Les travaux décrits dans ce mémoire ont pour objet la synthèse d'un glycostéroïde appelé P57 isolé d'une plante succulente du nom de Hoodia gordonii présentant des propriétés anti-appétantes. La première partie de ce travail décrit la synthèse de la hoodigogénine A, aglycone du P57. La synthèse mise au point comprend comme étape clef une réaction de Norrish type I couplée à une réaction de Prins conduisant à l'introduction de la fonction hydroxyle en position 14β au départ de 12-oxo stéroïdes. L'étude réalisée a permis de montrer que la formation des diols 12β-14β ne dépendaient pas de la nature de la jonction des cycles A et B, mais de celle du substituant en position 20. Ainsi, il a été possible de réaliser la première synthèse de la hoodigogénine A en 13 étapes avec un rendement global de 3% au départ de la 3α-12α-diacétoxypregnanone mais également de trois analogues de la hoodigogénine A. La deuxième partie de ces travaux a porté sur la synthèse totale de 14β-hydroxy-androstanes. La méthodologie mise en oeuvre est basée sur une réaction tandem de Michael-aldol initiée par TiCl4 qui permet d'accéder efficacement à un dérivé bicyclique représentant les cycles C et D présents dans les stéroïdes. En généralisant cette réaction tandem, des dérivés de type diquinanes, hydrindanes et décalines ont pu être obtenus. La transformation d'un dérivé hydrindénone adéquatement fonctionnalisé en diène 1,3 suivie d'une réaction de Diels-Alder a permis la synthèse d'un premier dérivé tétracyclique 14β-hydroxylé. Deux autres dérivés tétracycliques ont également pu être préparés, au départ d'une hydrindiénone en combinant une réaction de Michael avec une annélation de type Robinson.

Les travaux décrits dans ce mémoire ont pour objet la synthèse d’un glycostéroïde appelé P57 isolé d'une plante succulente du nom de Hoodia gordonii présentant des propriétés anti-appétantes. La première partie de ce travail décrit la synthèse de la hoodigogénine A, aglycone du P57. La synthèse mise au point comprend comme étape clef une réaction de Norrish type I couplée à une réaction de Prins conduisant à l'introduction de la fonction hydroxyle en position 14β au départ de 12-oxo stéroïdes. L’étude réalisée a permis de montrer que la formation des diols 12β-14β ne dépendaient pas de la nature de la jonction des cycles A et B, mais de celle du substituant en position 20. Ainsi, il a été possible de réaliser la première synthèse de la hoodigogénine A en 13 étapes avec un rendement global de 3% au départ de la 3α-12α-diacétoxypregnanone mais également de trois analogues de la hoodigogénine A. La deuxième partie de ces travaux a porté sur la synthèse totale de 14β-hydroxy-androstanes. La méthodologie mise en oeuvre est basée sur une réaction tandem de Michael-aldol initiée par TiCl4 qui permet d'accéder efficacement à un dérivé bicyclique représentant les cycles C et D présents dans les stéroïdes. En généralisant cette réaction tandem, des dérivés de type diquinanes, hydrindanes et décalines ont pu être obtenus. La transformation d'un dérivé hydrindénone adéquatement fonctionnalisé en diène 1,3 suivie d'une réaction de Diels-Alder a permis la synthèse d'un premier dérivé tétracyclique 14β-hydroxylé. Deux autres dérivés tétracycliques ont également pu être préparés, au départ d’une hydrindiénone en combinant une réaction de Michael avec une annélation de type Robinson. / This thesis is dealing with the synthesis of a glycosteroid named P57 extracted from Hoodia gordonii, a succulent plant known for its appetite suppressant properties. The first part of this work describes the synthesis of the hoodigogenin A, the aglycon of the P57. The key step of this synthesis was a Norrish type I reaction combined with a Prins reaction leading to the introduction of a 14β-hydroxyl function starting from the corresponding 12-keto steroids. The studies showed that the A/B ring junction has no influence on the Norrish type I-Prins reaction but that the substitution pattern at position 20 is important. Thus, the synthesis of the hoodigogenin A was realized for the first time in 13 steps with 3% global yield starting from the 3α-12α-diacetoxypregnanone and this methodology also allowed us to synthesize three analogs of the hoodigogenin A. The second part deals with the total synthesis of 14β-hydroxy-androstanes. In order to access to a bicyclic derivative representing cycles C and D of steroids, we worked on an intramolecular Michael-aldol reaction promoted by TiCl4. The extension of this Michael-aldol reaction afforded very efficiently a large variety of polyfunctionalized 5-5, 5-6 and 6-6 fused ring systems. Then, a Diels-Alder reaction from a 1,3- diene obtained from a hydrindenon derivative led us to a first tetracyclic compound bearing a 14β-hydroxyl function. Finally, two other tetracyclic derivatives had been obtained by a Michael reaction followed by a Robinson reaction.

La découverte des activités cytotoxiques impressionnantes des subérosanes, des sesquiterpènes d’origine marine isolées dès 1996 de la gorgone Subergorgia suberosa, ainsi que leurs structures tricycliques complexes possédant jusqu’à cinq centre stéréogènes contigus dont un centre quaternaire central, ont fait de ces molécules des cibles de choix tant pour les acteurs de la chimie médicinale que pour ceux travaillant dans le domaine de la synthèse totale. Enfin, une molécule d’origine synthétique « simplifiée » de cette famille, la nor-subérosénone, a également montré des activités cytotoxiques remarquables. Les quantités disponibles de ces produits d’intérêt pharmacologique étant infimes dans le milieu marin, notre équipe s’est intéressée précédemment à la synthèse et à l’évaluation biologique de plusieurs représentants de cette famille de produits naturels et de leurs antipodes permettant de décrire leurs configurations absolues ainsi qu’aux nor-subérosénone et nor-subérosanone d’origine synthétique. L’étape clef de ces synthèses faisant appel à une réaction de Michael asymétrique utilisant un inducteur chiral stœchiométrique peu onéreux et disponible sous ses deux formes antipodales a permis d’obtenir pour la première fois, en version énantiosélective, plusieurs représentants de cette famille de façon concise. Nous décrivons dans ce manuscrit comment nous sommes passés d’une telle réaction de Michael « stœchiométrique » à un processus organocatalysé asymétrique impliquant un système catalytique qui après développement s’est montré efficace et peu coûteux permettant de réduire encore le nombre d’étapes de ces synthèses et d'accroitre l'économie d'atomes, vers une chimie plus respectueuse de l’environnement. Les améliorations apportées aux synthèses précédemment réalisées au sein de notre équipe, et notamment à une cyclisation originale catalysée au triflate d’argent, ont permis de réaliser les synthèses par la voie « stœchiométrique » de nor-subérosanes avec une grande efficacité. La (+)-nor-subérosénone a été obtenue en vingt étapes et 19.29% de rendement global (vs dix-neuf étapes et 4.65% de rendement global précédemment) et la (±)-nor-subérosanone en dix-neuf étapes et 25.06% de rendement global (vs dix-huit étapes et 8.85% de rendement global précédemment). Le succès de la voie organocatalysée a enfin permis de synthétiser la (+)-nor-subérosénone en dix-huit étapes et 19.76% de rendement global (vs dix-neuf étapes et 4.65% de rendement global). Nous avons enfin ouvert la voie à la synthèse potentielle d’épimères des subérosanes via une mise au point de l’addition organocatalysée de Michael de cétone cycliques alpha-méthylées sur les maleimides. Divers maléimides se sont avérés être des électrophiles appropriés dans ce processus, délivrant principalement les adduits attendus portant la stéréodiade centre quaternaire-centre tertiaire adjacents avec des rendements modérés à excellents (39 à 94%) et des énantiosélectivités bonnes à excellentes (75 à 99% ee) dans des conditions réactionnelles faisant intervenir l’activation par les micro-ondes. Des conditions réactionnelles ont été optimisées pour réduire au maximum les diastéréomères et les régioisomères correspondants ainsi que les produits secondaires d’aza-Michael. Ce travail s’inscrit dans le domaine plus vaste et très compétitif de la formation organocatalysée énantiosélective, en une seule étape, d’enchaînement de centre stéréogènes carbonés quaternaire et tertiaire. / The discovery of the impressive cytotoxic activities of the subterranean, sesquiterpenes of marine origin isolated in 1996 from the gorgon Subergorgia suberosa, as well as their complex tricyclic structures with up to five contiguous stereogenic centers including a central quaternary center, made these molecules choice targets for both those involved in medicinal chemistry and those working in the field of total synthesis. Finally, a molecule of "simplified" synthetic origin of this family, nor-suzerenone, has also shown remarkable cytotoxic activities. As the quantities available for these products of pharmacological interest are minimal in the marine environment, our team was interested previously in the synthesis and the biological evaluation of several representatives of this family of natural products and their antipodes allowing to describe their absolute configurations as well as nor-suzerenone and nor-suerosanone of synthetic origin. The key step in these syntheses, using an asymmetric Michael reaction using a low-cost stoichiometric chiral inducer available in its two antipodal forms, made it possible to obtain for the first time, in enantioselective version, several representatives of this family in a way that concisely. We describe in this manuscript how we went from such a "stoichiometric" Michael reaction to an asymmetric organocatalytic process involving a catalytic system that after development proved effective and inexpensive enough to further reduce the number of stages of these syntheses and to increase the economy of atoms, towards a chemistry more respectful of the environment. The improvements made to syntheses previously carried out within our team, and in particular to an original cyclization catalyzed with silver triflate, made it possible to synthesize by the "stoichiometric" way of nor-subterraneans with a great efficiency. (+) - nor-suzerenone was obtained in twenty steps and 19.29% overall yield (vs nineteen stages and 4.65% overall yield previously) and the (±) -nor-suerosanone in nineteen stages and 25.06 % overall return (vs eighteen steps and 8.85% overall return previously). The success of the organocatalyzed route eventually allowed to synthesize (+)-nor-suberosenone in eighteen stages and 19.76% overall yield (vs nineteen stages and 4.65% overall yield). Finally, we have opened the way for the potential synthesis of epimers of suberosanes via a development of organocatalyzed Michael addition reaction of alpha-methylated cyclic ketones to maleimides. Various maleimides have been shown to be suitable electrophiles in this process, mainly delivering the expected adducts carrying the adjacent tertiary center-tertiary center stereodiade in moderate to excellent yields (39 to 94%) and good to excellent enantioselectivities (75 to 99% ee) under reaction conditions involving activation by microwaves. Reaction conditions were optimized to minimize corresponding diastereomers and regioisomers as well as aza-Michael by-products. This work is part of the larger and highly competitive field of one-step enantioselective organocatalyst formation of quaternary and tertiary carbon-based stereogenic centers.

L’objectif de cette thèse était d’accéder au squelette de deux grandes familles d’alcaloïdes, les aspidosperma et les morphinanes, avec pour but, l’utilisation de précurseurs communs, les arylcyclohexa-2,5-diènes. Dans un premier temps, ces arylcyclohexa-2,5-diènes, obtenus par réaction de Birch alkylante, ont été désymétrisés par application de la réaction de Michael. Les substrats ainsi obtenus ont été diversement fonctionnalisés jusqu’à obtention du squelette pentacyclique des aspidosperma. Dans un second temps, plusieurs méthodologies utilisant des réactions de type Mannich ont été développées. Ces méthodologies ont permis d’atteindre une base tricyclique de la famille des morphinanes. Plusieurs transformations ont ensuite été examinées afin d’accéder au squelette tétracyclique avancé de cette famille d’alcaloïdes. / The objective of this work was to access the skeleton of two families of alkaloids, the aspidosperma and the morphinan, using arylcyclohexa-2,5-dienes as common synthetic precursors. In one hand, these arylcyclohexadienes, synthesized by reductive Birch alkylation, were desymmetrized via the Michael reaction. The resulting compounds were then functionalized to give the pentacyclic skeleton of aspidosperma alkaloids. On the other hand, several methodologies were developed using Mannich type reactions. These methodologies allowed an access to the tricyclic framework of the morphinan family. Several transformations were then examined to attain the tetracyclic skeleton of this family of alkaloids.

Cette thèse vise à développer une approche basée sur le concept de Graphe Condensé de Réaction (GCR) capable de (i) sélectionner un espace optimal de descripteurs séparant au mieux différentes classes de réactions, et (ii) de préparer de nouveaux descripteurs pour la modélisation « structure–réactivité ». Cette méthodologie a été appliquée à la recherche par similarité dans une base de données contenant 8 classes de réaction différentes; et à la cartographie de son espace chimique en utilisant des cartes de Kohonen et de cartes topographiques génératives. La seconde partie de la thèse porte sur le développement de modèles prédictifs pour le pKa et pour des conditions optimales pour différents types de réaction de Michael impliquant à la fois les descripteurs d’effet électronique et des descripteurs calculés sur les GCR. / This thesis aims to develop an approach based on the Condensed Graph of Reaction (CGR) method able to (i) select an optimal descriptor space the best separating different reaction classes, and (ii) to prepare special descriptors to be used in obtaining predictive structure-reactivity models. This methodology has been applied to similarity search studies in a database containing 8 different reaction classes, and to visualization of its chemical space using Kohonen maps and Generative Topographic Mapping. Another part of the thesis concerns development of predictive models for pKa and for optimal conditions for different types of Michael reaction involving both CGR-based and Electronic Effect Descriptors.

Les azacycles tels que les morpholines ou les pyrrolidines, sont très répandus dans le domaine de l’organocatalyse et de la chimie médicinale. Cette thèse traitera d’analogues contraints de ces azacycles, qui peuvent moduler de par leurs structures, les propriétés de certains médicaments ou la sélectivité de certaines réactions. Le cas de l’halopéridol, qui est connu pour son activité sur les récepteurs dopaminergiques D2 et D4, est au centre de la première partie de cette thèse, dans laquelle de nouveaux analogues contraints de type 2-oxa-5-azabicyclo[2.2.2]octane ont été développés pour pallier ses problèmes de stabilité métabolique. Dans une seconde partie, la synthèse de deux nouvelles chimères morpholine-proline pontées est rapportée. Leurs structures rigides et conformationnellement verrouillées permettent aux doublets d’électrons non liants sur les atomes d'azote et d'oxygène d’être respectivement orientés dans des directions « Est-Ouest » et « Nord-Est » spatialement différentes. En combinaison avec la présence d'un acide carboxylique, les propriétés électroniques de ces composés peuvent être utiles dans le contexte de la conception peptidomimétique de composés biologiquement pertinents. Des estimations quantitatives de la basicité des atomes d'azote ont été obtenues en utilisant une analyse DFT conceptuelle. Dans la troisième partie de cette thèse, la synthèse de nouvelles pyrrolidines oxabicycliques sera développée. Les cyclopentan[c]pyrroles sont très répandus dans la littérature, et connus pour leurs propriétés analgésiques. Des dérivés fonctionnalisés en positions 4 et 5, synthétisés par Servier, ont notamment présenté de bonnes activités en tant que ligands nicotiniques 7, mais aussi des problèmes d’inhibition de hERG. Afin d’obtenir des composés moins lipophiles et donc de pallier les problèmes d’inhibition hERG, de nouveaux analogues oxygénés de type furo[2,3-c]pyrroles ont été développés par différentes voies de synthèse. Ces nouveaux composés pourront notamment être obtenus sous formes énantiomériquement enrichies, grâce à une étape clé de résolution enzymatique. La proline a été largement utilisée ces dernières années comme organocatalyseur au sein d’importantes transformations asymétriques comme les aldolisations ou les additions de Michael. Cependant, malgré le succès de ce motif, plusieurs de ses dérivés ont été rapportés dans la littérature. C’est notamment le cas des 4,5-méthanoprolines qui furent rapportées pour la première fois par Hanessian en 1997, dont l’efficacité en tant qu’organocatalyseur pour la réaction de Hajos-Parrish ainsi que plusieurs autres types de réaction fut par la suite établie. Les dernières parties de cette thèse viennent compléter ces études. La synthèse de nouvelles 4,5-ethanoprolines a été développée, ainsi que leurs utilisations comme catalyseur lors de réactions de Hajos-Parrish et d’addition catalytique asymétrique de nitroalcanes sur des énones cycliques. Une étude DFT a été effectuée afin d’expliquer l’inversion de sélectivité observée pour ces nouveaux catalyseurs lors des réactions de Hajos-Parrish, le mécanisme de formation des énamines réactives a aussi été investigué. / Azacycles such as morpholines and pyrrolidines, are very widespread in chemistry, especially in the fields of organocatalysis and medicinal chemistry. This thesis will deal with constrained analogues of those azacycles, which, depending on their structures, can modulate the properties of certain drugs or the selectivity of certain reactions. The case of haloperidol, which is known for its activity on the dopamine D2 and D4 receptors, is at the center of the first part of this thesis, in which new constrained analogs of the 2-oxa-5-azabicyclo type [2.2.2] octane have been developed to overcome its metabolic stability problems. In a second part, the synthesis of two new bridged morpholine-proline chimeras are reported. Their rigid structures allow the lone pairs on the nitrogen and oxygen atoms to be oriented in spatially different "East-West" and "North-East" directions, respectively. In combination with the presence of a carboxylic acid, the electronic properties of these compounds could be useful in the context of the design of biologically relevant peptidomimetics. Quantitative estimations of the basicity of the nitrogen atoms were obtained using DFT analysis. In the third part of this thesis, the synthesis of new oxabicyclic pyrrolidines is described. Cyclopentan[c]pyrroles are widely encountered and known for their analgesic properties. The Servier laboratories have synthesized derivatives with substituents at positions 4 and 5, exhibiting good activities as 7 nicotinic ligands, but problems of hERG inhibition. In order to obtain less lipophilic compounds and therefore overcome the problems of hERG inhibition, new oxygenated analogs of the furo[2,3-c]pyrrole type have been developed by different synthetic routes. These new compounds were obtained in enantiomerically enriched forms, using enzymatic resolution. Proline has been widely used in recent years as an organocatalyst in asymmetric transformations such as aldolizations or Michael additions The success of this motif, has inspired synthesis of derivatives, such as 4,5-methanoprolines, which were first reported by Hanessian in 1997, and shown to be effective as organocatalysts in the Hajos-Parrish and other reactions. The last parts of this thesis develop further these studies by the synthesis of new 4,5-ethanoprolines which act as a catalysts in the Hajos-Parrish reaction and the asymmetric catalytic addition of nitroalkanes to cyclic enones. A DFT study was carried out to explain the reversal of selectivity observed for the new catalysts in Hajos-Parrish reaction and to investigate formation of a reactive enamine in the mechanism.

L’objectif de ce travail a été d’introduire des groupements fonctionnels au sein de chaînes polymère silicone pour former des assemblages supramoléculaires, dans le but de former de nouveaux matériaux. Tout d’abord, une étude approfondie de la bibliographie a permis de cerner les avantages et limitations de la réaction d’aza-Michael appliquée aux silicones. Cette étude a aussi permis d’acquérir de solides connaissances générales sur la réaction d’aza-Michael appliquée à des composés organiques aminé et de soulever des points peu ou pas traités tels que la sélectivité et la réversibilité de la réaction. Afin de comprendre et contrôler cette réaction, une étude modèle impliquant un PDMS aminé simple et l’acrylate de butyle a été réalisée. Plusieurs paramètres tels que la présence de solvants polaires protiques, de catalyseurs, ou une température élevée permettent de promouvoir la réaction. Des données cinétiques ont également mis en relief la possibilité de contrôler la sélectivité de la réaction sur un groupement amine primaire (mono- ou di-addition). Un composé 100% mono-adduit et un composé 100% di-adduit ont ainsi été synthétisé en choisissant soigneusement les paramètres expérimentaux. La réaction d’aza-Michael a ensuité été appliquée à un accepteur de Michael moins réactif, l’acide acrylique. Ce composé a la particularité de réagir instantanément et exothermiquement avec les amines par réaction acido-basique. Un déplacement de l’équilibre chimique de la réaction acido-basique vers la formation d’adduits de Michael a été rendu possible, générant ainsi des groupements zwitterioniques. Une étude approfondie de la réaction avec des amines organiques et des oligomères/polymères siliciés et aminés a été réalisée afin de déterminer la structure exacte des groupements fonctionnels obtenus et d’évaluer les propriétés visco-élastiques de tels produits. La dernière partie de ce projet a été focalisée sur l’étude et la caractérisation de ces matériaux silicones supramoléculaires s’échelonnant du liquide visco-élastique à l’élastomère silicone thermoplastique. / This PhD thesis was focused on the incorporation of functional groups onto the siloxane polymer backbone such that supramolecular assemblies are formed, in order to prepare new supramolecular silicone materials. First, an in-depth review of the aza-Michael reaction applied to silicon-containing compounds was realized, highlighting the whole potential of this addition reaction. The aza-Michael reaction applied to organic amines was thoroughly analyzed in order to emphasize some open issues such as selectivity or retro-aza-Michael reaction. In order to understand and master the aza-Michael reaction, a model reaction involving a bis-(3-aminopropyl)-terminated PDMS and butylacrylate was then fully investigated. Operating parameters such as protic polar solvents, catalysts or temperature allow promoting the reaction rate. Kinetic data showed that the selectivity towards the main formation of mono- or di-adduct can be controlled by carefully selecting the solvent nature and content. The syntheses of 100% mono- and 100% di-adduct compounds was succesfully achieved. The aza-Michael reaction was then applied to a less reactive Michael acceptor, i.e. acrylic acid. This unsaturated organic acid reacts instantaneously with amines by acid-base reaction leading to the formation of ionic pairs. This acid-base equilibrium is then shifted in the forward direction allowing the synthesis of zwitterionic groups by aza-Michael. The aza-Michael reaction of this peculiar Michael acceptor was thoroughly investigated both with simple organic amines and aminosilicone oligomers and polymers in order to elucidate the structures and to evaluate the rheological properties. Finally, supramolecular silicone materials bearing zwitterionic-like groups were prepared leading to supramolecular materials with properties ranging from visco-elastic liquids to thermoplastic silicone elastomers.