Les travaux présentés dans ce mémoire ont été effectués dans le but de développer une nouvelle méthodologie mettant en oeuvre une réaction de Vilsmeier-Haack intermoléculaire afin d'accéder à differents composes ?-aminés contenant un centre quaternaire carboné. Le premier chapitre portera sur la mise en place d'une version racémique et non catalytique de cette nouvelle méthodologie. Les synthèses des esters ?-2,2 -aminés, des alcools ? 2,2 et ?2,2,3 -aminés et des esters ? 2,2,3 -aminés seront présentées. De plus, il sera également question de la saponification et de la déprotection de certains de ces composés afin d'obtenir les acides ?-aminés et les esters-?-aminés libres correspondants. Le deuxième chapitre mettra en lumière les travaux effectués dans le but de développer une version asymétrique non catalytique de cette même réaction. L'un des premiers objectifs étant la formation d'un ion iminium chiral, l'attention sera mise sur les moyens pour y parvenir, soit la substitution d'un triflyliminium et l'activation directe d'un amide par un auxiliaire chiral. Dans le premier cas, i1 sera question d'oxydes métalliques et dans le deuxieme, de metaux reliés à un groupement partant. Le troisième chapitre consistera seulement à la mise en place d'une éventuelle réaction asymétrique catalytique. Les restrictions, lesquelles dépendront du moyen pris pour former l'ion iminium chiral, seront présentées sous forme de cycle catalytique. [symboles non conformes]

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La réaction d'alkylation allylique, introduite dans les années 60 par Tsuji et al., a connue un essor considérable ces dernières années. Pour notre part, nous l'avons appliquée à des substrats particuliers ; les carbonates de diénols. Une optimisation des conditions réactionnelles, a permis d'accéder à des buténolides α,α-disubstitués de manière énantiosélective. Ceux-ci ce sont révélés être des synthons particulièrement intéressants, car facilement convertibles en furanones γ substituées via un réarrangement de Cope stéréospécifique. Il a également été possible de les engager dans une séquence réactionnelle comportant une étape de réduction suivie d'une étape d'oxydation, pour obtenir les γ butyrolactones β,β-disubstituées correspondantes. L'utilité synthétique de cette méthode a également été démontrée, en l'appliquant à la synthèse totale des acides (−)-néphrostéranique et (−)-roccélarique. Enfin, cette réaction d'alkylation allylique a été intégrée dans une séquence réactionnelle monotope composée d'un réarrangement de Cope, d'une addition nucléophile et d'une déshydratation, pour accéder de manière efficace à une série de furanes et de pyrroles polysubstitués. Une approche synthétique de la (−)-patéamine A et de son analogue des-méthyle-des-amino patéamine A (DMDA-patéamine A) constitue la seconde partie de ce manuscrit. En effet, nous sommes parvenus à synthétiser et à coupler les trois fragments nécessaires à la formation du macrocycle de la DMDA-patéamine A et à effectuer la réaction clé de cyclisation par métathèse de type diène-ène. Enfin, un intermédiaire avancé de la chaine latérale a également été synthétisé à partir du géraniol.

Dans le cadre de nos travaux, nous avons développé une méthode extrêmement douce et particulièrement efficace d’accès à des γ-butyrolactones possédant un centre stéréogène quaternaire en α à partir d’énols carbonates d’allyle cycliques et exocycliques en utilisant la réaction d’alkylation allylique asymétrique décarboxylante pallado-catalysée (Pd-DAAA). Remarquablement, cette méthode a permis d’étendre l’utilisation de l’allylation asymétrique décarboxylante à des substrats sans précèdent dans la littérature, tels que les énols carbonates allyliques exocycliques. Cette réaction a été utilisée comme étape clé dans la synthèse des spirolactones chirales qui ont été obtenues avec de bons rendements et d’excellentes énantiosélectivités. Une nouvelle méthode catalytique robuste et hautement énantiosélective permettant d’accéder à des isoxazolidinones possédant un centre stéréogène quaternaire en α a été développée. Ce protocole repose sur une alkylation allylique asymétrique catalysée par des complexes de palladium chiraux (Pd-AAA) et amène aux produits désirés avec de bons rendements et d’excellents excès énantiomériques. Par ailleurs, nous avons également mis au point des conditions permettant de convertir ces isoxazolidinones α,α-disubstituées en acides β2,2 aminés et en β-lactames. / The development of a palladium-catalyzed decarboxylative allylic alkylation protocol (Pd DAAA) applied to cyclic and exocyclic allyl enol carbonates has allowed a highly enantioselective access to a range of γ butyrolactones bearing an all-carbon α quaternary stereogenic center. Remarkably, this approach allowed the extension of this reaction to substrates with no precedent in the literature, such as the exocyclic allyl enol carbonates. The Pd-DAAA process was eventually used for the synthesis of chiral spirolactones, which were readily obtained in high yields and in high optical purity. The synthesis of different isoxazolidin-5-ones bearing highly stereodefined all carbon α quaternary center was accomplished by palladium-catalyzed asymmetric allylic alkylation (Pd-AAA) of 4 substituted isoxazolidin-5-ones with an array of 2 substituted allyl acetates. The reaction proceeded in both excellent enantioselectivity and yield with isoxazolidin-5-ones containing an α-aryl substituents or an α heteroaryl moieties. This robust and highly enantioselective method allowed the access to valuable β2,2-amino acids and β lactams.

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L'objectif de mon premier projet était de synthétiser des α-céto vinyl carbinols. La séquence réactionnelle débute par l'addition d'un radical en α d'une cétone, généré du xanthate correspondant sur l'éthyl vinyl sulfure. Le xanthate adduit est engagé dans une élimination pyrolytique, conduisant à un mélange de sulfures vinyliques et allyliques. L'enchaînement se termine par un réarrangement irréversible de Mislow-Evans-Bravermann des sulfoxydes allyliques correspondants pour donner le motif α-céto vinyl carbinol, motif complexe et richement fonctionnalisé. Au cours de mes travaux de recherche, nous avons également développé une méthodologie efficace basée sur une addition/fragmentation radicalaire, permettant d'accéder à des oléfines fonctionnalisées. Cette étude nous a conduit à la découverte d'un nouveau mode de contrôle de la géométrie d'une double liaison. Mon second projet a consisté à développer une nouvelle méthodologie permettant de réaliser un transfert de chiralité par l'emploi d'un pont carboné. L'utilisation de la chimie des xanthates a ainsi permis de créer de nouveaux centres asymétriques de manière parfaitement contrôlée, dont l'un peut être quaternaire. Une autre partie de ma thèse a été consacrée à la synthèse totale de différents produits d'origine naturelle. L'efficacité de la chimie des xanthates a ainsi permis de construire et de fonctionnaliser des structures polycycliques variées. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la synthèse du squelette des sesquisterpènes de type eudesmane. Puis, nos recherches se sont portées sur l'approche à la synthèse asymétrique d'un diterpénoïde tétracyclique, le (+)-maritimol. Lors de ma première année de thèse, j'ai travaillé sous la direction du Dr. Joëlle Prunet. Différentes stratégies de synthèse ont été envisagées pour accéder au fragment C16-C30 du dolabélide C.

Le système spirocyclique [6.4] est un motif récurrent dans un certain nombre de produits naturels tels que les Lancifodilactones, les Micrandilactones ou les Rubriflordilactones. Ces structures polycycliques représentent un défi synthétique pour les chimistes organiciens puisqu’elles présentent au moins neuf centres stéréogènes dont plusieurs sont quaternaires. L’objectif principal de ce travail était de développer de nouvelles réactions métallo-catalysées, et de les utiliser comme étape clé afin d’obtenir rapidement et efficacement le squelette polycyclique de ces composés. La première partie de ces travaux a été consacrée au développement d’une nouvelle réaction domino pallado-catalysée donnant accès, selon les conditions employées, à différents cœurs polycycliques de nortriterpénoïdes issus d’une même famille, de manière totalement diastéréosélective. Cette séquence domino de trois réactions en un seul pot permet donc la synthèse unifiée de différents squelettes de produits naturels isolés du genre Schisandra, en une seule étape. Une approche au squelette tétracyclique ABCD de la Lancifodilactone F appliquant cette méthodologie pour la construction du motif spirolactone a été envisagée. Un cycle D hautement fonctionnalisé a ainsi été synthétisé de manière diastéréosélective via un réarrangement d’Ireland-Claisen et une réaction de métathèse cyclisante. Une réaction de cyclopropanation intramoléculaire et la réaction domino devraient permettre d’obtenir, par la suite, le squelette complet de la Lancifodilactone F. Dans une deuxième partie, deux approches aux coeurs CDEF et ACDE de la Rubriflordilactone A ont été développées autour d’une même réaction clé, c’est-à-dire une cycloaddition [2+2+2] d’un composé triynique permettant d’accéder en une seul étape au squelette tricyclique CDE. Le motif tétracyclique ACDE devrait être rapidement accessible après quelques aménagements de la voie de synthèse initiale. / The spiro [6.4] ring system is a recurring structural motif in numerous natural products such as Lancifodilactones, Micrandilactones and Rubriflordilactones. These polycyclic structures represent a synthetic challenge for organic chemists. Indeed, these molecules present at least nine stereogenic centers including several quaternary ones. The main goal of this work was to develop new metal-catalyzed reactions as key steps to obtain quickly and efficiently the polycyclic core of those natural products. The first part of these studies was dedicated to the development of a new palladium-catalyzed domino reaction leading to, depending on the conditions used, different polycyclic cores of nortriterpenoids coming from the same family, in a totally diastereoselective manner. This domino sequence of three reactions allowed the collective synthesis of various skeletons of natural products isolated from the Schisandra genus, in one pot. An approach to the tetracyclic core of Lancifodilactone F applying this methodology for the construction of the spirolactone moiety was then envisaged. A highly functionalized cycle D was synthetized in a diastereoselctive way via an Ireland-Claisen rearrangement and a ring closing metathesis reaction. Afterwards, an intramolecular cyclopropanation followed by the domino reaction should allow an access to the ABCD skeleton of Lancifodilactone F. In the last part, two approaches to the CDEF and ACDE cores of Rubriflordilactone A were developed around the same key reaction: a [2+2+2] cycloaddition of an acyclic triynic compound. The tricyclic skeleton CDE was reached at once in a single step. The ACDE tetracyclic moiety should be quickly accessible after few modifications of the initial strategy.

Les analogues de nucléosides ont joué, et continuent de jouer, un rôle crucial dans le traitement des maladies virales et cancéreuses. Les travaux de recherche ont permis d’élargir les connaissances sur le mécanisme d’action des analogues de nucléosides. Cependant, certaines zones d’ombre demeurent. Le développement de nouveaux analogues de nucléosides est essentiel à la compréhension de leur mécanisme en vue de synthétiser des analogues beaucoup plus efficaces, moins toxiques, possédant une meilleure biodisponibilité et stabilité métabolique au sein de l’organisme humain. Le laboratoire du Pr Yvan Guindon a développé et breveté plusieurs familles d’analogues de nucléosides à centre quaternaire carboné stéréogénique pour leur utilisation en tant qu’agent antiviral, chimiothérapeutique ou bien dans le contexte de traitement de l’insuffisance cardiaque. Le sujet de ce mémoire présente l’étude de la synthèse d’analogues de nucléosides portant un centre quaternaire C3’ et un groupement hydroxyle en C2’. Pour ce faire, une stratégie de synthèse acyclique est employée afin de contrôler les différents stéréocentres. La réaction énantiosélective de Mukaiyama et la réaction diastéréosélective de transfert d’atomes par catalyse photo-rédox sont des étapes clés de cette voie de synthèse. L’introduction diastéréoselective de la nucléobase sur un précurseur acyclique suivit de la cyclisation intramoléculaire S1’→C4’ permet la formation de l’analogue de nucléoside L-1’,2’-cis-4’-thio. Le développement d’une nouvelle stratégie de synthèse du L-1’,2’-cis-4’-thio est étudié. La réaction radicalaire diastéréosélective de transfert d’atomes développée au laboratoire passe par un intermédiaire oxasilolane bromé qui est peu stable. L’objectif est d’exploiter sa stéréochimie tout en formant le centre quaternaire afin d’obtenir une voie de synthèse beaucoup plus courte et efficace. / Nucleoside analogues have an important role in the treatment of viral and carcinogenic diseases. Although the research has greatly expanded the knowledge of nucleoside analogue synthesis and their mechanisms of action, the development of new analogues remains essential to discovering more effective and less toxic analogues with improved bioavailability and metabolic stability. The laboratory of Professor Yvan Guindon has developed and patented several novel families of nucleoside analogues bearing a stereogenic all-carbon quaternary center for their use as antivirals, chemotherapeutic compounds or in the context of heart failure. The subject of the dissertation is the synthesis of such nucleoside analogues bearing a quaternary center at the C3’ position and a C2’ hydroxyl group. The key steps in the synthetic pathway involve an enantioselective Mukaiyama reaction followed by a diastereoselective group transfer using photoredox catalysis and blue light to generate the stereogenic quaternary center. Diastereoselective introduction of the nucleobase onto an acyclic precursor followed by a subsequent intramolecular S1’-to-C4’ SN2-like cyclization allows for the formation of novel L-1’,2’-cis-4’-thionucleoside analogues. Alternatively, modifications of the key diastereoselective radical atom transfer reaction, typically involving a brominated methylester, have been investigated. Formation and subsequent transformation of a thiolated oxasilolane intermediate will reduce the number of steps to synthesize these novel L-1’,2’-cis-4’-thionucleoside analogues.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le système spirocyclique (7,5) est un motif récurrent dans un certain nombre de produits naturels tels que les Micrandilactones ou les Rubriflordilactones. Ces structures polycycliques représentent un réel défi synthétique pour les chimistes organiciens puisqu'elles présentent au moins neuf centres stéréogènes dont plusieurs sont quaternaires. L'objectif principal de ce travail était de développer de nouvelles réactions de cycloaddition [3+2] et de les utiliser comme étape clé afin d'obtenir rapidement et efficacement le squelette polycylique de ces composés. La première partie de ces travaux a été consacrée au développement d'une réaction de cycloaddition [3+2] intra- et intermoléculaire mettant un jeu un nouveau partenaire dipolarophile, les γ-alkylidènes-buténolides. Cette étape clé conduit à la formation de cycloadduits hautement fonctionnalisés de façon rapide et efficace avec d'excellents rendements et de façon hautement chimio-, régio- et diastéréosélective. De plus, des calculs théoriques ont permis d'appréhender le mécanisme réactionnel entre un 2-diazo-1,3-cétoester et la protoanémonine catalysé par un sel de rhodium mis en jeu dans ce type de processus et ainsi d'expliquer les résultats obtenus.Dans une deuxième partie, deux approches aux cœurs ABC et CD de la micrandilactone C ont été développées mettant respectivement en jeu une cycloaddition [3+2] formellement intermoléculaire utilisant un lien de type acétal de silicium et suivie par une réaction de Diels Alder. Ainsi, le motif tétracyclique devrait être rapidement accessible après quelques aménagements de la voie de synthèse initiale. / The spiro (7, 5) ring system is a recurring structural moiety in numerous natural products such as Micrandilactones and Rubriflordilactones. In term of complexity, these polycyclic structures represent a synthetic challenge for organic chemist. Indeed, these molecules present at least nine stereogenic centres including several quaternary ones. The main goal of this work was to use unprecedented partners in the [3+2] cycloaddition reaction to obtain quickly and efficiently the polycyclic core of those natural products. The first part of these studies was dedicated to the development of an intra- and intermolecular [3+2] cycloaddition using for the first time a γ-alkylidene-butenolide dipolarophile. This approach provides rapid and facile access to highly functionalised polycyclic molecules along with excellent regio-, chemo- and stereoselectivities. In addition, thanks to computational studies an overall picture of the mechanism of the intermolecular rhodium catalysed [3+2] cycloaddition between 2-diazo-1,3-ketoester and protoanemonin was apprehended, and experimental results have been rationalised.Finally, two approaches to the ABC and CD cores of Micrandilactone C were developed using respectively a formal intermolecular [3+2] cycloaddition reaction in presence of a silicon acetal linker followed by a Diels Alder reaction. The ACDE tetracyclic moiety should be quickly accessible after few modifications of the initial strategy.