This thesis discusses the progress made towards a formal total synthesis of triptolide, a naturally occurring diterpenoid triepoxide molecule. Isolated from a Chinese vine, triptolide features some interesting structural characteristics and has demonstrated a broad range of interesting medicinal effects. It has demonstrated remarkable cytotoxicity against a number of cancer cell lines, immunosuppressive activity, and reversible male sterility. This biological activity has made it a target of a number of total syntheses spanning from 1980 to 2010. Gold-catalyzed transformations are an emerging field in synthetic organic chemistry, but their efficacy and potential uses are gaining much recognition among the synthetic organic community. Our research group is extremely interested in the applications of such gold-catalyzed organic transformations in natural product synthesis. Here, we discuss our investigations towards accessing the tetracyclic core of triptolide using a gold-catalyzed cyclization cascade reaction. We explored a number of synthetic routes towards a common linear precursor, and our successes and failures are discussed herein. We also report numerous unsuccessful efforts towards an oxidative gold-catalyzed cyclization cascade to form the tetracyclic core of triptolide. Finally, we investigated the use of a photocatalytic radical cyclization cascade to access the desired core. We report some promising preliminary results, and this study is ongoing in the Barriault group.

Die Nitron-Cycloaddition an ein dearomatisiertes Phenol ermöglichte den leichten Aufbau des Phenanthrengerüstes von Codein in der gewünschten Konfiguration. Weitere Schritte führten mit kompletter Diastereoselektivität zu Allopseudocodein und nach Allylverschiebung durch Hydrolyse der Chlorcodide schließlich zu (±)-Codein.

La thèse décrit la première synthèse totale de l'Eucophylline, le fragment sud de l'alcaloïde Leucophyllidine récemment isolé à partir de Leuconotisgriffithii et L. eugenifolius. La synthèse en 10 étapes comprend une nouvelle méthode d’accès au squelette azabicyclo[3.3.1]nonane par un processus de carbooximation radicalaire d'oléfines à trois composants. Au cours de ces études, nous avons également isolé des énamines présentant des stabilités inhabituelles résultant de leur conformation bicyclique tendue. La synthèse de la partie éburnane, le fragment nord de la Leucophyllidine, a été réalisée grâce à une nouvelle réaction radicalaire de carbo-cyanation à trois composants. Cette réaction radicalaire s'est révélée efficace pour installer le groupement fonctionnel nitrile sur des oléfines, et éventuellement former des centres quaternaires, notamment dans des structures complexes, puisqu'une bonne tolérance aux différents groupes fonctionnels a été observée. Le couplage biomimétique entre le squelette éburnane et l'Eucophylline a finalement été étudié en utilisant des modèles de structure similaire. Les résultats préliminaires de cette étude ont montré que l'absence d'effet gem-diméthyle dans le modèle éburnane empêche probablement la formation de l'imine cyclique,intermédiaire-clé dans le couplage désiré. / The thesis describes the first total synthesis of Eucophylline, the south fragment of the Leucophyllidine alkaloid recently isolated from Leuconotis griffithiiand L. eugenifolius. The 10-step synthesis encompasses a new straight forward method to access to the azabicyclo[3.3.1]nonane skeleton through a free-radical three-component olefinic carbo-oximation process. During these studies, we also isolated enamines exhibiting unusual stabilities resulting from their strained bicyclicconformation. The synthesis of the Eburnane part, the north fragment of Leucophyllidine, was developed relying on a new free-radical three-component Carbo-Cyanation reaction. This new reaction showed high tolerance toward different functional groups and provided an efficient mean to install the nitrile group in complex structures and to introduce quaternary centers. The biomimetic coupling between the Eburnane and Eucophylline fragments was finally studied using structurally similar models. Preliminary results of this model study showed that absence of a gemdimethyleffect in the Eburnane model probably prevents the formation of the cyclicimine, key intermediate for the desired coupling.

Les ellagitannins C-arylglucosidiques sont des composés polyphénoliques issus du métabolisme spécialisé de nombreuses plantes, en particulier celles appartenant à la famille des Fagacées comme le chêne et le châtaignier. La vescaline qui appartient à cette famille de composés exhibe d’intéressantes propriétés biologiques, notamment antivirales et antitumorales. Plus précisément elle inhibe la topoisomérase 2α, une enzyme ciblée par les chimiothérapies utilisées contre le cancer, et possède également une activité contre les filaments d’actine du cytosquelette. La structure particulièrement unique de la vescaline comporte un motif NonaHydroxyTriPhénoyle (NHTP) lié par une liaison C-arylglucosidique à un coeur D-glucose en forme ouverte. La synthèse totale de différents membres de cette classe de polyphénols d’origine végétale, dont celle de la vescaline, constituait l’objectif principal de cette thèse. Les voies d’accès à ces cibles exploitent en partie des méthodes développées précédemment lors de la synthèse totale de l’épipunicacortéine A 5-O-dégalloylée et sont complétées par de nouvelles méthodologies de synthèse. Ainsi, la méthode et le rendement de l’étape de C-arylglucosidation ont été améliorés et des conditions efficaces de couplage terarylique intramoléculaire entre un motif HexaHydroxyDiPhénoyle (HHDP) et une unité galloyle ont été élaborées. En adaptant la stratégie mise au point pour la synthèse totale de la vescaline, trois ellagitannins C-arylglucosidiques supplémentaires ont été préparés : la punicacortéine A, l’épipunicacortéine A et la castaline. / C-arylglucosidic ellagitannins are polyphenolic compounds biosynthesized through the secondary metabolism of various plants, in particular from the Fagaceae family such as oak and chestnut. Vescalin, which belongs to this class of plant polyphenols, displays interesting biological activities, with antiviral and antitumoral properties. More specifically, it inhibits topoisomerase 2α, a targeted enzyme in chemotherapy used in cancer treatment, and have also an activity against the cytoskeletal filamentous actin. Unique structure of vescalin displays a NonaHydroxyTriPhenoyl moiety (NHTP) linked to an open chain D-glucose with a C-arylglucosidic bond. The total synthesis of vescalin constitutes the main goal of this doctoral work. Synthetic routes employ in part chemical methods previously used for the total synthesis of 5-O-desgalloylepipunicacortein A in addition to new methodologies. Therefore, the C-arylglucosidation method and chemical yield have been improved and an efficient intramolecular terarylic coupling between a HexaHydroxyDiPhenoyl moiety (HHDP) and a galloyl unit has been developed. Taking advantage of the synthetic strategy elaborated for vescalin total synthesis, three additional C-arylglucosidic ellagitannins were obtained: punicacortein A, epipunicacortein A and castalin.

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.

Ce travail de thèse s'intéresse à la cycloaddition [2+2] asymétrique de cétènes et à son application en synthèse totale. La meilleure réactivité des oléfines Z comparées aux oléfines E, une des caractéristiques de la cycloaddition [2+2], est étudiée à la fois d'un point vue synthétique et théorique via des calculs DFT. Une méthodologie de cycloaddition [2+2] asymétrique entre des éthers d'énol chiraux et divers cétènes générés in situ a ensuite été développée. Cette cycloaddition limitée jusqu'ici à l'utilisation du dichlorocétène a été étendue à une grande variété de cétènes, permettant l'obtention de cyclobutanones variées hautement fonctionnalisées. Les cyclobutanones chirales obtenues ont été engagées dans la synthèse totale de produits naturels : la lactacystine et la salinosporamide A, inhibiteurs du protéasome et potentiels anticancéreux. Ces synthèses présentent trois étapes clés communes : une cycloaddition [2+2] asymétrique, une expansion de cycle de type Beckmann et la fonctionnalisation des chaînes latérales. La synthèse formelle de la lactacystine est présentée dans ce manuscrit, ainsi que les travaux en cours vers la synthèse de la salinosporamide A. / This thesis work focuses on the [2+2] asymmetric cycloaddition of ketenes and its application in total synthesis. The best reactivity of Z olefins compared to E olefins, one of the features of the [2+2] cycloaddition, is studied both from a synthetic and theoretically point of view, via DFT calculations. A methodology of [2+2] asymmetric cycloaddition between chiral enol ethers and various in situ generated ketenes was then developed. Cycloadditions limited to the use of dichloroketene hitherto was extended to a wide range of ketenes, leading to various highly functionalized cyclobutanones. Those chiral cyclobutanones were engaged in the total synthesis of natural products: lactacystin and salinosporamide A, proteasome inhibitors and potent anticancer agent. These syntheses have three common key steps : a [2+2] asymmetric cycloaddition, a Beckmann type ring expansion and a side chains functionalization. The formal synthesis of lactacystin is presented in this manuscript, as well as the work in progress towards the synthesis of salinosporamide A.

L'étude des petites molécules naturelles apporte continuellement de nouvelles connaissances en chimie organique et a un impact certain sur la recherche biomédicale. Les réactions catalysées par des métaux de transition ont fréquemment été utilisées dans des étapes clés vers la synthèse de produits naturels. En particulier au cours de la dernière décennie, l'or a été de plus en plus utilisé en catalyse homogène pour effectuer ces transformations. Le présent travail a pour objectif la valorisation en synthèse totale du réarrangement des acétates propargyliques catalysé par l'or. La (±)-Valénéomérine B et le (±)-Néoméranol sont deux produits naturels de la famille des Néoméranes dont nous avons envisagé la synthèse via la préparation d'un intermédiaire commun issu du réarrangement d'un acétate propargylique catalysé à l'or. Parallèlement, le comportement de nouveaux complexes d'or(I) à base d'oxides de phosphines secondaires et de cyclodextrines a été étudié dans le but de mieux contrôler la sélectivité des réactions catalysées à l'or. / The study of small molecule natural products provides some knowledge about organic chemistry and has an impact on biomedical research. Transition metal-catalyzed reactions have been frequently used to affect key transformations. Especially, there has been a noticeable trend during the past decade towards the use of homogeneous gold-catalyzed transformations. This work aims at the valorization of the gold-catalyzed rearrangement of propargyl acetates in the total syntheses of (±)-Valeneomerin B and (±)-Neomeranol. These compounds are sequiterpenoid natural products, the synthesis of which has been envisioned from the preparation of a common intermediate resulting from the gold-catalyzed rearrangement of a propargyl acetate precursor. At the same time, the behaviour of new secondary phosphine oxide- and CNHC-capped cyclodextrin-gold(I) complexes has been studied, to try and achieve better control on the course of gold-catalyzed transformations.

A l’heure actuelle, la réduction de l’impact environnemental de l’industrie chimique est un enjeu majeur. Pour parvenir à ce but, le concept de Chimie Verte, né dans les années 90, cherche à promouvoir les réactions catalysées et notamment l’utilisation de catalyseurs hétérogènes. L’objectif de cette thèse a été d’utiliser des zéolithes, aluminosilicates microporeux, dopées avec un métal, pour des applications en synthèse organique, et notamment dans une synthèse multi-étapes. Ce type de catalyseur hétérogène est intéressant car il est potentiellement recyclable, facile à séparer du milieu réactionnel et stable.Afin d’atteindre notre objectif, la synthèse totale de l’acortatarine A a été effectuée en utilisant lors d’une étape, une zéolithe dopée avec du cuivre pour former un N-alcynylpyrrole et lors d’une autre étape, une zéolithe dopée avec de l’argent pour effectuer une spirocétalisation. Dans un premier temps, les méthodologies liées à ces deux réactions ont été étudiées puis dans un second temps, en se basant sur les connaissances acquises, la synthèse totale de l’acortatarine A a été effectuée avec succès. Il est à noter que lors de cette synthèse, deux étapes additionnelles ont été réalisées avec des zéolithes acides. A travers cette synthèse nous avons montré que les zéolithes dopées avec des métaux qui entrent pleinement dans le cadre de la Chimie Verte, peuvent être des outils très attractifs dans les synthèses multi-étapes. / Nowadays, reduction of the environmental impact of the chemical industry is a major challenge. To reach this goal, Green Chemistry was born in the 90s where catalysis plays an essential role especially with heterogenous catalysts. The aim of this PhD thesis was to use a support (zeolite) doped with a transition metal in organic synthesis and more specifically in a multi-step synthesis. These heterogeneous catalysts are interesting because they are potentially recyclable, easy to separate from reaction medium and stable. In order to reach our goal, we have performed the total synthesis of acortatarin A performing a step with a copper doped zeolite to form a N-alcynylpyrrole and in another step, a silver doped zeolite was used in a spiroketalization. The methodology linked to these two steps was firstly studied and then gained knowledge was successfully applied in the total synthesis of acortatarin A. Moreover, two additional steps were carried out with acidic zeolites during the synthesis. Through this total synthesis, we have demonstrated that metal-doped zeolites can be very attractiveto perform multi-step synthesis.

This thesis discusses the progress made towards a formal total synthesis of triptolide, a naturally occurring diterpenoid triepoxide molecule. Isolated from a Chinese vine, triptolide features some interesting structural characteristics and has demonstrated a broad range of interesting medicinal effects. It has demonstrated remarkable cytotoxicity against a number of cancer cell lines, immunosuppressive activity, and reversible male sterility. This biological activity has made it a target of a number of total syntheses spanning from 1980 to 2010. Gold-catalyzed transformations are an emerging field in synthetic organic chemistry, but their efficacy and potential uses are gaining much recognition among the synthetic organic community. Our research group is extremely interested in the applications of such gold-catalyzed organic transformations in natural product synthesis. Here, we discuss our investigations towards accessing the tetracyclic core of triptolide using a gold-catalyzed cyclization cascade reaction. We explored a number of synthetic routes towards a common linear precursor, and our successes and failures are discussed herein. We also report numerous unsuccessful efforts towards an oxidative gold-catalyzed cyclization cascade to form the tetracyclic core of triptolide. Finally, we investigated the use of a photocatalytic radical cyclization cascade to access the desired core. We report some promising preliminary results, and this study is ongoing in the Barriault group.

Orientador: Ronaldo Aloise Pilli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T12:56:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pirovani_RodrigoVezula_D.pdf: 8130990 bytes, checksum: 09b4b459a43a3e2d8f59756e8bcc77bc (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: No capitulo um, apresentamos o planejamento e a síntese de nucleases artificiais baseadas na estrutura da (+/-)-tripargina (19), que poderia intercalar no ADN e apresenta um grupo guanidínico que pode se ligar a grupos fosfatos. Esta foi preparada usando uma estratégia desenvolvida no nosso laboratório em escala multigramas. Dois novos análogos contendo um resíduo guanidínico adicional foram preparados, visto que estes podem aumentar a atividade catalítica desses compostos. O derivado 1,2-bisguanilado 20 foi preparado em 8 etapas com 37% de rendimento global. O análogo 1,9-bisguanilado 21 foi sintetizado com 13% de rendimento para 10 etapas. Também foram preparados três análogos 22-24 contendo uma cadeia hidroxílica lateral em bons rendimentos totais (55, 52 e 31%, respectivamente) a partir do ácido 4-aminoburitírico, bem como três intermediários avançados 70d-72d com duas cadeias guanidínicas e uma cadeia hidroxílica. Estes últimos foram preparados em 12 etapas a partir da triptamina em rendimentos globais variando entre 9-14%. Apesar dos esforços, não encontramos uma condição em que observássemos a atividade catalítica para a (+/-)-tripargina (19) e os derivados bisguanilados 20 e 21, mesmo tendo sido observado que se tenha visto por titulação usando-se RMN-31P uma interação supramolecular entre 19 e o p-nitrofenilfosfato de sódio, com predominância do complexo 1:1 em solução. No capítulo dois, descrevemos a síntese convergente da lingbiabelina M (95) com a finalidade de elucidar sua estrutura tridimensional. Pela estratégia inicial, esta foi dividida em três fragmentos principais: dois deles continham anéis tiazólicos 101 e 106 e foram preparados usando-se uma química clássica para a formação desses heterociclos. A parte policetídica foi sintetizada aplicando-se a metodologia de Masamune para se obter o ácido 107 em 19% de rendimento para 6 etapas. Para finalizar a síntese, os fragmentos 101, 106 e 107 foram acoplados em 49% de rendimento para 6 etapas. Pode-se, assim, confirmar que o produto natural 95 apresenta a esterioquímica (2S, 3S, 14R, 20S) proposta por Gerwick e colaboradores quando de seu isolamento / Abstract: In chapter one, the design and synthesis of artificial nucleases based on the structure of (+/-)-trypargine (19) are introduced. These compounds which contain a guanidine group known to be involved in molecular recognition in biological systems could present the propensity to insert into DNA. Two new analogues containing an additional guanidinic group were prepared, since these may enhance the catalytic activity of these compounds. 1,2-Bisguanylated compound 20 was prepared in 8 steps in 37% overall yield. The analogous 1,9-bisguanylated 21 was synthesized in 13% global yield over 10 steps. Three more analogs 22-24 containing a hydroxylic side chain were prepared in good overall yields (55, 52 and 31%, respectively) from 4-aminoburitiric acid. The synthesis of three advanced intermediates 70d-72d with two guanidinic groups and one hydroxylic chain in 13 steps from tryptamine (31) in overall yields ranging from 9-14% is also disclosed. Despite all efforts, we were not able to find a condition to observe the catalytic activity for (+/-)-trypargine (19) and bisguanylated derivatives 20 and 21, although some supramolecular interaction was observed by 31P-NMR titration between 19 and the p-nitrophenylphosphate sodium salt, predominantly a 1:1 complex in solution. In chapter two, we have described the convergent synthesis of lyngbyabellin M (95) in order to elucidate its stereochemical nature. By retrosynthetic analysis, our target was divided into three main portions: two of them contained thiazole rings 101 and 106, which were prepared using traditional hetericyclic chemistry. The polyketide core was synthesized through the Masamune anti-aldol reaction, giving acid 107 in 19% overall yield over 6 steps. To complete the synthesis, the fragments 101, 106 and 107 were coupled in 49% yield over 6 steps. Thus, we confirmed that the natural product 95 has the stereochemistry (2S, 3S, 14R, 20S) proposed by Gerwick et al, as described in their work of isolation / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Ciências