Les alcaloïdes de la pipéridine sont des composés présents à la fois dans le règne animal et végétal. L'approche générale que nous avons développée au cours de ce travail de thèse est basée sur l'utilisation de différents -aminonitriles qui ont été préparés soit par réduction de sels de pyridinium chiraux soit par cyanation anodique d'amines tertiaires dérivées de l'-phényl-éthylamine. Dans le premier cas, la modification de la réaction de Fry nous a permis de préparer les deux énantiomères de la coniine qui constitue l'agent toxique de la grande cigüe (Conium maculatum). En combinant cette méthode avec la métallation de Beak, nous avons pu accéder à la (+)-solénopsine A qui est l'un des constituants du venin des fourmis tropicales Solenopsis invicta. La seconde méthode qui utilise la voie électrochimique, a permis de synthétiser la (+)-myrtine qui est une indolizidine isolée de Vaccinium myrtillis et l'alcaloïde (+)-241D qui est extrait de sécrétions cutanée des grenouilles tropicales Dendrobates speciosus. Enfin, une nouvelle synthèse de la (–)-perhydrohistrionicotoxine (isolée de Dendrobates histrionicus) a été mise au point et cette dernière est basée sur l'alkylation diastéréosélective d'un α-aminonitrile chiral non racémique préparé par voie électrochimique. / Piperidine alkaloids are found in both animal and vegetal kingdoms. In this work, we have developed the synthesis and the utilization of several -aminonitrile systems which have been prepared either from the reduction of chiral non racemic pyridinium salts or from the anodic cyanation of piperidine ring system. In the first case, the modification of the Fry cyanation allowed the synthesis of both enantiomers of coniine which is the toxic component of hemlock (conium maculatum). By virtue of the Beak's lithiation–alkylation procedure, we have been able to synthesize the trans 2,6-piperidine (+)-solenopsin A which is one of the constituents of the venom of fire ant solenopsis invicta. As an alternative process, the anodic cyanation of piperidone derivatives allowed us to prepare the quinolizidine alkaloid (+)-myrtine (vaccinum myrtillis) and the all cis-2,4,6-piperidine alkaloid (+)-241D which is extracted from the skin of brightly colored neotropical frog dendrobates speciosus. Our final synthetic approach has been devoted to the stereoselective construction of spiropiperidine (–)-perhydrohistrionicotoxin whose tertiary chiral center was elaborated through the diastereoselective alkylation of an α-aminonitrile system which has been prepared by electrochemical means.

Ce travail a été consacré à l’utilisation d’un sulfoxyde chiral pour effectuer une réaction de cyclisation polarisée de Nazarov asymétrique. Une méthodologie mettant en jeu une condensation de Knoevenagel a été mise au point pour la synthèse de divinylcétones portant un sulfoxyde chiral en position α. Cet auxiliaire a mené à une sélectivité du sens de rotation, appelée torquosélectivité, des orbitales π impliquées dans l’électrocyclisation. Une diastéréodivergence de la pentannelation a pu être développée à partir de substrats dihydropyraniques qui ont mis en évidence une inversion de torquosélectivité selon l’acide de Lewis employé. La cyclisation de différents substrats (hétéro)-aromatiques a aussi montré des torquosélectivités importantes, ceci ayant permis de réaliser la première synthèse non-racémique d’une indanone dérivée de l’acide gallique, composé anticancéreux. Par la suite, une réduction stéréodivergente du carbonyle de la cyclopenténone formé a pu conduire aux carbinols épimères correspondants. Parallèlement, l’oxydation de l’inducteur chiral en sulfone a donné lieu à une allylation avec une totale diastéréosélectivité. Enfin, le clivage de la liaison C-S sous forme de sulfure ou de sulfone a permis d’élaborer, avec un excellent stéréocontrôle, des bicycles dihydropyrane-cyclopentane fusionnés à substituants fonctionnalisés. / This work was devoted to the use of a chiral sulfoxide to perform an asymmetric polarized Nazarov cyclization. A methodology involving a Knoevenagel condensation has been developed for the synthesis of divinylketones bearing a chiral sulfoxide in α-position.This auxiliary led to a rotation direction selectivity, called torquoselectivity, for the orbitals involving during the electrocyclization. A pentannelation diastereodivergence could be developed from dihydropyran-containing substrats that showed a torquoselectivity switch depending to the used Lewis acid.(Hétéro)-aromatic substrates cyclization also showed significant torquoselectivities, this allowed the first non-racemic synthesis of a gallic acid-based indanone, an anticancer agent.Thereafter, stereodivergente reduction of the cyclopentenone carbonyl gave the two corresponding carbinolic epimers. In parallel, the chiral inductor oxidation into sulfone allowed a total diastereoselective allylation. Finally, C-S bond cleavage, as sulfide or sulfone, afforded dihydropyran-fused-cyclopentane rings bearing functionalized substituents with excellent stereocontrol.

De par l’apport de la chimie de synthèse à de nombreux domaines tels que la biologie, la médecine ou les sciences des matériaux, il y a une demande croissante pour la mise au point de procédures efficaces permettant l’assemblage de molécules complexes en un nombre restreint d’étapes et ce à partir de briques élémentaires simples et accessibles. C’est dans ce cadre général que se sont inscrits les travaux que nous avons réalisés au cours de cette thèse pour le développement de nouveaux procédés de synthèse basés sur l’utilisation d’ions cétèniminium. En effet, si la chimie de ces intermédiaires réactionnels, facilement générés au départ des ynamides correspondants, est en plein essor, elle n’est néanmoins encore que trop peu étudiée et ce malgré un potentiel synthétique énorme.Dans cette optique trois nouvelles transformations, toutes faisant intervenir des ions cétèniminium, ont été développées au cours de ce travail. Nous avons, en effet, montré qu’il était possible d’utiliser ces intermédiaires pour la synthèse d’hétérocycles azotés par hydroalkylation intramoléculaire d’ynamides. L’extension asymétrique cette réaction nous a également permis d’obtenir des tétrahydropyridines et pipéridines optiquement enrichies, composés omniprésents en chimie médicinale. Finalement, ces intermédiaires polyvalents ont également pu être utilisés pour le développement d’une nouvelle méthode de synthèse d’amines deutérées. Ces différentes réactions, en plus de fournir des informations sur la réactivité des ions cétèniminium, ont également permis un accès rapide à des composés d’importance en synthèse organique ou en chimie médicinale et ce au départ d’ynamides, composés facilement accessibles. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Cette thèse porte sur le développement de nouvelles méthodologies de synthèse asymétrique permettant l'accès aux ct-fluorocétones. Deux nouvelles méthodes de synthèse énantiosélectives par voie catalytique d'a-fluorocétones ont été développées. La stratégie employée implique l'utilisation de précurseurs d'énolates fluorés comme nucléophiles prochiraux dans la réaction d'alkylation allylique catalysée par le palladium. En premier lieu, les éthers d'énol silylés ont été examinés dans cette réaction et une grande variété d'a-fluorocétones a pu être synthétisée avec de très bonnes énantiosélectivités. Ensuite, une méthode alternative utilisant les carbonates d'énol allylés fluorés a également été développée dans le but de simplifier les conditions réactionnelles et de pallier aux problèmes de stabilité observés pour certains éthers d'énol silylés. En plus de remédier à ces problèmes et de permettre l'accès aux mêmes oc-fluocétones, l'élément clé de cette deuxième approche est l'utilisation de moins de ligand chiral que de catalyseur de palladium. Cet important effet du ratio ligand/palladium, très peu documenté dans la littérature, a démontré la différence de réactivité entre les précurseurs d'énolates fluorés et les composés non fluorés. Finalement, la dernière partie de cette thèse met l'emphase sur le design, la synthèse et l'application de nouveaux ligands chiraux phosphinooxazolines (PHOX) en catalyse asymétrique. Le but visé est de généraliser les deux méthodes précédentes en permettant l'accès aux deux séries d'énantiomères des a-fluorocétones. La synthèse de plusieurs nouveaux ligands PHOX dérivés de la valine, de la leucine et de l'isoleucine a été réalisée et leur efficacité a été démontrée dans diverses réactions énantiosélectives.

Le chitosane, poly[i3-(l->4)-2-amino-2-déoxy-D-glucopyranose], est un polysaccharide homogène et linéaire composé d'unités dérivées du glucose obtenu par déacétylation de la chitine, le deuxième biopolymère en abondance sur la planète. Le chitosane est reconnu pour ses propriétés antimicrobiennes, antifongiques, antitumorales, biodégradables, biocompatibles, bioresorbables et pour être non toxique, en plus de pouvoir se lier aux métaux. Bien que les applications potentielles du chitosane soient nombreuses dans des domaines comme les biomatériaux, l'environnement, la pharmaceutique et la catalyse, elles sont largement limitées par sa solubilité restreinte. Les principaux travaux réalisés en chimie de coordination avec le chitosane se limitent à la récupération de métaux dans les eaux usées et à déterminer la quantité de métaux récupérés par poids de polymère. Très peu d'études utilisent le potentiel de la chiralité intrinsèque de ce biopolymère comme support catalytique asymétrique en milieu homogène car il peut être difficile d'obtenir des complexes solubles. À cet effet, l'utilisation du groupement ionique JV-benzylsulfonate a permis d'obtenir un dérivé ionique (1) soluble à tout pH dans l'eau. L'estérification sélective en position 6-0 du /V-phtaloylchitosane avec un groupement encombré, le pivaloyle, a été réalisée en conditions douces. La sélectivité de cette réaction a également été mise en évidence par spectroscopie RMN !H à l'aide d'une seconde estérification non-sélective en position 3-0. La déprotection sélective de l'aminé du dérivé estérifié en 6-0 a mené à un dérivé (4) comportant une amine primaire et une solubilité surprenante dans le methanol. La solubilité de ces deux dérivés, 1 et 4, a permis de les utiliser pour former des complexes polysaccharidiques avec le platine, le rhodium et le ruthénium. La formation de nanoparticules de platine a été observée à l'aide de la MEB. La solubilité de certains des complexes obtenus, 1-Ru, 1-Rh et 4-Ru, a permis de réaliser des spectres RMN *H et l C en solution. La formation de complexes modèles à partir du cyclohexylamine-iV-benzylsulfonate (11), semblable au /V-benzylsulfonatchitosane (1), a permis d'obtenir certains complexes modèles de rhodium et de ruthénium. En plus de la RMN, la taille des composés métalliques modèles a permis l'utilisation de la spectroscopie de masse par infusion afin d'obtenir davantage d'informations sur ces composés. Malgré l'ensemble des données spectrales, le mode de coordination des dérivés métalliques de chitosane n'a pu être clairement identifié. Par contre, il semble que la présence du groupement sulfonate 11 mène à des complexes comportant plusieurs modes de coordination, tel que démontré par la présence de multiples signaux en spectroscopie RMN. L'activité catalytique des trois complexes solubles obtenus a été évaluée pour l'hydrogénation de cétones en milieu homogène. Le complexe de ruthénium 1-Ru a démontré sa capacité à dépolymériser le chitosane contrairement à l'hydrogénation envisagée. Par contre, il a été établi que le complexe de ruthénium 4-Ru catalyse l'ATH de l'acétophénone avec un rendement de plus de 70% avec un ratio de 86:14 en faveur de l'énantiomère S du phényléthanol, énantiosélectivité attribuable à la chiralité intrinsèque du chitosane. La limitation du dérivé de chitosane 4 comme support est l'instabilité du groupement ester en milieu basique. La précipitation du catalyseur polysaccharidique, suite à la dégradation de l'ester, semble entraîner prématurément sa désactivation. Des résultats préliminaires ont également démontré le potentiel futur en remplaçant le centre de ruthénium par le fer.

Ce projet scientifique porte sur le développement de nouvelles voies d'accès à des composés azotés hautement fonctionnalisés en s'adaptant aux principes de chimie verte. Tout d'abord, une réaction d'Ugi quatre composants à partir d'alcools a été étudiée. L'utilisation de dérivés de l'iode hypervalent comme oxydant en quantités stoechiométriques ou catalytiques a permis de réaliser un processus one-pot oxydation d'alcools/réaction d'Ugi efficace. Par la suite, une nouvelle réaction de Mannich quatre composants, réalisée en présence d'un acide phosphorique dérivé du BINOL, a permis l'accès à des 1,3-diamines énantiopures. La modification de l'électrophile imine par un composé de type diazène a ensuite mené à des précurseurs d'aminocétones ou d'1,2-diamines énantiopures par un procédé alliant catalyse, synthèse asymétrique et utilisation de composés non toxiques.Enfin, dans la continuité des travaux sur la réactivité des énamides, deux nouvelles réactions multicomposants catalysées au fer ont pu être développées. A partir d'énamides, d'un radical libre et de différents nucléophiles, plusieurs dérivés d'aminoalcools ont pu être synthétisés selon des processus propres et sélectifs.

Le motif spiroacétal est une structure présente dans le squelette de nombreuses molécules naturelles possédant des activités biologiques variées et pour laquelle il existe de nombreuses voies de synthèse. En revanche, son analogue azoté, le motif spiroaminal a été beaucoup moins étudié. Le premier de nos objectifs a consisté à développer une voie de synthèse énantiosélective, la plus générale possible, de ce motif. La stratégie retenue repose sur une étape clé de spirocyclisation acido-catalysée d'aminohydroxycétones issues de l'alkylation séquentielle de l'acétone N,N-diméthylhydrazone par divers synthons iodés. Si les spiroaminals attendus n'ont pas pu être obtenus, ces cétones polyfonctionnalisées ont permis d'accéder efficacement à des spiroacétals originaux : les 1,6-dioxaspiro [4.6] undécanes et les 1,7-dioxaspiro [5.6] dodécanes. Dans une deuxième partie de notre travail, nous nous sommes intéressés à la synthèse totale de la broussonétine H, spiroacétal naturel possédant une très forte activité inhibitrice vis-à-vis de β-glycosidases. Son élaboration a été envisagée par couplage entre deux fragments clé : le 2-éthynyl-1,7-dioxaspiro [5.5] undécane et un iminocyclitol porteur d'un époxyde. La synthèse de ces deux composés a été réalisée en peu d'étapes et avec d'excellents rendements. Leur couplage a permis l'obtention d'un précurseur directe de la broussonétine H. L'étape finale de déprotection reste à optimiser afin de permettre l'isolement du produit naturel.

Le mémoire concerne l'utilisation de complexes butadiène fer-tricarbonyle fonctionnels ainsi que des diènes correspondants pour une approche originale à des molécules de type leucotriène. Le rôle biologique extrêmement important de cette nouvelle famille de composés a été largement démontré dans la littérature récente. Outre les synthèses de leucotriènes, dont certains ont fait l'objet de tests biologiques, ce travail a nécessité : - une étude systématique de la réactivité de nucléophiles variés vis à vis de groupes formyles en α du complexe butadiène-fer tricarbonyle : diastéréosélectivité des réactions, compatibilité des réactifs avec le motif complexe, protection de fonctions alcools notamment. - La mise au point de méthodes de décomplexation efficaces et chimiosélectives . - Une étude préliminaire de la réactivité de cations pentadiényles complexés au motif fer-tricarbonyle : elle permet en particulier une synthèse hautement stéréosélective d'alcools ou d'éthers diéniques E, Z fonctionnalisés.

Ce travail de thèse porte dans une première partie sur le développement d’une réaction de type Reformatsky asymétrique appliquée à la synthèse de motifs « 2-méthyl-1,3-aminoalcools » syn, syn et syn, anti. Cette réaction met à l’honneur la chimie des sulfoxydes chiraux dont la présence sur le substrat permet de construire trois centres asymétriques contigus. En effet, dans une première étape, une réaction de type Reformatsy entre un précurseur chiral, un γ-bromo-β-cétosulfoxyde et différentes imines permet de former les deux premiers centres asymétriques. La sélectivité favorise de composé syn. Cette réaction est très sélective avec des sélectivités syn/anti allant jusqu’à 100/0. Ensuite, une réduction diastéréosélective des β-cétosulfoxydes obtenus à l’issue de la réaction de Reformatsky permet de former le troisième centre asymétrique avec une diastéréosélectivité totale. Ainsi, l’utilisation du DIBAL-H seul permet d’obtenir l’aminoalcool 1,3-syn alors que l’utilisation du système DIBAL-H/Yb(OTf)3 permet d’accéder à l’aminoalcool 1,3-anti avec dans les deux cas une diastéréosélectivité totale pour cette étape de réduction.Dans une deuxième partie, ce travail de thèse présente des avancées vers la synthèse totale du (+)-triènomycinol, une molécule naturelle à forte activité cytotoxique. Il s’agit d’un macrolactame à 21 chaînons comportant une partie triènique, une liaison peptidique, une stéréotriade syn, anti et un centre asymétrique isolé. La stratégie proposée consiste à construire tous les centres asymétriques en utilisant la chimie des sulfoxydes chiraux. En effet, la stéréotriade a été construite en utilisant la réaction dévloppée dans la première partie, à savoir une réaction de type Reformatsky asymétrique couplée à une réduction diastéréosélective à l’aide du système DIBAL-H/Yb(OTf)3. Le centre stéréogène isolé a lui aussi été construit grâce à la chimie des sulfoxydes chiraux, par réduction diastéréosélective d’un β-cétosulfoxyde à l’aide de DIBAL-H. Cette molécule a été découpée en deux fragments, un fragments « ouest » et un fragment « est » qui ont été couplés. De nombreuses étapes ont au préalable été mises au point sur un composé modèle. Par manque de temps et de matière, la synthèse totale du (+)-triènomycinol n’a pu être achevée. / In a first part, the aim of this PhD thesis was to develop an asymmetric Reformatsky type reaction for the synthesis of “2-methyl-1,3aminoalcohol” moieties. This reaction is based on the chemistry of chiral sulfoxides. Indeed, in a first step, an asymmetric Reformatsky type reaction between a γ-bromo-β-ketosulfoxide and different imines allows us to build two contiguous stereogenic centers. This reaction is very selective with a syn/anti selectivity reaching up to 100/0. In a second step, the β-ketosulfoxides obtained after the Reformatsky-type reaction were diastereoselectively reduced using either DIBAL-H or the system DIBAL-H/Yb(OTf)3 to afford the third stereogenic center with a total diastereoselectivity. To sum up, the use of DIBAL-H allowed us to obtain the aminoalcohol 1,3-syn, whereas the use of the system DIBAL-H/Yb(OTf)3 allowed us to synthesize the aminoalcohol 1,3-anti with a perfect diastereoselectivity in both cases.In a second part, this PhD thesis focused on the total synthesis of natural cytotoxic molecule, (+)-trienomycinol. This molecule is a macrolactam containing a syn, anti stereotriad, an isolated stereogenic center and a trienic unit. The proposed strategy was based on the use of chiral sulfoxides. The stereostriad was built using the strategy developed in the first part, the asymmetric Reformatsky reaction followed by a diastereoselective reduction with the system DIBAL-H/Yb(OTf)3. The isolated stereocenter was obtained by diastereoselective reduction of a β-ketosulfoxide with DIBAL-H. This molecule was divided into two parts: the “west” part and the “east” part which were coupled together. Many steps were first optimized on a model compound. Due to a lack of time and quantity, the total synthesis of (+)-trienomycinol could not be achieved.

Les hétérocycles constituent une des classes les plus importantes de composés chimiques. Ces motifs structuraux sont les éléments clés d’une large gamme de produits naturels possédant des activités biologiques ou thérapeutiques. Toutes ces raisons expliquent le vif intérêt suscité par le développement de nouvelles méthodes de synthèse d'hétérocycles au sein de la communauté scientifique. Avec une volonté de réduire toujours plus l'empreinte environnementale de nos recherches, notre laboratoire vise à développer de nouvelles méthodologies de synthèse efficaces plus vertes et respectueuses de l'environnement. Ainsi, mes travaux de thèse ont fait appel à deux thématiques largement étudiées au sein de notre laboratoire que sont la catalyse photorédox et l'organocatalyse. Dans une première partie, l'utilisation de la catalyse photorédox comme outils pour la synthèse et la fonctionnalisation d'hétérocycles sera détaillée. Des motifs hétérocycliques originaux ont ainsi été préparés avec de bons rendements et dans des conditions réactionnelles très douces. La deuxième partie est quant à elle consacrée à la synthèse d'hétérocycles azotés énantioenrichis grâce à des réactions énantiosélectives organocatalysées d'aza-Diels-Alder à demande inverse d'électrons. En effet, la demande toujours plus accrue en composés optiquement actifs par l'industrie chimique et pharmaceutique explique le fort engouement pour le développement de méthodes de synthèse asymétriques. Ainsi, les procédés développés fournissent de nouvelles voies d'accès à des structures hétérocycliques chirales complexes avec d'excellents résultats en termes d'efficacité mais aussi de stéréosélectivité. / Heterocycles are one of the most important classes of chemical compounds. These structural scaffolds are the key elements of a wide range of natural products with biological or therapeutic activities. As a result, a great deal of research carried out in chemistry is devoted to development of new heterocycle synthesis methods. With a desire to further reduce the environmental footprint of our research, our laboratory aims to develop new methodologies for effective synthesis, more green and environmentally friendly. Thus, my thesis works lie on two themes widely studied in our laboratory that are photoredox catalysis and organocatalysis. In the first part, the use of photoredox catalysis as an efficient tool for the synthesis and functionalization of heterocycles is detailed. Original heterocyclic units have thus been prepared in good yields and under mild reaction conditions. The second part is devoted to the synthesis of enantioenriched nitrogen-containing heterocycles through organocatalyzed enantioselective inverse electron-demand aza-Diels-Alder reactions. Indeed, the increasing demand of optically pure compounds by the chemical and pharmaceutical industry explains the strong craze for the development of asymmetric synthesis methods. Thus, the developed processes provide new access routes to complex chiral heterocyclic structures with excellent results in terms of efficiency as well as stereoselectivity.