Les réactifs iodés hypervalents (i.e. iodanes) et les complexes métalliques en milieu oxydant sont des outils particulièrement efficaces pour réaliser la réaction de désaromatisation oxydante de phénols et donner ainsi accès à des motifs cyclohexa-2,4-diénone. Ces travaux de thèse ont permis d'étudier le développement de versions asymétriques de cette réaction de désaromatisation contrôlée soit par le substrat dans le cas de l’utilisation d’iodanes, soit par le réactif lorsqu’un complexe métal/ligands chiraux est privilégié. Cette méthodologie a ensuite été appliquée à la synthèse de la (+)-scyphostatine, un inhibiteur naturel de la sphingomyélinase neutre. / Abstract

La détection et l'identification des protéines sur gel d'électrophorèse dépend aussi bien du marqueur des protéines utilisés (généralement un marqueur fluorescent) que de ses propriétés physicochimiques propres (rendement quantique, Stokes' shift et recouvrement des bandes d'absorption et d'émission, photoblanchiment), de sa stabilité (chimique et photochimique), et de son accessibilité. Créer une gamme de nouveaux fluorophores dont les propriétés physicochimiques peuvent être modulées en partant d'une structure bien connue et très avantageux dans l'optique d'anticiper les caractéristiques supposées des composées envisagés. Cependant, même si de nombreux fluorophores sont disponibles commercialement, ils souffrent généralement de différentes contraintes telles que leurs prix prohibitifs, leur manque de sensibilité, leur stockes' shift trop faible ou bien encore leur stabilité. L'accès à une famille de fluorophores résolvant l'ensemble de ces contraintes pour la détection de protéines sur gel d'électrophorèse représenterait donc un réel défi. L'épicocconone, isolée du champignon Epicoccocum Nigrum, se lie de façon covalente aux amines (et donc également aux protéines) en conduisant à un adduit énaminique qui est très fluorescent. Cet adduit émet dans le rouge (610 nm) lorsqu'irradié dans l'UV (395 nm) ou le visible (520 nm). Ces propriétés ont donc conduit à l'utilisation de ce produit naturel comme marqueur fluorescent de protéines sur gel d'électrophorèse menant à une sensibilité de détection rarement atteinte et à une gamme de linéarité très importante (104). La première synthèse de l'épicocconone a alors été engagée au sein de notre laboratoire. Elle a finalement conduit à une chimiothèque d'analogues encore plus efficace ayant permis d'établir une véritable relation structure-fluorescence.

La détection et l’identification des protéines sur gel d’électrophorèse dépend aussi bien du marqueur des protéines utilisés (généralement un marqueur fluorescent) que de ses propriétés physicochimiques propres (rendement quantique, Stokes’ shift et recouvrement des bandes d’absorption et d’émission, photoblanchiment), de sa stabilité (chimique et photochimique), et de son accessibilité. Créer une gamme de nouveaux fluorophores dont les propriétés physicochimiques peuvent être modulées en partant d’une structure bien connue et très avantageux dans l’optique d’anticiper les caractéristiques supposées des composées envisagés. Cependant, même si de nombreux fluorophores sont disponibles commercialement, ils souffrent généralement de différentes contraintes telles que leurs prix prohibitifs, leur manque de sensibilité, leur stockes’ shift trop faible ou bien encore leur stabilité. L’accès à une famille de fluorophores résolvant l’ensemble de ces contraintes pour la détection de protéines sur gel d’électrophorèse représenterait donc un réel défi. L’épicocconone, isolée du champignon Epicoccocum Nigrum, se lie de façon covalente aux amines (et donc également aux protéines) en conduisant à un adduit énaminique qui est très fluorescent. Cet adduit émet dans le rouge (610 nm) lorsqu’irradié dans l’UV (395 nm) ou le visible (520 nm). Ces propriétés ont donc conduit à l’utilisation de ce produit naturel comme marqueur fluorescent de protéines sur gel d’électrophorèse menant à une sensibilité de détection rarement atteinte et à une gamme de linéarité très importante (104). La première synthèse de l’épicocconone a alors été engagée au sein de notre laboratoire. Elle a finalement conduit à une chimiothèque d’analogues encore plus efficace ayant permis d’établir une véritable relation structure-fluorescence. / Detection and identification of proteins either in 2D electrophoresis gels or in biological media depends largely on the quality of protein sensitive dye used (generally a fluorescent dye) as well on the efficiency of their fluorescent properties (quantum yield, Stokes’ shift and overlap of excitation frequency with common laser sources), their stability (chemical and photophysical) and their accessibility. To be able to create a range of new fluorescent dyes whose profiles can be modulated starting from a proven scaffold is advantageous in terms of predicting the properties of the final products. Even if many fluorescent dyes are available on the market, they suffer from a prohibitive price, a lack of sensitivity or a restricted wavelength range (absorption/emission) or limited stability. Access to a family of fluorophores displaying similar physicochemical properties, but shifted excitation and emission wavelengths constitutes an invaluable tool Epicocconone, isolated from the fungus Epicoccum nigrum, covalently binds to primary amines (e.g. lysine of proteins), leading to a protein linked conjugate which is strongly fluorescent, emitting light in the red (610 nm) when submitted to UV-visible light (395 or 520 nm). This is a novel pro-fluorophore that allows protein quantification with unprecedented sensitivity and with an excellent linearity on a broad range of concentrations. A program of synthesis of epicocconone and analogues in order to provide a library of complementary fluorophores has been undertaken. The results concerning either the better efficiency of the analogs and the structure-fluorescence relation are presented in this dissertation.

Les travaux réalisés dans cette thèse concernent les efforts réalisés pour la synthèse de dérivés chiraux à base d'iode hypervalent analogues de l'acide iodoxybenzoïque, appelé IBX. Ces travaux ont permis de réaliser la synthèses de nouveaux dérivés iodés hypervalents qui ont été utilisés lors de réactions de désaromatisation de phénols énantiosélectives. Outre, les nouveaux dérivés hypervalents iodés synthétisés cette thèse a permis de mettre en avant le caractère problématique de la réaction d'oxydation de l'iode. Une alternative à ce problème a été la mise au point de méthode de génération in situ de dérivés iodés hypervalent permettant de réaliser des réactions de désaromatisation de phénols énantiosélectives. / The work presented in this thesis are about the synthesis of new chiral hypervalent iodine compounds analogues of the iodoxybenzoic acid, called IBX. This work shows an access to new chiral hypervalent iodine compounds which were used in enantioselective dearomatisation of phenols. In addition to the new compounds synthesized, this thesis gives a view of the complexity of the oxidation of iodine compounds. An alternative to this problematic synthetic step is given by the development of in situ generation methodology of hypervalent iodine compounds in order to perform an enantioselectiv variant of the dearomatization reaction.

Ce manuscrit présente le développement de nouvelles réactions de cycloaddition [3+2] palladocatalysées entre des vinylcyclopropanes électro-appauvris et diverses espèces dipolarophiles. La première partie de ces travaux a porté sur la désaromatisation de composés nitroaromatiques tels que les 3-nitroindoles ou les 2-nitrobenzofuranes par le biais d'un procédé de cycloaddition impliquant les vinylcyclopropanes. Une seconde méthodologie de cycloaddition [3+2] énantiosélective entre des aldéhydes ?,?-insaturés et des vinylcyclopropanes a été développée. En tirant parti du concept de catalyse synergique métallo-organique, divers cyclopentanes hautement fonctionnalisés ont été obtenus, avec notamment des énantiosélectivités très élevées. Dans une troisième partie de ces travaux, l'extension de cette méthodologie à la synthèse de composés hétérocycliques a été étudiée ; une première approche impliquant la formation in situ de dipôles-1,3 et -1,4 azotés n'ayant pas abouti à la réactivité désirée, nous avons alors développé une méthodologie de cycloaddition de vinylcyclopropanes et d'imines électro-déficientes par catalyse au palladium(0) menant à des dérivés de pyrrolidine. / This manuscript presents the development of novel palladium-catalysed [3+2] cycloaddition reactions between vinylcyclopropanes and various dipolarophiles. The first part of this work focused on the dearomatization of nitroaromatic compounds such as 3-nitroindoles and 2-nitrobenzofurans through a cycloaddition process with vinylcyclopropanes. In a second time, an enantioselective [3+2] cycloaddition of vinylcyclopropanes with α,β-unsaturated aldehydes under a synergistic metal-organocatalytic activation manifold was developed, leading to highly substituted cyclopentane scaffolds with very high enantioselectivity. In a third part of this work, the extension of this methodology towards the synthesis of heterocyclic compounds was investigated. A first approach dealing with the in situ generation of nitrogen-containing 1,3- and 1,4-dipoles did not lead to the desired reactivity, which prompted us to develop a palladium(0)-catalysed cycloaddition of vinylcyclopropanes and electron-deficient imines to synthesize pyrrolidine derivatives.

La réaction de désaromatisation oxygénante de phénols est une transformation très utile en tant qu’étape clé dans la synthèse de substances naturelles complexes. Elle permet de préparer des intermédiaires de type cyclohexa-2,4-diénones à partir de phénols ortho-substitués, notamment en utilisant des réactifs iodés hypervalents (i.e., iodanes) qui constituent une alternative moderne aux réactifs à base de métaux lourds toxiques (e.g., Pb, Tl, Hg). Notre équipe s’intéresse plus particulièrement à la désaromatisation hydroxylante de 2-alkylphénols (réaction HPD) par des iodanes, transformation qui engendre la création d’un centre carboné quaternaire stéréogène. Le contrôle de la configuration de ce centre chiral par l’utilisation d’un substrat ou d’un réactif approprié est un de nos objectifs. Des iodanes chiraux récemment développés au laboratoire ont permis d’atteindre des excès énantiomériques de plus de 90% dans des réactions HPD modèles. Nous avons exploité avec succès ces iodanes chiraux pour réaliser les premières synthèses totales de la (–)-bacchopétiolone et de la (+)-mayténone, ainsi que pour élaborer la tête polaire de type ortho-quinol époxydé de la (+)-scyphostatine. / The oxygenative phenol dearomatization reaction is a very useful transformation, as a key step in the synthesis of complex natural substances. It gives access to cyclohexa-2,4-dienones from ortho-substituted phenols, through the use of hypervalent iodine reagents (i.e., iodanes), which constitutes a modern alternative to toxic heavy-metal-based reagents (e.g., Pb, Tl, Hg). Our team is interested in the hydroxylative dearomatization of 2-alkylphenols (HPD reaction) by iodanes, a transformation that results in the formation of one quaternary stereogenic center. Control of the absolute configuration of this chiral center through the use of an appropriate substrate or reagent is amongst our goals. Chiral iodanes recently developed in the laboratory allowed us to reach enantiomeric excesses above 90 % in model HPD reactions. Successful application of these chiral iodanes led us to achieve the first total syntheses of (–)-bacchopetiolone and (+)-maytenone, as well as that of the epoxy ortho- quinol polar head of (+)-scyphostatine.

L'epicocconone est un produit naturel tricyclique, de la famille des azaphilones, isolé en 2003 d'un champignon Epicoccum nigrum. Ce composé se lie de façon covalente aux amines, conduisant à la formation d'une énamine fluorescente. Cette réaction, réversible en fonction du pH, fait de ce composé un excellent marqueur de protéines pour la détection sur gels d'électrophorèse compatible avec une analyse de spectrométrie de masse. La synthèse de ce produit naturel a été débutée au sein de notre laboratoire en s'appuyant sur les travaux réalisés précédemment et mettant en jeu une étape clé de désaromatisation oxydante à l'aide d'iode hypervalent. Une étude méthodologique de réaction clé a permis de comparer l'efficacité et la diastéréosélectivité de l'oxydation effectuée par l'iode (III) ou l'iode (V). / Epicocconone is a tricyclic natural product of the azaphilone family, isolated from the fungus Epicoccum nigrum. This compound covalently binds to primary amines, leading to a protein conjugate which is highly fluorescent. This reaction, reversible according to the pH, make this compound an excellent protein stain compatible with mass spectrometry analysis. The synthesis of this natural product has been started in our laboratory based on the previous work in involves a key oxidative dearomatization using hypervalent iodine. Methodological studies of this key reaction allowed us to compare the efficiency and diastereoselectivity of iodine (III) and iodine (V) mediated oxidations.

L'epicocconone est un produit naturel tricyclique, de la famille des azaphilones, isolé en 2003 d'un champignon Epicoccum nigrum. Ce composé se lie de façon covalente aux amines, conduisant à la formation d'une énamine fluorescente. Cette réaction, réversible en fonction du pH, fait de ce composé un excellent marqueur de protéines pour la détection sur gels d'électrophorèse compatible avec une analyse de spectrométrie de masse. La synthèse de ce produit naturel a été débutée au sein de notre laboratoire en s'appuyant sur les travaux réalisés précédemment et mettant en jeu une étape clé de désaromatisation oxydante à l'aide d'iode hypervalent. Une étude méthodologique de réaction clé a permis de comparer l'efficacité et la diastéréosélectivité de l'oxydation effectuée par l'iode (III) ou l'iode (V).

La chimie des dérivés à base d’iode hypervalent, également appelés iodanes, connaît depuis la fin des années 1990 un essor important qui s’explique par leurs conditions d’utilisation douces et leur faible toxicité comparée à celle des réactifs à base de métaux lourds. Plus récemment, des versions chirales de ces réactifs font l’objet de nombreuses recherches. Dans ce contexte, une première partie de ces travaux de thèse a consisté à développer de nouveaux iodanes chiraux basés sur un squelette biarylique atropoiso-mériquement pur de type soit 1,1’-binaphtyle, soit 5,5’,6,6’,7,7’,8,8’-octahydro-1,1’-binaphtyle. Plusieurs iodobiaryles ont été synthétisés, puis oxydés efficacement et sélectivement au 3,3-diméthyldioxirane (DMDO) pour donner, après une simple filtration, les iodanes correspondants purs. Le degré d’oxydation de l’atome d’iode de chacun de ces composés a été déterminé par spectroscopie RMN 13C : des iodanes-λ3 ont été isolés dans le cas des systèmes binaphtyliques ou substitués par une fonction acide carboxylique en ortho de l’atome d’iode, tandis que des iodanes-λ5 ont été obtenus pour les composés basés sur un squelette octahydro-1,1’-binaphtyle. Dans une seconde partie, ces iodanes ont été appliqués à des réactions d’oxygénation et plus particulièrement à la désaromatisation hydroxylante asymétrique de 2-alkylarénols. Le 2-méthylnaphtol a été converti en son ortho-quinol avec un excès énantiomérique (ee) atteignant 73 %. Des phénols naturels comme le carvacrol et le thymol ont conduit aux cyclodimères [4+2] d’ortho-quinols, le biscarvacrol et le bisthymol, avec des résultats encore meilleurs, respectivement 74 % ee et 94 % ee. / The chemistry of hypervalent organoiodine compounds, also referred to as iodanes, has experienced an impressive development since the 1990s due to their mild oxidizing conditions and their low toxicity compared to heavy metal-based reagents. Recently, chiral versions of iodanes have been focusing several research efforts. In this context, the first part of this work was dedicated to the development of new chiral iodanes with an atropisomerically pure biarylic structure, either 1,1’-binaphthyl or 5,5’,6,6’,7,7’,8,8’-octahydro-1,1’-binaphthyl. Many iodobiaryls were synthesized, and then efficiently and selectively oxidized with 3,3-dimethyldioxirane (DMDO) to furnish the corresponding pure iodanes by simple filtration. The oxidation state of the iodine atom of each compound was determined by 13C NMR spectroscopic analysis: λ3-iodanes were isolated in the case of binaphthylic structures or when the iodoarene bears a carboxylic acid function ortho to the iodine atom, whereas λ5-iodanes were obtained for octahydro-1,1’-binaphthylic compounds. These iodanes were next applied to oxygenation reactions and in particular to asymmetric hydroxylative dearomatization of 2-alkylarenols. 2-Methylnaphthol was converted into its ortho-quinol with up to 73 % enantiomeric excess (ee). Natural phenols such as carvacrol and thymol gave the corresponding ortho-quinol-based [4+2] cyclodimers, biscarvacrol and bisthymol, with even better results of 74 % ee and 94 % ee, respectively.

Ces travaux concernent le développement de nouveaux iodanes chiraux et leur application à des réactions d’oxygénation asymétriques. Ces réactifs à base d’iode hypervalent constituent une alternative intéressante aux réactifs à base de métaux lourds en termes de réactivité et de toxicité. La première partie de ce travail a été consacrée à la synthèse de nouvelles structures originales C 2 -symétriques énantiopures de type S alen. Un criblage de conditions oxydantes a ensuite montré que seul le 3,3-diméthyldioxirane (DMDO) permet une oxydation propre et sélective de ces iodoarènes en iodanes-λ5 correspondants, composés isolables par simple filtration et dont la nature a pu être déterminée sans ambiguïté par analyse spectroscopique RMN 13C. Dans un second temps, ces nouveaux iodanes-λ5 chiraux ont été appliqués à des réactions d’oxygénation asymétriques, et plus particulièrement à la désaromatisation hydroxylante (réaction HPD) de 2-alkylphénols tels que le carvacrol et le thymol. Les meilleurs excès énantiomériques (ee) sont obtenus lorsque la réaction HPD est réalisée à température ambiante dans un mélange 85:15 de dichlorométhane/ trifluoroéthanol. Le carvacrol est ainsi converti en son cyclodimère [4+2] d’ortho -quinol naturel, le biscarvacrol, avec 55% de ee, et le thymol en bisthymol avec 68% de ee. / This work focuses on the development of new chiral iodanes and their application to asymmetric oxygenation reactions. These hypervalent iodine-based reagents represent an interesting alternative to heavy metal-based reagents in terms of reactivity and toxicity. The first part of this work consisted in the synthesis of new enantiopure C 2 -symmetrical Salen-type structures. A screening of oxidizing conditions then showed that only 3,3-dimethyldioxirane (DMDO) is able to mediate a clean and selective oxidation of these iodoarenes into to the corresponding λ5-iodanes, which were isolated by simple filtration and further characterized by 13C NMR spectroscopic analysis. In a second part, these new chiral λ5-iodanes were applied to asymmetric oxygenation reactions, in particular the Hydroxylative Phenol Dearomatization reaction (HPD reaction) of 2-alkylphenols such as carvacrol and thymol. Best enantiomeric excesses (ee) where obtained when the HPD reaction was performed in a 85:15 mixture of dichloromethane/ trifluoroethanol. Carvacrol was converted into its natural ortho -quinol-based [4+2] cyclodimer biscarvacrol with ee up to 55%, and thymol into bisthymol with ee up to 68%.