiazolo- and 4-benzoyl- 2,2-dimethyl-1H-benzo[4,5]oxazolo[3,2,-a]pyridinedione derivatives. Functionalized 5,6- ringused 8-benzoyl-6H-thiazolo- and 8-benzoyl-6H-oxazolo[3,2]pyrimidine-5,7- diones, and 4-benzoyl-1H-benzo[4,5]thiazolo- and 4-benzoyl-1H-benzo[4,5]oxazolo[3,2- c]pyrimidine-1,3(2H)-diones formed reacting the tautomers with N-chlorocarbonyl isocyanate in THF/triethylamine. Significant ring size and substituent effects were observed in trifluoroacetylations of in situ-generated cyclic ketene-N,O/S acetals. In situ-generated 3,4,4-trimethyl-2- methylene-oxazolidine, 3-methyl-2-methylene-oxazolidine and 3-methyl-2-methylene- 1,3-oxazinane each formed β,β-bistrifluoroacetylated products. However, 3-methyl-2- methylene-oxazolidine also afforded a γ-lactam by an iodide-catalyzed rearrangement of its β,β-bistrifluoroacetylated derivative. In situ-generated 3-methyl-2-methylenethiazolidine gave both β-mono- and β,β-bistrifluoroacetylation products. 5-(Hydroxymethyl)furfural synthesized from sucrose was converted to 2,5- bis(hydroxymethyl)furan (2,5-BHMF). 7-Oxanorbornene-type Diels-Alder adducts synthesized from 2,5-BHMF were used as monomers for both ring opening metathesis polymerizations (ROMPs) and polycondensations. ROMP, followed by polycondensation or vise versa were expected to give highly functionalized cross-linked polymers. ROMP of the monomers using three Grubbs’ 1st, 2nd and 3rd generation catalysts were unsuccessful due to the presence of hydroxymethyl groups at one or both bridgeheads that could coordinate Ruthenium. With one bridgehead methyl present ROMP proceeded. Low molecular weight polyesters were synthesized via polycondensation. One was crosslinked using ROMP, but not to its gel point.

La nanomédecine, appliquée en particulier au traitement du cancer, suscite depuis une quinzaine d’années un intérêt grandissant, développant des stratégies innovantes pour le ciblage spécifique de tissues malades. De nouveaux progrès en la matière sont encore à venir, mais nécessitent de nouveaux matériaux offrant une grande flexibilité en termes de synthèse, ainsi que la possibilité de fonctionnalités et de propriétés physicochimiques variées ; avantages tous présentés par l’utilisation des techniques de polymérisation radicalaire contrôlée (CRP). Ces techniques de polymérisation ont déjà démontré leur fort potentiel à travers différents systèmes nanoparticulaires à base de prodrogues de polymère, mais aucun d’entre eux ne s’avère dégradable ce qui pourrait empêcher à l’avenir leur utilisation et leur développement.Anticipant les besoins, ce projet a eu pour but la synthèse de polymères PEGylés dégradables par la technique de polymérisation contrôlée par les nitroxydes (NMP), travail très en amont de l’habituel procédé d’élaboration d’un nouveau nanomédicament. Pour ce faire, la NMP du méthacrylate de méthyl éther oligo(éthylène glycol) (MeOEGMA) a été combinée à la polymérisation radicalaire par ouverte de cycle (rROP) des acétals de cétène cyclique (CKAs), connus comme précurseurs de fonctions esters.Parmi trois CKAs étudiés, le 2-méthylène-4-phényl-1,3-dioxolane (MPDL) a montré une capacité unique à copolymériser avec les dérivés de méthacrylates, grâce à sa structure ouverte de type « styrènique » permettant son utilisation en NMP. A travers une étude approfondie des propriétés de contrôle et de caractère vivant de ces copolymères, le MPDL s’est également révélé être le premier comonomère de contrôle des méthacrylates à être dégradable. Un lien direct entre dégradabilité et quantité de MPDL insérée a été démontré, permettant jusqu’à l’hydrolyse complète des matériaux. Ces copolymères n’ont montré aucune cytotoxicité, et ce sur trois types de cellules différents (fibroblastes, cellules endothéliales et macrophages), et une étude similaire sur la toxicité de leurs produits de dégradation a permis d’aboutir à la même conclusion, soulignant la possible biocompatibilité de ces nouveaux matériaux qui, si confirmée, permettrait leur utilisation pour des applications biomédicales.Parallèlement, un second projet portant sur la mise au point d’une nouvelle alcoxyamine à base du nitroxide SG1 et présentant une fonction azlactone, baptisée AzSG1, a été développé pour la synthèse de polymères fonctionnalisables par NMP. Utilisant l’alcoxyamine AzSG1 comme amorceur, les NMPs du styrène, de l’acrylate de n-butyle et du méthacrylate de méthyle ont été réalisées avec succès, ainsi que le couplage quantitatif de la benzylamine comme preuve de concept de la possible fonctionnalisation. Dans un avenir proche, utiliser cet amorceur fonctionnalisable pour la synthèse de copolymères à base de MeOEGMA et de MPDL pourrait ainsi permettre l’élaboration de copolymères PEGylés, dégradables et fonctionnalisables par NMP, pour des applications dans le domaine de la bioconjugaison et du drug delivery. / Nanomedicine, especially for cancer treatment, has attracted much interest over the last fifteen years, developing innovative strategies for targeting diseased tissues. Further improvements of these approaches will require advanced new materials affording versatility, functionalities and specific physico-chemical properties, all advantages offered by the controlled radical polymerization (CRP) techniques. These radical polymerizations already showed their great potential through various efficient anticancer polymer nanocarriers but all lacking of degradability, which may hinder any actual developments.Anticipating the needs, this project focused on the synthesis of degradable PEG-based polymers by nitroxide-mediated polymerization (NMP), as an early stage in the usual process of nanocarrier design. To do so, NMP of oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (MeOEGMA) has been for the first time combined to the radical ring-opening polymerization (rROP) of various cyclic ketene acetals (CKAs), known as ester precursors.Among three CKAs tested, 2-methylene-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL) has shown a unique ability to copolymerize with methacrylate derivatives, likely due to a styrene-like open structure allowing for its use in NMP. Through a careful study of the control and livingness properties of these copolymers, MPDL was also demonstrated to be the first degradable controlling comonomer for polymethacrylate synthesis. The degradability of the resulting PEG-based copolymers was proven to be proportional to the adjustable amount of MPDL inserted, up to complete degradation. These copolymers showed no cytotoxic effect on various cell types (fibroblasts, endothelial cells and macrophages), and an additional study of the innocuousness of their degradation products led to similar results, underlining their potential biocompatibility which, if confirmed, would allow these materials to be used for biomedical applications.A second project about a new azlactone-functionalized SG1-based alkoxyamine (AzSG1) was also set up, as initiator for the synthesis of functionalizable polymers by NMP. Using the AzSG1 alkoxyamine, the NMP of styrene, n-butyl acrylate and methyl methacrylate were successfully performed, as well as a quantitative coupling of benzylamine as proof of concept. In the near future, making use of this functionalizable initiator for copolymerizing MeOEGMA with MPDL may allow the easy synthesis of functionalized degradable copolymers by NMP, for bioconjugation and drug delivery applications.

D’après l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), les maladies cardiovasculaires (CVDs) sont la cause majeure de morbidité et de mortalité dans le monde. Dans un contexte où les thérapies non chirurgicales impliquent une administration de molécules actives à hautes doses, limiter les effets secondaires et augmenter l’efficacité thérapeutique est un enjeu majeur. Une possible réponse à cette problématique est l’utilisation de nanoparticules polymères encapsulant des molécules actives. Pour des applications de délivrance de principe actif et/ou de génie tissulaire, les polymères utilisés doivent suivre certains critères : (i) la biodégradabilité ; (ii) la biocompatibilité ; (iii) l’uniformité des chaînes polymères et (iv) une fonctionnalisation aisée par les molécules d’intérêt. Dans ce contexte, des copolymères dégradables obtenus par polymérisation radicalaire par ouverture de cycle (rROP) entre les acétals de cétène cyclique (CKAs) et des monomères vinyliques semblent satisfaire à ces critères. En effet, les CKAs sont des monomères cycliques qui s’ouvrent par voie radicalaire et permettent la formation de fonctions esters dans le squelette polymère au cours de la polymérisation. Hormis les CKAs bien connus (e.g., 2-methylene-1,3-dioxepane (MDO), et 2-methylene-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL)), un besoin de nouveaux CKAs plus hydrophiles et/ou avec de nouvelles fonctionnalités est récemment apparu. Par conséquent la synthèse de nouveaux CKAs a été étudiée.Par ailleurs, les calculs par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont démontré que la copolymérisation radicalaire du MDO avec des dérivés d’éther de vinyle (VE) était quasi idéale, ce qui fut par la suite confirmé expérimentalement. Ainsi, ce système a permis l’obtention via un mécanisme radicalaire de copolymères similaires à des polyesters, en particulier à la polycaprolactone (PCL), hautement fonctionnels via l’utilisation de divers VE. La dégradation hydrolytique des P(MDO-co-VE) ainsi obtenus a été étudiée en conditions accélérées et physiologiques. Les copolymères ont montré une vitesse de dégradation dépendant du taux de MDO et de la nature du VE. L’hydrolyse en conditions physiologiques des P(MDO-co-VE) a donné des taux de dégradation comparables à ceux obtenus pour l’acide polylactique (PLA) et la PCL, tous deux approuvés par l’agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux (FDA). La dégradation enzymatique assistée par les lipases Candida antartica a également été étudiée, donnant une dégradation quasi complète des copolymères en 48 h. En plus d’être biodégradables, l’avantage des P(MDO-co-VE) est que les fonctions portées par les VE ont permis une fonctionnalisation aisée des copolymères via le greffage de petites molécules ou des macromolécules telles que des chaînes de poly(éthylène glycol) (PEG) ; soit après polymérisation (approche “grafting to”) soit avant polymérisation (approche “grafting through”). Les propriétés physico-chimiques ont pu être finement ajustées, permettant ainsi la formulation de nanoparticules stables convenant à des applications de délivrance de principes actifs. / According to the World Health Organization (WHO), cardiovascular diseases (CVDs) are the major cause of morbidity and mortality in the world. In a context where non-surgical therapy involves active molecules administration at high doses, circumventing possible toxic side effects and increasing the therapeutic effect is a major challenge. Thus, the use of drug-loaded polymeric nanoparticles may represent a potential solution to this problem. For drug delivery and/or tissue engineering applications, polymers should follow some criteria: (i) biodegradability; (ii) biocompatibility; (iii) uniformity of the polymer chain and (iv) possibility of functionalization with molecules of interest. As such, degradable copolymers were obtained by radical ring-opening copolymerization (rROP) between cyclic ketene acetals (CKAs) and vinylic monomers and fulfilled all those criteria. Indeed, CKAs are cyclic monomers which open through a radical mechanism and give degradable ester functions in the polymer backbone upon polymerization. Besides well-known CKAs (e.g., 2-methylene-1,3-dioxepane (MDO), and 2-methylene-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL)), a crucial need for new CKAs that would be more hydrophilic and/or with new functionalities has recently emerged. Therefore, synthesis of new CKAs was investigated.In addition, the rROP of MDO and vinyl ether (VE) derivatives was predicted to be quasi-ideal by Density Functional Theory (DFT) calculations and subsequently confirmed experimentally. Thus, this system gave the opportunity to obtain polyester-like copolymers, especially polycaprolactone-like polymers, highly functional from the use of functional VE derivatives. Hydrolytic degradation of the resulting P(MDO-co-VE) was investigated under accelerated and physiological conditions. Copolymers showed tunable degradation rate as a function of the MDO content and of the nature of the VE. Hydrolysis in physiological conditions of P(MDO-co-VE) copolymers led to a degradation rate comprised between those obtained for polylactide (PLA) and PCL, both approved by the Food and Drug Administration (FDA). Enzymatic degradation by lipases Candida antartica was also studied, leading to nearly complete degradation in 48 h. In addition to be hydrolytically and enzymatically degradable, a strong advantage of P(MDO-co-VE) copolymers rely in their easiness of functionalization via the use of various VE moieties, leading to efficient grafting by small molecules or macromolecules such as poly(ethylene glycol) (PEG) chains; either after polymerization (“grafting to” approach) or before polymerization (“grafting through” approach). Physicochemical properties were finely tuned enabling the formulation of stable nanoparticles suitable for drug delivery purpose.

La fonctionnalisation C(sp3)-H catalysée par des métaux de transitions, ouvre de nombreuses perspectives en synthèse organique, permettant des voies d'accès plus économes en atomes, et en étapes à des molécules à forte valeur ajoutée. Dans cette optique, une méthode efficace permettant l'arylation des liaisons C(sp3)-H en position α d'un groupement attracteur, plus communément appelée α -arylation a récemment fait l'objet d'une attention toute particulière de la part de la communauté scientifique. Le travail détaillé dans ce manuscrit décrit les dernières avancées de cette méthodologie, ainsi qu'une variante «β-arylation » développée au laboratoire qui constitue une évolution significative dans le domaine de l'arylation regiosélective des liaisons C(sp3)-H non activées. Dans le cadre de ce projet de thèse nous nous sommes efforcés de développer cette nouvelle réaction que nous avons pu optimiser pour l'étendre à une famille plus étendue de substrats de type amino-esters. Dans la continuité de ce travail nous avons réalisé la première réaction d'arylation migratoire sélective d'amino-esters pouvant aller jusqu'à la position η d'une chaîne alkyle linéaire. Enfin, dans le but d'accéder à de nouvelles molécules à plus haute valeur ajoutée, nous avons pu appliquer notre méthodologie aux acetals de cétènes silylés permettant de dépasser certaines limitations du système existant. Dans ce cas précis, des conditions plus douces (sans base forte) ont permis l'arylation de substrats dits sensibles et par extension la synthèse de lactones fonctionnalisées / The transition metal catalysed functionalization of C(sp3)-H bonds unlocks numerous perspectives within organic synthesis in terms of atom economical access routes to otherwise difficult to synthesise molecules. One efficient method to exact such transformations involves the exploitation of an activated C-H bond situated adjacent to an activating electron withdrawing group, allowing facile insertion of a transition metal catalyst species and subsequent functionalization with a new species (normally an aryl group). This strategy is generally termed ‘α-functionalization’. The work detailed within this manuscript describes a diversion from the classic, and well documented α-functionalization reaction, in which rearrangement steps within the catalytic cycle give rise to β- and more remote substrate functionalization. The first new methodology to be described involves a fundamental extension to the in-house developed β-arylation reaction, in which, through careful substrate and ligand choice, this methodology could be applied to achieve the functionalization of simple ester enolates in remote γ- to η - positions. The developed strategy allowed the synthesis of a small range of interesting homophenylalanine analogues, and higher homologues. The second methodology to be described involves a necessary modified protocol for the β-arylation reaction, in which silyl ketene acetals were exploited as mild metal-enolate surrogates, allowing the coupling of base-sensitive substrates. The previously described reaction scope has been extended in terms of both the electrophile and nucleophile coupling partners through the development of mild reaction conditions, which subsequently allowed application of several products towards the synthesis of lactones

Η Ecteinascidin 743 είναι ένα σπουδαίο αντικαρκινικό φάρμακο, που καταστρέφει μέσω αλκυλίωσης τα καρκινικά κυττάρα και είναι εμπορικά διαθέσιμο με το όνομα Yondelis. Χρησιμοποιείται στην Ευρώπη, τη Ρωσία και τη Νότια Κορέα για τη θεραπεία του σαρκώματος του μαλακού ιστού, δηλαδή καρκίνου των ιστών που υποστηρίζουν το σώμα, όπως οι μύες, τα αιμοφόρα αγγεία και άλλα είδη ιστών που υποστηρίζουν και προστατεύουν τα όργανα του σώματος. Η Ecteinascidin 743 βρίσκεται υπό κλινικές δοκιμές για τη θεραπεία και άλλων μορφών καρκίνου, όπως του καρκίνου του μαστού, του προστάτη, των ωοθηκών, των νεφρών, των πνευμόνων και του μελανώματος. Απομονώθηκε από το μικρό θαλάσσιο οργανισμό, Ecteinascidia turbinate, που ζει στις θάλασσες της Καραϊβικής και ανακαλύφθηκε ότι έχει αντικαρκινική δράση το 1969. Αυτό το φυσικό προϊόν αποτέλεσε πηγή έμπνευσης για την παρούσα ερευνητική εργασία, όπου στην ρετροσυνθετική του πορεία (Εικόνα 3) περιλαμβάνεται η σύνθεση ενός μορίου πιπεραζίνης, καθώς και ενός β-λακταμικού δακτυλίου. Οι β-λακτάμες χρησιμοποιούνται σήμερα ως βακτηριοκτόνα, αντιβιοτικά, αναστολείς των πρωτεασών σερίνης και αναστολείς της ακυλομεταφεράσης της χοληστερολης (acyl-CoA: cholesterol acyltransferase, ACAT), η οποία είναι υπεύθυνη κυρίως για την αθηροσκληρωτική στεφανιαία καρδιακή νόσο. Η ασθένεια αυτή αποτελεί ήδη την πιο κοινή μορφή ασθένειας που προσβάλλει την καρδιά και μία σημαντική αιτία πρόωρου θανάτου στην Ευρώπη, σε κράτη της Βαλτικής, τη Ρωσία, τη Βόρεια και Νότια Αμερική, την Αυστραλία και τη Νέα Ζηλανδία. Η αθηροσκλήρωση σχετίζεται με την στεφανιαία καρδιακή νόσο, η οποία αποδίδεται στην ανικανότητα της στεφανιαίας κυκλοφορίας να τροφοδοτεί με επαρκές αίμα το μυ της καρδιάς και τους περιβάλλοντες ιστούς. Οι παράγοντες που οδηγούν στην αθηροσκλήρωση είναι τα υψηλά επίπεδα χοληστερόλης, η υπέρταση, ο διαβήτης, το κάπνισμα, οι κακές διατροφικές συνήθειες, η παχυσαρκία και η έλλειψη σωματικής άσκησης. Οι παραπάνω δράσεις των β-λακταμών έχουν καταστήσει πολύ ενδιαφέρουσα τη στερεοεκλεκτική και εναντιοεκλεκτική σύνθεση αυτών. Ένας β-λακταμικός δακτύλιος είναι μία λακτάμη με δομή ετεροατομικού τετραμελούς δακτυλίου, που αποτελείται από τρία άτομα άνθρακα και ένα άτομο αζώτου. Ο β-λακταμικός δακτύλιος είναι μέρος της δομής μερικών κατηγοριών β- λακταμικών αντιβιοτικών, όπως οι πενικιλίνες, οι κεφαλοσπορίνες, οι κεφαμυκίνες, οι καρβαπενέμες, οι μονοβακτάμες, και οι τρινέμες. Οι ενώσεις των β-λακταμών παρασκευάστηκαν σύμφωνα με την Mannich αντίδραση μέσω σουλφινιμινών. Οι πιπεραζίνες χρησιμοποιούνται σήμερα ως μυκητοκτόνα, αγχολυτικά, αντιικά, και ανταγωνιστές του υποδοχέα της σεροτονίνης (5-HT). Η τελευταία θεραπευτική ικανότητα των πιπεραζινών είναι πλέον ένα θέμα εκτενούς επιστημονικής έρευνας και περιλαμβάνει υποδοχείς-στόχους που ανήκουν στην κατηγορία των υποδοχέων συζευγμένων με G-πρωτεΐνη (G-ptotein-coupled receptors, GPCRs). Η εκλεκτικότητα των πιπεραζινών για τις GPCRs εμφανίζεται εξαιτίας της βασικότητας. Αυξάνοντας το μέγεθος του όρθο υποκαταστάτη σε Ν-άρυλο πιπεραζίνες, αυξάνεται η ικανότητα πρόσδεσής τους και η λειτουργική τους δραστικότητα. Οι πιπεραζίνες είναι οργανικές ενώσεις, που αποτελούνται από έναν εξαμελή δακτύλιο, ο οποίος περιέχει δύο άτομα αζώτου, που βρίσκονται στις θέσεις 1 και 4 του δακτυλίου. Οι ενώσεις των πιπεραζινών παρασκευάστηκαν σύμφωνα με την Diels-Alder αντίδραση μέσω σουλφινιμινών. Οι σουλφινιμίνες αποτέλεσαν το μόριο-κλειδί για την σύνθεση όλων των τελικών επιθυμητών προϊόντων και είναι γνωστές ως πολύ καλοί πρόδρομοι αμινών, όταν αντιδράσουν με οργανομεταλλικές ενώσεις [RLi, RMgX (αντιδραστήρια οργανολιθίου, αντιδραστήρια Grignard)]. Οι οπτικώς καθαρές σουλφινιμίνες είναι σημαντικές δομικές μονάδες (building blocks) στην ασύμμετρη σύνθεση άμινο παραγώγων, και παρασκευάζονται σε πολύ καλές αποδόσεις μέσω ενός σταδίου από αρωματικές, ετεροαρωματικές και αλιφατικές αλδεΰδες. Στην παρούσα ερευνητική μελέτη συντέθηκαν νέες β-λακταμικές ενώσεις και υποκατεστημένες ενώσεις πιπεραζίνης, συμπληρώνοντας έτσι και ενισχύοντας τα ήδη υπάρχοντα δεδομένα για τις συγκεκριμένες κατηγορίες ενώσεων αφενός και, αφετέρου, παρέχοντας νέα δεδομένα για την ολική σύνθεση του φυσικού προϊόντος, Ecteinascidin 743 (σύνθεση των εξαμελών αζόξυ προϊόντων 18, 19 και 20). Η ρετροσυνθετική ανάλυση της Ecteinascidin 743, που περιγράφηκε αρχικά, δύναται να εφαρμοστεί, σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας ερευνητικής εργασίας. / Ecteinascidin 743 is an important antitumor drug that can service a novel way of killing cancer cells, and it is sold under the brand name Yondelis. It has been approved for use in Europe, Russia and South Korea for the treatment of advanced soft tissue sarcoma, cancers of the supporting tissues of the body, such as muscles, fat, blood vessels or in any other tissues that support, surround and protect the organs of the body. Ecteinascidin 743 is undergoing clinical trials for the treatment of breast, prostate, ovarian, renal, lung, and melanoma cancers. It is isolated from the Caribbean tunicate Ecteinascidia turbinate, and was found to have anticancer activity in 1969. We were inpired by this natural product and as we can observe from its retrosynthetic analysis (Scheme 3), the synthesis of a piperazine molecule and a β-lactam ring are involved. The extreme importance of β-lactams serving not only as bactericidal and as key structural units of several important antibiotics, but also as mechanism-based inhibitors of serine proteases and as inhibitors of acyl-CoA cholesterol acyltransferase (ACAT), which is mainly responsible for atherosclerotic coronary heart disease. Coronary heart disease is already the most common form of disease affecting the heart and is an important cause of premature death in Europe, the Baltic states, Russia, North and South America, Australia and New Zealand. Atherosclerosis is most commonly equated with atherosclerotic coronary artery disease, which is rendered in the failure of the artery circulation to supply with sufficient blood the heart muscle and the surrounding tissues. Risk factors for the coronary heart disease include high levels of cholesterol, hypertension, diabetes, smoking, bad diet habbits, obesity, and lack of excercise. The above activities of β-lactams have propelled strong resurgent interest toward their stereoselective and enantioselective synthesis. A β-lactam ring is a lactam with a heteroatomic four-membered ring structure, consisting of three carbon atoms and one nitrogen atom. Penicillins, cephalosporins, cephamycins, carbapenems, monobactams, and trinems are classified as b-lactam antibiotics. β-Lactams were prepared by the Mannich reaction using sulfinimines. Piperazines are used now-a-days as antifungals,antidepressants, antiviral, and serotonin receptor antagonists (5-HT). The latter therapeutic area of piperazines has been the subject of intense research and includes targets belonging to the G-Protein- Coupled Receptor (GPCR) superfamily. The selectivity of piperazines towards GPCRs has deen attributed to their basicity. Increasing the size of the ortho substituent in N-aryl piperazines resulted in an increase in binding affinity and functional potency. Piperazines are organic compounds that consists of a six-membered ring containing two opposing nitrogen atoms, at the 1 and 4 positions of the ring. Piperazines were prepared by the Diels-Alder reaction using sulfinimines. Sulfinimines are the key-compounds for the synthesis of the final desirable products described herein and excellent precursors of amines, when they react with organometallic compounds [RLi, RMgX (organolithium reagents, Grignard reagents)]. Enantiomerically pure sulfinimines representing, important building blocks in the asymmetric synthesis of amine derivatives, are prepared in high yields in one step from aromatic, heteroaromatic, and aliphatic aldehydes. In this project, novel β-lactam compounds and substituted piperazine compounds were synthesized, in order to complete and highlight the already existing data for these specific compounds classes and provide new data about the total synthesis of the natural product, Ecteinascidin 743 (synthesis of six-membered azoxy products 18, 19 and 20). The retrosynthetic analysis of Ecteinascidin 743 could be viable given the result described in Scheme 44.

La copolymérisation radicalaire par ouverture de cycle contrôlée par les nitroxydes entre les esters méthacryliques et les acétals de cétène cycliques a permis de synthétiser des copolymères vinyliques bien contrôlés et dégradables contenant des fonctions esters le long de la chaine polymère. Plus précisément, des copolymérisations entre le 2-méthylène-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL) et l’oligo(éthylène glycol) méthyl éther méthacrylate (OEGMA) ou le méthacrylate de méthyle (MMA) ont été amorcées par une alkoxyamine basée sur le nitroxyde SG1. Des copolymères de type P(OEGMA-co-MPDL) et P(MMA-co-MPDL) ont été obtenus et dégradés hydrolytiquement en conditions accélérées ou physiologiques. Leurs cinétiques de dégradation furent également comparées à celles de polyesters traditionnels (e.g., PLGA, PLA and PCL) où il a été montré que la dégradation des copolymères de P(OEGMA-co-MPDL) pouvait être ajustée par la stœchiométrie initiale en monomères et qu’elle se situait entre celles du PLA et du PCL. En revanche, les copolymères de P(MMA-co-MPDL), plus hydrophobes, ont présenté une hydrolyse très lente, bien inférieure à celle du PCL. Dans un deuxième temps, une nouvelle famille de prodrogues polymères dégradable a été synthétisé par copolymérisation radicalaire par ouverture de cycle contrôlée par les nitroxydes entre le MPDL et l’OEGMA ou le MMA, à partir d’un amorceur couplé à un principe actif (méthode du principe actif amorceur). Pour ce faire, la Gemcitabine, un principe actif anticancéreux, a été couplé à une alcoxyamine à base SG1 qui fut ensuite utilisée pour amorcer la réaction de copolymérisation. Les copolymères ainsi obtenus ont montré des propriétés de libération de la Gem et des activités cytotoxiques sur différentes lignées cellulaires en relation avec la nature de l’ester méthacrylique utilisé, la nature de la liaison entre la Gem et le copolymère ainsi que le taux de MPDL dans le copolymère. Cette étude nous a permis d’extraire des relations de type structure-activité importantes pour des développements futurs. / Nitroxide-mediated radical ring-opening copolymerization of methacrylic esters and cyclic ketene acetals was investigated and enabled the synthesis of well-defined degradable vinyl copolymers containing ester groups along the main chain, whose amount was readily adjusted by changing the initial comonomer feed. More specifically, the copolymerizations of 2-methylene-4-phenyl-1,3-dioxolane (MPDL) and either oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA) or methyl methacrylate (MMA) were initiated by an alkoxyamine initiator based on the SG1 nitroxide. It led to a library of P(OEGMA-co-MPDL) and P(MMA-co-MPDL) materials that were hydrolytically degraded under both accelerated and physiological conditions. Their hydrolytic degradation kinetics were also benchmarked against traditional polyesters (e.g., PLGA, PLA and PCL) where P(OEGMA-co-MPDL) copolymers showed tunable degradation rates as function of the MPDL content, being in between those of PLA and PCL. Conversely, the more hydrophobic P(MMA-co-MPDL) copolymers exhibited much slower hydrolysis than that of PCL. In a second step, a new class of degradable polymer prodrugs was developed by nitroxide-mediated radical ring-opening copolymerization of MPDL with OEGMA or MMA, from a drug-bearing initiator (‘drug-initiated’ method). To do so, Gemcitabine, an anticancer drug, was derivatized with a SG1-based alkoxyamine to initiate the copolymerization reaction. The resulting degradable polymer prodrugs exhibited interesting characteristics in terms of drug release and in vitro cytotoxicity, depending on the nature of the methacrylic ester used, the nature of the linker between the drug and the polymer and the MPDL content. This study enabled us to extract important structure-activity relationships of great importance for further development.