Le travail décrit dans ce manuscrit présente l'utilisation de deux techniques immunoenzymatiques pour le criblage à haut débit de catalyseurs chimiques et biologiques. Ces méthodes, jusqu'à présent réservées au monde du diagnostic sont employées ici pour la découverte de nouveaux catalyseurs pour des réactions énantiosélectives ainsi que pour des réactions de couplage. Les dosages immunologiques « par compétition » faisant appel aux anticorps monoclonaux se sont avérés des excellents outils pour le criblage à haut débit de catalyseurs asymétriques pour les réactions d'insertion de carbénoïdes dans la liaison OH de l'eau tandis que celles utilisant des anticorps polyclonaux ont été utilisées avec succès pour le criblage de biocaytalyseurs pour la réaction d'ouverture énantiosélective des oxazolones par l'eau. Un autre type de méthode utilisant des anticorps monoclonaux, appelée « sandwich » nous a permis de réaliser le criblage à haut débit de catalyseurs pour la réaction de cycloaddition alcyne-azoture.

La cycloaddition [2+2] du dichlorocétène, sur des cycloheptatriènes monosubstitués conduit après expansion de cycle au diazométhane et déshydrohalogénation, de façon régio- et stéréosélective, à des alpha-chlorotriénones. Ces intermédiaires se sont déjà avérés des synthons particulièrement attractifs pour la synthèse totale de produits naturels possédant le squelette bicyclo[5.3.0]décane.L'utilisation d'organozinciques, de cétènes-acétals et des conditions de couplage de Suzuki, nous a permis d'élaborer une approche générale et régiosélective des azulènes polysubstitués parmi lesquels de nombreux sont naturels (guaiazulène, acide chamazulène carboxylique...). Cette méthodologie, également utilisée pour la synthèse d'un azaazulène, a ensuite été améliorée par la mise au point d'une aromatisation directe, toujours en cours d'étude. Après optimisation de notre synthèse de la (+/-)-6-déoxygeigérine, nous avons ensuite réalisé la première synthèse totale de la (+/-)-geigérine de façon hautement stéréosélective, ouvrant ainsi la voie aux guaianolides naturels 6-12 mais également 8-12. Cette approche s'avère donc facilement applicable à la synthèse de nombreux guaianes naturels, voire des diterpènes.

Le travail présenté dans ce manuscript est scindé en deux grands axes. Dans la partie principale, une procédure « one-pot » de cycloaddition [2+2] du dichlorocétène sur des éthers d'énols chiraux suivie d'une déchloration permet un accès facile à différentes cyclobutanones chirales de façon hautement chimio-, régio- et stéréosélective. Une cyclobutanone est ensuite utilisée pour développer une nouvelle synthèse asymétrique du Lobucavir®. Enfin, une étude a permis de montrer qu'il est aussi possible d'accéder à des chlorocyclobutènes chiraux à partir des cycloadduits. Le deuxième axe majeur de ce manuscript consiste à déterminer le mécanisme de formation des éthers d'ynols à partir des éthers d'énols dichlorés. Un marquage isotopique au chlore 35 a permis pour la première fois de départager les deux mécanismes envisagés: β–élimination ou réarrangement de Fritsh-Buttenberg-Wiechell.

L'utilisation des composés furaniques comme matières premières est largement justifiée par la disponibilité et l'aspect renouvelable de ces sources (biomasse végétale). Dans ce projet, nous nous sommes intéressés au caractère photosensible des composés furaniques pour l'élaboration de nouveaux polymères photo-réticulables en vue de leur application sur plaques d'impression Offset. Des structures photosensibles simples ont été synthétisées et caractérisées afin d'étudier la synthèse et le comportement photochimique du photopolymère final. Lors de l'irradiation dans un milieu concentré, ces composés subissent une [pi2+pi2] cycloaddition entre un chromophore à l'état excité et un chromophore à l'état stable formant des motifs cyclobutanes. Les composés les plus prometteurs ont été utilisés comme monomères pour la préparation des photopolymères, basés sur une structure polyester, contenant le groupement chromophore dans la chaîne principale. Après une étude structurelle et thermique, ces polymères photosensibles ont été étudié photochimiquement et ont montré une bonne aptitude à induire la réticulation des matériaux initiaux.

<p>2,6-Disubstituted spiro[3.3]heptanes were synthesized to investigate and develop synthetic methods for preparation of these compounds. Possibilities for introducing different functionalities like nitriles and sulfonamides were also investigated.</p><p> </p><p>Synthetic routes presented describe successive [2+2] cycloadditions between dichloroketene and olefins to give the sought after spiro compounds with low to moderate yields throughout the multi-step synthesis. [2+2] Cycloadditions offered low turnovers and chromatography was required for purification.</p><p> </p><p>A synthetic route with cyclisations through double substitution reactions between di-electrophiles and di-nucleophiles resulting in a 2,6-disubstituted spiro[3.3]heptane is also described. This multi-step synthesis offered higher turnover and yields and often there was no need for purification through chromatography.</p>

Les couplages de Passerini et de Ugi, réactions multicomposants impliquant des isonitriles, ont suscité un grand intérêt ces dernières années. En effet elles permettent d'obtenir en une étape, avec de bons rendements globaux, des produits complexes et diversifiés. Tout d'abord, une nouvelle méthode de synthèse d'indolizines a été développée à partir d'un couplage entre réaction d'Ugi et cycloaddition [3+2] de sel de pyridinium. Cette étape-clé s'insère dans une cascade Sonogashira/cycloaddition/oxydation qui permet d'accéder de manière rapide à des systèmes hétérocycliques d'une grande complexité structurale, présents dans de nombreux alcaloïdes. Récemment le couplage Ugi-Smiles, équivalent du couplage de Ugi, impliquant un phénol pauvre en électrons comme composé acide, a été développé au laboratoire. Dans ce travail, nous avons étudié la possibilité d'introduire ces composés dans un couplage de Passerini. L'o-nitrophénol ainsi que des phénols hétérocycliques ont été couplés, donnant accès à une grande diversité d'aryloxyamides. Le mécanisme implique un réarrangement de Smiles final – transfert d'aryle d'un atome d'oxygène vers un autre. Nous nous sommes ensuite intéressés à l'introduction de composés soufrés dans le couplage Ugi-Smiles, permettant l'obtention en une étape de thioamides fonctionnalisés. Des produits de couplage avant réarrangement de Smiles ont pu être obtenus à différentes occasions, donnant ainsi un nouvel éclairage au mécanisme de cette réaction. En outre, des hétérocycles soufrés très divers ont été couplés avec succès donnant accès à des composés originaux.

Notre thèse s'intéresse à l'étude de séquences réactionnelles permeettant la création de carbones quaternaires. Deux séquences de réactions sont envisagées : - La première s'inscrit dans le prolongement des travaux de J-M. Adam et combine une réaction d'allylmétallation asymétrique et une réaction de cycloaddition [2+2] intramoléculaire. Elle conduit à des cyclobutanones bicycliques portant un substituant méthyle en tête de pont. La réaction d'allylmétallation a tout d'abord été étudiée en version catalytique pour la réaction modèle d'addition d'un dérivé d'allylsilane, le 1,3-bis-triméthylsilylpropène, sur le benzaldéhyde, en présence d'une quantité catalytique d'inducteur de chiralité. Différents catalyseurs ont pour ce faire été envisagés. La réaction d'allylmétallation asymétrique en version non catalytique a ensuite été reprise en vue de la synthèse de différents alcools homoallyliques porteurs d'un groupement silylé en a de la fonction hydroxyle. Deux inducteurs de chiralité différents ont été testés : le (R,R)-ClCpTiTADDOL et le (-)-(b)-méthoxydiisopinocamphéylborane. Dans cette réaction, la sélectivité est contrôlée par les ligands chiraux du métal. La réaction de cycloaddition [2+2] intramoléculaire a lieu entre une oléfine terminale et un cation cétène-iminium formé in situ ; elle conduit à des cyclobutanones bicycliques. Le contrôle de la sélectivité de cette étape est régi par l'effet b du silicium. Nous avons étudié les limitations de la méthode en synthétisant des cyclobutanones bicycliques de différentes tailles et porteuses d'un carbone quaternaire en tête de pont. - La seconde séquence étudiée implique une addition de Michaël, suivie d'une cyclopentannélation symétrique. Dans cette partie de notre travail, nous avons poursuivi les travaux de P. Schanen en vue de la catalyse organique de la réaction d'addition de Michaël. Nous avons étudié la réaction d'addition de différents nucléophiles sur la cyclohexénone en présence de catalyseurs dérivés de la (L)-proline ou d'imidazolidinone. Une étude de la variation de la nature du nucléophile ainsi que du contre-ion est proposée. / Our thesis studies reactions sequences leading to the formation of quaternary carbons. Two reactions sequences are envisaged: - The first one follows the work done by J-M. Adam and combines an asymmetric allylmetallation and an intramolecular [2+2] cycloaddition. This sequence leads to bicyclic cyclobutanones bearing a methyl substituent in bridgehead position. The allylmetallation has first been studied catalytically for the model reaction of addition of 1,3-bis-triméthylsilylpropene on benzaldehyde in the presence of a catalytic amount of chiral inducer. Various catalysts have been tested. The non catalytic asymmetric allylmetallation has then been used towards the synthesis of various homoallylic alcohols bearing a silyl group poistioned a to the hydroxyl function. Two chiral inducers have been tested: (R,R)-ClCpTiTADDOL and (-)-(b)-methoxydiisopinocampheylborane. At this step, selectivity is directed by chiral ligands on the metal. The intramolecular [2+2} cycloaddition reaction takes place between a terminal olefin and a ketene iminium cation formed in situ. This reaction leads to bicyclic cyclobutanones. The selectivity control at this step is directed by the b-effect of silicon. We have studied the limitations of the method by synthesizing bicyclic cyclobutanones of various sizes and bearing a bridgehead quaternary carbon. -The second reaction sequence combines a Michael addition and an asymmetric cyclopentannulation. In this part, we have pursued the work done by P. Schanen and studied the organic catalysis of the Michael addition reaction. We heva studied the addition reaction of various nucleophiles on cyclohexenone in the presence of catalysts derived from (L)-proline or imidazolidinone. A study of the variation of the nature of thee nucleophile as well as of the counter-ion is proposed.

A new method for the preparation of seven-membered carbocycles via cobalt-mediated [5+2] cycloaddition methodology is presented. We have demonstrated that Cp*Co(5-pentadienyl)+ systems undergo cycloaddition reactions with alkynes in a diastereocontrolled and high-yielding process. When acetylene is employed as the cycloaddition partner, unprecedented Cp*Co(2,3-cycloheptadienyl)+ complexes were isolated as the cycloaddition product under kinetic control. These allyl/olefin species were further transformed to the thermodynamic Cp*Co(5-cycloheptadienyl)+ complexes. Also described are two methods for the preparation of high-valent Co(III) 5-pentadienyl complexes, a compound class that has been under-reported in the literature. This work fills this void and provides a valuable view of the structural properties of 5-pentadienyl complexes as a function of the substitution pattern. The incorporation of tethered pronucleophiles onto the pentadienyl ligand allowed the preparation of fused bicyclic structures of relevance to natural product synthesis. Both conjugated and unconjugated cycloheptadiene species were prepared, made possible via the differing cycloheptadienyl complex hapticity. The oxidative decomplexation of the organic products is also described. Initial steps towards a divergent pronucleophile-bearing pentadienyl synthesis were also undertaken. The mechanism and structure/reactivity relationships for the [5+2] cycloaddition process were studied via density functional theory calculations. These investigations revealed the existence of several convergent reaction pathways on the potential energy surface, and provided a new rationale for the 2,35 isomerization, thereby explaining the low activation barrier for the isomerization of 2-butyne cycloadducts. Of interest is the elucidation of a radical-type pathway, calculated to be of high energy for the Cp* ligand system, yet energetically competitive in the Cp complex reaction manifold. Further, computations on the Cp system demonstrate a potentially viable pathway on the triplet energy surface, suggesting spin-forbidden transitions may play a role in the mechanism. These observations provide an explanation for the differing cycloaddition efficiencies in these two pentadienyl systems. Calculations also suggest that reaction chemoselectivity is determined during the rate-limiting alkyne complexation step; the energetics of this process being dominated by steric interactions between the pentadienyl substituents and the ancillary ligand.

In this research, a method for site-selective attachment of synthetic molecules into glycoproteins using Boronic acid (BA)-directed tosyl chemistry is proposed. The synthetic BA-tosyl chemical probes are composed of boronic asid as a affinity ligand, a tosyl group as a reactive group and a terminal alkyne group for reporting. In neutral and alkaline environment, boronic acid can act as a targeting head to react with the cis-diol of carbohydrates and therefore forms a covalently reversible boronic diester ring. The newly formed boronate ring can withdraw the probe moeular close to the molecular surface of glycoproteins of interest. Followed by a SN2 reaction with the nucleophilic residues of labeled glycoproteins, the report alkyne group can covalently shift to the protein surface apart from the BA-tosyl skeleton. With the competition of polyols, the BA modified carbohydrates can be recovered to the native glycan structures. The traceless labeling strategy developed in the work has been demonstrated in the specific interaction with a known glycoprotein feutin with negatives controls. We believe that the successful development of this methodology can certainly accelerate the study of glycoproteomics and glycobiology.

Acyl phosphonates are interesting precursors for the synthesis of biologically active compounds. In the first part, the acyl phosphonates are synthesized starting from the corresponding acyl chloride. The acyl chlorides are converted into acyl phosphonates by using trialkylphosphites. The reaction of acyl phosphonates with aldehydes in the presence of proline furnished not the suggested aldol products via proline catalyzed aldol reaction but bicyclic products via one pot tricomponent 1,3-dipolar cycloaddition reaction. The formation of the bicyclic compound was suggested as followed / The formation of iminium salt of proline with aldehyde followed by decarboxylation furnished azomethine. The 1,3-dipolar cycloaddition of the formed azomethine with carbonyl group of acyl phosphonate afforded substituted hexahydro pyrrolo oxazole structures. 1,3-Dipolar cycloaddition forms the basis of the most preparatively useful procedures for the synthesis of five-membered heterocycles. One example is the 1,3-dipolar cycloaddition of azomethine ylides (from imines) and alkenes, which allows the stereoselective synthesis of pyrrolidines or proline derivatives.