Afin de faciliter la synthèse totale des principes actifs utilisés en industrie pharmaceutique ou agrochimique, les chimistes ont pour objectif de mettre au point de nouvelles méthodes générales, faciles à mettre en œuvre et éco-compatibles. D’après une étude réalisée en 2014, la pipéridine serait l’hétérocycle azoté le plus fréquent dans les médicaments approuvés par l’Agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux (FDA).Dans ce contexte, trois méthodes distinctes ont été développées au cours de cette thèse pour synthétiser des pipéridines fonctionnalisées. Une bibliothèque de pipéridines substituées par des groupes aromatiques et vinyliques a d’abord été efficacement obtenue par couplage croisé catalysé par un complexe de cobalt entre des 4- et 3 halogénopipéridines et des réactifs de Grignard. L’utilisation d’un sel de cobalt, moins cher que les complexes de palladium et moins toxique que les complexes de nickel, permet de limiter les réactions parasites de déshalogénation ou de β-H élimination. Une variété de 2 diénylpipéridines, motifs présents dans plusieurs alcaloïdes, a ensuite été préparée par cyclisation catalysée par un sel de fer, peu cher et peu toxique, à partir d’amino-alcools diallyliques. Pour finir, la mise au point de conditions permettant la monoarylation de pipéridines par activation de liaisons C(sp3)‒H catalysée par un complexe de ruthénium a été envisagée. Plus particulièrement, l’influence sur la réaction d’arylation des propriétés électroniques et stériques du groupement directeur présent sur l’azote de la pipéridine a été étudiée. Ces méthodes ont également été élargies à la synthèse d’autres cycles azotés. / In order to facilitate the total synthesis of active molecules used in pharmaceutical or agrochemical industries, chemists try constantly to develop new, general, practical and sustainable methods. In 2014, a study revealed that piperidine was the most frequently present aza-heterocycle in medicines approved by the Food and Drug Administration (FDA). In this context, three different methods were developed during this Ph.D in order to synthesize functionalized piperidines. A wide variety of substituted piperidines was first efficiently obtained by a cobalt catalyzed cross-coupling reaction between 4- and 3-halogenopiperidines and Grignard reagents. Cobalt has appeared as a good alternative to the expensive palladium salts or the toxic nickel salts. Moreover, it can prevent side reactions such as dehydrohalogenation or β-H elimination. Next, 2-dienylpiperidines, present in a myriad of alkaloids, were prepared by iron catalyzed cyclization from diallylic amino-alcools. Finally, new conditions for the ruthenium catalyzed C(sp3)‒H monoarylation of piperidines were developed. The influence of the electronic and steric properties of the directing group attached to the nitrogen of the piperidine was fully studied. These methods were then applied to the synthesis of other azacycles.

La situation très préoccupante due aux résistances antimicrobiennes incite les chimistes à concevoir de nouvelles molécules capables de lutter contre ces résistances. Les inhibiteurs de β-lactamases diazabicyclooctanes permettent de préserver l'arsenal thérapeutique actuel en restaurant l’activité des antibiotiques β-lactames. Ainsi, l'avibactam a été très récemment approuvé par la FDA et l'EMA en association avec la ceftazidime (une céphalosporine de 3ème génération) pour le traitement des infections sévères de bactéries Gram négatif. Ces composés se caractérisent par une structure bicyclique présentant un motif N-hydroxyurée cyclique qui est la clé de leur activité. Cependant, les méthodes permettant d’accéder facilement à ce type d'hétérocycles saturés, sont peu nombreuses. Dans le cadre de cette thèse, l'objectif était de développer une nouvelle approche synthétique permettant d’accéder à des analogues de l'avibactam. Pour cela, nous avons développé des cyclisations chimiosélectives, initiées par des réactifs d’iode(III) de N-alkoxyurées insaturées. Trois cyclisations différentes ont été optimisées et étudiées, fournissant des oxazolidinones oximes ou des N-oxyimidazolidinones à partir des mêmes substrats, selon des mécanismes distincts. Les différents modes de cyclisation peuvent être contrôlés grâce à l’association d’un réactif d'iode(III) et d'un sel d'halogénure ou de TEMPO, selon des conditions réactionnelles simples à mettre à œuvre. En parallèle, nous avons également réalisé la synthèse asymétrique d'un intermédiaire monocyclique clé, qui devrait conduire à des analogues de l'avibactam grâce à une nouvelle voie de synthèse utilisant la méthodologie de cyclisation développée. / The current dire situation of antimicrobial resistances urges synthetic chemists to design new molecules that can fight these resistances. Hence, the diazabicyclo-octanes β-lactamase inhibitors are of particular interest, as they can preserve the current therapeutic arsenal by restoring the activity of β-lactam antibiotics. Thus, avibactam was very recently approved by the FDA and the EMA in combination with ceftazidime (a 3rd generation cephalosporin antibiotic) for the treatment of severe Gram-negative bacteria infections. Structurally, these compounds are characterized by a bicyclic framework featuring a cyclic N-hydroxylated urea motif that is key to its activity. Yet, only few methods exist to easily access this singular type of saturated heterocycles. The aim of this project was to develop a new synthetic approach to acces a new range of avibactam analogues. For this, we developed chemoselective iodine(III)-mediated cyclizations of unsaturated N-alkoxyureas. We were able to optimize and study three different cyclizations that proceed through distinct mechanisms to yield oxazolidinone oximes, or N-oxyimidazolidinones from the same substrates. The different modes of cyclization can be triggered using a combination of the iodine(III) and a halide salt or TEMPO, under reaction conditions which are operationally simple and easily tunable. In parallel, we also devised asymmetric synthesis of a key monocyclic intermediate which should yield avibactam analogues, through a new synthetic route that relies on the methodology we developed.

No / The tetracyclic nucleus of puupehenone, 15-oxopuupehenol and other sesquiterpene¿phenol natural products can be assembled stereoselectively in three steps, the last of these being the 6-endo-trig cyclisation of an alpha-keto radical generated from a substituted 2-(2-cyclohexenyl)ethyl 3-bromo-4-chromanone under metal-free conditions. / EPSRC

De précédentes études dans notre groupe ont montré que l'α-1-C-nonyl-1,5-didésoxy-1,5-imino-D-xylitol était un inhibiteur puissant de la β-glucocérébrosidase, enzyme impliquée dans la maladie de Gaucher. Il a été supposé que la conformation chaise inversée de ce composé pouvait expliquer en partie sa forte affinité avec la glycosidase cible. L'objectif ce travail de thèse était la synthèse d'une nouvelle classe d’iminosucres, basée sur un squelette 1-azaspiro[3.3]heptane, possédant deux cycles à 4 membres, analogue conformationnellement contraint de notre "lead" en série iminoxylitol. La première stratégie de synthèse envisagée a permis de mettre en avant une nouvelle réaction tandem d'ouverture d'azétidines conduisant à des spirocyclopropyl γ-lactames. La seconde stratégie testée a conduit dans un premier temps à la formation hautement stéréosélective d'un cyclobutane tétrasubstitué par une réaction radicalaire induite par le SmI2 − permettant ainsi la synthèse des premiers exemples de carbasucres à 4 membres − puis à la formation du carbone azaspiranique de notre cible par une réaction de C-H amination catalysée par des complexes de rhodium. / Previous studies in our group has shown that α-1-C-nonyl-1,5-dideoxy-1,5-imino-D-xylitol was a strong inhibitor of β-glucocerebrosidase, the enzyme involved in Gaucher disease. It was supposed that the inverted chair conformation of this compound could partially explain its high affinity with the target glycosydase.The goal of this PhD work was the synthesis of a new class of iminosugars based on 1-azaspiro[3.3]heptane structures, as conformationally strained analogues of our lead in the iminoxylitol series. During the course of our synthetic study, new azetidine ring-opening tandem reaction leading to spirocyclopropyl γ-lactames has been discovered. The most promising strategy evaluated led to the highly stereoselective formation of a tetrasubstituted cyclobutane via a SmI2-mediated radical reaction − leading to the synthesis of the first exemples of 4-membered carbasugars − then to the formation of the azaspiranic carbon of our target by way of rhodium-catalyzed C-H amination reaction.

De nouveaux processus de cyclisation d’allènes fonctionnalisés catalysées par des triflates métalliques sont présentés. Deux stratégies ont été développées. Dans un premier temps, une réaction de type carbonyl-ène intramoléculaire à partir de cétones γ-alléniques est développée. Cette réaction se déroule dans des conditions très douces avec une charge catalytique en triflate de bismuth(III) de seulement 1 mol%. Cette stratégie a ensuite été étendue à d’autres dérivés cétones γ-alléniques. Les alcools diéniques résultants ont pu être engagés avec succès dans une réaction de type Diels-Alder menant à la formation de structures polycycliques fonctionnalisées avec de bons rendements et une excellente régio- et diastéréosélectivité. La cyclisation d’éthers d’énol catalysée par les triflates métalliques a été par la suite étudiée. Cette stratégie permet d’obtenir des dérivés cyclopentènes avec de bons rendements en utilisant seulement 0,1 mol% de triflate de bismuth(III). Des dérivés dihydrofuranes peuvent être également formés par cette stratégie. Ces produits résultent de l’attaque nucléophile du carbone central de l’allène sur l’éther d’énol activé. Cette réactivité a pu être inversée en utilisant un complexe d’or(I) comme catalyseur en présence d’un nucléophile externe, donnant ainsi naissance à des produits différents. Dans une dernière partie, des applications dans le domaine de la chimie des arômes et des parfums ont été développées. Des dérivés acétates et alcools alléniques ont été synthétisés et exposés à des tests olfactifs, révélant des tonalités olfactives intéressantes. Des notes fruitées et florales dominantes et des nuances vertes et boisées ont été détectées. / Novel processes of metal triflate-catalyzed cyclizations of functionalized allenes are presented. Two strategies have been developed. In a first part, the intramolecular carbonyl-ene reaction with γ-allenic ketones is described. This reaction proceeds under very mild conditions using only 1 mol% of bismuth(III) triflate. The scope of this reaction was extended to several γ-allenic ketone derivatives, featuring various substitution patterns. The resulting dienols were successfully engaged in a Diels-Alder reaction allowing the formation of polycyclic functionalized frameworks in good yields with excellent regio- and diastereoselectivities. In a second part, the metal triflate-catalyzed cyclization of allenic-enol ethers is described. This reaction gives access to cyclopentene derivatives in good yields using only 0.1 mol% of bismuth(III) triflate. Dihydrofuran derivatives could also be formed using this strategy. This cycloisomerisation reaction proceeds through an initial enol ether activation, followed by the nucleophilic attack of the allene moiety. This reactivity could be inverted using a gold(I) catalyst, in the presence of an exogenous nucleophile, allowing the formation of different products. Within our interest in flavor and fragrance chemistry, allenic acetates and alcohols have been synthesized and subjected to olfactive evaluation, revealing dominant fruity and floral notes. Green and woody undertones have been detected as well.

Les bêta-peptides montrent une grande stabilité métabolique et protéolytique. Ce travail s'est principalement focalisé sur leur utilisation en tant que plateformes multivalentes pour la présentation de "sucres" et en particulier d'antigènes saccharidiques spécifiques des tumeurs, connus sous le nom de TACAs (Tumor-Associated Carbohydrate Antigen). Les TACAs, et parmi eux l'antigène Tn (GalNAc-Alpha-O-Ser/Thr), sont considérés comme des marqueurs des cellules tumorales qui peuvent être intégrés dans des structures synthétiques destinées à mimer la surface des cellules cancéreuses en vue d'induire une réponse immunitaire antitumorale. Dans la première partie de la thèse, nous avons étudié la synthèse de bêta-peptides glycoconjugués, obtenus par cycloaddition 1,3-dipolaire catalysée au cuivre entre un alcyne et un azoture (CuAAC - Copper-catalysed Alkyne-Azide Cycloaddition). Ces glycoconjugués, présentant jusqu'à six unités saccharidiques, ont été élaborés à partir de bêta-peptides fonctionnalisés par des groupes azoture ou alcyne, préparés au départ d'acide aspartique. Les trimères glycoconjugués ont également été couplés à de la biotine, par l'intermédiaire d'un espaceur (d'acide aminocaproïque) et l'antigénécité de ces édifices a été testée. Les bêta-peptides présentent également une tendance prononcée à adopter des structurations secondaires. C'est pourquoi les oligomères synthétisés ont été étudiés d'un point de vue conformationnel afin de déterminer la nature d'une éventuelle préférence conformationnelle

L'acide nonactique est un motif présent dans de nombreux composés naturels, tels que les macrotétrolides, qui présentent des activités biologiques remarquables et variées (antibiotiques, antitumorales, insecticides...). Le composé de base de cette famille est la nonactine, molécule qui a déjà fait l'objet de plusieurs synthèses. En revanche, il n'existe à notre connaissance qu'un seul exemple de préparation d'analogue de ce macrotétrolide.<br /> Cette thèse a pour objectif la préparation d'une série d'acides nonactiques modifiés et leur cyclisation en macrotétrolide. Cette synthèse sera réalisée en phase homogène avant d'être transposée sur support solide.<br /> La stratégie développée repose sur trois étapes clés diastéréosélectives : une séquence d'alkylation / réduction d'ester, suivie par la formation d'un motif tétrahydrofuranique par cyclisation électrophile et enfin une réaction de déshalogénation radicalaire. Les substrats de départ, des b-cétoesters, sont réduits en b-hydroxyesters de façon racémique mais également en version énantiosélective, puis protégés sous forme d'éthers de benzyle. Ces derniers ont tout d'abord été engagés dans une réaction tandem d'alkylation / réduction. Cependant, l'efficacité et la sélectivité de cette séquence ne s'est pas montrée satisfaisante. Nous avons alors envisagé de dissocier ces deux étapes. L'alkylation de l'ester en cétone puis réduction de celle-ci, ou la réduction de l'ester en aldéhyde qui est ensuite alkylé, ont conduit à une amélioration de l'efficacité et de la sélectivité de cette première étape. Finalement, une réaction d'allylation de l'aldéhyde suivie d'une séquence d'homologation de la double liaison a permis l'obtention de façon hautement stéréosélective des intermédiaires de type 1,3-diols bishomoallyliques. Leur cyclisation en tétrahydrofuranes a été réalisée en présence de dibrome ou de bromure d'iode. Cette réaction présente une excellente diastéréosélectivité en faveur des motifs THF cis-2,5-disubstitués. Enfin, une réaction de déshalogénation radicalaire a conduit, avec un de ces dérivés tétrahydrofuraniques, à un analogue de l'acide nonactique. La voie de synthèse optimisée, en phase homogène, est constituée de neuf étapes, qui permettent la transformation de façon énantiosélective et hautement diastéréosélective d'un b-cétoester en produit désiré avec un rendement global de 39%.<br /> La formation du macrotétrolide a été effectuée selon une stratégie classique de cyclisation d'un tétramère linéaire. Le rendement global de cette séquence est de 15%.

Tetrahydrofuran (THF) and tetrahydropyran (THP) rings are commonly found in a wide range of natural products and biologically active compounds. In total synthesis, the formation of THF/THP motifs is often the key step but existing methods often involve numerous steps and low overall efficiencies. Part one of this thesis details the development of a practical method for the synthesis of THF rings by the controlled mono-addition/cyclisation of organolithium species to C2-symmetric diepoxides (Scheme A-1). This method can also be applied to the synthesis of bis-THF rings from triepoxides and has potential applications in more complex cascade reactions. A similar cyclisation process providing THF rings from epoxyaldehydes is also described. Part two of this thesis details our efforts towards the synthesis of the marine macrolide neopeltolide. Wright and co-workers reported the isolation of neopeltolide 211 from a deep-water sponge of the family neopeltidae off the north coast of Jamaica. The structure, which was assigned by NMR and HRMS studies and reassigned by total synthesis, contains a 14-membered macrolactone, a 2,6-cis THP ring and an unsaturated oxazole side-chain. Chapter four describes the synthesis of the C2-C8 and C9-C16 fragments (Scheme A-2). Chapter five details our initial attempts in the coupling of subunits 268 and 320, as well as a revised synthetic strategy that allowed us to successfully couple C2-C9 alkyne 347 with C10-C16 aldehyde 348 and the preparation of an advanced intermediate 364 (Scheme A-3).

This thesis concerns the development of the first BINOL phosphoric acid (BPA) catalysed enantioselective N-acyliminium cyclisation reactions and their incorporation into domino sequences that allow for the construction of architecturally complex enantioenriched polycycles in a single step from easily accessible starting materials. More specifically, this thesis deals with the discovery of a BPA-catalysed enantioselective N-acyliminium cyclisation cascade of enol lactones and tryptamines. Its extension to a doubly catalysed process involving gold(I) to cycloisomerise alkynoic acids and a BPA to effect the enantioselective N-acyliminium cyclisation is presented. In addition, the exploitation of this method in highly diastereo- and enantioselective N-acyliminium cyclisations of oxoacids and tryptamines and in a site isolated base-catalysed Michael addition / acid-catalysed N-acyliminium cyclisation cascade is described. A study on the proposed mechanism and model for the origin of enantioselectivity is discussed, based on experimental data and a computational study. As a separate part of our programme, the development of a new class of stronger Brønsted acids, chiral benzenesulphonic acids, is described. The optimisation of the synthetic routes as well as the synthesis of a library of acids is presented and their assessment in precedented reactions is discussed.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.