Ces travaux de thèse traitent de l’étude de glycolipides et plus précisément d’esters de trehalose pour la synthèse de nouveaux polymères bio-sourcés. Des monoesters et diesters de trehalose ont ainsi été synthétisés par estérification des alcools primaires du trehalose avec des acides gras selon deux voies de synthèse. La première utilisant un agent de couplage peptidique ne nécessite pas l’utilisation de groupement protecteur pour estérifier sélectivement les alcools primaires. La deuxième est une estérification sélective catalysée par une lipase. L’auto-assemblage des esters de tréhalose a ensuite été étudié. Les monoesters possèdent des propriétés tensio-actives dans l’eau et le trehalose monoeruçate a la capacité de gélifier l’eau. Les diesters, quant à eux sont de bons gélifiants pour les solvants organiques etles huiles végétales. Par conséquent, des gels ont été préparés dans trois huiles végétales, puis leur morphologie et leur propriété rhéologique ont été étudiées. Ensuite, les diesters ont été fonctionnalisé et polymérisés selon différentes stratégies. Ainsi, des polyuréthanes et des poly(hydroxyuréthane)s ont été synthétisés par polycondensation tandis que des glycopolyesters ont été obtenus par polymérisation par métathèse et addition thiol-ène. Finalement,les propriétés d’auto-assemblage de ces polymères ont été étudiées. Ces derniers peuvent former des nanoparticules par la méthode de déplacement de solvants. / The aim of this thesis was to study glycolipids and particularly trehalose esters for the synthesis of new bio-sourced polymers. Trehalose monoesters and diesters were synthesized by two esterification pathways of the primary alcohol of trehalose with different fatty acids. The first synthetic route is a protective group-free esterification using a peptide coupling agent and the second one is a lipase-catalyzed esterification. The self-assembly properties of the trehalose esters were investigated. Trehalose monoesters showed surfactant properties in water and trehalose monoerucate was even able to form gels in water. The trehalose diesters appeared to be good gelators for organic solvent and vegetable oil. Thus, gels in three vegetable oils were prepared and their morphology and rheological properties were studied. Afterwards, trehalose diesters were functionalized and polymerized with different strategies.Thus, polyurethanes and poly(hydroxyurethane)s were obtained by polycondensation where as glyco-polyesters were synthesized by acyclic diene metathesis (ADMET) and thiol-enepolymerization. Finally, the self-assembly properties of these polymers were investigated. The latter were able to form some nanoparticles by solvent displacement method.

Le sujet de cette thèse concerne l’élaboration de copolymères greffés possédant un squelette poly(1,4-butadiène) et une haute densité de greffons polaires. La synthèse de copolymères à squelette strictement poly(1,4-butadiène) et possédant une haute densité de greffons selon un enchaînement strictement tête-à-tête a été réalisée par polymérisation par ouverture de cycle par métathèse (ROMP) de monomères cyclobutène 3,4-disubstitués. Le choix des greffons polaires s’est porté sur des poly(Ɛ-caprolactone)s (PCL) et des poly(L-lactide)s (PLLA) obtenus par polymérisation par ouverture de cycle (ROP). Ces polyesters aliphatiques qui présentent une biocompatibilité élevée et une (bio)dégradation rapide, sont utilisés dans de nombreuses applications biomédicales. De plus, les copolymères greffés à greffons polyester peuvent donner accès à des nanomatériaux poreux suite à leur organisation en solution ou à l’état solide, suivie de l’hydrolyse des chaînes polyester.Les copolymères greffés poly(1,4-butadiène)-g-polyester ont été synthétisés selon les stratégies grafting through et grafting from, à partir d’inimers (initiator-monomer) cyclobutène portant une ou deux fonctionalités alcool, capable d’amorcer la ROP du L-lactide ou de l’ Ɛ-caprolactone. La stratégie grafting through a, dans un premier temps, été étudiée. Des macromonomères polyester de type PCL ou PLLA ont été synthétisés. La ROMP de ces macromonomères a conduit à des copolymères greffés poly(1,4-butadiène)-g-polyesters en forme d’étoile de structure définie et dont la densité des greffons est parfaitement contrôlée. La stratégie grafting from a, quant-à-elle, permis d’accéder à des copolymères greffés en forme de peigne. L’organisation des architectures macromoléculaires obtenues a été visualisée par microscopie à force atomique (AFM) et microscopie électronique à transmission (TEM). / The objective of this work was the preparation of graft copolymers with a poly(1,4-butadiene) backbone and a high density of polar grafts. We used a consecutive Ring-Opening Metathesis Polymerization (ROMP)/Ring-Opening Polymerization (ROP) route to prepare poly(1,4-butadiene)-g-polyesters from cyclobutenyl macromonomers bearing one or two polyester segment(s) derived from L-lactide (L-LA) or Ɛ-caprolactone (Ɛ-CL). Poly(L-lactide)s (PLLA) or poly(Ɛ-caprolactone)s (PCL) are important polymers as they are easily (bio)degradable and have tremendous applications as engineering plastics and within the biomedical field. An attractive feature of polyester-grafted copolymers is their potential to act as building blocks for nanomaterials synthesis thanks to the hydrolytically degradable polyester grafts. Cyclobutenyl polyester macromonomers bearing one and two PCL or PLLA arms have been successfully prepared by organocatalyzed ROP of Ɛ-CL or L-LA from a cyclobutenyl alcohol acting as an initiator. Subsequent "grafting through" by ROMP using Grubbs’ second generation catalyst afforded poybutadiene brushes featuring pendant polyester (PLLA or PCL) side-chains. This efficient ROP/ROMP two-step approach has thus allowed the synthesis of well-defined poly(1,4-butadiene)-g-polyester copolymers. The synthesis of graft copolymers via the grafting from approach by ROMP and ROP was also studied. ROMP of 3,4-disubstituted cyclobutenes containing one and two initiating hydroxyl sites for ROP was first investigated with ruthenium initiators. The resulting well-defined poly(1,4-butadiene)s were then used as macroinitiators for the ROP of L-LA or Ɛ-CL. After the ROP, brush copolymers with high molecular weight have been obtained and characterized by microscopy.

Les réactions de macrocyclisation constituent un défi pour les chimistes de synthèse, car les sélectivités pour les réactions intramoléculaires par rapport à celles intermoléculaires sont difficiles à maximiser. Celles-ci sont donc effectuées dans des milieux dilués et sont souvent lentes. La chimie en flux continu a été utilisée pour améliorer les réactions présentées dans cette thèse, car elle permet un meilleur transfert de masse qui se traduit par un mélange et un chauffage plus efficace, donc des temps de réaction plus courts. À la suite d’introductions sur les macrocycles (Chapitre 1) et sur la métathèse d’alcènes (Chapitre 2), nos efforts pour améliorer l’étape de macrocyclisation par métathèse d’alcènes d’un musc découvert par l’industrie des fragrances sont décrits au chapitre 3. Alors que les conditions rapportées ne permettaient pas de réaliser cette réaction de façon reproductible sur une échelle de plus de 100 mg, il a été possible de l’effectuer sur une échelle d’un gramme grâce à l’emploi du catalyseur approprié. La réaction a été effectuée dans un montage traditionnel (ballon à fond rond) à température ambiante pour fournir 57% du macrocycle désiré après 5 jours. En comparaison, le montage en flux continu n’a nécessité que 5 minutes de temps de résidence à 150 °C pour fournir 32% de rendement. Le second projet présenté dans cette thèse porte sur la synthèse totale de la néomarchantine A (Chapitre 5) et est précédé d’une introduction sur les composés bisbibenzyliques (Chapitre 4). Cette synthèse a permis de démontrer l’avantage d’incorporer plusieurs étapes clés en flux continu. Différentes conditions ont été investiguées pour réaliser les deux étapes de couplage C-O en début de synthèse. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le couplage de Chan-Evans-Lam dans un cas (34%) et la substitution nucléophile (SNAr) dans l’autre (71%), ce qui a permis de s’éloigner des conditions classiques de couplage d’Ullmann. La première macrocyclisation par métathèse d’alcènes pour la synthèse d’un composé bisbibenzylique est également rapportée. Les conditions en flux continu ont permis de réaliser la réaction en seulement 10 minutes de temps de résidence avec un rendement de 49%, ce qui est similaire au rendement obtenu dans un montage traditionnel, mais qui nécessite 17 heures de temps de réaction. Précédé d’une introduction sur la photochimie (Chapitre 6), le chapitre 7 décrit la conception et l’évaluation d’un réacteur en flux continu adapté à la macrocyclisation photochimique. Celui-ci est inspiré des réacteurs à agitation continue (CSTR), mais est aminci pour permettre une irradiation plus uniforme. Son efficacité a été démontrée par l’application de la réaction d’oxydation aérobique de thiols en disulfures. En plaçant plusieurs réacteurs en série, un rendement d’environ 47% a été obtenu peu importe l’échelle de la réaction, allant de 100 mg à 1 g. En comparaison, le montage traditionnel, le réacteur standard en flux continu (PFR) ainsi que le réacteur CSTR n’ont pas été en mesure de fournir plus de 20% du macrocycle désiré. L’étendue de la réaction a été démontrée en synthétisant différents macrocycles d’intérêt biologique ou structurel avec des rendements entre 33 % et 50 %. / Macrocyclization reactions pose a challenge for synthetic chemists because the selectivity for the intramolecular reaction over intermolecular is difficult to achieve. They are usually done in diluted medium and are often slow. Continuous flow chemistry has been used to improve the reactions developed in the present thesis by allowing better mass and energy transfer which results in more efficient mixing and heating, and thus shorter reaction times. Following introductions on macrocycles (Chapter 1) and olefin metathesis (Chapter 2), our efforts to improve the olefin metathesis macrocyclization step of a musk discovered by the fragrance industry are described in Chapter 3. While the reported conditions did not allow the reaction to be performed reproducibly on a scale greater than 100 mg, the use of the appropriate catalyst allowed us to perform the reaction on a gram scale. The reaction was carried out in batch at room temperature to provide 57% of the desired macrocycle after 5 days. In comparison, the continuous flow setup required only 5 minutes of residence time at 150 °C to provide 32% yield. The second project focuses on the total synthesis of neomarchantine A (Chapter 5) and is preceded by an introduction on bisbibenzyl compounds (Chapter 4). The goal of the synthesis was to show the advantage of integrating several key steps in continuous flow. Different conditions were investigated to carry out the two C-O bond forming steps early in the synthesis. The best results were obtained with Chan-Evans-Lam coupling in one case (34%) and a SNAr reaction in the other (71%), which allowed to deviate from the classical conditions of Ullmann coupling. The first macrocyclization by ring-closing metathesis for the synthesis of a bisbibenzyl is also reported. The continuous flow conditions produced a 49% yield of a key macrocycle, which is similar to the batch results but only required 10 minutes of residence time in flow instead of 17 hours of reaction time in batch. Preceded by an introduction on photochemistry (Chapter 6), Chapter 7 describes the design and evaluation of a continuous flow reactor suitable for photochemical macrocyclization. It is inspired by CSTR reactors but is “flattened” to allow a uniform irradiation. Its effectiveness has been demonstrated by the application of aerobic oxidation of thiols to disulfides. By placing reactors in series, a yield of 47% was obtained regardless of the scale, ranging from 100 mg to 1 g. In comparison, the batch setup as well as the CSTR and PFR reactors were not able to provide more than 20% of the desired macrocycle. The scope of the reaction was demonstrated by synthesizing different macrocycles of biological or structural interest in yields of 33-50%.

La synthèse énantiosélective de la (+)-ambruticine S, un produit naturel antifongique a été effectuée au sein de notre groupe. Trois approches ont été développées pour la synthèse du fragment lactone (cycle A). Ces trois voies d’accès au cycle A ont pour intermédiaire commun le methyl α-D-glycopyranoside déjà porteur du diol requis et disponible commercialement à bon prix. Une désoxygénation de l’hydroxyle en C-4 et l’homologation d’un carbone de la chaine latérale en C-6 ont permis l’obtention du cycle lactonique A. Le deuxième projet est une collaboration entre le groupe Hanessian et ISIS Pharmaceuticals afin de développer de nouveaux oligonucléosides antisens. Les nucléosides antisens [4.3.0]-bicycliques cis et trans ont été synthétisés avec succès à partir d’un monosaccharide naturel commun, L-arabinose, porteur des stéréocentres requis. Un réaction clé d’allylation de Sakurai a permis d’obtenir les diastéréoisomères cis et trans dans des conditions de contrôle de type Felkin-Ahn et de contrôle par chélation respectivement. Les composés bicycliques finaux cibles ont été obtenus par une réaction d’aldol intramoléculaire catalyzéé par la proline, par métathèse de fermeture de cycle et par l’application de la méthode de Vorbrüggen pour la synthèse de nucléosides. / An enantioselective synthesis of the antifungal natural product (+)-ambruticin S has been accomplished in our group. For the synthesis of a ring A lactone fragment, three approaches were developed. They all started from commercially available and inexpensive methyl α-D-glycopyranoside, which already possesses the required diol unit. A deletion of the hydroxyl group at C-4 and a one-carbon homologation of the C-6 side chain furnished the ring A lactone. The second project is an ongoing collaboration between the Hanessian group and ISIS pharmaceuticals to develop new antisense oligonucleosides. The cis- and trans-[4.3.0]bicyclic antisense nucleosides were successfully synthesized from a common natural monosaccharide, L-arabinose, which bears the required stereocenters. A key Sakurai allylation led to the cis- and trans diastereomers under Felkin-Ahn and chelation-controlled conditions respectively. The final bicyclic targets were achieved by a practical proline-catalyzed intramolecular aldol reaction and ring-closing metathesis (RCM) strategy, and application of the Vorbrüggen method for nucleoside synthesis.

La synthèse énantiosélective de la (+)-ambruticine S, un produit naturel antifongique a été effectuée au sein de notre groupe. Trois approches ont été développées pour la synthèse du fragment lactone (cycle A). Ces trois voies d’accès au cycle A ont pour intermédiaire commun le methyl α-D-glycopyranoside déjà porteur du diol requis et disponible commercialement à bon prix. Une désoxygénation de l’hydroxyle en C-4 et l’homologation d’un carbone de la chaine latérale en C-6 ont permis l’obtention du cycle lactonique A. Le deuxième projet est une collaboration entre le groupe Hanessian et ISIS Pharmaceuticals afin de développer de nouveaux oligonucléosides antisens. Les nucléosides antisens [4.3.0]-bicycliques cis et trans ont été synthétisés avec succès à partir d’un monosaccharide naturel commun, L-arabinose, porteur des stéréocentres requis. Un réaction clé d’allylation de Sakurai a permis d’obtenir les diastéréoisomères cis et trans dans des conditions de contrôle de type Felkin-Ahn et de contrôle par chélation respectivement. Les composés bicycliques finaux cibles ont été obtenus par une réaction d’aldol intramoléculaire catalyzéé par la proline, par métathèse de fermeture de cycle et par l’application de la méthode de Vorbrüggen pour la synthèse de nucléosides. / An enantioselective synthesis of the antifungal natural product (+)-ambruticin S has been accomplished in our group. For the synthesis of a ring A lactone fragment, three approaches were developed. They all started from commercially available and inexpensive methyl α-D-glycopyranoside, which already possesses the required diol unit. A deletion of the hydroxyl group at C-4 and a one-carbon homologation of the C-6 side chain furnished the ring A lactone. The second project is an ongoing collaboration between the Hanessian group and ISIS pharmaceuticals to develop new antisense oligonucleosides. The cis- and trans-[4.3.0]bicyclic antisense nucleosides were successfully synthesized from a common natural monosaccharide, L-arabinose, which bears the required stereocenters. A key Sakurai allylation led to the cis- and trans diastereomers under Felkin-Ahn and chelation-controlled conditions respectively. The final bicyclic targets were achieved by a practical proline-catalyzed intramolecular aldol reaction and ring-closing metathesis (RCM) strategy, and application of the Vorbrüggen method for nucleoside synthesis.

Préalablement, une synthèse de l’aliskiren, un inhibiteur de la rénine développé pour le traitement de l’hypertension, a été réalisée auprès du groupe Hanessian. Durant cette synthèse, une réaction clé de cyclisation par métathèse, menant à la formation de lactone à neuf membres, a été réalisée. Durant cette réaction, nous avons observé une différence de réactivité entre les diastéréomères, menant à la formation de monolactones et de dilactones, générant ainsi de l’intérêt pour l’étude des facteurs en cause. Le présent mémoire rapporte et détaille les résultats de cette analyse quant à la formation de monomères versus celle de dimères par cyclisation à l’aide de catalyseurs de Grubbs et l’impact de différentes conditions réactionnelles et la diastéréochimie relative sur la réaction. Un intérêt pour la formation de liens benzyliques nous a incité à approfondir notre compréhension d’une méthodologie de substitution nucléophile diastéréosélective catalysée par des acides. Le rationnel mit de l’avant par les groupes Bach et Olah a procuré une compréhension du mécanisme réactionnel sur lequel nous avons basé nos observations subséquentes. Nous avons porté notre attention sur l’alkylation d’arènes, de phénols et de sulfonamides. Diverses régiosélectivités et diastéréosélectivités ont pu être observées en présence de substrats dérivés de la synthèse de l’aliskiren, de nitroalcools ainsi que de azidoalcools en utilisant plusieurs acides de Lewis et de Brønsted. / Previously, a synthesis of aliskiren, a renin inhibitor developed for the treatment of hypertension, was developed in the Hanessian group. As part of that synthesis, they used a ring-closing metathesis which led to the formation of a nine-membered lactone, a key intermediate of the synthesis. During the reaction, we observed a difference in reactivity between the various diastereoisomers leading to the formation of mono- and dilactones, inciting us to study the various factors involved. The present master’s thesis reports and details the results of the study of monomers versus dimers formation by cyclization using Grubbs’s catalysts and the effect of various reaction conditions and relative configuration on the reaction. An interest for the formation of benzylic bonds drove us to deepen our comprehension of a methodology of diastereselective nucleophilic substitution catalysed by acids. The rational brought forth by the Bach and Olah groups served as a basis for our understanding of the mechanism involved upon which we based our following observations. We focused our attention on the alkylation of arenes, phenols and sulfonamides. Various regioselectivities and diastereoselectivities were observed on substrates derived from the aliskiren’s synthesis, nitroaocohols and azidoalcohols while using various Lewis and Brønsted acids.

Une nouvelle approche pour la synthèse de l’aliskiren, un puissant inhibiteur de la rénine pour le traitement de l’hypertension chez l’homme, a été développée. De cette approche, des étapes clés tels qu’une allylation avec un des catalyseurs de MacMillan, une cyclisation par métathèse (RCM) pour la préparation d’une lactone à neuf membres et une séquence de réactions d’aziridination diastéréosélective/réarrangement de cycle par une catalyse acide donnant un produit aminohydroxylé ont permis de compléter la synthèse de l’aliskiren en 11 étapes. Durant l’élaboration de la séquence de réactions pour la préparation de l’aliksiren, il a été noté que la lactone à neuf membres avait une facilité à se réarranger via des intermédiaires quinonoïdaux et les produits issus de cette tendance ont été analysés. De plus, une étude sur la réaction de RCM, donnant la lactone à neuf membres, a montré une dépendance envers la nature diastéréomérique du substrat de départ. Une méthodologie d’alpha-allylation asymétrique de cétones catalysée au palladium, tirant avantage d’un ligand chiral PHOX, a été explorée et utilisée en vue de la synthèse de l’aliskiren. De cette méthode, une étude pour la synthèse de produits alpha-allylcétones acycliques a été démontrée et un effet d’additif sur la sélectivité et la vitesse de réaction a été découvert. De plus, la production d’un intermédiaire avancé d’un produit d’intérêts a été accomplie et la nature de la contribution de l’additif a été investiguée. Les produits obtenus depuis la méthodologie d’allylation catalysée au palladium et la formation d’intermédiaire cationique des certains dérivés de la synthèse de l’aliskiren ont inspirés une nouvelle approche faisant appel à des techniques d’alkylation en catalyse acide pour la formation de produits diaryliques. Il a été trouvé que le catalyseur de chlorure d’or(III) et de triflate de bismuth(III) étaient particulièrement efficaces, démontrant une différence de cinétique pour la réactivité d’un mélange diastéréoisomériques d’alcools alpha-substitués de départ. / A new synthetic route toward aliskiren, a potent renin inhibitor for the treatment of hypertension in man, was achieved. In this approach, the use of key steps such as an asymmetric allylation catalyzed by one of MacMillan’s catalysts, a ring closing metathesis for the formation of a 9-membered lactone and a catalytic aziridination/diastereoselective acid-catalyzed ring rearrangement reaction sequence leading to an aminohydroxylated product permitted us to achieve an 11-step synthesis of aliskiren. While elaborating the sequence towards the inhibitor, the tendency of the cyclic intermediate to rearrange through a quinonoid intermediate was observed. The products of the rearrangement were analyzed. Furthermore, studies exploring the formation of the nine-membered ring lactone demonstrated a dependency on the diastereomeric nature of the substrates. A new allylation methodology was explored for the preparation of aliskiren, in which a palladium catalyzed decarboxylative asymmetric alkylation took place in the presence of a chiral PHOX ligand. The scope of the reaction was studied varying substituents on acyclic alpha-allylketones and an additive effect was noticed with respect of the reaction rate and selectivity. In addition to the preparation of molecules with pharmaceutical interest, few experiments to elucidate the role of the additive in the allylation reaction were investigated. Inspired by our observation of quinonoid formation and our use of the palladium asymmetric allylation method to generate an alpha-stereogenic center, we anticipated that a diastereoselective synthesis of a key intermediate for the synthesis of aliskiren could be accomplished by introducing a nucleophile on a quinonoid intermediate from the least hindered face, under catalytic and acidic conditions. Gold(III) chloride and bismuth(III) triflate were found to be especially efficient as catalysts, showing kinetically controlled differentiation in the reactivity of diastereomeric alpha-substituted benzyl alcohols.