<p> </p> <p>Infectious diseases caused by bacteria, fungi, and plasmodium parasites are a huge global health problem which ultimately leads to millions of deaths annually. The emergence of strains that exhibit resistance to nearly every class of antimicrobial agents, and the inability to keep up with these resistance trends has brought to the fore the need for new therapeutic agents (antibacterial, antifungal, and antimalarial) with novel scaffolds and functionalities capable of targeting microbial resistance. A novel class of compounds featuring an aryl isonitrile moiety has been discovered that exhibits potent inhibitory activity against several clinically relevant strains of methicillin-resistant <i>Staphylococcus aureus</i> (MRSA). Synthesis, structure-activity relationship (SAR) studies, and biological investigations have led to lead molecules that exhibit anti-MRSA inhibitory activity as low as 1 – 2 µM. The most potent compounds have also been shown to have low toxicity against mammalian cells and exhibit <i>in vivo</i> efficacy in MRSA skin and thigh infection mouse models.</p> <p>The novel aryl isonitriles have also been evaluated for antifungal activity. This study examines the SAR of aryl isonitrile compounds and showed the isonitriles as compounds that exhibit broad spectrum antifungal activity against species of <i>Candida</i> and <i>Cryptococcus</i>. The most potent derivatives are capable of inhibiting growth of these pathogens at concentrations as low as 0.5 µM. Notably, the most active compounds exhibit excellent safety profile and are non-toxic to mammalian cells up to 256 µM.</p> <p>Beyond the antibacterial and antifungal activities, structure-antimalarial relationship analysis of over 40 novel aryl isonitrile compounds has established the importance of the isonitrile functionality as an important moiety for antimalarial activity. Of the many isonitrile compounds exhibiting potent antimalarial activity, two have emerged as leads with activity comparable to that of Artemisinin. The SAR details presented in this study will prove essential for the development new aryl isonitrile analogues to advance them to the next step in the antimalarial drug discovery process.</p> <p>17-nor-Excelsinidine, a zwitterion monoterpene indole alkaloid isolated from <i>Alstonia scholaris</i> is a subject of synthetic scrutiny. This is primarily due to its intriguing chemical structure which includes a bridged bicyclic ammonium moiety, and its anti-adenovirus and anti-HSV activity. Herein we describe a six-step total synthesis of (±)-17-nor-Excelsinidine from tryptamine. Key to the success of this synthesis is the use of palladium-catalyzed carbonylative heck lactamization methodology which built the 6, 7-membered ring lactam in one step. The resulting pentacyclic product, beyond facilitating the easy access to (±)-17-nor-Excelsinidine, could also serve as a precursor to other related indole alkaloids.</p> <br> <p> </p> <p></p>

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Ce travail de thèse s’articule autour de la synthèse totale des alcaloïdes de la famille Rhazinilam, potentiels agents anticancéreux. Dans ce contexte, deux méthodologies clés ont été développées. Premièrement, une réaction de cyclisation-migration de groupements sulfonyles catalysée à l'or (I) conduisant à des sulfonates de pyrroles a été optimisée et le champ d'application a été largement étendu. En tirant profit de la carbophilie des catalyseurs d’or (I), une réaction en cascade comprenant une séquence de cyclisation-migration-hydrocarbonation a été mise en place, permettant la synthèse d’indolizines ou de pyrroloazépines dans un procédé en un seul pot. Deuxièmement, des conditions réactionnelles sans précèdent par catalyse au palladium ont été développées pour le couplage de Suzuki-Miyaura impliquant des substrats de types sulfonates de pyrroles. Ces conditions ont été appliquées de façon efficace sur divers types de partenaires (aryle, hétéroaryle, vinyle sulfonates ou analogues halogénés) mais également utilisées dans différents types de couplages (Sonogashira, Buchwald). Ces méthodologies ont ensuite été appliquées à la synthèse totale du Rhazinilam et permis d’ouvrir la voie à la synthèse des Kopsiyunnanines et du Leuconolam. En parallèle, de nouveaux complexes associant des polyoxométallates et des carbènes d'or (I) ont été synthétisés, caractérisés et utilisés en catalyse hétérogène. / This PhD work was articulated around the total synthesis of the Rhazinilam family alkaloids, potential anticancer agents. In this context, two key methodologies have been developed. Firstly, a gold(I)-catalyzed cyclization-sulfonyl migration reaction leading to pyrrole sulfonates has been optimized and the scope was largely extended. By taking advantage of the carbophilicity of gold(I) catalysts, a cascade reaction including a sequence of cyclization-migration-hydrocarbonation has been implemented, allowing the synthesis of indolizidines or pyrroloazepines in a one pot process. Secondly, unprecedented reaction conditions were developed for palladium-catalyzed Suzuki−Miyaura cross-coupling using pyrrole sulfonates as substrates. These conditions have been applied efficiently on various types of partners (aryl, heteroaryl, vinyl sulfonates or halogenated analogues) but also used in different types of cross-coupling (Sonogashira, Buchwald). These methodologies were then applied to the total synthesis of Rhazinilam and to open the way to the synthesis of Kopsiyunnanines and Leuconolam natural products. In parallel, new complexes combining polyoxometalates and gold(I) carbenes have been synthesized, characterized and used in heterogeneous catalysis.

Les alcaloïdes Daphniphyllum constituent une vaste famille de produits naturels isolés à partir de plantes à feuillage persistant couramment utilisés dans la médecine chinoise traditionnelle. Ils affichent une gamme impressionnante d'activités biologiques; antipyrétique, anti-inflammatoire, antioxydant et même anticancéreux. La calyciphylline B appartient à cette famille et possède un motif original comprenant sept stéréocentres adjacents, dont un stéréocentre quaternaire tout carbone, avec un échafaudage hexacyclique. Sa structure a été déterminée par données spectroscopiques, plus précisément par des techniques de RMN 2D. Malgré le peu d'information sur son activité biologique, sa synthèse représente sans le moindre doute un grand défi pour les chimistes organiciens. Le groupe de recherche du Prof. Hanessian a entrepris la synthèse totale de la calyciphylline B en 2010, laquelle est toujours en cours. Une nouvelle approche a été développée pour la préparation d'un intermédiaire azabicyclo[3.3.0]octane avancé. Ce mémoire résume les travaux de recherche de l'auteur sur les progrès réalisés pour la voie alternative élaborée par le groupe du prof. Hanessian. Le travail effectué comprend la formation d'un stéréocentre quaternaire, l'alkylation d'un énolate sur un triflate d'alkyle secondaire, une réduction diastéréosélective, une cyclisation réductrice ainsi qu'une oxydation de Wacker régiosélective. / The Daphniphyllum alkaloids constitute a broad class of natural products isolated from a genus of evergreen plants extensively used in traditional Chinese medicine. These alkaloids display an impressive range of biological activities, including antipyretic, anti-inflammatory, antioxidant, and even anticancer properties. Calyciphylline B is a structurally unique member of this family containing seven contiguous stereocenters including an all-carbon quaternary stereocenter with a fused-hexacyclic ring scaffold. Its structure was determined by spectroscopic methods, especially 2D NMR techniques. Despite the sparse availability of information on its biological activity, its synthesis is undoubtedly a great challenge for synthetic chemists. The research group of Prof. Hanessian embarked on the total synthesis of calyciphylline B in 2010 and the project is still ongoing. A new route was developed for the preparation of an advanced azabicyclo[3.3.0]octane intermediate. This thesis summarizes the research work of the author on the progress made for the synthetic route developed by the Hanessian group. The work done includes the formation of a quaternary stereocenter, alkylation of an enolate using a secondary alkyl triflate, diastereoselective reduction, reductive cyclization, and a regioselective Wacker oxidation.

Depuis plus de 40 ans des chimistes se sont intéressés à l’extraction, à l’activité biologique et à la synthèse de l’homoharringtonine, un ester naturel de la céphalotaxine, qui est un puissant antileucémique, en vue de son utilisation thérapeutique, en particulier contre les leucémies résistantes aux inhibiteurs de tyrosine kinase. Ces alcaloïdes sont extraits de Cephalotaxus, des conifères originaires du sud de la Chine à croissance extrêmement lente et menacés d’extinction, la synthèse de ces alcaloïdes est nécessaire pour une utilisation thérapeutique.L’objectif de ce travail consiste à développer une synthèse concise de la (-)-céphalotaxine 1, afin de palier notamment le problème de sa pureté énantiomérique variable lorsqu’elle est issue de la matière première végétale. La stratégie développée dans ce travail nécessite d’effectuer un couplage de Heck avec des substrats désactivés et encombrés. Les résultats préliminaires ayant été décevants, le première objectif à consisté à développer l’utilisation de la méthode des plans d’expérience en synthèse totale, car l’efficacité de chaque étape a une répercussion importante sur le rendement en produit final. Dans une première partie, l’application d’un plan d’expériences a permis de pallier ce problème par une étude modèle pour déterminer les paramètres importants pour effectuer une telle réaction efficacement. Dans une deuxième partie, nous avons synthétisé les précurseurs et réalisé le couplage de Heck en vue de l’accès à un précurseur AC comportant tous les atomes de carbone du squelette de la céphalotaxine et les fonctionnalités requises pour sa cyclisation ultérieure en tétracycle ABCD. Enfin, nous avons fonctionnalisé les produits de Heck en position C3 par différents méthodes. Ces résultats ont permis de valider notre stratégie de synthèse. / For more than 40 years the chemists were interested in the extraction, in the biological activity and in the synthesis of the homoharringtonine, a natural ester of cephalotaxine, which is a powerful antileukemic compound of therapeutic use, in particular against the leukaemia resistant to tyrosine kinase inhibitors. These alkaloids are extracted from Cephalotaxus, conifers native of the South of China with extremely slow growth. The objective of this work thus consisted in developing a concise synthesis of the cephalotaxine, to limit the recourse to the endangered vegetable resource The developed strategy requires an intermolecular Heck-coupling of electronically and sterically deactivated demanding substrates. The preliminary results having been disappointing, the first objective consisted in developing the use of the model of the experimental design in total synthesis because the classic methodology of variation of a single parameter at the same time said of "one by one" was ineffective. The application of a complete factorial design overcomes this problem by a model study, allowing to determine the optimized parameters to make this coupling reaction effective. We then synthesized the precursors from naturally abundant safrol and 2,3-butanedione then realized the Heck coupling with the aim of the access to the precursor AC containing all the atoms of carbon of cephalotaxine and the features required for its later cyclization in pyrrolobenzazepine ABC fragment. The o-iodized homopiperonylic alcohol led in certain conditions to an isochromane through a tandem Heck-oxa-Michael reaction. Finally, we have functionalized the Heck and hydro-arylation products obtained with 69-70 % yield in position C3 by different methods allowing us to validate our strategy to access these alkaloids.

Depuis plus de 40 ans des chimistes se sont intéressés à l’extraction, à l’activité biologique et à la synthèse de l’homoharringtonine (HHT), un ester naturel de la céphalotaxine, qui est un puissant antileucémique utilisé pour le traitement des leucémies résistantes aux inhibiteurs de tyrosine kinase. Ces alcaloïdes sont extraits de Cephalotaxus, des conifères originaires du sud de la Chine à croissance extrêmement lente et menacés d’extinction. Leur synthèse est donc nécessaire. L’homoharringtonine utilisée en thérapeutique est obtenue à partir de (-)-céphalotaxine d’origine naturelle, par greffage d’une chaîne latérale acide suivie de purifications longues et coûteuses. L’objectif de ce travail consiste à développer une synthèse concise de la (-)-céphalotaxine, afin de s’affranchir de la ressource naturelle, de ce fait de garantir un approvisionnement d’HHT de qualité constante et de développer des analogues de seconde génération.Les stratégies développées dans ce travail ont consisté à développer une synthèse très concise de la céphalotaxine, d’une part en valorisant un synthon ABC nitrile pour y introduire les deux atomes de carbone manquant au squelette de la céphalotaxine, et d’autre part à améliorer l’accès à une synthon analogue ABC ester pour en étudier la réactivité. Ces travaux ont conduit à décrire un nouveau complexe arène chrome pentacarbonyle analogue de céphalotaxine, une méthode originale et efficace de cyclisation anionique d’imide formant un squelette 3-benzazépine à l’aide d’une nouvelle combinaison de bases, le tert-butylate de potassium et le carbonate de potassium agissant en synergie, et une nouvelle méthode de solvolyse de nitrile aliphatiques ou aromatiques sous micro-ondes qui a été exemplifiée. / For over 40 years, chemists are interested in the extraction, biological activity and synthesis Homoharringtonine (HHT ), a natural cephalotaxine ester, which is a potent antileukemic used therapeutically, especially leukemias resistant against tyrosine kinase inhibitors. These alkaloids are extracted from Cephalotaxus, evergreen trees from southern China having extremely slow growth and are in extinction. Their synthesis is thus necessary. Homoharringtonine used therapeutically is obtained from (-)-cephalotaxine of natural origin, by grafting an acidic side chain followed by lengthy and expensive purifications. The objective of this work is to develop a concise synthesis of (-)-cephalotaxine to get rid of the natural resource, thereby ensuring a supply of constant quality and develop similar second generation of HHT.The strategies developed in this work has been to develop a very concise synthesis of cephalotaxine , firstly by enhancing an ABC nitrile synthon to introduce the two carbon atoms missing to the backbone of cephalotaxine , and secondly to improve access to similar ABC ester synthon to investigate its reactivity. This work led to describe a new arena complex chromium pentacarbonyle cephalotaxine analog, an original and efficient method of anionic cyclization of imide forming a 3-benzazepine skeleton using a new combination of bases , potassium tert -butoxide and potassium carbonate acting synergistically, and a new method of aliphatic or aromatic nitrile solvolysis under microwave which was exemplified.

Le développement de nouvelles méthodologies de synthèse toujours plus efficaces, sélectives et éco-compatibles apparaît comme un défi permanent tant l’intérêt suscité pour les composés hétérocycliques est important. Ce projet de thèse s’articule autour de plusieurs axes dans ce domaine.Tout d’abord, nous avons exploité la réactivité des N-(sulfonyl) et N-(sulfamoyl)aziridines en tant que précurseurs de dipôles 1,3 en vue de préparer divers 1-azaspiro[5.n]alcanes. L’étude mécanistique de cette réaction de cycloaddition [3+2] réalisée par calculs DFT permet de montrer que l’étape cinétiquement déterminante de la réaction est la formation du dipôle 1,3 ; la force motrice étant la fermeture du cycle à cinq chaînons.Nous nous sommes également attachés à valoriser le savoir-faire du laboratoire dans le domaine des transferts catalytiques de nitrènes (aziridination et amination C-H) dans le cadre du projet de synthèse totale de la pactamycine, aminocyclopentitol hautement fonctionnalisé.Par ailleurs, la mise au point d’une cascade Passerini-Smiles/Réduction/Cyclisation et d’une séquence monotope Passerini-Double-Smiles/SNAr permet un accès rapide et efficace à des motifs hétérocycliques de type 1,4-benzoxazin-3-ones. Conduisant à des familles régioisomères de produits, ces deux voies de synthèse se sont avérées complémentaires.Parallèlement, une nouvelle méthodologie basée sur l’ouverture pallado-catalysée de thiocyclopropanes a permis d’obtenir de nouveaux hétérocycles de type thiochromènes. Compte tenu des nombreuses fonctionnalisations envisageables, ces composés semblent très prometteurs dans le domaine de la chimie hétérocyclique.Enfin, des études électrochimiques et RMN couplées à des calculs DFT ont été entreprises afin d’élucider le mécanisme mis en jeu lors des couplages pallado-catalysés entre un halogénure d’aryle, un isonitrile et un nucléophile. / The development of new and more efficient synthetic methodologies, selective and eco-friendly seems to be an ongoing challenge as the interest in the heterocyclic compounds is important. All the studies performed during the last three years are divided in several axes in this field.First, the reactivity of N-(sulfonyl) and N-(sulfamoyl) aziridines as precursors of 1,3-zwitterionic species was explorated in order to obtain various 1-azaspiro[5.n]alkanes. The mechanism of the reaction has been studied by DFT calculations. The initial formation of the zwitterionic 1,3-dipole has been found to be the rate-determining step whereas the five-membered ring closure appeared to be the driving force.We tried to apply our expertise in the field of catalytic nitrene transfers (aziridination and C-H amination) to the total synthesis of pactamycin, highly functionalized aminocyclopentitol compound.Furthermore, the developments of a Passerini-Smiles/reduction/cyclization cascade and of a one-pot Passerini-Double-Smiles/SNAr sequence provide straightforward and efficient accesses to 1,4-benzoxazin-3-ones. These paths are complementary as they lead to regioisomers.Meanwhile, a new methodology based on Pd-catalyzed thiocyclopropanes ring opening gave thiochromenes. Due to their high synthetic potential, these compounds appear to be very promising scaffolds in heterocyclic chemistry.Finally, electrochemical and NMR studies coupled with DFT calculations have been done in order to elucidate the mechanism involved in the Pd-catalyzed couplings between an aryl halide, an isocyanide and a nucleophile.

Es wird die enantioselektive Synthese eines substituierten Cyclopentanfragmentes beschrieben, welches zur Synthese einer Vielzahl von Diterpenen aus Euphorbiaceae genutzt werden kann. Schlüsselschritt hierbei ist eine intramolekulare Carbonyl-En-Reaktion. In zwei verschiedenen Syntheseansätzen wurde versucht, dieses zu einem Jatrophan-Diterpen umzusetzen. Versuche hinsichtlich einer Nozaki-Hiyama-Kishi-Kupplung werden beschrieben. Im zweiten Ansatz, wurde über eine Ringschlussmetathese bzw. eine Relay-Ringschlussmetathese versucht entsprechende Jatrophane herzustellen. Dies gelang bei einem Substrat, welches eine zweifach substituierte Doppelbindung beinhaltet. Somit konnte ein nichtnatürliches 17-Norjatrophan enantioselektiv synthetisiert werden. / The enantioselective synthesis of a highly substituted cyclopentan, useful for the synthesis of diterpenes from Euphorbiaceae is described. Key step is a intramolecular carbonyl-en reaction. Two different approaches towards Jatrophanes were examined. The first one envisioning a Nozaki-Hiyama-Kishi coupling didn´t work. The second one employed a ring-closing-metathesis which was successful in the case of a disubstituted double bond formed. The use of an relay-ring-closing-metathesis was also examined. The enantioselective synthesis of a nonnatural 17-Norjatrophane is described in all details.

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Les alcaloïdes Daphniphyllum constituent une vaste famille de produits naturels isolés à partir de plantes à feuillage persistant couramment utilisés dans la médecine chinoise traditionnelle. Ils affichent une gamme impressionnante d'activités biologiques; antipyrétique, anti-inflammatoire, antioxydant et même anticancéreux. La calyciphylline B appartient à cette famille et possède un motif original comprenant sept stéréocentres adjacents, dont un stéréocentre quaternaire tout carbone, avec un échafaudage hexacyclique. Sa structure a été déterminée par données spectroscopiques, plus précisément par des techniques de RMN 2D. Malgré le peu d'information sur son activité biologique, sa synthèse représente sans le moindre doute un grand défi pour les chimistes organiciens. Le groupe de recherche du Prof. Hanessian a entrepris la synthèse totale de la calyciphylline B en 2010, laquelle est toujours en cours. Une nouvelle approche a été développée pour la préparation d'un intermédiaire azabicyclo[3.3.0]octane avancé. Ce mémoire résume les travaux de recherche de l'auteur sur les progrès réalisés pour la voie alternative élaborée par le groupe du prof. Hanessian. Le travail effectué comprend la formation d'un stéréocentre quaternaire, l'alkylation d'un énolate sur un triflate d'alkyle secondaire, une réduction diastéréosélective, une cyclisation réductrice ainsi qu'une oxydation de Wacker régiosélective. / The Daphniphyllum alkaloids constitute a broad class of natural products isolated from a genus of evergreen plants extensively used in traditional Chinese medicine. These alkaloids display an impressive range of biological activities, including antipyretic, anti-inflammatory, antioxidant, and even anticancer properties. Calyciphylline B is a structurally unique member of this family containing seven contiguous stereocenters including an all-carbon quaternary stereocenter with a fused-hexacyclic ring scaffold. Its structure was determined by spectroscopic methods, especially 2D NMR techniques. Despite the sparse availability of information on its biological activity, its synthesis is undoubtedly a great challenge for synthetic chemists. The research group of Prof. Hanessian embarked on the total synthesis of calyciphylline B in 2010 and the project is still ongoing. A new route was developed for the preparation of an advanced azabicyclo[3.3.0]octane intermediate. This thesis summarizes the research work of the author on the progress made for the synthetic route developed by the Hanessian group. The work done includes the formation of a quaternary stereocenter, alkylation of an enolate using a secondary alkyl triflate, diastereoselective reduction, reductive cyclization, and a regioselective Wacker oxidation.