Dans ce document, serons détaillées les résultats de mes travaux de recherche d’études doctorales. Tout d’abord, nous discuterons de la synthèse totale de la lépadine B, la plus courte à paraître dans la littérature à ce jour. Cette synthèse, en plus de valoriser la synthèse asymétrique de pipéridines poly-substituées développée par l’équipe du professeur Charette, mettra à profit une utilisation originale d’une séquence de fermeture-ouverture de cycle par la réaction de métathèse d’alcènes. De plus, nous détaillerons une brève étude mécanistique de cette dernière nous ayant permis la proposition d’un mécanisme peu commun de ce type de séquence réactionnel et dont les conséquences expérimentales sont impressionnantes. Au cours de cette synthèse, nous avons identifié un synthon d’une grande valeur synthétique. En effet, ne comportant pas moins que quatre centres chiraux, ce synthon pouvait être obtenu énantiopure en seulement trois étapes à partir de la pyridine. Ainsi, nous avons effectué une analyse structurale de ce synthon et avons envisagé une valorisation supplémentaire par une utilisation originale de la fragmentation de Grob. Dans ce contexte, nous avons développé une toute nouvelle synthèse de pipéridines 2,3,6-trisubstituées hautement régio- et diastéréosélective. Afin de pouvoir réaliser la précédente méthodologie, nous avons dû étudier la réduction d’une amide en présence de groupements fonctionnels sensibles dans les conditions usuelles. Heureusement, l’année précédente nous avions développée une réaction hautement chimiosélective d’amides tertaires. Cette nouvelle réaction, qui a été fondamentalement inspiré par une méthodologie du professeur Charette sur l’activation d’amides, a permis la réduction d’amides tertiaires en présence de fonctions telles les cétone, ester, nitrile, époxyde, insaturations, etc. Enfin, l’ensemble des connaissances acquises au cours de ces projets a permis l’élaboration d’une toute nouvelle stratégie de synthèse pour la préparation d’indolizidines et quinolizidines. Plus spécifiquement, nous avons développé la première séquence d’activation intramoléculaire et déaromatization asymétrique de la pyridine. Ceci permet d’avoir un accès aux squelettes indolizidine et quinolizidine avec des stéréosélectivités élevées, la nature insaturée de ces derniers laissant également place à une grande flexibilité synthétique. Dans ce contexte, nous allons détailler une très courte synthèse de trans-indolizidines. / In this document, the results of Ph.D. thesis will be detailed. First, we will discuss the synthesis of alkaloid lepadin B, the shortest to appear in the literature to date. This synthesis, in addition to validating the asymmetric synthesis of polysubstituted piperidines developed earlier by the group of Professor Charette, will highlight an original use of a ring-closing ring-opening alkene metathesis sequence. Also, a brief mechanistic study of the latter reaction will be detailed, a study which led us to propose an unusual mechanism for this reaction sequence and for which the experimental concequences are impressive. During the total synthesis of lepadin B, we identified a synthon of great synthetic value. Indeed, containing not less than four chiral centres, that synthon could be obtained enantiopure through a short three-step synthesis from pyridine. We performed a structural analysis of this synthon and we envisaged an additional validating through an original use of the Grob fragmentation. Consequently, we developed a new highly regio- and diastereoselective synthesis of 2,3,6-trisubstituted piperidines. To succesfully realize the latter methodology, it was required to perform an amide reduction in the presence of sensitive functionnalities under usual reduction conditions. Fortunatly, we had recently developed a set of conditions for the highly chemoselective reduction of tertiary amides. This new reaction, fundamentaly inspired by an amide activation methodology from Charette’s group, allowed the reduction of amides in the presence of functionalities such as ketone, ester, nitrile, epoxide, unsaturations, etc. Finaly, the knowledge acquired by conducting this research allowed for the elaboration of a new methodology for the synthesis of indolizidines and quinolizidines. Specifically, we developed the first intramolecular pyridine activation-asymmetric dearomatization reaction of the pyridine. This led us to the highly stereoselective access to indolizidine and quinolizidine backbone, the unsaturated nature of which permitting a good degree of synthetic flexibility. In that context, we will detail a short synthesis of trans-indolizidines.

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.

Ce travail de thèse consacré à la chimie de Zingiberaceae est divisé en deux parties distinctes.Dans la première partie, une étude phytochimique des rhizomes d’une plante africaine, Aframomum sceptrum K. Schum., couramment employée en Côte d’Ivoire, a été réalisée. Deux nouveaux composés, nommés sceptrumlabdalactone A et sceptrumlabdalactone B ont été isolés. Ce sont des composés terpéniques type labdane. Le sceptrumlabdalactone B est fortement actif contre L. donovani, avec une CI50 proche de celle de la pentamidine.L’extraction de l’huile essentielle des rhizomes a également été réalisée par hydrodistillation. L’analyse de l’huile par GC-MS a montré la présence de mono- et de sesquiterpènes avec une quasi-absence de monoterpènes aromatiques. L’évaluation des activités biologiques de l’huile a montré une activité contre les bactéries à Gram positif, et dans une moindre mesure, contre les bactéries à Gram négatif. Une forte activité trichomonicide a aussi été constatée.La deuxième partie, est consacrée à la curcumine. Ce diarylheptanoïde, est fréquent dans plusieurs Curcumas, Des analogues originaux, par exemple prénylés ont été préparés. Plusieurs activités biologiques (activités antiparasitaires, antibactériennes, anti-inflammatoires, anti-agrégation de la protéine β-amyloïde) ont été évaluées in vitro. L’activité anti-inflammatoire apparait différente de celle du produit de départ pour un des analogues.De même, la désaromatisation oxydante de la curcumine et ses analogues a permis l’accès en une ou deux étapes à des composés originaux à pharmacophore largement modifié.Des nanoparticules à base de "curcumine-squalénisée" ont également été préparées afin de surmonter le problème de la faible biodisponibilité de la curcumine. L’activité leishmanicide in vitro semble prometteuse. / During our research for fighting human African trypanosomiasis (sleeping sickness), two approaches were employed; firstly the traditional use of plants, secondly the synthesis of original derivatives of curcumin.In the first part, a bioguided fractionation of a methanolic extract of the rhizomes of Aframomum sceptrum K. Schum (Zingiberaceae) allowed the isolation of five compounds, including new labdanes, named sceptrumlabdalactone A and sceptrumlabdalactone B successively. Sceptrumlabdalactone B was reasonably active against T. brucei brucei, and strongly active against L. donovani, with IC50 close to that of pentamidine.The essential oil from the rhizomes of the species might also contribute to its biological activity. It was obtained by hydrodistillation and analyzed by GC–MS. Its major constituents were β-pinene, caryophyllene oxide and cyperene. It exhibited strong bactericidal activity against Gram-positive bacteria. It only showed moderate bacteriostatic activity against Gram-negative bacteria. Remarkable activities against T. b. brucei and Trichomonas vaginalis were also observed.The second part is devoted to curcumin. This diarylheptanoid, is common in several Curcuma spp.Structural modifications and preparation of nanoparticles of curcumin were carried out to increase its activities and/or overcome the problem of the low bioavailability of this compound.Original analogs, e.g. prenylated curcumins were prepared. Several biological activities (antiparasitic, anti-inflammation, Inhibition of β–amyloid aggregation, etc) were evaluated in vitro.Similarly, the oxidative dearomatization of curcumin and its analogues allowed the access to novel original compounds.Finally, the coupling of curcumin and squalene was achieved. The resulting molecules were able to form spherical nanoassemblies that may overcome bioavailability issues. Antiparasitic, antibacterial, and cytotoxic activities were also evaluated. The in vitro leishmanicidal activity seems promising.

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%.

Dans ce document, serons détaillées les résultats de mes travaux de recherche d’études doctorales. Tout d’abord, nous discuterons de la synthèse totale de la lépadine B, la plus courte à paraître dans la littérature à ce jour. Cette synthèse, en plus de valoriser la synthèse asymétrique de pipéridines poly-substituées développée par l’équipe du professeur Charette, mettra à profit une utilisation originale d’une séquence de fermeture-ouverture de cycle par la réaction de métathèse d’alcènes. De plus, nous détaillerons une brève étude mécanistique de cette dernière nous ayant permis la proposition d’un mécanisme peu commun de ce type de séquence réactionnel et dont les conséquences expérimentales sont impressionnantes. Au cours de cette synthèse, nous avons identifié un synthon d’une grande valeur synthétique. En effet, ne comportant pas moins que quatre centres chiraux, ce synthon pouvait être obtenu énantiopure en seulement trois étapes à partir de la pyridine. Ainsi, nous avons effectué une analyse structurale de ce synthon et avons envisagé une valorisation supplémentaire par une utilisation originale de la fragmentation de Grob. Dans ce contexte, nous avons développé une toute nouvelle synthèse de pipéridines 2,3,6-trisubstituées hautement régio- et diastéréosélective. Afin de pouvoir réaliser la précédente méthodologie, nous avons dû étudier la réduction d’une amide en présence de groupements fonctionnels sensibles dans les conditions usuelles. Heureusement, l’année précédente nous avions développée une réaction hautement chimiosélective d’amides tertaires. Cette nouvelle réaction, qui a été fondamentalement inspiré par une méthodologie du professeur Charette sur l’activation d’amides, a permis la réduction d’amides tertiaires en présence de fonctions telles les cétone, ester, nitrile, époxyde, insaturations, etc. Enfin, l’ensemble des connaissances acquises au cours de ces projets a permis l’élaboration d’une toute nouvelle stratégie de synthèse pour la préparation d’indolizidines et quinolizidines. Plus spécifiquement, nous avons développé la première séquence d’activation intramoléculaire et déaromatization asymétrique de la pyridine. Ceci permet d’avoir un accès aux squelettes indolizidine et quinolizidine avec des stéréosélectivités élevées, la nature insaturée de ces derniers laissant également place à une grande flexibilité synthétique. Dans ce contexte, nous allons détailler une très courte synthèse de trans-indolizidines. / In this document, the results of Ph.D. thesis will be detailed. First, we will discuss the synthesis of alkaloid lepadin B, the shortest to appear in the literature to date. This synthesis, in addition to validating the asymmetric synthesis of polysubstituted piperidines developed earlier by the group of Professor Charette, will highlight an original use of a ring-closing ring-opening alkene metathesis sequence. Also, a brief mechanistic study of the latter reaction will be detailed, a study which led us to propose an unusual mechanism for this reaction sequence and for which the experimental concequences are impressive. During the total synthesis of lepadin B, we identified a synthon of great synthetic value. Indeed, containing not less than four chiral centres, that synthon could be obtained enantiopure through a short three-step synthesis from pyridine. We performed a structural analysis of this synthon and we envisaged an additional validating through an original use of the Grob fragmentation. Consequently, we developed a new highly regio- and diastereoselective synthesis of 2,3,6-trisubstituted piperidines. To succesfully realize the latter methodology, it was required to perform an amide reduction in the presence of sensitive functionnalities under usual reduction conditions. Fortunatly, we had recently developed a set of conditions for the highly chemoselective reduction of tertiary amides. This new reaction, fundamentaly inspired by an amide activation methodology from Charette’s group, allowed the reduction of amides in the presence of functionalities such as ketone, ester, nitrile, epoxide, unsaturations, etc. Finaly, the knowledge acquired by conducting this research allowed for the elaboration of a new methodology for the synthesis of indolizidines and quinolizidines. Specifically, we developed the first intramolecular pyridine activation-asymmetric dearomatization reaction of the pyridine. This led us to the highly stereoselective access to indolizidine and quinolizidine backbone, the unsaturated nature of which permitting a good degree of synthetic flexibility. In that context, we will detail a short synthesis of trans-indolizidines.

Die Nitron-Cycloaddition an ein dearomatisiertes Phenol ermöglichte den leichten Aufbau des Phenanthrengerüstes von Codein in der gewünschten Konfiguration. Weitere Schritte führten mit kompletter Diastereoselektivität zu Allopseudocodein und nach Allylverschiebung durch Hydrolyse der Chlorcodide schließlich zu (±)-Codein.

La réaction de désaromatisation hydroxylante de phénols (HPD) est un outil puissant pour accéder de façon biomimétique, en une seule étape à partir de 2-alkylphénols, aux ortho-quinols, c’est-à-dire les 6-alkyl-6-hydroxycyclohexa-2,4-diénones. Ces synthons peuvent être présentés tels quels par de nombreux produits naturels mais peuvent aussi servir d’intermédiaires hautement fonctionnalisés pour la construction rapide d’architectures structurales complexes. L’acide o-iodoxybenzoïque (IBX), un réactif de type iodane-?5, et sa formulation stabilisée non-explosible (SIBX) se sont révélés particulièrement efficaces pour promouvoir des réactions HPD de manière ortho-sélective. Ces travaux de thèse concernent l’application de cette réaction à l’élaboration d’un intermédiaire ortho-quinolique clé hautement fonctionnalisé pour la synthèse d’un antibiotique de type angucycline, la (+)-aquayamycine, ainsi qu’à la première synthèse totale d’un ortho-quinol naturel non dimérisant, la (+)-wasabidiénone B1. Enfin, le développement d’une version asymétrique de cette réaction a été entrepris. La génération in situ de iodanes à partir de iodoarènes chiraux et de m-CPBA comme co-oxydant permet de préparer soit des ortho-quinols de façon non racémique lorsque des quantités stoechiométriques des deux réactifs sont utilisées, soit des ortho-quinols régio- et diastéréosélectivement époxydés lorsqu’une quantité catalytique de iodoarène chiral est employée. Un suivi de ces réactions par spectrométrie de masse a conduit à la détection d’espèces de type iodanyl-?3 et/ou -?5, et à la proposition d’un mécanisme pour ces réactions de désaromatisation hydroxylante asymétrique. / The hydroxylative phenol dearomatization (HPD) reaction is a powerful tool to access, in one biomimetic step from various 2-alkylphenols, ortho-quinols, i.e., 6-alkyl-6-hydroxycyclohexa-2,4-dienones. These dearomatized moieties can be found as such in few natural products or can be used as highly functionalized intermediates. The ?5-iodane 2-iodoxybenzoic acid (IBX) and its stabilized nonexplosive formulation (SIBX) have proved particularly useful and efficient in mediating HPD reactions in a strictly ortho-selective manner. This PhD work describes the application of our SIBX-mediated HPD reaction to the elaboration of a key ortho-quinolic advanced intermediate for the synthesis of the angucycline-type antibiotic (+)-aquayamycin, and to the first total synthesis of the natural non-dimerizing ortho-quinol (+)-wasabidienone B1. An asymmetric version of this HPD reaction has been also developed. In situ generation of iodanes from chiral iodoarenes and m-CPBA as co-oxidant enables the preparation of either ortho-quinols in a non racemic form when using stoechiometric amounts of both reagents, or regio- and diastereoselectively epoxidized ortho-quinols when a catalytic amount of the chiral iodoarene is used. Monitoring of these reactions by mass spectrometry allowed the detection of ?3- and/or ?5-iodanyl-type species, and the proposition of a mechanism for these asymmetric hydroxylative dearomatization reactions.

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

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