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Stroke is the 3rd leading cause of death in the United States. For this reason, it has become our goal to find a drug that is capable of reestablishing intracellular and extracellular Ca+2 flux upon direct binding to the sigma receptor, which can be delivered easily and efficiently. Our active research focuses the development of guanidine analogues that can serve as therapeutic drugs which target sigma 1 and sigma 2 receptors having a direct effect on Ca+2 levels on the cell. The use of symmetrical guanidine analogues such as N,N'-di-o-tolyl guanidine (o-DTG) as therapeutic drugs for ischemic stroke, is promising due to the fact that neuronal cells can restore the proper blood flow and block Ca+2 flux into the cell. Our main objective is to be able to develop a cost efficient, mild reaction methodology that affords access to guanidine analogues. The synthetic design of the guanidine analogues has been accomplished using copper-catalyzed cross-coupling diarylation reaction. This methodology employs a non-expensive guanidine salt and substituted aryl iodides along with N,N'-diethylsalicylamides as the key ligand in this strategy. Similar methodology was employed for the synthesis of monoarylated amidines employing ligand-free conditions for the copper-catalyzed cross-coupling reaction. Moreover, efforts to find alternative methodologies to access other sigma receptor ligands were accomplished. A new method to create N,N'-disubstituted carbamides employed HATU as a peptide coupling agent allowing for the formation of carbamides using the inexpensive guanidine nitrate and carboxylic acids as starting materials. Studies on the sigma response of the cortical neuron cell were conducted upon completion of the analogue design. Moreover, it was discovered that N,N'-di-p-bromophenyl guanidine (p-BrDPhG) gave a higher Ca+2 inhibition than N,N'-di-o-tolyl guanidine (o-DTG). Experimental studies, such as the middle cerebral occlusion were conducted on rats and subsequent injections of the p-BrDPhG at 24, 48, and 72 hours' time marks. When compared to o-DTG, it was found that p-BrDPhG is better at reducing the ischemic volume on the brain size

Deux sujets indépendants ont été traités dans ce manuscrit.Dans une première partie a été étudiée la possibilité d'obtenir des synthons chiraux à partir de la pyridine. Pour cela nous avons dans un premier temps développé une méthode originale de quaternisation des sels de pyridium et d'imidazoliums grâce à une réaction de Mitsonubu. Par la suite, des 2-aminopyridines ont été substituées puis engagées dans une réaction de quaternisation-réduction conduisant à des composants saturés. Malheureusement, des composés n'ont pu conduire aux synthons linéaires envisagés.Dans une seconde partie, nous nous sommes intéressés au développement d'un nouveau type de peptidomimétique dans lequel le lien amide est remplacé par un cycle imidazolique, ceci dans la continuité de travaux menés dans notre équipe. Dans un premier temps, nous nous sommes focalisés sur la mise au point de conditions efficaces menant au mime considéré. Cette méthodologie nous a permis la synthèse de plusieurs dipeptides. / Two different topics will be discussed in this work.In the first part has been studied the possibility to obtain chiral building-blocks from pyridine. For this purpose, we intially developed an original method for quartenization of pyridium and imidazolium salts through a Mitsonubu reaction. Then, 2-aminopyridines were substituted and then engaged in a quaternization-reduction reaction, leading to satured compounds. Unfortunately, these compounds have not leaded to targeted linear building-blocks.In a second part, we have been interested in the deveopment of a new peptidomimetic family in which the amide bond is replaced by an imidazole ring, extension of previous work in our research group. Initially we focused on the development of conditions leading to considered mimic. This methodology has allowed us the synthesis of several dipetides incorporating our mimic with good results. The determination of acido-basic properties of these structures has also been investigated.

Le tripeptide GPE possède une activité neuroprotectrice intéressante in-vitro et in-vivo pour différents types de dommage neuronaux. L'objectif de cette thèse est de mettre au point des méthodes de couplage peptidique pour les acides aminés trifluorométhylés et de réaliser des analogues trifluorométhylés du GPE.Au cours de cette thèse, la synthèse d'acides aminés trifluorométhylés cycliques énantiopurs (proline, pseudoproline) a été réalisée à l'échelle du gramme.Ensuite, une étude méthodologique de l'incorporation de ces acides aminés trifluorométhylés dans des peptides a été effectuée.Des expériences RMN ont été menées pour étudier la conformation cis/trans de la liaison amide de ces peptides trifluorométhylés.Enfin, des analogues du tripeptides GPE ont été synthétisé en remplaçant le motif proline par une proline ou pseudoproline trifluorométhylé. Des tests biologiques sont actuellement en cours pour évaluer leur activité sur divers troubles neuronaux. / GPE is a tripeptide with neuroprotecting activity both in-vitro and in-vivo for various neuronal dammage. The goal of this thesis was to work out peptide coupling methods for trifluoromethylated amino acids and the synthesis of trifluoromethylated analogs of GPE.During this thesis, the synthesis of enantiopure cyclic trifluoromethylated amino acids (proline and pseudoprolines) was performed successfully on grams scale.Then, methodological study of their incorporation in peptide was performed.NMR experiments were made to investigate the cis/trans conformation of the amide bound of trifluoromethylated peptide. At last, analogs of the tripeptide GPE were made with trifluoromethylated proline and pseudoprolines instead of the proline. Biological tests are currently under progress to evaluate their activity on various neuronal disorders.

L'élongation de peptides ou d'acides aminés N-acylés via une activation C-terminale (par exemple par un carbodiimide) est délaissée en synthèse peptidique à cause de l'épimérisation rapide des intermédiaires 5(4H)- oxazolones issus de cette activation. Au contraire, cela représente une voie prometteuse en chimie prébiotique où les substrats sont a priori racémiques, et où une étape d'épimérisation peut favoriser un scénario protométabolique / autocatalytique d'émergence de l'homochiralité. Partant de travaux récents qui montraient clairement que l'activation C-terminale de peptides en milieu aqueux procède surtout via une 5(4H)-oxazolone, nous avons étudié la stéréosélectivité des couplages peptidiques qui en résultent dans des conditions prébiotiques plausibles (milieu aqueux dilué à pH faiblement acide). Notre étude sur des peptides modèles (préparés par des méthodes classiques de synthèse peptidique et comportant un résidu tyrosine qui facilite l'analyse par HPLC) visait à évaluer l'effet de la configuration des résidus voisins ou des nucléophiles ; elle a montré la formation d'excès diastéréomériques significatifs en faveur de dérivés homochiraux, sous l'influence prépondérante de la chiralité du nucléophile.Nous avons ensuite étudié la réactivité de dipeptides libres dans les mêmes conditions, pour évaluer la formation compétitive de dicétopipérazine (DCP), qui est susceptible de bloquer l'élongation au-delà du dipeptide. La formation de DCP est prépondérante à partir de dipeptides faiblement activés, mais n'a pas lieu en présence d'agents d'activation de potentiel élevé (e.g. l'EDC) qui favorisent la formation plus rapide d'oxazolone et permet l'élongation peptidique ; ces derniers résultats soulignent l'importance prébiotique de potentiels d'activation élevés. / The elongation of peptides or N-acylamino acids through C-terminus activation is usually avoided in peptide synthesis, because of the fast epimerisation of 5(4H)-oxazolones intermediates resulting form such activation. Conversely, it represents a promising perspective in prebiotic chemistry where substrates are assumed to be racemic, and where an epimerisation step may favour a protometabolic / autocatalytic scenario of emergence of homochirality.Based on recent works which clearly showed that the C-terminus activation of peptides in aqueous media mostly proceed through a 5(4H)-oxazolone, we investigated the stereoselectivity of peptide couplings resulting therefrom under plausible prebiotic conditions (dilute aqueous medium at weakly acidic pH). Our study on model peptides (prepared by classical peptide synthesis methods, and bearing a tyrosine residue which facilitates HPLC analysis), aimed at assessing the influence of the configuration of the vicinal peptide residue or of the nucleophile; we observed significant diastereomeric excesses in favour of homochiral sequences, under the preponderant influence of the chirality of the nucleophile.Then we investigated the reactivity of free dipeptides under the same conditions, to assess the extent of diketopiperazine (DKP) formation, which may prevent further elongation beyond dipeptides. While DCP formation is preponderant from weakly activated peptides, id does not occur in the presence of high potential activation agents (e.g. EDC), which favour the faster formation of oxazolone and allow subsequent peptide eleongation; these last results undeline the prebiotic importance of high activation potentials.

Avec les réactions de macrocyclisation, il est possible d’ajouter de nouveaux groupements chimiques dans le macrocycle afin d’influencer ses propriétés biologiques. Les thioalcynes sont des groupements fonctionnels peu présents dans les macrocycles qui pourraient offrir de nouvelles possibilités de composés utilisables en chimie médicinale et qui ouvrent également la voie à plusieurs possibilités de diversification grâce à leur réactivité prévisible. Par conséquent, la mise au point d’une méthode de synthèse permettant formation de macrocycles peptidiques contenant des thioalcynes est intéressante. Ce mémoire présente ainsi le développement d’une stratégie de synthèse pour la formation de macrocycles tripeptidiques via la formation d’un connecteur thioalcyne par couplage croisé catalysé par un système [Cu(MeCN)4]PF6/dtbbpy/2,6-lutidine. Cette méthode a permis la synthèse de 4 macrocycles tripeptidiques possédant un thioalcyne avec des rendements compris entre 30% et 58%. Nous montrons aussi des possibilités de diversifications des macrocycles par l’utilisation du thioalcyne des macrocycles comme réactif. / Macrocyclization gives the opportunity to incorporate new functional groups in macrocycles to influence their biological properties. Rarely seen in macrocycles, alkynyl sulfides are functional groups that could be introduced into interesting compounds for applications in medicinal chemistry due to their ability to open new opportunities for diversification of the macrocyclic framework with its predictable reactivity. Consequently, the development of a synthetic strategy for the synthesis of macrocycles containing alkynyl sulfide in their structure is of interest. This thesis presents the development of a synthetic strategy for the formation of macrocyclic tripeptides using an alkynyl sulfide linker which is formed by cross coupling employing a [Cu(MeCN)4]PF6/dtbbpy/2,6-lutidine catalytic system. This method was used to generate 4 macrocyclic alkynyl sulfide tripeptides with yields ranging between 30% and 58%. This thesis also shows different possibilities for the diversification the macrocycle framework by using the alkynyl sulfide linker as a building block.

L’acide γ-aminobutyrique ou GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur présent dans le système nerveux central (CNS). Afin d’obtenir un nouveau dérivé cyclobutanique du GABA, le cis-3,4CB-GABA, sous forme énantiomériquement pure, deux stratégies de synthèses efficaces et reproductibles ont été mises au point. Ces deux voies de synthèse impliquent toutes les deux une étape-clé de photocycloaddition [2+2] qui permet de créer le cycle à 4 chaînons. La première consiste en une homologation de l’acide cis-2-aminocyclobutanique (cis-ACBC), et la deuxième est une synthèse multi-étape qui utilise le caprolactame comme composé de départ.D’autre part, grâce à une synthèse stéréosélective du (1R,2S)-cis-2,3CB-GABA, quelques oligomères C- et N-protégés – di, tri, et tétra-peptides – de cet aminoacide ont été préparés. Ceux-ci ont été caractérisés par les techniques de RMN 1D et 2D, IR, RX. Les analyses ont montré qu’il n’existe pas d’interactions non-covalentes (liaisons hydrogène) inter-résidu au sein de ces structures moléculaires. En revanche, la propriété de gélification de ces oligomères dans différents solvants organiques a été mise en évidence. Des solutions et des gels formés à partir de ces peptides ont été analysés par microscope électronique à balayage et des clichés ont été obtenus montrant une organisation du dipeptide et du tetrapeptide en fibrilles. Le tripeptide lui n’a présenté aucun assemblage intermoléculaire régulier. / The γ-aminobutyric acid (GABA) is the major inhibitory neurotransmitter in the central nervous system (CNS). In order to obtain new enantiomerically pure cyclobutanic derivative of GABA, the cis-3,4CB-GABA, two efficient synthetic strategies have been established. Both synthetic routes employed a photocycloaddition [2 +2] protocol, which provided the cyclobutanic ring. The first route involved the homolgation of the cis-2-aminocyclobutanecarboxylic acid (cis-ACBC), whereas the second route is a multi-step synthesis using caprolactam as starting material.On the other hand, the (1R,2S)-cis-GABA-2,3CB was synthetized, and a series of N- and C-protected oligomers of di, tri, and tetrapeptides of this amino acid were prepared. These oligomers were characterized by NMR (1D and 2D) techniques, IR, and X-ray. The analyses have shown that there are no non-covalent interactions (hydrogen bonds) between the residues of each oligomers. However, the gelation property of these oligomers in various organic solvents was demonstrated. Solutions and gels formed from these peptides were analyzed by scanning electron microscopy, and the obtained images showed a fibrous organization of the di- and tetrapeptide, while the tripeptide showed no regular intermolecular assembly.

Le but de ce travail était la préparation de dérivés cyclobutaniques du GABA optiquement purs et leur utilisation dans la préparation de γ/α-peptides pouvant adopter une structure tridimensionnelle bien définie. Pour cela, deux stratégies ont été développées. La première consistait en l’utilisation de la β-Cyclodextrine comme hôte supramoléculaire chirale lors de cyclizations photochimiques énantiosélectives. La tentative de cyclisation [2+2] intramoléculaire du N-allyl-N-(4-methoxyphenyl)acrylamide n’a conduit qu’à un δ-lactame issu d’une électrocyclisation 6π. L’électrocyclisation de la 1,3-dihydro-2H-azepin-2-one nous a permis d’obtenir le γ-latame bicyclique précurseur du (+)-cis-3,4CB-GABA avec un excès énantiomérique de 45%. La deuxième stratégie était basée sur une synthèse racémique du N-Boc-cis-3,4CB-GABA suivi d’une séparation des deux énantiomères par CLHP semi-préparative avec une colonne chirale. Les (-) et (+)-cis-3,4CB-GABA optiquement purs ont ainsi été obtenu à l’échelle du gramme. Ces deux énantiomères (-) et (+)-cis-3,4CB-GABA ont ensuite été utilisés pour la préparation de deux séries de peptides mixtes γ/α, diastéréoisomères [(S,S/R) et (R,R/R)] à courtes chaines contenant alternativement le cis-3,4CB-GABA et le D-Alanine. L'analyse des conformations des dipeptides des deux séries par Diffraction des Rayons X, n'a montré aucune interaction intramoléculaire mais plutôt un assemblage de liaisons d'hydrogène intermoléculaires entre les molécules du dipeptide. D'autre part, les études RMN 1D et 2D (en solution) ont montré que le tétrapeptide des séries (S,S/R) pourraient avoir une structure hélicoïdale 12/10, tandis que son analogue diastéréoisomères des séries (R,R/R), a montré, en solution, une nouvelle structure sous forme de ruban 7/9. / This work revolves around the synthesis of ennatiomerically pure cyclobutane derivatives of GABA, and their use in the preparation of hybrid γ/α-peptides that could adopt a well-defined three dimensional secondary structure. In this aim we developed two strategies. The first one employed native β-Cyclodextrin as a supramolecular chiral host to achieve enantiodifferentiating photochemical cyclizations. Attempting to perform an intramolecular [2+2] cyclization of N-allyl-N-(4-methoxyphenyl)acrylamide, we only obtained a δ-lactam resulting from a 6π electrocyclization, whereas the electrocyclization of 1,3-Dihydro‑2H‑azepin-2-one allowed access to a 45% enantiomerically enriched bicyclic γ-lactam precursor of (+)-cis-3,4CB-GABA. The second strategy was based on a racemic synthesis of N-Boc-cis-3,4CB-GABA followed by a separation of the two enantiomers using a semi-preparative HPLC fitted with a chiral column. This allowed access to optically pure (-) and (+)-cis-3,4CB-GABA, on a gram scale. Furthermore, the enantiomerically pure (-) and (+)-cis-3,4CB-GABA, were used to synthesize, and fully characterize two series [the (S,S/R) and the (R,R/R)] of short diasteriomeric hybrid γ/α-peptides composed of alternating cis-3,4CB-GABA and D-Alanine. Analysis of the conformational behavior of the dipeptides from both series by X-Ray diffraction on a single crystal, showed no intramolecular interactions but rather an array of intermolecular hydrogen bonding between the dipeptide molecules. On the other hand, a series of 1D and 2D NMR experiments showed that the tetrapeptide of the (S,S/R)-series could attain a 12/10 helical structuration, whereas its diasteriomeric analog of the (R,R/R)-series, displayed evidence of an unprecedented 7/9 folding pattern in solution.

Les peptides aldéhydes sont connus comme inhibiteurs de protéases et précurseurs de différentes classes de composés biologiquement actifs. Les méthodes pour leur synthèse impliquent classiquement la transformation d'un précurseur (amide de Weinreb, ester, alcool, acétal) en aldéhyde en étape finale pour éviter l'épimérisation du stéréocentre en position α de l'aldéhyde. En revanche, les β-peptides aldéhydes, plus stables à l’épimérisation, ont été relativement peu explorés. Ils sont généralement obtenus par homologation de l'acide aminé correspondant malgré les faibles rendements, les problèmes d’épimérisation et de nombreuses étapes. Par conséquent, un nouvel accès synthétique aux β-peptides aldéhydes reste toujours un challenge difficile. Sur la base des travaux antérieurs dans notre équipe en hétérocycloaddition diastéréosélective [4+2] et [3+2], nous avons développé au cours de ce doctorat de nouvelles stratégies pour l'accès asymétrique à ces dérivés de β-aminoacides par deux voies complémentaires :1) Une voie utilisant les hétérocycles à six chaînons de type 6-ATO (6-alcoxytétrahydrooxazinone) qui ont été préparés par une réaction d’hétérocycloaddition hautement stéréosélective avec de bons rendements et ed. Ces cycloadduits ont été transformés par transacétalisation vers les aminoacétals intermédiaires «mixtes» ou «symétriques». Ces nouveaux acétals sont des intermédiaires parfaits pour la N-élongation par couplage peptidique, conduisant finalement aux aldéhydes peptidiques β3-C-terminaux monosubstitués. 2) Sur une autre approche, les hétérocycles à cinq chaînons 5-AISO (3,3'-disubstitué 5-alcoxy-isoxazolidines) ont été obtenus par cycloaddition dipolaire-1,3 entre des cétonitrones esters et des éthers vinyliques. Ces composés ont été utilisés avec succès en tant que précurseurs d'aminoaldéhydes β3-disubstitués après l’étape de transprotection de l'atome d'azote, suivie par la copure de la liaison N-O. L’extension asymétrique de l'étape de cycloaddition a été étudiée par des voies énantiosélective et diastéréosélective, ouvrant ainsi l'entrée vers les peptides aldéhydiques β3-disubstitués-C-terminaux énantioenrichis. / Peptide aldehydes are known as protease inhibitors and precursors for many biologically active compounds. Methods for their synthesis involve classically the transformation of a precursor (Weinreb amide, ester, alcohol, acetal) into an aldehyde as one of the final steps to prevent epimerization of the carbon α to the aldehyde. By contrast, β-peptide aldehydes, more stable to epimerization, have been relatively unexplored. They are usually obtained by homologation of the corresponding amino acid despite low yielding steps, an epimerization problem and low number of accessible amino acids. Therefore, new synthetic access to β-peptide aldehydes is still a challenging problem. On the basis of previous work in our team concerning [4+2] and [3+2] diastereoselective cycloadditions, we have developed during this PhD thesis new strategies for the asymmetric access of β-amino acid derivatives by two complementary ways :1) Original six-membered heterocycles 6-ATO (6-alkoxy-tetrahydrooxazinone ) were prepared by a highly stereoselective heterocycloaddition reaction with good yields and de. These cycloadducts were transformed via transacetalisation into both «mixed» and «symmetrical» aminoacetals. Moreover, these new acetals are ideal intermediates for further peptide coupling, leading ultimately to monosubstituted β3-C-terminal peptide aldehydes. 2) By another approach five-membered heterocycles 5-AISO (3,3’-disubstituted 5-alkoxy-isoxazolidines) were obtained via 1,3-dipolar cycloaddition between α-keto ester nitrones and vinyl ether. These compounds were successfully used as precursors of disubstituted β-amino aldehydes after transprotection of the nitrogen atom and N-O cleavage of the isoxazolidine ring. Asymmetric extension of the cycloaddition step was studied by enantioselective and diastereoselective pathways, thus opening unprecedented entry to enantioenriched disubstituted β3,β3-C-terminal peptide aldehydes.

Les N-tert-butanesulfinamides, des auxiliaires chiraux développés par Ellman il y a une vingtaine d’années, sont à l’heure actuelle de plus en plus sollicités pour la préparation d’amines chirales fonctionnalisées, et ce, du fait de la disponibilité des deux énantiomères à faible coût et de leurs conditions de déprotection faciles à mettre en œuvre. Cependant, leur utilisation dans le cadre de la synthèse de dérivés trifluorométhylés quaternaires à partir des N-tert-butanesulfinylalkyl- ou arylcétimines correspondantes, connues pour leur faible hydrostabilité, reste à ce jour très limitée. Les éthers d’hémiaminals trifluorométhylés dérivés de l’auxiliaire d’Ellman constituent des analogues stables de ces cétimines. Ils permettent de générer in situ la cétimine correspondante, qui peut subir l’addition de l’espèce nucléophile présente. Ce manuscrit relate les différentes réactions étudiées sur ces éthers d’hémiaminals, donnant ainsi accès à des synthons azotés α-trifluorométhylés quaternaires de façon énantiopure : d’une part, les amines homoallyliques obtenues par l’addition d’allylalanes, qui, après quelques étapes, permettent de fournir les azétidines trifluorométhylées correspondantes, et d’autre part, les β3,3-aminoacides trifluorométhylés, préparés via une réaction de Reformatsky hautement diastéréosélective. Les acides β-aminés ainsi préparés ont été réinvestis dans des couplages peptidiques en solution pour la préparation d’une gamme d’α/β- et de β-di- et tripeptides, sur lesquels des études conformationnelles préliminaires ont été menées à l’état solide et/ou en solution.Mots-clés : Auxiliaire d’Ellman, Addition nucléophile, Couplage peptidique en solution, Dérivé azoté α-trifluorométhylé, Éther d’hémiaminal, Synthèse asymétrique. / Chiral N-tert-butansulfinamides, developped by Ellman 20 years ago, have been increasingly applied for the preparation of chiral functionnalized amines, because of the affordability of both enantiomers and of their mild conditions of cleavage. However, the use of theses auxiliaries for the synthesis of quaternary trifluoromethyl derivatives remains quite limited, the corresponding trifluoromethyl ketoimines being highly unstable.Chiral N-tert-butanesulfinyl alkyl(aryl) trifluoromethyl hemiaminal ethers have been developped to be used as bench-stable surrogates of these ketoimines : once under reaction conditions, they afford the corresponding ketoimine in situ, which can be subject to a nucleophilic addition.In this manuscript, different reactions led on these hemiaminal ethers are described, affording valuable and optically pure trifluoromethylated quaternary building-blocks : on the one hand, homoallylic amines, obtained by the addition of allylalane species, and which can afford, after a few steps, teh corresponding trifluoromethyl azetidines, and on the other hand, chiral trifluoromethyl β3,3-amino acids, afforded by a highly diastereoselective Reformatsky reaction.These β 3,3-amino acids have been then involved in solution-phase peptide couplings in order to synthetise a wide range of α/β- and β-di- and tripeptides, whose conformation have been the object of preliminary studies in the solid state and/or in solution.Key-words : Ellman auxiliary, Nucleophilic addition, Solution-phase peptide coupling, α-trifluoromethylated nitrogen derivative, Hemiaminal ether, asymmetric synthesis.