La présente thèse adresse plusieurs sujets dont les réactions « domino » du laboratoire et leurs utilisation en synthèse totale des produits naturelles à activité biologique importante. La réaction « domino » consiste dans une séquence de réactions en une étape, faisant intervenir un clivage oxydant, une cycloaddition [4 + 2] , une addition électrophile du plomb sur l'ene-acetal cyclique (éther d'énol tricyclique) formé, une expansion de cycle et finalement une acétylation réalisable avec un réactif, le Pb(OAc)4 ou même deux, l'PhI(OAc)2 et le Pb(OAc)4 en un seul pot. Un des objectifs était d'optimiser les réactions de type domino utilisant le Pb(OAc)4, puisque les stratégies de synthèses que nous avons ensuite entrepris étaient basées sur la construction des noyaux cyclohexaniques convenablement substitués. L'objectif central de ma thèse a été la synthèse totale de l'Iridal et de l'acide Galbanique, deux composés A-seco terpéniques, jamai! s synthétisés, en employant la réaction « domino » comme réaction clé pour la formation des structures cyclohexaniques de ces composés. Pour la synthèse de l'acide Galbanique, nous avons opté pour l'utilisation de la (R)–pulégone comme produit de départ, suite à des difficultés rencontrées dans la construction de la double liaison exocyclique tetrasubstituée. En fait, la synthèse a été courte, et efficace jusqu'à la dernière étape, le couplage de la coumarine avec le noyau cyclohexanique. Cette dernière étape s'est avérée problématique, et nous avons de nouveaux fait appel aux micro-ondes. La synthèse de l'antipode de l'acide galbanique nous a permis de confirmer la première structure proposée par Bagirov en 1980 et aussi la configuration absolue. L'Iridal (molécule mère de la famille «iridaceae» et plusieurs autres membres), avec des valeurs IC50 comparables à celles du taxol et de la doxorubicine et moins affectés par des lignées cancéreuses qui développent une résistance multi-drogues, ainsi que des analogues synthétiques, ont été abordés avec succès. Ces cibles ont été choisies pour l'emploi effectif des stratégies de synthèse de cyclohexanes hautement substitués, déjà développées au laboratoire dans la synthèse taxoïde. Le présent travail a permis la construction énantiosélective de plusieurs membres de la famille des iridals, et aussi des analogues de toutes sorte dans les séries iridal et acide galbanique, secodriol, secodrial etc.

Nous avons réalisé une réaction domino qui a conduit à une diversité moléculaire importante avec de bons rendements et une large gamme de groupes fonctionnels. De plus, un contrôle total de la stéréochimie est exercé sur les centres introduits, ce qui a permis en particulier, la synthèse stéréocontrôlée de deux centres quaternaires adjacents.<br />Une amélioration a pu être apportée afin de diminuer la toxicité de la réaction, en remplaçant la moitié du tétra-acétate de plomb par du diacétate de iodo-benzène moins toxique.<br />Cette réaction permet ainsi l'élaboration de cyclohexanes hautement fonctionnalisés comportant jusqu'à cinq centres définis.<br />La famille des iridals (comportant plus de 30 représentants) s'est alors révélée une cible de choix pour l'utilisation de notre réaction domino en synthèse totale. Les iridals sont des triterpènes qui possèdent des propriétés biologiques importantes, principalement contre le cancer (un brevet a été déposé par une équipe de Montpellier). Les iridals ont tous en commun un noyau cyclohexane comportant quatre centres asymétriques adjacents, dont deux quaternaires, ce qui en fait des cibles synthétiques intéressantes.<br />Nous avons choisi l'iridal, molécule mère de la famille, comme première cible et nous proposons une approche de sa synthèse. La construction de la chaîne homofarnésyle est particulièrement traitée.

L’objectif a été de développer de nouvelles stratégies d’accès à des hétérocycles soufrés originaux, impliquant des processus domino métallo-induits. Une première étude a consisté en la synthèse de nouveaux hétérocycles soufrés pas des réactions domino pallado-catalysées impliquant une réaction de cyclocarbopalladation 5 ou 6-exo-dig suivie d’un couplage croisé C-C. A partir de substrats soufrés pré-organisés comportant une triple liaison CC, nous avons synthétisé des molécules comportant un hétérocycle soufré fusionné à un cycle benzénique, présentant une double liaison exocyclique tétrasubstituée stéréodéfinie. Ensuite, nous avons développé une méthode de synthèse d’aryle thiocyanates à partir de thiols ou dedisulfures, en utilisant pour la première fois le CuCN comme agent de S-cyanation. Cette transformation a été intégrée dans une réaction domino tricomposante. A partir d’un 2-aminobenzènedisulfure, du CuCN et d’un électrophile, des 2-aminobenzothiazoles ont été synthétisés. / The objective was to develop new accesses to original sulfur heterocycles involving metal-mediated processes.The first study allowed the development of new palladium-mediated syntheses of original sulfur heterocycles involving a 5 or 6-exo-dif cyclocarbopalladation reaction followed by a C-C crosscoupling. Starting from pre-organized sulfur substrates containing a C-C triple bond, we have synthesized original benzene-fused sulfur rings bearing an exocyclic, stereodefined, all-substituted double bond. In a second study, we have developed a new synthesis of aryl thiocyanates starting from thiols or disulfides using for the first time CuCn as S-cyanation agent. Then, this method taking place through a copper-mediated oxidative coupling, under mild conditions, was integrated in a three-component domino reaction involving a 2-aminobenzene disulfide, copper cyanide and an electrophile allowing the synthesis of polyfunctionalized 2-aminobenzothiazoles in good yields.

Cette thèse a été consacrée tout d'abord à l'étude du premier procédé domino méthylénation-hydrogénation des aldéhydes et des cétones. Ce processus repose sur la combinaison d'un réactif gem-bimétallique [CH2(ZnI)2] et un catalyseur de Wilkinson (ClRh(PPh3)3) en présence d'hydrogène moléculaire.L'étendue et les limites de cette réaction ont été explorées. Ensuite, l’étude de la réaction de semi-hydrogénation antid'alcynes par catalyse homogène a permis d’accéder de façon stéréosélective aux alcènes (E) correspondants. Cette réaction a été développée en utilisant des réactifs commerciaux et peu couteux : Zn0, ZnI2 et Cl2Pd(PPh3)2sous1 atmosphère d’hydrogène moléculaire. Ces conditions sont à ce jour les plus douces utilisées pour cette réaction.Finalement, la préparation d’imidates par condensation de furfurylamine sur une variété d’iminoester, et la synthèse d’amidines par la condensation d’amines primaires sur les imidates précedemment obtenus, ont été réalisées. L’évaluation de l’activité anti-oxydante des nouveaux composés formés (imidates et amidines) a donnée des résultats prometteurs. / During this research, the firstmethylenation-hydrogenation domino process of aldehydes and ketones has been studied. This process is based on the combination of a gem-bimetallic reagent [CH2(ZnI)2] and a Wilkinson catalyst (ClRh(PPh3)3). The scope and limitations of this reaction have been explored.Furthermore, the semi-hydrogenation antiof internal alkynes by homogeneous catalysis allowed stereoselective access to the corresponding alkenes (E). This reaction was developed using commercially available and low expensive reagents: Zn0, ZnI2 and Cl2Pd(PPh3)2under H2 atmosphere. The use of easy handle and soft conditions had been first described.Finally, two synthetic routes were used to prepare imidates and amidines. The first were obtained from furfurylamine and iminoesters, while amidines were prepared from the condensation of primary amines on previous imidates. Evaluation of the antioxidant activity of these compounds gave promising results.

Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à explorer le potentiel d’une réaction multicomposés initiée par une addition de Michael conduisant à des dérivés de 2,6-DABCO. Dans ce contexte, nous avons tout d’abord étudié l’étendue de la réaction en modifiant les différents partenaires et paramètres réactionnels. Dans le but de rendre ce procédé plus éco-compatible, l’utilisation de liquides ioniques recyclables a aussi été étudié. Dans certains cas, les liquides ioniques ont permis de s’affranchir du solvant organique toxique et du catalyseur hétérogène de la réaction. Enfin, afin de mettre en œuvre une synthèse multicomposés énantiosélective de 2,6-DABCO, nous avons été amenés à développer une nouvelle méthodologie d’addition de Michael énantiosélective organocatalysée de béta-cétoamides sur des dérivés carbonylés alpha,béta-insaturés. Ainsi, des adduits comportant un centre stéréogène quaternaire entièrement carboné ont pu être obtenus avec de bons rendements et des excès énantiomériques qui atteignent 99%. Une étude sur la réactivité de ces adduits nous a permis d’accéder à différentes familles de composés poly(hétéro)cycliques optiquement actifs d’un grand intérêt synthétique. / In this work, we explored the potential of a Michael addition-initiated multicomponent reaction leading to 2,6-DABCO derivatives. In this context, we first studied the scope of the reaction by changing the partners and the parameters of the reaction. In view of making the process more eco-friendly, the use of ionic liquids was also investigated and found that in some cases, the ionic liquids could replace the toxic organic solvent and the heterogeneous catalyst of the reaction. Finally, the implementation of an enantioselective multicomponent synthesis of 2,6-DABCO led us to develop a new methodology of an organocatalytic enantioselective Michael addition of beta-ketoamides to alpha, beta-unsaturated carbonyls. In this way, adducts containing an all-carbon quaternary stereocenter were obtained in good yields and high to excellent enantiomeric excesses (up to 99%). The study of the reactivity of these adducts allowed the access to different families of optically active poly(hetero)cyclic compounds of high synthetic interest.

Dans le contexte de la synthèse éco-compatible, la réactivité et le transfert de chiralité de sulfoximines dans quelques réactions domino ou consécutives diastéréosélectives ont été étudiés pour la synthèse de carbocycles et d’hétérocycles d’intérêt. L’emploi de béta-cétosulfoximines comme pronucléophiles dans des additions de Michael diastéréosélectives a aussi été étudié. Dans la plupart de ces cas, l’induction asymétrique de l’atome de soufre chiral s’est révélée faible. Dans un second temps, nous avons étudié l’addition de Michael énantiosélective des cyclobutanones activées sur les nitroalcènes par une approche organocatalytique. En utilisant un catalyseur bifonctionnel, les produits attendus présentant deux centres stéréogènes contigus dont un quaternaire, ont pu être obtenus avec de très bons rendements et d’excellentes diastéréo- et énantiosélectivités. Le potentiel synthétique de ces dérivés cyclobutaniques a pu être démontré, en particulier pour la synthèse de gamma-lactones optiquement actives. / In the context of eco-compatible synthesis, reactivity and chirality transfer of sulfoximines in some domino or consecutive diastereoselective reactions have been studied for the synthesis of carbocycles and heterocycles of interest. The use of béta-ketosulfoximines as pronucleophiles in diastereoselective Michael additions has also been studied. In most of these cases, the asymmetric induction of chiral sulfur atom was low. Then, we investigated the enantioselective Michael addition of activated cyclobutanones onto nitroalkenes by an organocatalytic approach. The resulting adducts exhibit two contiguous chiral carbon atoms including an all-carbon quaternary stereocenter. They were obtained with very good yields and excellent diastereo-and enantioselectivities by using a bifunctional catalyst. The synthetic potential of these cyclobutane derivatives could be shown, especially for the synthesis of optically active gamma-lactones.

Le projet scientifique a consisté au développement de nouveaux processus domino ayant pour étape clé la fonctionnalisation d’une liaison C-H. L’introduction de cette étape de fonctionnalisation C-H a permis d’améliorer significativement l’efficacité moyenne de la réaction et a offert de nouvelles perspectives du point de vue synthétique. Ainsi, nous avons exploité des stratégies se basant sur des séquences Heck / fonctionnalisation C-H, des réactions de difonctionnalisation d’alcènes en conditions oxydantes et un processus d'aminopalladation / fonctionnalisation C-H. Ces méthodologies nous ont permis un accès rapide aux motifs spiroquinolinones, spirooxindoles, oxindoles disubstitués en position 3, oxindoles tétracycliques et pyrrolo[1,2-a]indoles. / The projet consists in developing new domino processes involving C-H functionalization as the key steps. The introduction of C-H functionalization in the domino reaction leads to the enhancing significantly the efficiency of the reaction and offers new perspectives in a synthetic point of view. In this context, we have exploited different strategies basing on Heck/C-H functionalization process, difunctinalization of alkenes reactions through oxidative addition and a sequencial intramolecular aminopalladation/C-H functionalization. These methodologies allow rapid constructions of spiroquinolines, spirooxindoles, 3,3'-disubstituted oxindoles, tetracyclic oxindoles and pyrrolo[1,2-a]indoles cores.

Les transformations photochimiques sont des outils puissants pour créer de la diversité moléculaires à partir de substrats facilement accessibles; elles requièrent le réactif le plus simple : un photon. Les réactions de cycloaddition [2+2] photochimiques de composés carbonylés ou carboxylés α,β-insaturés avec des oléfines sont les réactions photochimiques les plus largement utilisées en synthèse organique. Les photoadduits cyclobutaniques sont très appliqués en synthèse multi-étapes de produits naturels ou dérivés et sont également prisés comme intermédiaires de synthèse du fait de la grande réactivité intrinsèque liée à leur tension de cycle. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à une approche photochimique pour la synthèse de β-acides aminés cyclobutaniques substitués. Notre objectif était de mettre en place une synthèse robuste et efficace sur l’échelle du gramme des acides cis- et trans-2-aminocyclobutane-1-carboxyliques (cis- et trans-ACBC) diversement substitués en position 3 ou 4. La construction du cycle à quatre chaînons a été réalisée via une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique entre le tert-butoxyéthène et le maléimide ou l’anhydride maléique. Les fonctions amine et acide carboxylique ont ensuite été générées par des processus consécutifs ou “one-pot” impliquant un réarrangement de Hofmann. Les mélanges racémiques des 3- et 4-cis-syn-hydroxy-ACBCs ont été dédoublés via l’utilisation d’une oxazolidinone chirale, donnant accès aux β-acides aminés énantiopures ciblés sur grande échelle, sous la forme déprotégée ou protégée orthogonalement. Le contrôle d’une procédure d’épimérisation cis-trans a permis l’accès aux composés trans-syn-3-hydroxy-ACBC à partir des substrats cis-syn-3-hydroxy-ACBC. Enfin, les composés ACBCs diversement substitués en position 3 et de configuration cis-anti ou trans-anti ont pu être préparés grâce à une réaction de Mitsunobu ou d’autres transformations de type SN2, à partir des réactifs cis-syn- ou trans-syn-3-hydroxy-ACBC correspondants. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons étudié des processus photochimiques tandem et cascade initiés par une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique. En collaboration avec un chercheur post-doctorant, nous avons réalisé la synthèse contrôlée d’une librairie d’acétals cyclobuténiques et d’oxétanes polycycliques, via des photoréactions tandem et cascade entre des cyclopent-2-énones et des partenaires alcènes. Le processus tandem résulte d’une réaction de cycloaddition [2+2] photochimique suivie d’une fragmentation de type Norrish I et d’un transfert d’hydrogène en position γ, conduisant aux aldéhydes cyclobuténiques protégés in situ sous la forme de dérivés acétals stables. La triple cascade réactionnelle a permis l’accès à de nouveaux oxétanes tricycliques angulaires par le biais d’une réaction de Paternò-Büchi intramoléculaire à partir des aldéhydes cyclobuténiques précédemment cités. La généralisation de ces deux processus domino a été étudiée à partir d’un panel de cyclopent-2-énones et de trois partenaires alcènes représentatifs. La formation de certains des composés obtenus a pu être expliqué par à une réaction supplémentaire de type SN’. Une étude préliminaire de cette transformation non-attendue a été réalisée. / Photochemical transformations are powerful tools for the creation of molecular diversity from simple and readily available starting materials; they employ the simplest of reagents, a photon. Photochemical [2+2] cycloaddition reactions of α,β-unsaturated carbonyl or carboxyl compounds with olefins are one of the most widely applied photochemical reactions in organic synthesis. The cyclobutane photoadducts have been used ubiquitously in multi-step syntheses of a wide array of natural products or related derivatives, and they have also been used as intermediates in other synthetic procedures which exploit their strained molecular skeletons and their resulting intrinsic chemical reactivity.In the first part of this thesis, we focused on a photochemical approach for the synthesis of ring-substituted cyclobutane β-amino acids. Our objective was to establish a robust, large-scale and efficient synthesis of cis- and trans-2-aminocyclobutane-1-carboxylic acids (cis- and trans-ACBC) diversely substituted at the 3- or 4-positions. The cyclobutane ring was constructed using a photochemical [2+2] cycloaddition reaction between tert-butyl vinyl ether and either maleimide or maleic anhydride. The amine and carboxylic acid functions were subsequently installed through consecutive or one-pot protocols including a Hofmann rearrangement. The protected racemates of 3- and 4-cis-syn-hydroxy-ACBCs obtained in this way were resolved using a chiral oxazolidinone auxiliary to provide a large scale access to enantiomerically pure samples of the target β-amino acids in either free or orthogonally protected form. A controlled cis-to-trans epimerization procedure from cis-syn-3-hydroxy-ACBC substrates permitted facile access to target trans-syn-3-hydroxy-ACBCs. Finally, diversely substituted 3-ACBCs with cis-anti or trans-anti relative configurations were synthesized using Mitsunobu or other SN2-type reactions, starting from corresponding cis-syn- or trans-syn-3-hydroxy-ACBC derivatives.In the second part of the thesis, we investigated photochemical tandem and cascade processes which began with a photochemical [2+2] cycloaddition reaction. In collaboration with a post-doctoral researcher, we reacted cyclopent-2-enones and alkenes to afford libraries of cyclobutene acetals and polycyclic oxetanes, in a controlled manner, via tandem and triple cascade photoreactions. The tandem process consisted of a photochemical [2+2] cycloaddition followed by Norrish I/γ-H transfer which led to cyclobutene aldehydes; these reactive photoadducts were trapped in situ as stable acetal derivatives. The triple cascade process provided access to unprecedented angular tricyclic oxetanes via an intramolecular Paternò-Büchi reaction of the above-mentioned cyclobutane aldehydes. The scope of these two domino processes was investigated using panels of 2- and 4-substituted cyclopent-2-enones and three representative alkene partners. The formation of some of the compounds obtained during this study was attributed to an additional SN’ reaction. Preliminary investigations on this unexpected transformation were performed.

Cette thèse est constituée de trois parties : 1) Le contexte bibliographique, 2) le développement de réactions domino cupro-catalysées et 3) une approche vers la synthèse totale des raputindoles.La première partie introduit d’abord le concept de réactions domino ainsi que leurs applications, puis les réactions catalysées par du cuivre permettant de former des liaisons C-N sont passées en revue en incluant les couplages de Ullmann, Goldberg et de Chan-Lam, les séquences d’activation oxydante de liaisons C-H/formation de liaison C-N, l’insertion de nitrènes et l’hydroamination de liaisons C-C multiples. En se basant sur ces réactions élémentaires permettant de former une liaison C-N unique, les développements récents de réactions domino sont ensuite détaillés.La deuxième partie peut être subdivisée en 3 sections : 1) la synthèse de benzimidazoles, 2) la synthèse d’imidazoles and 3) la synthèse de guanidines. Un rappel des méthodes existantes pour la synthèse de ces motifs est proposé dans chaque section. Notre travail, basé sur la formation de liaisons C-N multiples selon une séquence cupro-catalysée domino, est ensuite détaillé. Celui-ci nous a permis d’aboutir au développement de voies d’accès aux benzimidazoles, en utilisant une réaction séquentielle catalysée par du cuivre en présence d’oxygène à partir d’acides boroniques et d’amidines, à la synthèse d’imidazoles par une réaction de di-amination d’alcynes vrai par des amidines et à l’obtention de guanidines et de 2-aminobenzimidines par une réaction à 3 composant. Ces réactions domino montrent une bonne efficacité et permettent d’assembler des hétérocycles à partir de précurseurs aisément accessibles.La dernière partie est consacrée à la synthèse des raputindoles. La structure, les activités et les réactions clé pour la construction de ces alcaloïdes sont discuté d’abord, nous amenant à proposer une rétrosynthèse pour accéder à ces molécules. Les réactions qui ont retenues notre attention pour construire ces molécules sont une annelation [3+2] irido-catalysée d’acides o-formylarylboronique et de 1,3-diènes, la synthèse de Leimgruber-Batcho pour obtenir des indoles et une séquence d’alkylboration-protodéboration. A partir de cela 3 stratégies ont été évaluées, montrant que l’accès à ce type de composé naturel est envisageable en combinant ces étapes. / This thesis consists in three parts: bibliographic background, copper-catalyzed reactions for synthesis of N-containing compounds, approach to the synthesis of raputindoles.The first part introduces the domino reactions and their applications, then, copper-mediated reactions for construction of C-N bond formation are reviewed including Ullmann, Goldberg and Chan-Lam coupling, oxidative C-H activation/C-N formation, insertion of nitrenes and carbenoids, and hydroamination of multi-C-C bonds. This can be used as guides to design domino reaction. Following these copper-mediated single C-N bond formation reactions, recent developments of copper-catalyzed domino reactions for synthesis of heterocycles are described.The second part can be divided into three sections: 1) synthesis of benzimidazoles, 2) synthesis of imidazoles and 3) synthesis of guanidines. Each section summarizes the existing methods used for their synthesis. Following it, our synthetic work involving copper-catalyzed C-N bond formation domino reactions is discussed in detail. Our objectives include the synthesis of benzimidazoles through copper-catalyzed sequential reaction of benzamidines and boronic acids, synthesis of imidazoles via copper-catalyzed domino reaction of benzamidines and acetylenes, and synthesis of guanidines and 2-aminobenzimidazoles by Cu-catalyzed three-component reaction of cyanamides, boronic acids and amines. These copper-catalyzed domino reactions show high efficiencies from readily available and simple starting materials.The last part is about the total synthesis of raputindoles. The structure and bioactivities of raputindoles and key reactions for the total synthesis of raputindoles are introduced first, the synthetic strategies are then proposed on basis of relative synthetic methods. The key reactions we use for the synthesis of raputindoles are iridium catalyzed [3+2] annulation of o-formylarylboronic acids and 1,3-dienes, Leimgruber-Batcho indole synthesis, transition-metal catalyzed SN2 substitution and alkylborylation-protondeborylation. According to the three strategies we proposed, lots of relative reactions were investigated. The results show that it is possible to synthesize the raputindole molecules based on the iridium catalyzed [3+2] annulation of 2-formylarylboronic acids and 1,3-dienes.