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Nitrogen-containing heterocycles are of vital importance for the pharmaceutical and agrochemical industries. The Beauchemin group has been studying rare, amphoteric nitrogen-substituted isocyanates over the past years, and showed that their [3+2] alkene cycloaddition and cascade reactions provide access to a variety of NNCO containing heterocyclic compounds. This triggered interest into the reactivity of the parent N-isothiocyanates, which are also rare, and led to the discovery of aminothiocarbonylation reactions. The products formed are azomethine imines which contain a cyclic -aminothiocarbonyl motif, thus providing a cycloaddition route to these useful dipoles from simple starting materials. Such aminothiocarbonylation reactions were developed with both alkenes and imines as substrates.Apart from cyclic azomethine imine formations, efforts have also been made toward forming the acyclic azomethine imines as intermediates. These intermediates undergo [3+2] cycloaddition to form thiocarbamoyl pyrazolidine derivatives, and a preliminary substrate scope for this new intermolecular reactivity is presented. Other preliminary results include an unexpected Chugaev type reactivity. Collectively, these results show that N-isothiocyanates hold significant potential for the development of new reactivity.

This thesis describes a new method for the synthesis of pseudodisaccharides containing a carbasugar analogue attached to a "true" sugar. The methodology is based on a Diels-Alder cycloaddition of vinyl sugars and appropriately substituted pyran-2-ones, followed by chemical manipulation of the resulting cycloadducts. The thesis also describes the synthesis of inhibitors of Golgi α-mannosidase II and glucokinase. The first chapter is a comprehensive survey of the reported synthetic routes to pseudodisaccharides from the literature. The results and discussions are presented in chapter 2. This chapter starts by discussion of the preparation of vinyl sugars and pyran-2-ones and the regio- and stereoselectivity of their cycloadditions. This is followed by reporting the chemical manipulations of these cycloadducts and the synthesis of a pseudodisaccharide. Cycloadducts are shown to lose carbon dioxide at elevated temperatures to afford dihydrobenzenes. The loss of the bridging carbon dioxide from the cycloadducts is experimentally and computationally investigated. The resulting dihydrobenzenes are shown to also be useful as precursors in the synthesis of pseudodisaccharides. The chemical manipulation of these dihydrobenzenes is used towards the synthesis of a pseudodisaccharide. The third and fourth chapters focus on the synthesis of new inhibitors of Golgi α-mannosidase II and glucokinase respectively. A range of 6-aminoglucose and mannose derivatives were prepared and tested for the inhibition of Jack bean α-mannosidase, but were found to lack any inhibition. Similarly, a range of 6-triazologlucose derivatives were prepared but were found to lack any cytotoxicity. The fifth chapter contains the details of the preparation, experimental procedures and spectroscopic characterisation of the synthesised chemical compounds. Rate calculations are reported in Appendix I and the X-ray crystallographic data are presented in the Appendix II.

Ces travaux de thèse avaient pour objectif la synthèse asymétrique d’hétérocycles énantioenrichis par des méthodes à hautes valeurs ajoutées. Pour cela des catalyseurs ont été employés dans des réactions de cycloaddition. D’une part, l’organocatalyse asymétrique permet d’utiliser un matériel chiral peu coûteux en faible quantité pour générer des produits chiraux, d’autre part, les réactions de cycloadditions permettent une économie d’atome certaine et la création de plusieurs liaisons en une réaction.La première partie de cette thèse concerne des réactions de cycloadditions d’aza-Diels-Alder à demande inverse en électrons. Ces travaux mettent en jeu des 1-Azadiènes et des énecarbamates pour générer des tétrahydropyridines possédant 3 centres stéréogènes contigus.Les produits ont été obtenus sous la forme d’un seul diastéréomère avec de bons rendements et de bons excès énantiomérique. La modification des substrats sur diverses positions a été possible sans influencer l’efficacité de la réaction.Dans la seconde partie, une réaction de cycloaddition entre des quinones et des énecarbamates a été étudiée. L’utilisation d’un acide phosphorique à squelette SPINOL s’est révélée très efficaces, menant à des 2,3-Dihydrobenzofuranes optiquement actifs. Les produits sont isolés avec d’excellents rendements et excès énantiomériques, mais des ratios diastéréomériques faibles. Ces derniers peuvent être améliorés en engageant des énethiocarbamates.Une cascade réactionnelle peut aussi être effectuée en formant la quinone in situ à l’aide d’un réactif hypervalent iodé. L’étendue de notre cycloaddition ainsi que sa variante initié par du PIDA est conséquente mais reste encore à améliorer. Différentes hydroquinones seront ainsi évaluées. Les cycloadduits seront ultérieurement transformés de manière à valoriser cette méthodologie. Les configurations relatives et absolues des centres asymétriques formés seront déterminées avec précision par cliché de diffraction des rayons X. Ces pistes sont en cours d’étude et de réalisation au laboratoire.Enfin, la dernière partie concerne une réaction de cycloaddition 1,3-Dipolaire entre des nitrones et des énecarbamates. Si l’utilisation d’un acide phosphorique ne s’est pas révélée efficace, l’utilisation d’un phosphate de cuivre est en revanche convaincante. Initialement, la réaction a montré d’excellents résultats, malheureusement non reproductibles. Une optimisation rigoureuse a été nécessaire pour obtenir des résultats satisfaisants. Cette réaction nécessite une évaluation de son étendue vis-À-Vis des énecarbamates. Des transformations sont également envisagées pour valoriser cette méthodologie. / This thesis works were aimed the asymmetric synthesis of optically pure heterocycles by high added value methodology. On one hand, the asymmetric organocatalysis allows using an inexpensive chiral materials in small quantities to generate chiral products, on the other hand, the cycloaddition reactions allow atom economy and the creation of several bonds in one reaction.The first part of this thesis concerns inverse electron demand aza-Diels-Alder cycloaddition reaction. These works involve 1-Azadienes and enecarbamates to generate tetrahydropyridines with three contiguous stereocenters.The products were obtained as a single diastereomer in good yields and good enantiomeric excess. The modification of substrates at various positions was possible without influencing the efficiency of the reaction.In the second part, a cycloaddition reaction between quinones and enecarbamates was studied. The use of a backbone SPINOL phosphoric acid proved to be very effective, leading to optically active 2,3-Dihydrobenzofurans. The products are isolated in excellent yields and enantiomeric excesses, but low diastereomeric ratios. These can be improved by engaging enethiocarbamates.A cascade reaction may also be carried out by forming the quinone in situ with a hypervalent iodine reagent. The scope of our cycloaddition and its variant initiated by PIDA is substantial but still needs to be improved. Different hydroquinones will thus be evaluated. The cycloadducts will later be transformed to develop this methodology.The last part concerns a 1,3-Dipolar cycloaddition reaction between nitrones and enecarbamates. If the use of a phosphoric acid has not proved effective, using a copper phosphate is convincing. Initially, the reaction shown excellent results, unfortunately not reproducible. A rigorous optimization was necessary to obtain satisfactory results. This reaction requires an assessment of its extent. Transformations are also envisaged to enhance the methodology.

Oxabicyclic alkenes have been the focus of many synthetic studies as they are versatile compounds which act as synthetic intermediates to produce a variety of useful heterocyclic, carbocyclic and acyclic products. The nucleophilic ring opening reaction of oxabenzonorbornadiene was studied. Methanol was the primary nucleophile used throughout the investigation, however various other alcohol nucleophiles were also tested for their efficacy. The effects of substitution were explored, providing ring opened products in yields of up to 81%. The [2+2] cyclodimerization reaction of oxanorbornadienes was also examined providing the first examples of dimers of this kind. The scope was expanded to include other 2,3-diester oxanorbornadienes as well as various C1 substitutions. Changing the ester moiety did not affect the reaction, however the addition of a C1 alkyl substituent did result in lower yields. Moderate yields of up to 66% were obtained. Additionally, a new ruthenium complex was discovered in the process.

This thesis describes a new method for the synthesis of pseudodisaccharides containing a carbasugar analogue attached to a "true" sugar. The methodology is based on a Diels-Alder cycloaddition of vinyl sugars and appropriately substituted pyran-2-ones, followed by chemical manipulation of the resulting cycloadducts. The thesis also describes the synthesis of inhibitors of Golgi ¿-mannosidase II and glucokinase. The first chapter is a comprehensive survey of the reported synthetic routes to pseudodisaccharides from the literature. The results and discussions are presented in chapter 2. This chapter starts by discussion of the preparation of vinyl sugars and pyran-2-ones and the regio- and stereoselectivity of their cycloadditions. This is followed by reporting the chemical manipulations of these cycloadducts and the synthesis of a pseudodisaccharide. Cycloadducts are shown to lose carbon dioxide at elevated temperatures to afford dihydrobenzenes. The loss of the bridging carbon dioxide from the cycloadducts is experimentally and computationally investigated. The resulting dihydrobenzenes are shown to also be useful as precursors in the synthesis of pseudodisaccharides. The chemical manipulation of these dihydrobenzenes is used towards the synthesis of a pseudodisaccharide. The third and fourth chapters focus on the synthesis of new inhibitors of Golgi ¿-mannosidase II and glucokinase respectively. A range of 6-aminoglucose and mannose derivatives were prepared and tested for the inhibition of Jack bean ¿-mannosidase, but were found to lack any inhibition. Similarly, a range of 6-triazologlucose derivatives were prepared but were found to lack any cytotoxicity. The fifth chapter contains the details of the preparation, experimental procedures and spectroscopic characterisation of the synthesised chemical compounds. Rate calculations are reported in Appendix I and the X-ray crystallographic data are presented in the Appendix II.

Ce mémoire résume les percées effectuées vers le développement d'une réaction de cycloaddition (4+1) intramoléculaire formelle entre des aminocarbènes de chrome et des diènes. Une telle réaction n'est pas connue dans la littérature et permettrait de fabriquer des bicycles présentant un cyclopentène, structure intéressante et levier synthétique puissant en synthèse organique. Dans le premier chapitre, on retrouve les essais initiaux concernant des réactions intermoléculaires entre des diènes pauvres en électrons et différents carbènes de chrome. Il y est expliqué pourquoi les résultats mitigés obtenus nous ont poussés à nous tourner vers une approche intramoléculaire de la méthodologie. Le second chapitre présente les premiers résultats de cycloaddition (4+1) intramoléculaire formelle obtenus. Des réactions impliquant des diènes électroniquement pauvres et neutres sont répertoriées. Il est également question de l'influence du solvant et de certains additifs sur la réaction. Une brève discussion des mécanismes réactionnels proposés pour expliquer la formation des différents produits observés est également exposée. Finalement, une étude de la barrière de rotation élevée des aminocarbènes peut être appréciée. Le troisième chapitre décrit les efforts effectués afin d'élargir l'étendue de la réaction et la compréhension du mécanisme réactionnel. Des réactions de cycloaddition (4+1) formelle où les substrats présentent différents patrons de substitution sur le diène ainsi que sur le carbène y sont présentés.

Des travaux précédents ont explorés la réactivité des aminocarbènes de chrome. Dans cet ouvrage, il sera question d’appliquer cette réactivité à la synthèse de la cylindrocarine qui est de la famille des alcaloïdes indoliques, les aspidosperma. Le premier chapitre traitera de la réaction entre un aminocarbène de chrome et un diène dans le but de former une diénamine. Il sera question de la réactivité entre les aminocarbènes de chrome et les diènes sur un substrat portant un groupement indole. Aussi, il y est expliqué pourquoi le manque de réactivité entre les diénamines et les indoles nous a poussés à se tourner vers une nouvelle approche de synthèse. Le deuxième chapitre présente des métathèses entre des aminocarbènes de chrome et des fonctions alcynes dans le but de former des aminocarbènes de chrome vinylogues. Il sera question de la stabilité des aminocarbènes de chrome vinylogues et de la possibilité de les piéger de manière intra- et intermoléculaire. Aussi, la portée de cette réaction sera déterminée en étudiant l’influence de différents groupements fonctionnels sur l’alcyne. Dans le troisième chapitre, il sera question de la réaction entre un aminocarbène de chrome de type lactame et de sa réactivité vis-à-vis une double liaison intramoléculaire pour permettre la formation d’un composé bicyclique. La portée de cette réaction sera étudiée en ajoutant des groupements fonctionnels à différents endroits sur la molécule.

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This dissertation describes the development of a novel ring fragmentation reaction in which cyclic γ-silyloxy-β-hydroxy-α-diazoesters undergo efficient rupture of the Cβ−Cγ bond when treated with tin tetrachloride to provide tethered aldehyde ynoate products with varying tether length, in high yield. Tethered aldehyde ynoates are versatile intermediates and this functional group combination is unique to this fragmentation. The synthetic utility of tethered aldehyde ynoates is highlighted by their predisposition to undergo facile intramolecular [1,3]- dipolar cycloaddition reactions in presence of bistrimethylsylil-α-amino acids to provide 2,5-dihydropyroles. The ability to quickly assemble such structural motifs encouraged studies on the synthesis of steroidal alkaloid solanidine. A new method for the N-amination of oxazolidiones with NH2Cl was investigated and provides efficient access to acyl hydrazines. However, the full scope of the reaction has not been yet fully explored. The study of isopropyl radical additions to N-acylhydrazones and comparison of several stereocontrol elements on the oxazolidinone moiety revealed that all are effective.