Dans la première partie nous décrivons la synthèse et l'évaluation biologique de nouveaux inhibiteurs de l'agrégation plaquettaire, composés dont la structure a été établie en partant du 12-HETE et du 13-HODE. Dans la seconde partie nous développons de nouvelles méthodologies pour la préparation de molécules contenant des motifs CF₂R. Tout d'abord une stratégie très flexible a été mise au point pour la préparation de composés gem-difluorobisaryliques et de leurs analogues hétéroaromatiques. Elle est basée sur l'emploi d'intermédiaires gem-difluoropropargyliques faciles d'accès. Par une séquence de Diels-alder-aromatisation on obtient les molécules cibles de la première série. Pour la seconde, des réactions de cycloaddition dipolaire 1,3 ont été utilisées. A partir de ces intermédiaires, des chimiothèques ciblées de molécules fluorées ont été préparées. Nous nous sommes intéressés ensuite à la synthèse de composés fluorés fonctionnalisés et chiraux à travers des réactions d'organocatalyse asymétrique. A partir d'énals gem-difluorés des réactions de Diels-Alder et des additions 1,4 asymétriques ont été réalisées avec succès. / The first part of the thesis deals with the synthesis and biological evaluation of new platelets aggregation inhibitors, based on 12-HETE, 13-HODE and their analogues. In the second part we are interested in novel methodologies for the preparation of CF₂-containing molecules : First, a flexible strategy for the synthesis of gem-difluoro-bisarylic derivatives and heteroaromatic analogues was designed based on the easy synthesis and the reactivity of gem-difluoro propargylic intermediates, which by Diels-Alder cycloaddition and 1,3-dipolar cycloadditions afforded respectively the bisarylic and mixed arylic heteroarylic scaffolds. In addition, two small libraries were constructed around a bisarylic scaffold as representative examples. Second, we were interested in the synthesis of optically active functionalized molecules containing a gem-difluoro group, using asymmetric organocatalysis protocols. After preparation of the gem-difluoro enals, from their difluoropropargylic precursors, asymmetric organocalytic Diels-Alder cycloaddition and 1,4-conjugated additions were successfully performed.

Pour développer de nouveaux outils synthétiques, nous avons élaboré des variantes de la réaction de Petasis. L’utilisation des α-amino aldéhydes dans la réaction de Petasis a permis de synthétiser des diamines chirales avec une diastéréosélectivité totale. La réaction a donnée de bons résultats avec différents groupements protecteurs de l’amine (sulfonamide, carbamate, amide). Cependant au cours de la réaction, les amino aldéhydes s’épimérisent et l’excès énantiomérique des diamines préparées est donc faible (30%). La réaction de Petasis a été associée à la réaction de Diels-Alder dans un procédé domino pour aboutir à l’obtention de composés de type hexahydroisoindole. La réaction domino est complètement diastéréosélective et les molécules sont obtenues de manière énantiopure. Un second procédé domino, utilisant une réaction de métathèse croisée suivie d’une addition 1,4 intramoléculaire, a permis d’obtenir des composés possédant un motif morpholine de manière diastéréosélective. Une version intramoléculaire de la réaction de Petasis a été mise au point dans le but d’obtenir des carbocycles à six chainons. Cette réaction a permis de préparer la (+)-conduramine C-4 en peu d’étapes. La cyclisation a montré une diastéréosélectivité surprenante puisque la configuration entre l’amine nouvellement formée et l’alcool est trans. Cette configuration est opposée à celle obtenue dans la version intermoléculaire. / To develop new synthetic tools, we developed variants of the Petasis reaction. The use of α-amino aldehydes in the Petasis reaction allowed to synthesize chiral diamines with a total diastereoselectivity. The reaction gave good results with different protective groups of the amine (sulfonamide, carbamate, amide). However, during the reaction, the amino aldehydes are epimerized and the enantiomeric excess of the prepared diamines is low (30%). The Petasis reaction was associated with the Diels-Alder reaction in a domino process to achieve the preparation of hexahydroisoindole type compounds. The domino reaction is completely diastereoselective and the molecules are obtained as enantiopure. A second domino process, using a cross-metathesis reaction followed by an intramolecular 1,4-addition, yielded compounds with a morpholine moiety in a diastereoselective manner. Intramolecular version of the Petasis reaction was developed in order to obtain carbon-six-membered rings. This reaction led to the preparation of (+)-conduramine C-4 in few steps. The cyclization has shown a surprising diastereoselectivity since the configuration between the newly formed amine and alcohol is trans. This configuration is opposite to the one obtained in the intermolecular versions.

Ce travail de thèse est dédié au développement des deux familles de complexes chiraux binaphtolates de terres rares et leur application en catalyse asymétrique dans les réactions d’addition de Michael, de Henry, de Strecker et d’hydroalkoxylation. La préparation d’une nouvelle famille de complexes chiraux bisbinaphtolates de terres rares a été optimisée. Ces nouveaux complexes ont été entièrement caractérisés grâce à des analyses RMN, IR, de spectroscopie de masse et des études de DRX de monocristaux isolés. Après une étude de stabilité, nous avons pu montrer que ces nouveaux complexes de terres rares peuvent être pesés à l’air libre et utilisés dans des réactions asymétriques sans dégazage des réactifs ni des solvants. Les comportements catalytiques de ces nouveaux complexes hétérobimétalliques ont été étudiés en détail dans des réactions énantiosélectives de Henry, de Strecker et d’addition de Michael. Une température d’isoinversion et un effet non linéaire ont notamment été mis en évidence dans la réaction d’addition de Michael de malonates sur des énones conduisant à des produits énantioenrichis avec des excès énantiomériques allant jusqu’à 83%. Une seconde famille de complexes monobinaphtolate monoalkyl de terres rares a été synthétisée et complètement caractérisée. Une structure DRX de ce type de complexe a pu être obtenue pour la première fois. Ces complexes ont été évalués dans des réactions de Strecker et d’hydroalkoxylation. Concernant cette dernière, la sélectivité a tout d’abord été étudiée avec ces complexes dans le cas des allènes et un mécanisme a pu être proposé. D’autre part, les premiers exemples d’hydroalkoxylation asymétrique d’alcènes, catalysés par ces complexes monobinaphtolate monoalkyl de terres rares, ont pu être décrits. / This thesis is mainly devoted to the development of two families of rare earths chiral binaphtolate complex and their application in asymmetric catalysis such as Michael addition, Henry reaction, Strecker reaction and hydroalkoxylation reaction. At first, the preparation of a new family of rare earth bisbinaphtolate complexes has been optimized with complete characterizations including NMR, IR, mass spectroscopy and XRD studies on isolated single crystals. These new rare earths complexes are relative stable which can be used under air condition. The catalytic behavior of these new heterobimetallic complexes have been studied in detail: an isoinversion temperature was determined and the nonlinear effect was observed for asymmetric Michael additions of malonates on enones wich lead products with enantiomeric excess up to 83%. Secondly, a family of rare earth monobinaphtolate monoalkyl complexs has been synthesized and characterized. The first XRD structure of this family of complex was obtained. Steric substitutions of binaphtolate ligands on position 3,3’ have been proven to be essential for the formation of these complex. The selectivity of reaction of hydroalkoxylation of allene was studied with a proposed mechanism. First examples of asymmetric hydroalkoxylation of alkene catalyzed by rare earth complexes have been achieved by our rare earth monoalkyl monobinaphtolate complex.

Ce mémoire de thèse se concentre sur le développement de réactions multicatalysées impliquant une activation iminium et un transfert d’hydrogène réversible rédox-neutre pour la synthèse de briques moléculaires complexes énantioenrichies à partir de composés 1,3-dicarbonylés et d’alcools allyliques.Une cascade réactionnelle combinant un complexe de fer et une pyrrolidine chirale a été développée pour la préparation d’alcools g-fonctionnalisés énantioenrichis par une approche impliquant économie d’étapes et d’atomes. L’efficacité de cette méthode impliquant une catalyse duale ainsi qu’une étape de rétro-Claisen a été démontré dans la synthèse de fragments clés de produits naturels. Cette méthodologie a ensuite été complétée par une étude mécanistique expérimentale aboutissant à une meilleure compréhension du mécanisme de cette transformation et conduisant également au développement d’une catalyse triple impliquant deux complexes métalliques et un organocatalyseur. Par la suite, une nouvelle approche pour la synthèse de lactones énantioenrichies de taille de cycles moyens a été mise au point. Cette stratégie de synthèse est basée sur une addition-1,4- organocatalysée énantiosélective de Michael, suivie d’une réduction chimiosélective qui engendre une fragmentation de Claisen.Enfin, grâce aux méthodologies développées au cours de cette thèse, la synthèse totale d’un produit naturel, la floribundane B, a été étudiée. / This manuscript is focus on the development of multicatalyzed reactions involving iminium activation and reversible neutral hydrogen transfer reaction for the synthesis of complexe enantioenriched building blocks from allyl alcohols and 1,3-dicarbonyls.An unprecedented cascade catalysis combining an iron catalyst and a pyrrolidine-base catalyst is developed for the preparation of g-fonctionalized enantioenriched alcohols in a formal redox-, atom- and step-economical approach. The efficiency of this method involving a dual catalysis and a retro-Claisen xas further demonstrated in the short synthesis of several key fragments of biologically active natural products or odorant molecule. This methodolgy was then incremented by a experimental mechanistic study allowing a better understanding of the mechanism of this transformation and leading to a new catalytic systeminvolving three different catalysts (iron complex, copper and organocatalyst). Then, we focused on the development of a new synthetic approach to enantioenriched medium-sized lactones. This methodology is based on a 1,4-Michael addition of cycloalkane-1,3-diones to a,b-insaturated aldehydes. Then, a key chemoselective reductively triggered Claisen fragmentation occurred to generate desired lactones in a rapid manner.Finally, thanks to our methodology developed during this thesis, the total synthesis of floribundane B was studied.

Ces travaux ont consisté à optimiser une voie de synthèse des spirotétrahydro-β-carbolines. Une stratégie en trois étapes à partir du 3-(2-nitrovinyl)indole a été élaborée avec la séquence linéaire suivante : addition de Michael, réduction de la fonction nitro en amine et cyclisation de Pictet-Spengler. L’addition de Michael a été développée sans protection préalable de l’indole sous activation ultrasons. La réduction de la fonction nitro en amine a été menée en présence d’hypophosphites. Au cours de cette étude, la désoxygénation des cétones aromatiques a été identifiée comme réaction secondaire de la réduction et a fait l’objet d’un développement approfondi. Une nouvelle voie d’accès à des isatines fonctionnalisées en position C-5 par substitution des sels de diazonium a été mise au point notamment par la réaction de Heck-Matsuda qui a fait l’objet d’une étude plus complète. La réaction finale de Pictet-Spengler entre tryptamines et isatines aboutit aux spiroindolones. Finalement, l’activité biologique des dérivés spirotétrahydro-β-carbolines synthétisés a été évaluée et l’un d’entre eux a montré une très bonne activité envers le Plasmodium falciparum / The aim of this work was to optimize a new way of synthesis of spirotetrahydro-β-carbolines. A three-steps strategy from the 3-(2-nitrovinyl)indole was elaborated with the following linear sequence : Michael addition, reduction of the nitro function into amine and Pictet-Spengler cyclisation. Michael addition was developed without protection of the indole under sonication activation. Reduction of the nitro function into amine was carried out with hypophosphites. During this study, desoxygenation of aromatic ketones has been identified as a side reaction of the reduction and has been the subject of specific development. A new synthetic pathway to functionalized isatins on C-5 position via substitution of diazonium salts was developed, and Heck-Matsuda reaction has been more particularly studied. The final Pictet-Spengler reaction between tryptamines and isatins led to tetrahydro-β-carbolines. Finally, biological activity of spirotetrahydro-β-carbolines was evaluated and one of these compounds showed good activity against Plasmodium falciparum

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

The thesis entitled “Controlling Stereochemistry at the Quaternary Center Using Bifunctional (Thio)urea Catalysis” is divided into five chapters. Chapter 1: Catalytic Enantioselective Construction of Quaternary Stereocenters through Direct Vinylogous Michael Addition of Deconjugated Butenolides to Nitroolefins The direct use of deconjugated butenolides in asymmetric C–C bond forming reaction is a powerful but challenging task because of the additional problem of regioselectivity along with the issues of diastereo- and enantioselectivity. In this chapter, a direct asymmetric vinylogous Michael addition of deconjugated butenolides to nitroolefins has been demonstrated for the construction of quaternary stereocenter at the γ-position of butenolides. A novel thiourea-based bifunctional organocatalyst, containing two elements of chirality, was synthesized starting from commercially available quinine and (S)-tert-leucine. Remarkably, the sense of stereoinduction in this process is dominated by the tert-leucine segment of the catalyst. Synthetically versatile & highly functionalized γ-butenolides with contiguous quaternary and tertiary stereocenters were synthesized stereoselectively. The reaction was found to be general and a wide range of nitroolefins, with both electron-rich and electron-deficient substituents, underwent smooth reaction under these mild conditions. Similarly, deconjugated butenolides, having various substituents at the γ-position were well tolerated under these reaction conditions and the products were obtained in excellent yields and with uniformly high diastereo- and enantioselectivities. Reference: Manna, M. S.; Kumar, V.; Mukherjee, S. Chem. Commun. 2012, 48, 5193–5195. Chapter 2: Catalytic Asymmetric Direct Vinylogous Michael Addition of Deconjugated Butenolides to Maleimides for the Construction of Quaternary Stereogenic Center In this chapter, a mild and operationally simple protocol for the direct vinylogous Michael addition of deconjugated butenolides to maleimides has been illustrated. Using bifunctional tertiary amino thiourea organocatalyst, derived from a ‘matched’ combination of trans-(1R,2R)-diaminocyclohexane (DACH) and (S)-tert-leucine, the Michael adducts were obtained in excellent yields and with good to high diastereoselectivities and outstanding enantioselectivities. Application of the corresponding diastereomeric catalyst indicated the dominance of the ‘DACH’ unit over the chiral side chain in determining the sense of stereoinduction. The practicality of this protocol is illustrated by substantial low catalyst loading (down to 5 mol%) and one-pot catalyst recycling. Based on the X-ray structure of the catalyst and observed stereochemistry of the Michael adduct, a stereochemical model is proposed which was further supported by additional experiment. Reference: Manna, M. S.; Mukherjee, S. Chem.–Eur. J. 2012, 18, 15277–15282. Chapter 3: Enantioselective Desymmetrization of Cyclopentenedione through Direct Catalytic Vinylogous Michael Addition of Deconjugated Butenolides Five-membered carbocycles containing one or more stereogenic centers on the ring are privileged structural motifs found in many biologically active natural and non-natural compounds. Among various methods for accessing these enantioenriched carbocyclic frameworks, desymmetrization of prochiral or meso-compounds through catalytic enantioselective transformations represents a powerful strategy. The biggest advantage of such asymmetric desymmetrization reactions lies in their ability in controlling stereochemistry remote from the reaction site. This chapter deals with a highly efficient desymmetrization protocol for 2,2-disubstituted cyclopentene-1,3-diones via direct vinylogous nucleophilic addition of deconjugated butenolides with the help of a tertiary amino thiourea bifunctional catalyst. In contrast to the existing desymmetrization protocols, this method represents a unique example where quaternary stereocenter is generated not only within the ring but also outside the cyclopentane ring. Densely functionalized products are obtained in excellent yields and with outstanding diastereo- and enantioselectivities. The robustness screening indicated that the reaction is highly tolerant to a variety of competing electrophiles and nucleophiles. The remarkable influence of the secondary catalyst site on the enantioselectivity points towards an intriguing mechanistic scenario. To the best of our knowledge, this is the first time such an effect is observed in the context of asymmetric catalysis. Reference: (1) Manna, M. S.; Mukherjee, S. Chem. Sci. 2014, 5, 1627–1633. (2) Manna, M. S.; Mukherjee, S. Org. Biomol. Chem. 2015, 13, 18–24. (Perspective) Chapter 4: Enantioselective Desymmetrization of Cyclopentenediones through Organocatalytic C(sp2)–H Alkylation Organic compounds are characterized by the presence of various C–H bonds. Functionalization of a specific C–H bond in a molecule with a selected atom or group are among the most straightforward and desirable synthetic transformations in organic chemistry. In this chapter, a simple protocol for the direct alkylation of olefinic C(sp2)–H bond has been developed, not only enantioselectively using an organocatalyst but more importantly without using any directing group. This alkylative desymmetrization of prochiral 2,2-disubstituted cyclopentene-1,3-diones is catalyzed by a dihydroquinine-based bifunctional urea derivative. Using easily accessible, inexpensive and air-stable nitroalkanes as the alkylating agent, this C(sp2)−H alkylation represents a near-ideal desymmetrization and delivers products containing an all-carbon quaternary stereogenic center in good to excellent yields and with high enantioselectivities. The mild reaction conditions allow for the introduction of various functionalized alkyl groups. The possibility of a second alkylation and its applications has also been demonstrated. This protocol is the first example of the use of nitroalkane as the alkyl source in an enantioselective transformation. It is expected that, these findings would have broader consequences and applications to other alkylative and related transformations. Reference: Manna, M. S.; Mukherjee, S. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 130–133. (Highlighted in Synform 2015, 67–70) Chapter 5: Enantioselective Desymmetrization of Cyclopentenediones through Organocatalytic Formal C(sp2)–H Vinylation The development of catalytic enantioselective C(sp2)–H vinylation reactions remained relatively underexplored for a long time because of various challenges associated with it. As C(sp2)–H functionalization reactions do not generate any stereocenter at the reaction site, development of enantioselective C(sp2)−H functionalization must rely on desymmetrization of prochiral or meso-substrates. More important issue is the identification of a suitable directing group which can efficiently control the regioselectivity during the activation of C(sp2)−H bond. In this chapter, an efficient formal C(sp2)−H vinylation of prochiral 2,2-disubstituted cyclopentene-1,3-dione is developed without using any directing group. This formal C(sp2)−H vinylation of 2,2-disubstituted cyclopentene-1,3-dione is realized using a two-step operation: catalytic enantioselective Michael addition of deconjugated butenolides followed by a base mediated decarboxylation. The vinylated products, containing a remote all-carbon quaternary stereogenic center, are obtained in good yields and with good to high enantioselectivities. Synthetic utility of this protocol is demonstrated by converting the resulting chiral electron-deficient diene into various important building blocks. Significant erosion in enantioselectivity during the decarboxylation process was explained by a plausible mechanism, which was further supported by control experiments. Reference: Manna, M. S.; Sarkar, R.; Mukherjee, S. manuscript under preparation.

Die Möglichkeit der Synthese von Vinylaziden durch basenkatalysierte Umlagerungen von präparativ einfach zugänglichen Allylaziden wird an einer Reihe von akzeptor- und phenylsubstituierten Allylaziden sowie an substituierten 1-Azido-1H-indenen exemplarisch dokumentiert. Neben präparativen Gesichtspunkten werden auch mechanistische Details bezüglich der Isomerisierungsgeschwindigkeit und der Lage des Isomeriegleichgewichtes erörtert. Ein weiterer Aspekt der Arbeit ist die mechanistische Untersuchung der nucleophilen Addition von Stickstoffwasserstoffsäure (HN3) an akzeptorsubstituierte Allene (Michael-Addition). Durch die Übertragung dieser Synthesesequenz auf Hexa-1,2,4,5-tetraene (Diallene) lassen sich 1,4-Diazidobuta-1,3-diene erzeugen. Die thermische oder photochemische Anregung dieser Diazide führt im untersuchten Synthesebeispiel zur Bildung von zwei stabilen diastereomeren Bi-2H-azirin-2-ylen. Die Zuordnung der Konfiguration dieser Heterocyclen gelingt durch eine Einkristall-Röntgenstrukturanalyse. Thermisch oder photochemisch induzierte Valenzisomerisierungen zu Pyridazinen und Pyrimidinen, wie sie in Analogie für Bicycloprop-2-enyle als Valenzisomere des Benzols gefunden werden, spielen bei den untersuchten diastereomeren Bi-2H-azirin-2-ylen nur eine untergeordnete Rolle. Die favorisierten Reaktionen, insbesondere bei der Thermolyse, sind Epimerisierung und Fragmentierung, deren Verlauf durch kinetische Untersuchungen präzisiert wird. Ferner wird gezeigt, daß auch einfache stereoisomere 2H-Azirine einer thermischen Äquilibrierung der Konfiguration unterliegen können.

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