La (-)-kopsine appartient à la famille des alcaloïdes aspidofractinine. Isolée pour la première fois en 1890 par l'équipe du professeur Ber à partir de plantes du genre Kopsia (Apocynaceae), qu'on retrouve abondamment dans le sud-est de l'Asie et qui sont connues dans la pharmacopée traditionnelle. En Chine, la Kopsia Officinalis est utilisée contre les douleurs rhumatismales tandis qu'en Malaisie, des plantes comme la Kopsia profunda, la Kopsia larutensis et la Kopsia teoi ont été utilisées comme antihypertenseurs, activité confirmée en laboratoire sur des rats normotendus. La synthèse de la kopsine et d'analogues s'avère donc intéressante au point de vue pharmacologique. Mais c'est au point de vue de la chimie que les défis sont à relever: la kopsine est une molécule complexe, qui comporte 7 cycles et 6 centres chiraux, dont 4 tétrasubstitués. La première synthèse énantiosélective de la (-)-kopsine qui vient d'être amorcée comporte une trentaine d'étapes. La première étape clé consiste en un réarrangement [3,3] d'Ireland-Claisen qui va permettre la formation du premier centre quaternaire de la molécule avec un transfert contrôlé de la chiralité en position 3 d'un dérivé oxindole. La deuxième étape clé consiste en une condensation d'iminiums en cascade, qui doit mener à la fomation de 2 cycles en une étape. Une troisième étape clé consiste en une réaction de cycloaddition de Diels-Alder intramoléculaire qui devra permettre de former les 2 derniers cycles de la (-)kopsine. Jusqu'à présent, deux volets de la synthèse ont été explorés. Dans un premier volet, l'iodooxindole a été couplé à un aldéhyde chiral dérivé de l'acide lactique par une condensation aldolique. La fonction alcool a été acylée avec différents chlorures d'acides et plusieurs conditions de réaction ont été essayées pour déclencher la première étape clé de la synthèse, soit le réarrangement [3,3]. Par ailleurs, l'application des conditions acides de Johnson a mis au jour une nouvelle réaction de cyclopropanation hautement stéréosélective. Dans un autre volet, la synthèse d'un substrat modèle a été amorcée pour éventuellement étudier la réaction de Diels-Alder et ainsi anticiper d'éventuels problèmes reliés à cette étape clé. La synthèse du composé modèle a débuté avec l'oxindole, qui a été allylé en position 3 puis alkylé avec le bromoacétate de méthyle. L'ester a été réduit, l'alcool obtenu a été protégé, le bromure d'allylmagnésium a été additionné sur le carbonyle du lactame et le diène résultant a été impliqué dans une réaction de cyclisation par métathèse d'alcène. Il reste quelques étapes à franchir, tel le couplage avec la contrepartie diénophile, pour que le composé tricyclique obtenu mène au substrat modèle de la cycloaddition de Diels-Alder intramoléculaire. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : (-)-kopsine, Condensation aldolique, Cycloaddition de Diels-Alder Intramoléculaire, Réarrangement d'Ireland-Claisen, Oxindole, Condensation d'iminiums en cascade, Réaction de cyclopropanation.

Le premier chapitre de cette thèse porte sur l’étude modèle des différents partenaires nécessaires à la séquence de cyclisation de Vilsmeier-Haack et de cycloaddition dipolaire-1,3 intramoléculaire d’ylure d’azométhine utilisée pour réaliser la synthèse totale d’alcaloïdes Daphniphyllum de types daphilactone B et yuzurimine. L’étude du type de nucléophile permettant d’effectuer la première cyclisation, ainsi que les types d’ylures d’azométhine et de dipolarophiles nécessaires pour la cycloaddition finale est présentée. Le deuxième chapitre présente le développement d’une seconde synthèse du précurseur de la séquence de cyclisations étudiée au chapitre 1 permettant de résoudre les différents problèmes encourus au cours de ce même chapitre. Le type de dipolarophile utilisé lors de la cycloaddition dipolaire-1,3 d’ylure d’azométhine est à nouveau étudié. Enfin, les résultats obtenus pour la séquence de cyclisations étudiée ainsi que la fonctionnalisation du cycloadduit issu de cette dernière sont aussi exposés. Le troisième chapitre traite sur les efforts effectués vers la synthèse totale de la caldaphnidine C et de ses congénères. L’élaboration d’une stratégie permettant d’effectuer cette synthèse de façon non racémique ainsi que l’incorporation d’un centre quaternaire absent lors de l’étude modèle du précédent chapitre y sont abordés. Des travaux futurs sont finalement suggérés.

Une approche hors 'pool chiral' du système tricyclique 8b-azaacenaphthylène de l'alcaloïde (-)-205B a été développé. Cet alcaloïde, caractérisé par son squelette tricyclique rarement rencontré dans les produits naturels, a suscité un intérêt scientifique important ces dernières années du à son activité biologique potentiel vis à vis de maladies neurodégénératives. Cependant, due à sa très faible bio-disponsibilitié son mode d'action détaillée est actuellement inconnue. Notre stratégie se caractérise par plusieurs transformations remarquables. Une cycloaddition thermique [2 + 2] hautement stéréosélective et une expansion de cycle via un réarrangement de Beckmann donnent accès à un lactame fonctionnalisé. Une réaction de Mannich vinylogue fournit efficacement un buténolide qui est ensuite rapidement transformé en un motif indolizidinone. Après méthylation de cet intermediaire bicyclique, une réaction de cyclisation de type aza-Prins, rarement utilisée en synthèse, conduit à un intermédiaire avancé possédant le système tricyclique qui caractérise le produit naturel. Ainsi, cette approche défini une base solide pour une nouvelle voie d'accès à cet important et particulièrement rare alcaloïde isolé à partir de peau de grenouille néotropicales Dendrobates pumilio considerée comme espèce protégée.

Récemment, notre groupe de recherche a mis au point une stratégie de synthèses de composés polycycliques impliquant une séquence de cyclisation de Vilsmeier-Haack et de cycloaddition dipolaire-1,3 intramoléculaire d’ylure d’azométhine. Afin de démontrer l’applicabilité de cette stratégie en synthèse totale, nous avons choisi les alcaloïdes de type aspidospermatane comme cible. Malgré qu’il existe plusieurs synthèses racémiques d’alcaloïdes dans cette famille, la version énantiosélective a été peu explorée. Nous avons d’abord exploré deux approches permettant l’installation du centre de chiralité qui contrôlera la stéréochimie absolue à tous les nouveaux centres chiraux générés lors de l’étape clé (chapitre 1). En dépit de l’obtention d’excès énantiomériques insatisfaisants, nous avons continué la synthèse de manière racémique afin d’optimiser la séquence réactionnelle. Ainsi, nous avons développé la synthèse du premier substrat d’étape clé qui, lorsque soumis aux conditions de cyclisation, n’a malheureusement pas mené au produit désiré. À partir de ce résultat, une optimisation du dipolarophile (chapitre 2), de l’ylure et du nucléophile a débuté. Différents substrats d’étape clé ont été synthétisés à partir de la séquence développée précédemment et ont été soumis aux conditions de cyclisation jusqu’à déterminer la bonne combinaison qui nous a permis d’obtenir le cycloadduit (chapitre 3). Pour finir, des travaux futurs sont suggérés afin d’installer de façon plus efficace le centre de chiralité et de terminer la synthèse énantiosélective des alcaloïdes de type aspidospermatane.

Une approche hors ‘pool chiral' du système tricyclique 8b-azaacenaphthylène de l'alcaloïde (-)-205B a été développé. Cet alcaloïde, caractérisé par son squelette tricyclique rarement rencontré dans les produits naturels, a suscité un intérêt scientifique important ces dernières années du à son activité biologique potentiel vis à vis de maladies neurodégénératives. Cependant, due à sa très faible bio-disponsibilitié son mode d'action détaillée est actuellement inconnue. Notre stratégie se caractérise par plusieurs transformations remarquables. Une cycloaddition thermique [2 + 2] hautement stéréosélective et une expansion de cycle via un réarrangement de Beckmann donnent accès à un lactame fonctionnalisé. Une réaction de Mannich vinylogue fournit efficacement un buténolide qui est ensuite rapidement transformé en un motif indolizidinone. Après méthylation de cet intermediaire bicyclique, une réaction de cyclisation de type aza-Prins, rarement utilisée en synthèse, conduit à un intermédiaire avancé possédant le système tricyclique qui caractérise le produit naturel. Ainsi, cette approche défini une base solide pour une nouvelle voie d'accès à cet important et particulièrement rare alcaloïde isolé à partir de peau de grenouille néotropicales Dendrobates pumilio considerée comme espèce protégée. / A non-chiral pool approach to the 8b-azaacenaphthylene ring system of the frog poison alkaloid (-)-205B has been developed. This rare tricyclic alkaloid has been of considerable synthetic interest in recent years owing to its potential biological activity against neuronal disorders. However, due to lack of material, a detailed study of the mode of action of this natural product has not yet been reported. Our strategy features several noteworthy transformations. A highly diastereoselective thermal [2+2] cycloaddition and a ring expansion through Beckmann rearrangement generates the functionalised lactam intermediate. An efficient vinylogous Mannich reaction then provides access to a butenolide, which subsequently leads to an indolizidinone ring system. After installation of a methyl group on this bicyclic intermediate, a relatively unexplored aza-Prins cyclization has been successfully employed to obtain an advanced intermediate, possessing the desired tricyclic system found in the natural product. This approach has laid a solid foundation for a novel access to this potentially important but scarce alkaloid extracted from a neotropical frog Dendrobatus pumilio that is threatened to be endangered.

Les recherches présentées dans cette thèse découlent de problématiques rencontrées lors de précédents travaux effectués dans notre groupe au sujet de cyclisations séquentielles de Vilsmeier-Haack et de Mannich par une activation chimiosélective d’amides. Deux limitations avaient été soulevées : une faible réactivité lors de la seconde cyclisation de Mannich et aucune possibilité d’obtention de produit de double cyclisation de façon énantiosélective. Au chapitre un, une étude de double cyclisation de Vilsmeier-Haack et de Mannich est présentée, tout d’abord sur des substrats allylsilane-aldéhyde puis vératrol-aldéhyde. Une étude mécanistique est détaillée dans le but d’améliorer le rendement de la réaction. Les bases de notre méthodologie avec l’aldéhyde sont établies dans ce premier chapitre. Au chapitre deux, une étude de double cyclisation de Vilsmeier-Haack et de Mannich en présence d’une cétone est exposée. Les conditions de première cyclisation sont rapidement déterminées tandis que pour la seconde étape, les divers paramètres pouvant influencer la réaction sont examinés. Aussi, une tentative de formation de centres quaternaires produisant des squelettes carbonés de type quinolizidine et spirocyclique est présentée, ainsi qu’une variation de tailles de cycles formés. Au chapitre trois, l’étendue de notre méthodologie est étudiée et celle-ci est appliquée sur divers substrats. Les nucléophiles de type indole, pyrrole, éther d’énol et allylsilane sont couverts et la variation de taille de cycle est également testée. Au chapitre quatre, une étude sur le développement catalytique et un effort vers une version non racémique de notre méthodologie sera présentée. Diverses amines secondaires chirales sont investiguées et les excès énantiomériques mesurés. Le chapitre cinq propose des suites au projet de thèse, incluant des pistes au sujet de l’induction asymétrique en s’appuyant sur des exemples concrets de la littérature.

Ce travail traite du développement d’une nouvelle approche vers les squelettes tricycliques de plusieurs familles d’alcaloïdes non racémiques, impliquant une réaction de cyclisation de type Vilsmeier-Haack puis de cycloaddition (3 + 2) d’ylure d’azométhine. Le premier chapitre traite du design de cette cascade réactionnelle stéréocontrôlée ainsi que de l’identification d’un nucléophile cyclique chiral. Le développement des conditions réactionnelles pour la formation du nucléophile choisi est ainsi discuté, et ce nucléophile est testé sur un substrat modèle pour la cyclisation désirée. Le deuxième chapitre traite de la mise en œuvre de ce nucléophile dans la synthèse d’un précurseur des réactions en cascade étudiées pour la synthèse du tricycle C,D,E des alcaloïdes de type Aspidosperma. La synthèse de plusieurs précurseurs y est détaillée, ainsi que les moyens employés pour résoudre les problèmes synthétiques rencontrés. Les choix de modifications apportés aux différents précurseurs en fonction des résultats des tests de la séquence de cyclisations clefs sur ces précurseurs sont aussi détaillés. Le chapitre final traite de la réorientation du projet vers une autre cible, des alcaloïdes de type calyciphylline B. Une revue de la littérature concernant cette relativement jeune famille de produits naturels y est présentée. Nos efforts synthétiques vers de nouveaux précurseurs de séquence de cyclisations pour obtenir le tricycle A,B,E de ce type d’alcaloïdes, l’optimisation et l’étude des produits de cette étape sont abordées. Le chapitre termine sur des suggestions pour l’adaptation des résultats obtenus vers la première synthèse de produits naturels de cette famille.

La lodopyridone est un alcaloïde isolé par William Fenical en 2009 à partir de l’actinomycète marin Saccharomonospora sp. CNQ490 présent dans les sédiments du cayon sous-marin de La Jolla aux États-Unis. Cette structure polyhétérocyclique, plutôt surprenante de prime abord pour une substance naturelle, est en fait un tétrapeptide modifié. Pour réaliser la synthèse totale de la molécule et nous démarquer des synthèses antérieures, nous avons imaginé une approche basée sur la construction de la pyridone centrale en faisant intervenir une réaction d’électrocyclisation originale et d’inspiration biomimétique. Les fragments nécessaires pour la réalisation de l’étape clé ont été préparés par des méthodes courtes et originales développées au laboratoire. Intrigués par l’histoire récente du « tramadol naturel », nous nous sommes aussi penchés sur les hypothèses de biosynthèse proposées en essayant, au laboratoire, de mimer les cascades de condensation des précurseurs proposés. En parallèle, une étude phytochimique du lycopode Lycopodiella cernua et de la plante Nitraria retusa a été réalisée. / Lodopyridone is an alkaloid isolated by William Fenical in 2009 from the marine actinomycete Saccharomonospora sp. CNQ490 found in the sediments of the submarine cayon of La Jolla (United States). This polyheterocyclic structure, rather surprising at first for a natural substance, is actually a modified tetrapeptide. To achieve the total synthesis of the molecule and differentiate us from the previous syntheses, we imagined an approach based on the construction of the central pyridone ring by an original pericyclic reaction inspired from the biosynthetic route. The two fragments necessary for the key step were prepared by short and original methods developed in our laboratory. Intrigued by the recent “natural tramadol” story, we also envisaged its synthesis exploiting the proposed biosynthetic pathway. In parallel a phytochemical study of the moss Lycopodiella cernua and the plant Nitraria retusa were performed.

La present Tesi Doctoral es situa en el context de l’estudi d’estratègies sintètiques per a la formació d’anells en l’àrea heterocíclica. En particular, s’han avaluat les possibilitats sintètiques de la combinació de dues reaccions d’eficàcia prou reconeguda per a la formació d’enllaços carboni-carboni, la reacció de RCM i la reacció intramolecular de Heck d’halurs vinílics, per a la construcció de les estructures policíliques amb pont característiques dels alcaloides ervitsina i aparicina, així com també de la unitat superior de la vinorelbina. Els principals aconseguiments del treball i les conclusions més significatives que se’n deriven s’exposen a continuació: • La reacció de RCM de diens indòlics ha mostrat ser un bon procediment per a la formació d’anells de 8 baules fusionats amb el nucli indòlic. L’eficiència de la ciclació, combinada amb la facilitat de preparació dels substrats diènics a partir de compostos indòlics senzills, determina que l’estratègia pugui ser emprada com a via d’accés a les subestructures tricícliques tant de l’alcaloide aparicina com de la unitat superior de la vinorelbina. • L’aminació reductora d’indole-3-carbaldehids amb alquenilamines permet instal•lar cadenes d’alquenilaminometil a la posició 3 de l’heterocicle, d’interès per la preparació dels substrats diènics precursors de diversos azacicles per RCM. En el cas particular de 2-vinil-3-indolecarbaldehids, el procés d’aminació reductora no és compatible amb la presència d’un grup fenilsulfonil a l’àtom de nitrogen indòlic, ja que en comptes d’obtenir-se la corresponent amina secundària, s’observa la formació ràpida del nucli de tetrahidro-γ-carbolina. L’anulació és el resultat de l’addició conjugada de l’amina primària a l’agrupació d’aldehid γ, δ insaturat del substrat, seguida d’un procés d’aminació reductora intramolecular. • La metodologia de doble anulació RCM-Heck possibilita l’accés al sistema amb pont de 2-azabiciclo[4.3.1]decà característic de l’alcaloide ervitsina. En concret, la reacció de RCM quimioselectiva d’un triè indòlic genera un ciclohepta[b]indole, amb un doble enllaç adequat per al tancament subsegüent de l’anell de piperidina mitjançant un acoblament intramolecular de Heck amb l’halur vinílic, connectat al sistema anular a través de l’àtom de nitrogen. Si bé s’ha accedit al sistema tetracíclic de l’alcaloide que incorpora el substituent E-etilidè a la posició 20, l’estratègia no s’ha pogut estendre a la preparació de compostos tetracíclics funcionalitzats a la posició 3. • S’ha dut a terme la primera síntesi total de l’alcaloide aparicina mitjançant una via sintètica concisa que implica com a etapas clau: (i) la reacció de RCM d’un diè indòlic per construir l’anell central de 8 baules; (ii) la isomerització promoguda per base del doble enllaç resultant de la ciclació, amb desprotecció concomitant de l’àtom de nitrogen indòlic; i (iii) la ciclació de Heck d’un halur vinílic per completar la formació de l’esquelet amb pont d’1-azabiciclo[4.2.2]decà i al mateix temps introduïr els dos dobles enllaços exocíclics de l’alcaloide. • La inserció de l’agrupació de 2-etilpropè entre l’àtom de nitrogen alifàtic i la posició 4 d’un azocino[4,3-b]indole mitjançant una seqüència d’N-alquilació seguida de ciclació de Heck permet la formació del sistema amb pont d’1-azabiciclo[5.3.1]undecà característic de la unitat superior de la vinorelbina. Aquest resultat, juntament amb l’obtingut en el context de la síntesi de l’aparicina, posa de manifest la validesa dels acoblaments intramoleculars de Heck en els quals intervenen dobles enllaços inclosos en anells mitjans. / The first part of this thesis work focus attention to: • The new synthetic route to the azocino[4,3-b]indole system relying on RCM of 2-allyl-3-(allyl-aminomethyl)indoles. The efficiency of the cyclization combined with the easy preparation of the dienic precursors from simple indolic derivates make this strategy attractive for the construccion of medium-sized indolo 2,3-fused carbo- and azacycles, which are scaffolds found in many bioactive compounds. • Our efforts in getting more azepinoindole systems leads to tetrahydro γ-carbolines. The reaction of N-(phenilsulfonyl)-2-vynil-3-indolecarbaldehydes with primary amines under mild reductive amination conditions leads to tetrahydro-γ-carbolines. The process can be suppressed by changing the protecting group at the indole nitrogen for a methoxymethil group, thus allowing the preparation of RCM substrates for azepinoindole synthesis. In the second part: • An efficient approach to the bridged framework of the indole alkaloid ervitsine have been done. The RCM reaction from a 2,3-disubstituted indole followed by a vynil halide Heck cyclazation upon the resulting cycloheptene ring gives short access to the Ervitsine alkaloid skeleton. • The first total synthesis of (±)-apparicine has been accomplished by a concise route employing a vynil halide Heck cyclization to close the bridged piperidine ring in the last synthetic step. • An efficient approach to the high subunit of Vinorelbin has been done. The subunit has been successfully assembled developing an indole-templated RMC followed by an intramolecular Heck cyclization.

Les alcaloïdes sont parmi les molécules naturelles les plus intéressantes pour leurs propriétés biologiques et médicinales. Parmi ceux-ci, les amaryllidacés et notamment la clivonine et ses analogues présentent de nombreuses propriétés peu étudiées et la synthèse de molécules de cette famille permettra des avancées dans ces études. Notre équipe s’intéresse particulièrement à cette molécule car sa synthèse pourrait se faire à partir d’une réaction de nitroso Diels-Alder énantiosélective qui est un sujet majeur de recherche dans notre laboratoire. Dans la suite de la synthèse, une deuxième étape clé doit faire intervenir une insertion C-H intramoléculaire. La réaction de nitroso Diels-Alder a été réalisée avec un excès énantiomérique de 96% et la synthèse a été poursuivie pour accéder à l’intermédiaire diazo clé, substrat de départ de l’insertion C-H. Cette dernière réaction n’a pas permis d’obtenir les produits escomptés en utilisant des catalyseurs commerciaux et une collaboration a été entamée avec le Pr Huw Davies pour pouvoir utiliser des catalyseurs plus élaborés. Les résultats de cette collaboration ne sont pas encore définitifs. Parallèlement, trois autres voies de synthèse de la clivonine ont été conçues et expérimentées, des variations de la synthèse originale, mais aucune n’a abouti. En revanche, une de ces synthèses nous a permis de découvrir une réactivité nouvelle des cycloadduits de nitroso Diels-Alder : en présence d’organolithiens, une réaction de β-fragmentation a lieu, suivie d’une addition, qui permet d’obtenir des composés monocycliques très fonctionnalisés avec une très bonne stéréosélectivité. Cette réaction et son étendue doivent encore être étudiées mais pourraient avoir des applications en synthèse totale. / Alkaloids are among the most interesting natural compounds because of their biological and medicinal properties. Among them amaryllidaceae alkaloids and especially clivonine and its analogues bear many under-studied properties and the synthesis of members of this family should allow more advances in this field. Our team is particularly interested in this target since its synthesis could be achieved starting from an enantioselective nitroso Diels-Alder reaction which is a major research topic of our group. Later in the synthesis a second key step would involve an intramolecular C-H insertion. The nitroso Diels-Alder reaction was performed with an enantiomeric excess of 96% and the synthesis was continued to access the key diazo intermediate, starting material for the C-H insertion step. This last reaction did not allow to access the desired products using commercially available catalysts and a collaboration was started with Pr Huw Davies in order to use more advanced catalysts. The final results of this collaboration are not available yet. Meanwhile three other synthetic routes for clivonine were designed and investigated as variants of the original strategy but none of them allowed access to clivonine. However one of those syntheses led to the discovery of a new reactivity of nitroso Diels-Alder cycloadducts: when exposed to organolithium reagents, a β-fragmentation occurs followed by an addition leading to highly fonctionnalized monocyclic products with high diastereoselectivity. This reaction and its scope need to be investigated further but may have applications in total synthesis.