This thesis deals with the development and application of methods for asymmetric olefinations, in particular Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) reactions, in the synthesis of certain natural products. Relying on asymmetric HWE reactions to access key building blocks, two natu-ral products, pyranicin and pyragonicin, were synthesized from common late intermediates. The utility of the HWE reactions is highlighted through a desymmetrization of a meso-dialdehyde as well as a stereoconvergent reaction sequence employing the sequential use of a HWE parallel kinetic resolution fol-lowed by a Pd-catalyzed allylic substitution to convergently transform a race-mate to a single stereoisomer of the product. Methodological extensions of these syntheses include a divergent synthesis of 2,3,6-substituted tetrahydropyran derivatives and application of Zn-mediated asymmetric alkynylations to install key stereocenters. Synthetic studies directed towards a more complex target, mucocin, employing a triply convergent strategy, have also been performed. Expedient and reliable routes to three key fragments were developed, as well as methodology to access to all nine stereocenters. The fragment coupling to assemble the oligonuclear core still remains a challenge, however. Key features of the synthesis include the formation of two fragments from a common precursor derived from an asymmetric HWE desymmetrization, Zn-mediatedated asymmetric alkynylations, a stereoselective oxa-Michael cyclization dependent on a simultaneous protective group migration and a one-pot procedure for the synthesis of a TBS protected iodohydrin from a terminal epoxide. An investigation of the possibilities for developing a transition metal catalyzed asymmetric olefination using a chiral Re-complex is outlined. An enantioen-riched BINAP-Re complex was synthesized and characterized by X-ray. An efficient protocol for the olefination of functionalized aldehydes employing this catalyst was developed, but gave racemic products in two attempted kinetic resolutions of racemic substrates, most likely due to a reaction pathway proceeding via a non-metal associated phosphonium ylide. / QC 20100921

Cette thèse décrit le développement et la méthodologie pour la synthèse de 2-pyrazolo[1,5-a]pyridines à partir d’ylures de N-iminopyridinium et d’halogénures de styryle. Des dérivés de chaque ylure de N-iminopyridinium et d’halogénures de styryle ont été utilisés pour la synthèse de plusieurs composés avec un intérêt pharmaceutique. Le premier chapitre présente les précédents littéraires pour la synthèse de pyrazolopyridines. Spécifiquement trois types différents de synthèse seront présentés en détail. L’importance biologique de ces composés sera discutée. La vue d’ensemble des travaux développés dans notre groupe de recherche pour la synthèse des produits de départ sera présentée brièvement. Finalement, la science intéressante qui a apporté cette idée de recherche sera révélée. Le deuxième chapitre décrit les résultats des optimisations étudiées pour la synthèse des 2-phénylpyrazolo[1,5-a]pyridines à partir d’ylures de N-benzoyl-iminopyridinium et d’iodure de styryle. Chaque substrat de la réaction a été étudié individuellement afin d’être optimisé; les ratios, les solvants, la température du milieu réactionnel et le temps optimal de la réaction ont aussi été explorés. Le troisième chapitre présente l’étendue de la synthèse des pyrazolopyridines. L’étendue de la réaction inclut les dérivés des halogénures de styryle. L’étendue de la réaction a été élargie aux dérivés d’ylures de N-iminopyridinium et ils incluent des groupements donneurs d’électrons ainsi que des groupements pauvres en électrons. Des groupements exotiques d’iodure et de bromure de vinyle ont aussi été explorés. Le quatrième chapitre démontre les études mécanistiques que l’on a faites pour mieux comprendre les cycles catalytiques qui ont lieu durant la réaction. Des études de cyclisation avec les ylures de N-iminopyridinium ont été explorées pour les produits de départ suivants : iodure de styryle et phényl acetylène. / This thesis describes the development of a methodology for the one-pot synthesis of 2-pyrazolo[1,5-a]pyridines from N-iminopyridinium ylide and styryl-halide starting materials. Both N-iminopyridinium ylide derivatives and styryl-halide derivatives were employed for the synthesis of various pharmaceutically interesting pyrazolo[1,5-a]pyridines. The first chapter presents the literature precedents for the synthesis of pyrazolopyridines. More specifically, three different types of syntheses will be shown in detail. Furthermore, the biological importance of these compounds will be discussed. An overview of the developed methodologies previously carried out in our research group for the synthesis of the starting materials will be presented. Finally, the copper-catalyzed direct alkenylation of N-iminopyridinium ylides that brought about this research idea will be discussed. The second chapter describes the results of the optimization studies for the synthesis of 2-phenyl pyrazolo[1,5-a]pyridines from N-benzoyliminopyridinium ylides and styryl iodides. Each component of the reaction was individually screened and the loading ratios were optimized: e.g., solvent and temperature. The third chapter presents the scope of the pyrazolopyridine synthesis. The scope includes styryl iodide, –bromide and –chloride derivatives. The scope of the reaction was extended to N-iminopyridinium ylide derivatives and included electron donating and electron withdrawing groups. Substituted vinyl iodides and bromides were also investigated. The fourth chapter demonstrates the mechanistic studies conducted in order to obtain an accurate understanding of the catalytic cycles taking place during the reaction. Cyclization studies were explored for both styryl iodides and phenyl acetylene starting materials reacted with N-iminopyridinium ylides.

Nos travaux de thèse portent sur la mise au point de nouvelles méthodes de synthèse permettant l’accès de façon rapide et efficace à différents dérivés pyrazolo[1,5-a]pyrimidiniques diversement fonctionnalisés.La première partie de ce travail concerne l’étude et l’application de la condensation de la pyran-2-one avec les 5(3)-amino-3(5)-arylpyrazoles que ce soit par chauffage classique ou sous irradiation micro-onde. Par la suite, un nouveau procédé d’(hétéro)arylation pallado-catalysé direct régiosélectif a été mis à profit pour élaborer des pyrazolo[1,5-a]pyrimidines fonctionnalisées tant en position 3 que sur le méthyle situé sur le sommet 7 de la 5,7-diméthylpyrazolo[1,5-a]pyrimidine.Le dernier volet de ce mémoire a été consacré à la préparation des entités pyrazolo[1,5-a]pyrimidiniques substituées en position 7 par des motifs benzyliques et ce, via une procédure « one-pot », sous irradiation micro-onde, constituée d’une réaction d’arylation directe pallado-catalysée suivie d’une saponification-décarboxylation. / Our thesis works concern the development of new methods of synthesis allowing a rapid and effective access to variously functionalized pyrazolo [1,5-a] pyrimidines derivatives.First, we were explored the study and the application of the condensation of the pyran-2 one with 5(3)-amino-3 (5)-arylpyrazoles whether it is by classic heating or under microwaves. Indeed, we have described the first example of the direct and regioselective palladium-catalyzed (hetero)arylation of 5,7-dimethylpyrazolo[1,5-a]pyrimidine, the reaction may be inducted to occur at either an sp2 or an sp3 carbon atom.The last part of this report was dedicated to the preparation of some 7-substituted pyrazolo[1,5-a]pyrimidines via a one-pot two steps palladium-catalyzed direct CH-arylation followed by a saponification-decarboxylation.

La nécessité grandissante de disposer d’une large librairie de diverses petites molécules pour le screening biologique constitue une puissante force motrice pour les chimistes organiciens et requiert en amont le développement de méthodologies rapides et efficaces. Dans ce cadre, nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la fonctionnalisation d’énamides qui représentent des blocs moléculaires intéressants permettant d’introduire des fonctionnalités aminées dans des systèmes variés. Notre objectif a été de synthétiser des petites bibliothèques de molécules azotées à partir de substrats communs tout en mettant en oeuvre les différentes stratégies de la synthèse orientée vers la diversité et en s’attachant à respecter les règles suivantes : économie d’atomes, processus catalysés, synthèses rapides en peu d’étapes et contrôle de la stéréoselectivité. Dans un premier temps, nous avons principalement synthétisé divers énamides, nous permettant par la suite de développer des méthodologies innovantes et d’accéder à des « structures privilégiées » ou des fragments clés présents dans des produits naturels ou dans des substances potentiellement biologiquement actives en mettant en jeu des processus variés telles que des réactions d’aza-Michael, d’oxyamidation ou en cascade et la chimie du palladium avec de la CH insertion, des dioxoazoborocanes ou encore l’utilisation de l’auxiliaire chiral SAMP. / The continuing demand to synthesize new and original collections of small molecules for the biological screening is an attractive subject for organic chemists and requires upstream the development of fast and easy synthetic methods. In this context, we decided to focus particularly on the functionalization of enamides which represent valuable building blocks in order to introduce nitrogen based functionality into various organic systems. Our objective was to synthesize new nitrogen containing compound libraries starting from common substrates by applying Diversity-Oriented Synthesis strategy and following these rules: atom economy, catalyzed reactions, fast synthesis in few steps and control of stereoselectivity. Firstly we mainly synthesized enamides. Thereafter, we developped efficient methodologies giving access to motifs frequently found in “privileged structures” or key scaffolds present in natural products or potential bioactive compounds thanks to various processes like aza-Michael, oxyamidation or cascade reactions, palladium chemistry with CH activation, dioxoazoborocanes or chiral auxiliary SAMP.

L’accès à de nouveaux composés hétérocycliques originaux biologiquement actifs nécessite la mise au point de nouvelles méthodes de synthèse rapides et efficaces. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à la réactivité des indazoles. Dans la première partie, nous avons étudié la sélectivité des couplages de type Suzuki, pour fonctionnaliser la position 3 d’indazoles possédant la fonction NH libre. Par la suite, un nouveau procédé d’(hétéro)arylation direct pallado-catalysé régiosélectif a été mis à profit pour synthétiser des indazoles fonctionnalisés tant sur la position 3 que sur le sommet 7. Nous avons ensuite montré la possibilité d’accéder à des entités disubstituées indazoliques en une seule étape, via une procédure "one-pot". Afin d’accroître la diversité autour du noyau indazole, nous avons mis au point une réaction d’alcénylation oxydative pallado-catalysée, des (2H)- et (1H)-indazoles sur les sommets C-3 et C-7. Pour exemplifier cette méthodologie, nous avons développé une synthèse en trois étapes du Gamendazole, composé actuellement en phase clinique pour la contraception masculine et ce, en utilisant l’alcénylation directe en C3 d’(1H)-indazoles convenablement fonctionnalisés. Le dernier volet de ce mémoire a été consacré à la préparation de composés à structure indazolique contenant une fonction sulfonamide afin de générer des librairies de dérivés substitués par un tel motif, dans le but de les tester biologiquement dans le domaine des anticancéreux. / Access to new biologically active compounds requires the development of new rapid and efficient methods for the synthesis of original heterocyclic scaffolds. In this context, we decided to focus particularly on the reactivity of indazoles. First, we studied the selectivity of Suzuki cross-coupling reaction to functionalize position 3 of the indazole with the free NH function. Indeed, we have described the first example of the direct and regioselective palladium-catalyzed (hetero)arylation of indazoles, the reaction may be induced to occur at either in position 3 and 7. We then showed the possibility of "one-pot" synthesis of disubstituted indazolic entities. Moreover, in order to increase diversity around the indazole scaffold, we developed a direct and regioselective alkenylation of (2H)- and (1H)-indazoles by oxidative palladium catalyzed at the C-3 and C-7, then we envisaged a three staps synthesis of Gamendazole, molecule currently in clinical phase for male contraception, by using the direct alkenylation at C3 of the suitably functionalized (1H)-indazoles. The last part of this report was dedicated to the preparation of indazoles containing a sulphonamide function, with the aim of biological testing them as potentially anti-cancer candidates.

Chapter 1: Metal carbenoids in organic synthesis The chapter describes the phenomena of metal carbenoid insertion reactions in two parts: Part A, and Part B. The study of N-tosylhydrazones as diazo precursor was commenced by Jose Barluenga in 2007,1 which demonstrated an in-situ generation of diazo species and trapping of that with low valent palladium catalyst (Scheme 1). Later, this palladium-carbenoid assumption was supported by few reports. Some of these discoveries were by D. F. Taber in 1986 followed by van Vranken in 1999 & 2001.2 These studies of palladium carbenes were supplemented by several groups in subsequent years. The consequent developments with N-tosylhydrazones as diazo source were very fruitful and produced exceptional chemical transformations in recent years. Though the precursor is also vastly customary for other metals such as Cu, Ni, Rh and Co, the primary focus has been given to Pd catalysis due to its wide utility and applicability. 1) Barluenga, J.; Moriel, P.; Valdes, C.; Aznar, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 5587. 2) (a) Taber, D. F.; Amedio, J. C., Jr.; Sherrill, R. G. J. Org. Chem. 1986, 51, 3382. (b) Hoye, T. R.; Dinsmore, C. J.; Johnson, D. S.; Korkowski, P. F. J. Org. Chem. 1990, 55, 4518. (c) Greenman, K. L.; Carter, D. S.; Van Vranken, D. L Tetrahedron 2001, 57, 5219. 3) Palladium catalysed coupling of tosylhydrazones with aryl and heteroaryl halides in the absence of external ligands: synthesis of substituted olefins, Ojha, D. P.; Prabhu, K. R. J. Org. Chem., 2013, 78, 12136. Modes of reactivity of a metal-carbene Scheme 1 Cascade carbene migratory insertion process Part A: Ligand-free coupling of tosylhydrazones with aryl & heteroaryl halides In this part, Palladium catalysed cross-coupling reaction of hydrazones with aryl halides in absence of an external ligand is reported. The versatility of this coupling reaction has been demonstrated by showcasing the selectivity of coupling reaction in presence of hydroxyl and amine functional groups. This method allows synthesizing a variety of heterocyclic compounds, which are otherwise difficult to access from traditional methods. Application of the present methodology is validated in tandem reaction of ketones to the corresponding substituted olefins in a single pot experiment. Few examples are illustrated below in Scheme 2.3 Scheme 2: Scope of aryl halide coupling with tosylhydrazones Part B: Pd-catalysed Synthesis of Highly Branched Dienes The regioselective formation of highly branched dienes is a challenging task. Design and exploration of alternative working models to achieve such a regioselectivity to accomplish highly branched dienes is considered to be a historical advancement of Heck reaction to construct branched dienes. On the basis of the utility of carbene transfer reactions, in the reaction of hydrazones with Pd(II) under oxidative conditions, we envisioned obtaining a Pd-bis-carbene complex with α-hydrogens, which can lead to branched dienes. Herein, we report a novel Pd catalyzed selective coupling reaction of hydrazones in presence of tert-BuOLi and benzoquinone oxidant to form corresponding branched dienes (Scheme 3).4 The utility of the Pd catalyst for cross-coupling reactions for synthesizing branched conjugated dienes are rare. The reaction is very versatile and compatible with a variety of functional groups and is useful in synthesizing heterocyclic molecules. We anticipate that this Pd-catalyzed cross-coupling reaction will open new avenues for synthesizing useful compounds. 4) Pd-catalyzed cross-coupling reactions of hydrazones: regioselective synthesis of highly branched dienes, Ojha, D. P.; Prabhu, K. R. J. Org. Chem., 2012, 77, 11027. 5) Furrow, M. E.; Myers, A. G. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5436. 6) Taber, D. F.; Guo, P.; Guo, N. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11179. Scheme 3: diene synthesis via bis-carbene insertion process Chapter 2: Tosylhydrazones: Role in modern day organic synthesis In recent days, hydrazone based reactions are focused on the donor-acceptor ability of the hydrazones or the in-situ generated diazo species (Scheme 4). This commenced with the Myers’s report in 2004,5 which simplifies the Barton vinyl halide preparation with a remarkable revision on synthesis of alkyl-silyl-hydrazones and its applications. Improved methods of using tosylhydrazones were demonstrated by Aggarwal in successive years. Cycloadditions were implemented by Douglass F. Taber. 6 This study was enriched in a quite fascinating way by several groups such as Jose Barluenga, with many reductive coupling reactions and 1, 3-dipolar reactions. Thomson, in a very interesting report shows the traceless petasis reaction with hydrazones and also worked in many other prospects such as three component reactions and the acid catalysed [3+3] sigmatropic reactions of hydrazones. 7 Wang has also impressed with very attractive transformations in the past decade. 8 7) Thomson, R. J. et al. Nat. Chem. 2009, 1, 494. 8) Xiao, Q.; Zhang, Y.; Wang, J. Acc. Chem. Res. 2012, 46, 236. 9) Regioselective Synthesis of vinyl halides, vinyl sulfones, and alkynes: A tandem intermolecular nucleophilic and electrophilic vinylation of tosylhydrazones, Ojha, D. P.; Prabhu, K. R. Org. Lett. 2015, 17, 18. Scheme 4: Trapping diazo species in intermolecular fashion Part A: Synthesis of vinyl halides Trapping diazo species in an intermolecular fashion by attack of two independent ions (a cation followed by an anion) in tandem at the carbene center is unprecedented. As part of our efforts on the utility of tosylhydrazones, herein we report a novel approach of using ambiphilic diazo species to perform a tandem attack of a nucleophile followed by an electrophile in an intermolecular fashion for synthesizing various types of vinyl halides. A few representative examples are shown in Scheme 5.9 Scheme5: Synthesis if vinyl halides Part B: Synthesis of vinyl sulfones Vinyl sulfones are potential synthetic targets due to their presence in biologically and pharmaceutically important molecules ranging from small natural metabolites to proteins, and have found widespread applications in biological research as covalent protease inhibitors. Vinyl sulfones represent one of the important sulfur containing functional groups in organic chemistry, which are generally synthesized through elimination reactions, oxidation of vinyl sulfides or witting reactions using multistep sequence. Following this technique, we were able to synthesize a variety of vinyl sulfones with rich mechanistic features in a single step. A few such examples are documented in Scheme 6.9 Scheme 6: synthesis of vinyl sulfones Part C: Synthesis of alkynes The functional group conversion to achieve alkyne frameworks are generally a difficult transformation. There are very few limited and tedious processes are available in literature, mainly containing multi-step procedures. Additionally these reactions are require harsh conditions. Considering all these factors, there is a need for developing methods to synthesize alkynes from common functional groups under mild reactions conditions. In a similar way, to introduce different halogens at the same carbon, we expected the eliminations of the leaving groups in tandem formed alkynes. After extensive screening studies, it was pleasing to find that the reaction of tosylhydrazones with NCS−BTEAC, NBS−TBAB, or NIS−TBAI combination in presence of K2CO3 in dioxane as solvent at 110 °C can furnish corresponding acetylene derivatives in good yields. Few examples are shown in Scheme 7.9 Scheme 7: Trapping diazo species in intermolecular fashion Chapter 3: Pd catalysed hydroboration This chapter shows a hydroboration study of terminal alkynes in a highly regioselective manner (Scheme 8). Organoboron derivatives have become essential intermediates in organic and medicinal chemistry. Pioneering contributions are made by Brown and Akira Suzuki, who both instigated the development of new synthetic tools for the introduction of boron atoms onto organic molecules. 10 10) (a) Barbeyron, R.; Benedetti, E.; Cossy, J.; Vasseur, J.-J.; Arseniyadis, S.; Smietana, M. Tetrahedron 2014, 70, 8431. (b) Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Rev. 1995, 95, 2457. 11) Pd-Catalysed regioselective borylation of alkynes: A ligand controlled synthesis of α- and β vinyl boronates (manuscript submitted). Scheme 8: possibility of site selectivity in hydroboration Part A: Pd-catalysed regioselective borylation of alkynes: A ligand controlled synthesis of α and β – vinyl boronates The metal catalyzed borylations of alkynes proceeds in a two-step process. Initially M-Bpin species undergo an addition onto the alkynes to generate organometallic species followed by quenching of the organometallic species with electrophiles. The addition M-Bpin species is regioselective governed by the steric and electronics factors of both metal complex as well as alkyne substituents. In this direction, a palladium catalysed α-selective borylation was achieved for terminal alkynes. A broad range of substrates were successfully borylated under optimized reaction conditions with very high selectivity. Interestingly, the selectivity was reversed to terminal site by using a NHC ligand. A few examples are shown in Scheme 9.11 Scheme 9: α & β-vinyl boronates Chapter 4: Pd/borane unit: Behavior towards isomerization vs reduction of alkenes This study presents a unique behaviour of palladium-boronate unit responsible for olefin chain walking and olefin reduction reactions (Scheme 10). The catalytic system stands efficient against both functionalized and unfunctionalized olefin isomerization as well as reductions. This study has been presented in two parts. Scheme 10: isomerization vs reduction Part A: Pd/ boronates or borane unit as efficient catalytic systems for olefin chain walk This study presents the behaviour of palladium-boronate unit responsible for olefin chain walking. The catalytic system is efficient for both functionalized and unfunctionalized olefin isomerizations (Scheme 11). Cycloisomerization of transient conjugated alkenes to synthesize heterocycles are prominent applications of this technique. The system describes a concept of olefin activation by coordination with Pd-borane complex, this complex assists in a facile [1,3]-hydride shift. This technique allows us to facilitate an isomerization in functionalized as well as unfunctionalized olefinic systems. Considering the substrates scope, the catalytic cycle tolerates various sensitive functional groups and shows good selectivity. In the following Scheme 11 few examples are depicted.12 12) Palladium/boron catalytic unit for olefin chain-walk (manuscript under preparation). Scheme 11: chain-walking of olefins. Part B: Palladium catalysed boronate promoted alkene reduction in water In this work, water has been employed as a source of hydrogen. The reduction of alkenes was achieved using Pd catalyst in presence of bis(pinacolato)diboron and H2O. In this aspect, the utility of water as hydrogen equivalent is the pertinent as well as beneficial with many advantages. Few representative examples are shown in Scheme 12.13 13) Pd-Catalysed homogeneous hydrogenation of olefins by using water as hydrogen source (manuscript under preparation). Scheme 12: synthesis of alkenes reduced products.

In peptide-based medicinal chemistry, mimicry of turn conformations is important because of the significance of such secondary structures for molecular recognition. In this context, N-aminoimidazol-2-one (Nai) residues have demonstrated ability to mimic the central residue of turn conformers. Moreover, potential to functionalize the 4- and 5-positions of the Nai heterocycle offer opportunities to add and orient side chain functionalities with constrained c-geometry. Methods have been developed to employ Nai residues for peptide mimicry. Previously, Nai dipeptide esters with substituents at the imidazol-2-one 4-position were obtained as racemic mixtures. By employing alternative C-terminal groups, epimerization has now been minimized. Functionalization of the Nai 5-position after cyclization has also been achieved by novel chemistry. For example, (4-Me, 5-aldehyde)Nai residues were obtained by 5-position formylation. The aldehyde was then reduced and oxidized to provide alcohol and acid functionality. Reductive aminations on (4-Me, 5-aldehyde)Nai residues using different primary and secondary amines and amino methylation of (4-Me)Nai residues were also used to prepare constrained diaminobutyric acid analogs. In the interest to prepare Nai analogs that can serve as constrained phenylalanine residues, palladium-catalyzed chemistry was developed to cross-couple different aryl iodides at the 5-position. In model peptides, the (4-Me, 5-aryl)Nai residues were predicted by molecular dynamic calculations to be located at the i+1 position of type II’ β-turn conformations with the aryl side chain positioned in the gauche (–). The synthesis of biologically relevant Nai peptides was next explored using methods for accessing enantioenriched residues and conditions for their 5-position arylation. Peptide derivatives of growth hormone releasing peptide-6 (GHRP-6) were targeted using the Nai residues because the corresponding semicarbazide analogs had exhibited selective and relatively high binding affinity for the cluster of differentiation receptor (CD36) receptor and potential to mediate macrophage-driven inflammation in conditions leading to age-related macular degeneration, atherosclerosis and angiogenesis. Previous studies with GHRP-6 analogs demonstrated that replacement of Trp4 with a semicarbazide possessing an aromatic side chain favored a turn conformation and selective CD36 binding affinity. Solid-phase methodology was developed to synthesize [(4-Me, 5-Aryl)Nai4]-GHRP-6 analogs and used to prepare four different Nai peptides on Rink amide resin. All four analogs were effective at mediating nitric oxide (NO) overproduction in macrophages cells treated with a Toll-like receptor 2 (TLR2) agonist. Although biological evaluation of the [(4-Me,5-Aryl)Nai4]-GHRP-6 analogs is still being performed, their ability to modulate NO overproduction strongly indicated backbone and side chain conformational requirements for biological activity. In sum, this thesis has provided effective methods for preparing novel constrained peptide analogs for mimicry of the backbone and side chain geometry in β-turns. Enantiomerically enriched Nai residues were synthesized, introduced into peptide sequences, and functionalized at the 4- and 5-positions. Employment of the 4,5-disubstituted Nai analogs in the study of peptide medicinal chemistry offers powerful potential for exploring structure-activity relationships to identify and replicate biologically active conformers. / Le développement de mimes de tours peptidiques pose un intérêt particulier en chimie médicinale, en raison de leur importance dans la reconnaissance moléculaire. Dans ce contexte, les résidus N-aminoimidazol-2-one (Nai) ont démontré une tendance à occuper la position centrale de repliements peptidiques. De plus, la présence de l’unité imidazolone offre un potentiel de fonctionnalisation en position 4 et 5 pouvant jouer le rôle de chaînes latérales rigidifiées dans l’espace χ. Des méthodes ont été développées pour rendre possible l’utilisation de résidus Nai en chimie peptidique. Par le passé, des esters de dipeptide Nai possédant un substituant à la position 4 de l’hétérocycle ont été synthétisés de manière racémique. L’utilisation de groupement C-terminaux a permis de grandement réduire l’épimérisation due à l’utilisation de base forte utilisée durant l’étape de cyclisation. La fonctionnalisation de la position 5 du cycle après la cyclisation a aussi été rendue possible par le développement de nouvelles conditions réactionnelles. Par exemple, des conditions de formylation ont donné des résidus (4-Me, 5-Aldéhyde)Nai. La fonction aldéhyde a été réduite et oxydée, donnant accès a des fonctions alcool et acide carboxylique. L’amination réductrice du squelette (4-Me, 5-Aldéhyde)Nai en utilisant des amines primaires et secondaires ainsi que l’amino-méthylation de résidus (4-Me)Nai ont donné accès à des résidus d’acide diaminobutyrique rigidifiés. Dans le but de préparer des analogues Nai pouvant servir de mimes rigidifiés de résidus phénylalanine, la catalyse au palladium a rendu possible l’installation de groupements 5-aryle par couplage croisé avec différents iodoaryles. Dans un modèle de peptide, le résidu (4-Me, 5-aryl)Nai a été soumis à une analyse par dynamique moléculaire qui a révélé le positionnement de la portion Nai à la position i+1 d’un tour β de type II’, avec la chaine latérale aryle adoptant une conformation gauche (-). Ayant en main des conditions de synthèse énantioenrichie ainsi que de diversification de la position 5, la construction de peptides Nai possédant un intérêt biologique a été entreprise. Des dérivés du peptide Growth hormone releasing peptide-6 (GHRP-6) ont été ciblés car les analogues semicarbazide correspondant ont précédemment démontré avoir à la fois de la sélectivité et une affinité relativement grande pour le Cluster of differentiation receptor (CD36). Ils ont ainsi le potentiel de moduler l’inflammation attribuable aux macrophages dans des conditions menant à la dégénérescence maculaire liée à l’âge, l’athérosclérose et l’angiogenèse. Des études précédentes ont démontré que le remplacement du résidu Trp4 du GHRP-6 par un semicarbazide possédant une chaîne latérale aromatique favorisait l’adoption d’un repliement de la chaîne peptidique et une affinité sélective envers le récepteur CD36. Une méthode de synthèse sur phase solide d’analogues [(4-Me, 5-Aryle)Nai4]-GHRP-6 a été développée et utilisée pour synthétiser quatre différents peptides Nai en utilisant la résine Rink amide. Les quatre analogues se sont montrés efficaces à réduire la surproduction d’oxide nitrique (NO) dans les cellules macrophages traitées avec un agoniste du Toll-like receptor 2 (TLR2). Malgré le fait que l’évaluation biologique des analogues [(4-Me, 5-Aryle)Nai4]-GHRP-6 soit toujours en cours, leur habilité à moduler la surproduction d’oxide nitrique montre qu’ils possèdent la bonne géométrie quant à la chaîne principale et la chaîne latérale aromatique pour interagir avec le récepteur. En somme, la présente thèse a fourni des méthodes efficaces de synthèse de nouveaux analogues de peptides rigidifiés pour mimer les chaînes principale et latérales de tours β. Les résidus Nai énantioenrichis ont été synthétisés, introduits dans des séquences peptidiques d’intérêt sur phase solide et fonctionnalisés à la 4ième et 5ième position. L’utilisation de ces analogues Nai 4,5-disubstitués en chimie médicinale et peptidique offre un potentiel considérable dans l’exploration de la relation structure-activité de peptides d’intérêt biologique pour identifier et mimer les conformères bioactifs.

Notre équipe de recherche a récemment développé les premiers inhibiteurs d’une enzyme à DDE, la transposase MOS1, une enzyme analogue à l’intégrase du VIH-1. Ces molécules, de type bisfurylmaléimides, ont également montré une efficacité contre les activités enzymatiques de l’intégrase du VIH. En se basant sur ces résultats, nous avons entrepris la synthèse de nouveaux bisfurylmaléimides dans le but d’identifier de nouveaux inhibiteurs de l’intégrase et de proposer de nouvelles molécules dans la lutte contre le virus responsable du SIDA. L’originalité de notre démarche est l’utilisation de la transposase MOS1 comme modèle pour concevoir nos molécules. Les méthodologies utilisées pour accéder à ces molécules font essentiellement appel à la chimie catalysée par des métaux de transition mais aussi à des réactions de chimie hétérocyclique telles que des réactions de Mitsunobu, de Knoevenagel ou encore de Horner-Wadsworth-Emmons. L’ensemble des molécules synthétisées a fait l’objet d’une évaluation de leurs activités inhibitrices sur la transposase MOS1 et l’intégrase du VIH-1. Leurs propriétés antivirales contre le VIH ont également été évaluées. Parallèlement à ces travaux, nous nous sommes intéressés à la réactivité du noyau maléimide dans des réactions de couplage pallado-catalysées et plus particulièrement dans des couplages de Sonogashira. / Our research team has recently developed the first inhibitors of a DDE enzyme, MOS1 transposase, an enzyme similar to the HIV-1 integrase. These molecules, having a bisfurylmaleimide structure, also showed efficacy against enzymatic activities of HIV integrase. Based on these results, we undertook the synthesis of new bisfurylmaleimides in order to identify new integrase inhibitors and propose new molecules in the fight against the virus that causes AIDS. The originality of our approach is the use of MOS1 transposase as a model for designing our molecules. Methodologies used to access these molecules are essentially involving chemistry catalyzed by transition metals but also reactions of heterocyclic chemistry such as Mitsunobu, Knoevenagel or Horner-Wadsworth-Emmons reactions. All synthesized molecules has been evaluated for their inhibitory activities on the MOS1 transposase and HIV-1 integrase. Their antiviral properties against HIV were also evaluated. Parallel to this work, we investigated the reactivity of the maleimide core in palladium-catalyzed cross-coupling reactions especially in Sonogashira couplings.

En raison de l’omniprésence des hétérocycles azotés et de leurs propriétés biologiques, une attention particulière est accordée au développement de méthodologie pour leur synthèse et leur fonctionnalisation. L’étude de la fonctionnalisation d’énamides constitue une thématique importante car ces motifs s’avèrent être des outils synthétiques polyvalents permettant d’accéder à des dérivés hétérocycliques complexes. Les réactions de couplage Pd-catalysées constituent une méthode de choix rapide et efficace pour la synthèse d'énamides, notamment à partir de phosphates d'énols issus de lactames, d’imides ou d’amides. Le premier chapitre de ce travail porte sur le couplage organopalladié C-P de phosphines boranes secondaires chirales ou achirales avec des phosphates d’énols. Ce couplage C-P original, réalisé dans des conditions douces, conduit aux énamido-phosphines boranes correspondantes et offre de nombreuses possibilités pour la constitution d’une librairie de phosphines originales. Parallèlement à ce travail, l’addition nucléophile d’anions phosphures sur divers ène-carbamates acycliques conduit à des acides alpha-aminés béta-phosphorés originaux, porteurs d’un carbone quaternaire en alpha de l’azote. Le deuxième chapitre de la thèse porte sur la préparation et la caractérisation de chromophores organiques originaux basés sur un noyau pyrazinique et qui sont susceptibles de présenter des propriétés de fluorescence. Ces composés sont conçus pour former des nouveaux systèmes sensibilisateurs de cations de lanthanides, et être utilisés comme sensibilisateurs organiques pour l'imagerie moléculaire dans le proche infrarouge. / On account of the ubiquity of nitrogen heterocycles and their biological properties, the great attention is paid to developing methodologies of their synthesis and functionalization. For this purpose, the study of functionalization of enamides constitutes an important topic due to the utility of these motifs in the construction of complex heterocyclic derivatives. Palladium-catalyzed reactions of cross- coupling are rapid and efficient methods of choice for synthesis of enamides particularly starting from enol phosphates derived from lactams, imides or amides. The first chapter of the thesis evokes the original C-P coupling reaction of chiral and achiral secondary phosphine boranes with different enol phosphates in mild reaction conditions, leading to corresponding enamido-phosphine boranes. This methodology permits the construction of libraries of novels phosphines. Also, the reaction of nucleophilic addition of phosphide anions onto various enecarbamates acyclic was elaborated, giving an access to original beta-phosphino alpha-amino acids, bearing the quaternary carbon on alpha position to nitrogen. The second chapter is devoted to the preparation and characterization of organic chromophores based on the pyrazinic core, which are likely to exhibit the fluorescence properties. These compounds were designed to form new sensitizing systems for lanthanide cations and could be used as organic sensitizers for molecular imaging in near infrared.

Les maladies tropicales négligées causées par les protozoaires kinétoplastidés du genre Leishmania et Trypanosoma représentent une menace pour près d’un demi-milliard de personnes en zone intertropicale, entrainant jusqu’à 50 000 décès par an. Parmi les molécules en développement clinique pour traiter ces pathologies, le fexinidazole est une prodrogue appartenant à la famille des 5-nitroimidazoles et qui exerce son action anti-infectieuse via une étape de bioactivation catalysée par des nitroréductases (NTR) parasitaires, enzymes dont le co-facteur est une flavine. Afin d’identifier de nouveaux nitrohétérocycles antiparasitaires substrats des NTR, une petite chimiothèque d’imidazo[1,2-a]pyridines synthétisées au laboratoire a subi un criblage in vitro ayant conduit à l’identification d’une molécule Hit, à la fois active sur Leishmania donovani et Trypanosoma brucei brucei. Ce composé a servi de point de départ à un travail de pharmacomodulation, dans un premier temps en position 8 du cycle imidazo[1,2-a]pyridine : l’introduction de groupements variés à l’aide de réactions de couplage pallado-catalysées de Suzuki-Miyaura, Sonogashira et Buchwald-Hartwig ou des réactions de SNAr, a permis de mettre en lumière plusieurs composés « tête de série » au profil biologique nettement amélioré. Dans un second temps, le travail de pharmacomodulation entrepris a été étendu aux positions 2, 3 et 6 du cycle imidazo[1,2-a]pyridine en vue de compléter les données de relations structure-activité, d’étudier en particulier l’impact du potentiel rédox et d’optimiser les paramètres physico-chimiques et pharmacocinétiques in vitro des meilleurs composés. / The kinetoplastids of the Leishmania and Trypanosoma genus are the causative agents of neglected tropical diseases that threaten nearly half a billion people in the intertropical zone, resulting in 50 000 deaths per year. Among the molecules in clinical development to treat these pathologies, fexinidazole is a prodrug belonging to the 5-nitroimidazoles family, which exerts its anti-infectious action via a bioactivation step catalyzed by parasitic nitroreductases (NTR), enzymes whose cofactor is a flavin. In order to identify novel nitroheterocycles as parasitic NTR substrates, a small chemical library of imidazo[1,2-a]pyridines synthesized by our laboratory was screened in vitro, leading to the identification of a Hit molecule active both on Leishmania donovani and Trypanosoma brucei brucei. This compound served as a starting point for a pharmacomodulation work, initially in position 8 of the imidazo[1,2-a]pyridine ring: the introduction of various chemical groups using the pallado-catalyzed coupling reactions of Suzuki-Miyaura, Sonogashira and Buchwald-Hartwig, or SNAr reactions, highlighted several "lead" compounds with a significantly improved biological profile. In a second step, the pharmacomodulation work was extended to positions 2, 3 and 6 of the imidazo[1,2-a]pyridine ring in order to complete the structure-activity relationship data, to study in particular the impact of the redox potential and to optimize the physicochemical and in vitro pharmacokinetic parameters of the best compounds in order to initiate the study of their in vivo activity on a trypanosomiasis mouse model.