L'objectif du projet est de synthétiser et de tester de nouveaux catalyseurs organiques supportés qui servont à la préparation d'amines chirales par la réaction de réduction de ketimines et à la préparation d'acides aminés phosphoniques par la réaction de Pudovik. La présence d'un support facilite la récupération et le recyclage du catalyseur. Le projet est basé sur le développement de nouveaux types de catalyseurs organiques, comme les acides de Bronsted chiraux, sur support polymérique – polyéthylène glycol, possédant une activité catalytique et de stéréodifférentiation élevée, facilement récupérables d'un mélange réactionnel pour une utilisation dans plusieurs cycles catalytiques. Les diesters de l'acide phosphorique, dérivés de bisphenols, ont étés utilisés comme catalyseurs acides. Une série de dérivés polymériques basés sur des PEG monofonctionnalisés de différentes tailles ont été préparée. Ces catalyseurs ont testés dans plusieurs réactions énantiosélectives d'addition de différents nucléophiles sur liaisons C = N permettant l'accès à des précurseurs importants, que sont les amines chirales et les acides α-aminés phosphorés. / Asymmetric organocatalysis has emerged recently as a powerful tool for the preparation of chiral molecules. The aim of the project was to design, synthesize and test new supported organocatalysts for the preparation of molecules by transfer hydrogenation reaction of ketimines and by Pudovik reaction for the amino phosphonic acid. The presence of a soluble support provided homogeneous conditions for catalysis and facilitated recovery and recycling of the catalyst. A series of derivatized polymers based on monofunctional PEG's with different sizes were prepared. These catalysts were tested in several enantioselective addition reactions of various nucleophiles to multiple C=N-bond leading to precursors of practically important compounds such as chiral amines, amino phosphonic acids.

L’ulcère de Buruli est une maladie nécrotique de la peau présente dans plus de trente pays dans le monde, et affectant principalement le continent africain et l’Océanie. L’infection est due à Mycobacterium ulcerans (M. ulcerans), un micro-organisme qui sécrète une exotoxine appelée mycolactone, représentant le premier polycétide isolé d’un pathogène humain. La maladie est caractérisée par la formation progressive de lésions nécrotiques combinée à une absence de réponse immunitaire et de sensation de douleur ; la mycolactone est connue pour être directement impliquée dans ce mécanisme biologique. A ce jour, aucun traitement totalement performant et spécifique contre l’ulcère de Buruli n’a été développé, ce qui révèle le manque crucial de connaissances sur les mécanismes chimique et biologique. Dans ce contexte, le projet développé s’intéresse à l’élucidation du mécanisme d’action des mycolactones en utilisant la synthèse totale comme outil principal. Pour cela, notre équipe a mis au point une voie de synthèse modulaire permettant la préparation de la toxine naturelle et de ses différents analogues en vue de les tester biologiquement et d’affiner ainsi notre compréhension mécanistique de cette infection. / Buruli ulcer is a necrotizing skin disease present in more than thirty countries in the world, located mainly in West and Central Africa but also in Australia and in Japan. This infection is caused by Mycobacterium ulcerans (M. ulcerans) that secretes a macrolide toxin called mycolactone, which is the first polyketide isolated from a human pathogen. The disease is characterized by the formation of painless progressive necrotic lesions combined with a lack of acute inflammatory response, and mycolactone is known to be directly involved in the biological mechanism. To date no specific and completely efficient treatment of Buruli ulcer has been developed which correlates with the dramatic lack of understanding of the associated chemical and biological mechanisms. In this context, this research project aims at a better understanding of mycolactone A/B molecular interactions by using total synthesis as main tool. To this end, our research team has developed an efficient synthetic pathway allowing the preparation of the natural toxin and its differents analogues for purposes of their biological evaluation and fine-tuning our mechanical understanding of this infection.

Devant l’intérêt grandissant pour le développement de stratégies innovantes applicables à la synthèse de molécules complexes, notre groupe s’est orienté vers la construction de motifs présents dans un grand nombre de produits biologiquement actifs : les tétrahydropyranes (THP) et les polypropionates. Notre stratégie, basée sur la formation diastéréosélective de diols méso primaires, fait intervenir une étape inédite de désymétrisation organocatalysée par transfert d’acyle asymétrique. Cette approche permet la synthèse énantiosélective de THP pentasubstitués qui par la suite peuvent être valorisés par l’obtention de polypropionates fonctionnalisés, possédant quatre centres stéréogènes contigus. Par ailleurs, cette nouvelle méthodologie de désymétrisation donne accès à des motifs cycliques et acycliques comportant plusieurs centres stéréogènes quaternaires. Elle constitue, de plus, l’unique exemple de désymétrisation énantiosélective de diols méso primaires catalysée par une dialkylaminopyridine chirale. Bien que le transfert d’acyle asymétrique organocatalysé ait été très largement étudié depuis la fin des années 90, de nombreuses études sont en cours pour accéder à des catalyseurs plus sélectifs et plus nucléophiles. Inspiré des récents travaux de Steglich et Vedejs, notre deuxième objectif s’est porté sur la synthèse énantiosélective et modulaire d’une nouvelle famille d’organocatalyseurs chiraux plus polyvalents dérivés de la 1,6-naphtyridine. Leur application, en catalyse nucléophile, a pu être évaluée dans des réactions de dédoublement cinétique d’alcools et dans les réarrangements de Steglich. / Alongside metallocatalysis and biocatalysis, organocatalysis has emerged as a complementary and powerful tool that can circumvent limitations associated to the use of metals or enzymes. Because of the growing interest for new innovative methodologies useful for complex molecules synthesis, we get interested in the preparation of versatile building blocks present in many bioactive molecules: tetrahydropyrans (THP) and polypropionates. Based on the diastereoselective formation of primary meso diols, our strategy involves an original organocatalyzed desymmetrization of these compounds by asymmetric acyl transfer. This approach allows the enantioselective synthesis of pentasubstituted THP which were valorized through the synthesis of polypropionates bearing four consecutive stereogenic centers. In addition, this new methodology provides cyclic and acyclic scaffolds with several all carbon quaternary stereogenic centers. It represents the first example in organocatalyzed asymmetric desymmetrization by acyl transfer using a chiral dialkylaminopyridine. Although asymmetric organocatalyzed acyl transfer has been widely studied since the late 90s, several investigations are currently underway to access to new chiral nucleophilic catalysts. Following the recent work of Steglich and Vedejs, we were interested in the development of new chiral organocatalysts derived from 1,6-naphthyridine. Their applications in nucleophilic catalysis have then been evaluated in kinetic resolutions of alcohols and in asymmetric Steglich rearrangements.

Les travaux présentés dans ce mémoire décrivent une nouvelle voie de synthèse d'aminoalcools 1,2 à partir de γ-bromo-β-cétosulfoxydes, dans lesquels seul le centre stéréogène du soufre est défini. Cette synthèse s'appuie sur deux processus hautement stéréocontrôlés dirigés par le groupement sulfoxyde : le dédoublement cinétique dynamique lors de la substitution nucléophile du brome par la dibenzylamine et la réduction diastéréosélective du carbonyle. Les syn-γ-N,N-dibenzylamino-β-hydroxysulfoxydes correspondants ont été obtenus avec des excès diastéréoisomériques supérieurs à 95%. Les syn-γ-N,N-dibenzylamino-β-hydroxysulfoxydes se sont avérés être des intermédiaires très intéressants pour la synthèse de produits comportant le motif aminoalcool 1,2. Ainsi, nous avons décrit la préparation d'un 3-N,N-dibenzylamino-1,2-diol et son utilisation dans une nouvelle stratégie de déprotection régiodivergente d'acétals cycliques. Nous avons également décrit un nouvel accès aux cis-2-méthyl-6-alkylpipéridin-3-ols, via l'ouverture de cycle d'un 3-N,N-dibenzylamino-1,2-époxyde par l'azaénolate dérivé d'une hydrazone, et l'avons appliqué à la synthèse d'un alcaloïde, la (+)-déoxocassine. Parallèlement, nous avons débuté une étude de synthèse d'aminoalcools 1,3 par la réduction diastéréosélective d'une oxime dérivée d'un δ-céto-β-hydroxysulfoxyde. / In this thesis manuscript, we report on a new pathway to 1,2-aminoalcohols starting from chiral nonracemic γ-bromo-β-ketosulfoxides. This two-step approach, where the stereo control is provided by the sulfoxide group, relies on a highly stereocontrolled nucleophilic substitution of the bromine by dibenzylamine, combined with a dynamic kinetic resolution process, and the reduction of the carbonyl group. The corresponding syn-γ-N,N-dibenzylamino-β-hydroxysulfoxides were obtained with more than 95% diasteroisomeric excess. These syn-γ-N,N-dibenzylamino-β-hydroxysulfoxides turned out to be very useful intermediates for the synthesis of aminoalcohol containing products. Thus, we described the preparation of a 3-N,N-dibenzylamino-1,2-diol, and its use in an original strategy of regiodivergent cyclic acetals deprotection. We also developed a new access to "all cis"-2-methyl-6-alkylpiperidin-3-ols, by the mean of a 3-N,N-dibenzylamino-1,2-epoxide ring opening reaction with the azaenolate derived from an hydrazone. We applied this methodology to the synthesis of an alkaloid, (+)-deoxocassine. In addition, we studied a synthesis of 1,3-aminoalcohols using a diasteroselective reduction of a δ-keto-β-hydroxysulfoxyde-derived oxime.

Les cyclopropanes sont des motifs structuraux importants en chimie médicinale. Parmi les synthèses existantes du fragment aminocyclopropane, les réactions dérivées de la réaction de Kulinkovich, appliquées aux amides et aux nitriles, sont des méthodes simples d'accès. Cependant, il n'existe pas de version asymétrique efficace. Dans une première partie, l'étude de l'utilisation de complexes de titane optiquement actifs pour la préparation de spirolactames chiraux à partir de cyanoesters a été réalisée. Ce travail a permis de mettre au point une méthode d'évaluation rapide de ligands chiraux dont leur criblage a montré que les composés de la famille du Taddol fournissent les meilleurs excès énantiomériques. L'énantiosélectivité demeure cependant actuellement trop faible pour présenter un intérêt en synthèse. Dans une seconde partie, la synthèses de carbinamines tertiaires, un autre motif important, a été étudié à partir d'acylcyanhydrines et d'organométalliques. En particulier, la synthèse d'une bibliothèque d'acides aminés quaternaires a été entreprise à partir d'hydroxyamides. L'incorporation de deux organométalliques différents sur des acylcyanhydrines a été également effectuée conduisant à l'obtention d'hydroxyamides chiraux sous forme racémique. Enfin, l'emploi de réactifs organozinciques allyliques nous a permis d'accéder à de très bons rendements en produits de double addition. Ces hydroxyamides ont été ensuite valorisés comme précurseurs de plateformes multifonctionnelles pour la ligation chimique. / Cyclopropylamines are important scaffolds in medicinal chemistry. Among the syntheses of the aminocyclopropane moiety, the Kulinkovich-related reactions applied to amides and nitriles furnish straightforward access. However, no efficient asymmetric version has been published to date. In a first part, the study of optically active titanium complexes for the preparation of chiral spirolactams from cyanoesters has been undertaken. This work allowed us to setup a quick evaluation method for chiral ligands whose screening revealed that Taddol and its derivatives lead to the best enantiomeric excesses. However, the enantioselectivity remains too low for synthetic purposes. In a second part, the synthesis of tertiary carbinamines, another important scaffold, has been studied from acylcyanohydrins and organometallics. Notably, the synthesis of a quaternary aminoacids library was achieved. The incorporation of two different organometallics on acylcyanohydrins was also undertaken, leading to the preparation of chiral hydroxyamides in a racemic fashion. Lastly, very good yields in double addition products were obtained by using allylic organozinc reagents. The obtained hydroxyamides were used as precursors of polyfunctional linkers for the chemical ligation.

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. / The aim of this study is the development of new access to highly functionalized nitrogen-containing compounds with respect to the green chemistry principles.First, an Ugi four-component reaction from alcohols has been studied. In the presence of hypervalent iodine compounds, used as oxidant and introduced in stoechiometric or catalytic quantites, an efficient one-pot sequence has been developed.Then, a new four-component Mannich reaction using a catalytic amount of BINOL-derived phosphoric acid gave an access to enantioenriched 1,3-diamines from enamides. Changing the electrophilic imine partner to a diazene compound afforded aminoketones or 1,2-diamines precursors in high yields and excellent enantiomeric excess.Finally, two new iron-catalyzed multicomponent reactions of enamides with TEMPO and various nucleophiles provided an efficient synthesis of aminoalcohols derivatives. These domino reactions involving an oxidative process from enamides offered a convenient and economical method to establish two C-O bonds in a single operation.

Natural products have been demonstrated to be of great significance to the pharmaceutical industry in the development of new drugs and medicine. Unfortunately, synthetic approaches to obtain these natural products often prove increasingly challenging due to the complexity of synthesizing the target drug in the proper stereochemistry. The availability of enantioselective reactions can play a pivotal role in overcoming this challenge, yielding access to optically pure intermediates and products. Chiral ligands based on a trans-1,2-diaminocyclohexane motif are often employed for this purpose and their complexes with transition metals have been demonstrated to act as efficient chiral catalysts in asymmetric reactions. In contrast, studies involving cis-1,2-diaminocyclohexane derivatives as chiral catalysts are strongly underrepresented. We have designed and performed the synthesis of an axially chiral conformationally locked cis-1,2-diamine scaffold, conveniently designed for further derivatization into more complex structures. A key step in this synthesis was the chiral resolution of a racemic intermediate, realized through both chemical and enzymatic means in a comparative study. Utilizing the newly gained optically pure primary diamine scaffold, a library of chemically diverse secondary diamine ligands has been synthesized and characterized through NMR spectroscopy, mass spectrometry, and chiral HPLC. Assignment of the absolute configuration within the cis-1,2-diamine scaffold was realized through single-crystal X-ray crystallography experiments on one of the synthetic intermediates. The synthesized ligands have been evaluated for their potential to function as chiral catalysts in the asymmetric Henry reaction and asymmetric transfer hydrogenation. As a function of both steric and electronic structural variation, a range of catalytic activities and enantioselectivities in the Henry reaction were observed. The ligands proved to be less suitable for asymmetric transfer hydrogenation with only a select number of ligands catalyzing the reaction, and a single example resulting in a decent enantioselectivity. We additionally explored the possibility of incorporating a chemical switch into the scaffold, responsible for switching the axial chirality of the molecule. As a consequence of inverting the axial chirality, the configuration of the potential reaction product in asymmetric synthesis would also be inverted. To this extent, we performed the synthesis of a novel specifically designed crown ether, dicyclohexeno-18-crown-6, furnished with two π-bonds in the cyclohexane rings, allowing for additional modification into more advanced functionalized structures.

L’organocatalyse est reconnue comme une approche attractive dans la synthèse énantiosélective, offrant de nombreux avantages par rapport à la métallo-catalyse et biocatalyse. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés dans le développement de nouveaux catalyseurs tropos de transfert de phase, basée sur les dérivés de dibenzazepinium et leurs applications en synthèse asymétrique. Nous avons mis en évidence la possibilité d’utiliser le principe de transfert de chiralité centrale-axiale. La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à l'élaboration de méthodologies organocatalytiques en utilisant la catalyse par transfert de phase ou de base de Brønsted. Notre nouvelle approche, basée des réactions organocatalytiques de cycloaddition formelles [3 + 2], ouvre l'accès aux différents cycles chiraux comme des cyclopentènes, pyrrolidines ou isoxazolidinones. Toutes ces molécules sont potentiellement intéressantes pour leur évaluation comme des ligands bioactif. / Organocatalysis is recognized as a versatile and attractive tool in enantioselective synthesis, offering a number of advantages over metal-based and bioorganic methods. During the first part of this thesis, we were interested in development of novel tropos Phase-Transfer catalysts, based on the dibenzazepinium derivatives and their applications in asymmetric synthesis. Their design was tackled by anoriginal central-axial chirality transfer principal. The second part of this thesis was devoted to the elaboration of novel organocatalytic methodologies under chiral PTC or Brønsted base organocatalysis. Based on formal organocatalytic [3+2]cycloaddition reactions our novel approach opens the access to various chiral cycles like cyclopentenes, pyrrolidines or isoxazolidinones. All these molecules are potentially interesting for their evaluation as bio-ligands.

Les acides α-aminés quaternaires permettent l’accès à des structures et dérivés peptidiques présentant des propriétés biologiques intéressantes. De nombreuses voies de synthèses asymétriques sont décrites dans la littérature. La voie de synthèse la plus utilisée est l’alkylation d’acides α-aminés tertiaires. Dans les versions énantioselectives décrites, peu utilisent la chiralité initiale des acides α-aminés tertiaires comme inducteurs de chiralité. La mémoire de chiralité est un des principes permettant l’accès à des acides α-aminés quaternaires énantioenrichis avec, comme unique source de chiralité, la chiralité initiale centrale des acides α-aminés tertiaires. Les objectifs de cette thèse sont de développer de nouveaux procédés pour la synthèse d’acides α-aminés quaternaires par mémoire de chiralité. Deux axes principaux ont été étudiés : 1) Le couplage oxydant d’énolates par mémoire de chiralité permettant l’accès à de nouveaux acides α-aminés quaternaires. 2) L’alkylation par mémoire de chiralité dans des microréacteurs basés sur l’adaptation en flux continu des travaux antérieurs du laboratoire ce qui permet la synthèse reproductible d’une quantité plus importante d’acides α-aminés quaternaires. Ces deux axes ont été étudiés afin d’améliorer la stratégie de synthèse d’acides α-aminés par mémoire de chiralité précédemment développée au laboratoire. / Quaternary α-amino acids allow access to molecular structures and peptides derivatives with interesting biological activites. Many asymmetric synthesis are described in the literature. The most common one is the alkylation of tertiary α-amino acids. Only few methods use the chirality of the starting material as a chiral inductor. Among them, Memory of Chirality is one strategy allowing the access to enantioenriched quaternary α-amino acids using, as a unique source of chirality, the central initial chirality of tertiary α-amino acids. The objective of this PhD is the investigation of new methods for the quaternary α-amino acid synthesis by Memory of Chirality. Two main axes have been studied: 1) Oxidative heterocoupling of enolates by Memory of Chirality that allow access to new enantioenriched quaternary α-amino acids. 2) Alkylation by Memory of Chirality using a microflow system with the objective to adapt in continuous flow the previous works performed in our laboratory. That would allow the reproductible and scalable synthesis of enantioenriched quaternary α-amino acids. This two axes enable the improvement of the synthesis of quaternary α-amino acid synthesis by Memory of Chirality strategy previously developed in our laboratory.

Over the last 20 years, asymmetric synthesis has seen considerable progress, particularly in the field of catalysis. In addition to enzyme catalysis and transition metal catalysis, organocatalysis, catalysis using small organic molecules also plays an important role in the asymmetric synthesis. Chiral organocatalysts allow the preparation of structurally interesting and optically pure molecules via various activation modes. This work is focused on the use of organocatalysis based on the formation of hydrogen bonds in organic synthesis. Our study was devoted to the enantioselective organocatalytic reactions of ketimines leading to the formation of chiral vicinal centers. The first part deals with the organocatalytic enantioselective addition reaction of α- fluoro(phenylsulfonyl)methanes to ketimines derived from isatin. The reaction utilizes catalysis of a commercially available quinoline alkaloid cinchonine. A series of enantiomerically pure compounds were prepared containing two neighboring stereocenters in good yields of up to 97%, with diastereoselectivity up to 6: 1 dr and with enantiomeric excesses of 70-98% ee. In most cases pure diastereomers were obtained. In the second part of the work a method of enantioselective orgnocatalytic synthesis of bis-spirocompounds containing two neighboring...