L'objet de ce travail de thèse concerne la synthèse par réaction cascade pallado-catalysé d'une nouvelle famille de chromophores pentacycliques azotés dont les propriétés de fluorescence peuvent être modulées en fonction des groupements fonctionnels présents dans la molécule. Ces chromophores sont obtenus par réaction one-pot entre des acides 2-formyl boroniques et des 2,5-dihalopyridines. Le processus cascade est initié par un couplage de Suzuki suivi par deux cyclisations successives. La première se fait sur l'azote de la pyridine et la seconde se produit de façon régio-sélective sur le carbone adjacent à l'azote. Les structures cristallines et le calcul théorique DFT ont montré la régio et la stéréo-sélectivité de la réaction. De plus, des études préliminaires ont montré que ces composés polycycliques possèdent d'excellentes propriétés de fluorescence ainsi qu'une activité biologique qui devraient nous permettre d'étendre le champ d'application de ces nouveaux chromophores vers le domaine médical et l'électronique moléculaire / The aim of this work concerns the synthesis of a new family of aza-pentacyclic chromophore whose fluorescence properties can be modulated according to the functional groups present in the molecule. These chromophores were obtained through a cascade process between 2-formylbenzene boronic acid and 2,5-dihalopyridines. The cascade process is initiated by a palladium-catalyzed cross-coupling reaction and is followed by two successive nucleophilic cyclizations; the first cyclization performed on the pyridine nitrogen and the second occurred regioselectively on the adjacent carbon atom. This new cascade reaction allowed the formation of a pentacycle as a single regioisomer with four new bonds and two contiguous stereocenters with trans relationships. In addition, preliminary studies have shown that these polycyclic compounds have excellent fluorescence properties as well as biological properties that should enable us to extend the scope of these new chromophores to the medical field and molecular electronics

Le système spirocyclique [6.4] est un motif récurrent dans un certain nombre de produits naturels tels que les Lancifodilactones, les Micrandilactones ou les Rubriflordilactones. Ces structures polycycliques représentent un défi synthétique pour les chimistes organiciens puisqu’elles présentent au moins neuf centres stéréogènes dont plusieurs sont quaternaires. L’objectif principal de ce travail était de développer de nouvelles réactions métallo-catalysées, et de les utiliser comme étape clé afin d’obtenir rapidement et efficacement le squelette polycyclique de ces composés. La première partie de ces travaux a été consacrée au développement d’une nouvelle réaction domino pallado-catalysée donnant accès, selon les conditions employées, à différents cœurs polycycliques de nortriterpénoïdes issus d’une même famille, de manière totalement diastéréosélective. Cette séquence domino de trois réactions en un seul pot permet donc la synthèse unifiée de différents squelettes de produits naturels isolés du genre Schisandra, en une seule étape. Une approche au squelette tétracyclique ABCD de la Lancifodilactone F appliquant cette méthodologie pour la construction du motif spirolactone a été envisagée. Un cycle D hautement fonctionnalisé a ainsi été synthétisé de manière diastéréosélective via un réarrangement d’Ireland-Claisen et une réaction de métathèse cyclisante. Une réaction de cyclopropanation intramoléculaire et la réaction domino devraient permettre d’obtenir, par la suite, le squelette complet de la Lancifodilactone F. Dans une deuxième partie, deux approches aux coeurs CDEF et ACDE de la Rubriflordilactone A ont été développées autour d’une même réaction clé, c’est-à-dire une cycloaddition [2+2+2] d’un composé triynique permettant d’accéder en une seul étape au squelette tricyclique CDE. Le motif tétracyclique ACDE devrait être rapidement accessible après quelques aménagements de la voie de synthèse initiale. / The spiro [6.4] ring system is a recurring structural motif in numerous natural products such as Lancifodilactones, Micrandilactones and Rubriflordilactones. These polycyclic structures represent a synthetic challenge for organic chemists. Indeed, these molecules present at least nine stereogenic centers including several quaternary ones. The main goal of this work was to develop new metal-catalyzed reactions as key steps to obtain quickly and efficiently the polycyclic core of those natural products. The first part of these studies was dedicated to the development of a new palladium-catalyzed domino reaction leading to, depending on the conditions used, different polycyclic cores of nortriterpenoids coming from the same family, in a totally diastereoselective manner. This domino sequence of three reactions allowed the collective synthesis of various skeletons of natural products isolated from the Schisandra genus, in one pot. An approach to the tetracyclic core of Lancifodilactone F applying this methodology for the construction of the spirolactone moiety was then envisaged. A highly functionalized cycle D was synthetized in a diastereoselctive way via an Ireland-Claisen rearrangement and a ring closing metathesis reaction. Afterwards, an intramolecular cyclopropanation followed by the domino reaction should allow an access to the ABCD skeleton of Lancifodilactone F. In the last part, two approaches to the CDEF and ACDE cores of Rubriflordilactone A were developed around the same key reaction: a [2+2+2] cycloaddition of an acyclic triynic compound. The tricyclic skeleton CDE was reached at once in a single step. The ACDE tetracyclic moiety should be quickly accessible after few modifications of the initial strategy.

Les travaux présentés dans ce mémoire décrivent une nouvelle voie de synthèse d'aminoalcools 1,2 à partir de γ-bromo-β-cétosulfoxydes, dans lesquels seul le centre stéréogène du soufre est défini. Cette synthèse s'appuie sur deux processus hautement stéréocontrôlés dirigés par le groupement sulfoxyde : le dédoublement cinétique dynamique lors de la substitution nucléophile du brome par la dibenzylamine et la réduction diastéréosélective du carbonyle. Les syn-γ-N,N-dibenzylamino-β-hydroxysulfoxydes correspondants ont été obtenus avec des excès diastéréoisomériques supérieurs à 95%. Les syn-γ-N,N-dibenzylamino-β-hydroxysulfoxydes se sont avérés être des intermédiaires très intéressants pour la synthèse de produits comportant le motif aminoalcool 1,2. Ainsi, nous avons décrit la préparation d'un 3-N,N-dibenzylamino-1,2-diol et son utilisation dans une nouvelle stratégie de déprotection régiodivergente d'acétals cycliques. Nous avons également décrit un nouvel accès aux cis-2-méthyl-6-alkylpipéridin-3-ols, via l'ouverture de cycle d'un 3-N,N-dibenzylamino-1,2-époxyde par l'azaénolate dérivé d'une hydrazone, et l'avons appliqué à la synthèse d'un alcaloïde, la (+)-déoxocassine. Parallèlement, nous avons débuté une étude de synthèse d'aminoalcools 1,3 par la réduction diastéréosélective d'une oxime dérivée d'un δ-céto-β-hydroxysulfoxyde. / In this thesis manuscript, we report on a new pathway to 1,2-aminoalcohols starting from chiral nonracemic γ-bromo-β-ketosulfoxides. This two-step approach, where the stereo control is provided by the sulfoxide group, relies on a highly stereocontrolled nucleophilic substitution of the bromine by dibenzylamine, combined with a dynamic kinetic resolution process, and the reduction of the carbonyl group. The corresponding syn-γ-N,N-dibenzylamino-β-hydroxysulfoxides were obtained with more than 95% diasteroisomeric excess. These syn-γ-N,N-dibenzylamino-β-hydroxysulfoxides turned out to be very useful intermediates for the synthesis of aminoalcohol containing products. Thus, we described the preparation of a 3-N,N-dibenzylamino-1,2-diol, and its use in an original strategy of regiodivergent cyclic acetals deprotection. We also developed a new access to "all cis"-2-methyl-6-alkylpiperidin-3-ols, by the mean of a 3-N,N-dibenzylamino-1,2-epoxide ring opening reaction with the azaenolate derived from an hydrazone. We applied this methodology to the synthesis of an alkaloid, (+)-deoxocassine. In addition, we studied a synthesis of 1,3-aminoalcohols using a diasteroselective reduction of a δ-keto-β-hydroxysulfoxyde-derived oxime.

Le système spirocyclique (7,5) est un motif récurrent dans un certain nombre de produits naturels tels que les Micrandilactones ou les Rubriflordilactones. Ces structures polycycliques représentent un réel défi synthétique pour les chimistes organiciens puisqu'elles présentent au moins neuf centres stéréogènes dont plusieurs sont quaternaires. L'objectif principal de ce travail était de développer de nouvelles réactions de cycloaddition [3+2] et de les utiliser comme étape clé afin d'obtenir rapidement et efficacement le squelette polycylique de ces composés. La première partie de ces travaux a été consacrée au développement d'une réaction de cycloaddition [3+2] intra- et intermoléculaire mettant un jeu un nouveau partenaire dipolarophile, les γ-alkylidènes-buténolides. Cette étape clé conduit à la formation de cycloadduits hautement fonctionnalisés de façon rapide et efficace avec d'excellents rendements et de façon hautement chimio-, régio- et diastéréosélective. De plus, des calculs théoriques ont permis d'appréhender le mécanisme réactionnel entre un 2-diazo-1,3-cétoester et la protoanémonine catalysé par un sel de rhodium mis en jeu dans ce type de processus et ainsi d'expliquer les résultats obtenus.Dans une deuxième partie, deux approches aux cœurs ABC et CD de la micrandilactone C ont été développées mettant respectivement en jeu une cycloaddition [3+2] formellement intermoléculaire utilisant un lien de type acétal de silicium et suivie par une réaction de Diels Alder. Ainsi, le motif tétracyclique devrait être rapidement accessible après quelques aménagements de la voie de synthèse initiale. / The spiro (7, 5) ring system is a recurring structural moiety in numerous natural products such as Micrandilactones and Rubriflordilactones. In term of complexity, these polycyclic structures represent a synthetic challenge for organic chemist. Indeed, these molecules present at least nine stereogenic centres including several quaternary ones. The main goal of this work was to use unprecedented partners in the [3+2] cycloaddition reaction to obtain quickly and efficiently the polycyclic core of those natural products. The first part of these studies was dedicated to the development of an intra- and intermolecular [3+2] cycloaddition using for the first time a γ-alkylidene-butenolide dipolarophile. This approach provides rapid and facile access to highly functionalised polycyclic molecules along with excellent regio-, chemo- and stereoselectivities. In addition, thanks to computational studies an overall picture of the mechanism of the intermolecular rhodium catalysed [3+2] cycloaddition between 2-diazo-1,3-ketoester and protoanemonin was apprehended, and experimental results have been rationalised.Finally, two approaches to the ABC and CD cores of Micrandilactone C were developed using respectively a formal intermolecular [3+2] cycloaddition reaction in presence of a silicon acetal linker followed by a Diels Alder reaction. The ACDE tetracyclic moiety should be quickly accessible after few modifications of the initial strategy.

Les analogues de nucléosides ont reçu une attention particulière en raison de leurs importantes applications anticancéreuses et antivirales. Dans cette thèse, de nouveaux analogues nucléosidiques de type 1′,2′-cis et 1′,2′-trans ribo portant un centre stéréogénique quaternaire fonctionnalisé en position C3′ ont été synthétisés par des réactions de N-glycosylation stéréosélectives, qui ont été contrôlées en installant différents types de groupes protecteurs sur le C2′ substituant hydroxyle. Le précurseur acyclique critique de 2,4-syn diol a été obtenu par réduction diastéréosélective d’une β-hydroxycétone en utilisant la délivrance d'hydrure intermoléculaire. Une approche pour une séparation facile des 2,4-syn et 2,4-anti diols par protection/déprotection acétonide a été établie, de sorte que le 2,4-syn diol pur puisse être rapidement accessible par oxydation allylique successive et protection acétonide. Une stratégie alternative a également été développée pour la préparation d'analogues nucléosidiques en C1′-β de type ribo portant un centre quaternaire C3′ avec un groupe hydroxyle C5′ libre. Dans cette stratégie, les diacétates de type ribo ont servi de donneur de glycosyle qui ont été synthétisés à partir d’une époxydation diastéréosélective d’un précurseur de glycal. La réaction énantiosélective consécutive de Mukaiyama aldol et le transfert d'allyle intramoléculaire de radicaux libres catalysé par photoredox ont été établis et développés dans notre laboratoire pour installer le centre stéréogénique quaternaire. Des nucléosides 5′-triphosphates portant soit une purine soit une pyrimidine ont ensuite été synthétisés et sont testés contre le cancer et les infections virales. De plus, l'analogue L-1′,2′-cis-4′-thionucléoside portant un centre quaternaire stéréogénique fonctionnalisé en position C3′ avec un substituant hydroxyle en C2′ a été synthétisé par une stratégie acyclique avec 1′,2′-syn thioaminal précurseur, qui a subi une cyclisation intramoléculaire de type SN2 de type S1′→C4′. Le 1′,2′-syn thioaminal a été synthétisé par une addition de nucléobase diastéréosélective sur un dithioacétal. / Nucleoside analogues have received extensive attention due to their important anticancer and antiviral applications. In this thesis, novel 1′,2′-cis and trans ribo-like nucleoside analogues bearing an all-carbon C3′ quaternary stereogenic center were synthesized using stereoselective N-glycosylation reactions, which were controlled by installing different types of protecting groups on the C2′ hydroxyl substituent. The critical acyclic 2,4-syn diol precursor was obtained by diastereoselective reduction of a β-hydroxy ketone using intermolecular hydride delivery. An approach for easy separation of the 2,4-syn and 2,4-anti diols through acetonide protection/deprotection was established to rapidly access the pure 2,4-syn diol through successive allylic oxidation and acetonide protection. An alternative strategy was also developed for the preparation of ribo-like C1′-β nucleoside analogues bearing an all-carbon C3′ quaternary center with a free C5′ hydroxyl group. In this strategy, ribo-like diacetates served as the glycosyl donors which were synthesized from a diastereoselective epoxidation of a glycal precursor. A consecutive enantioselective Mukaiyama aldol reaction followed by a photoredox catalyzed free radical intramolecular allyl transfer were established and developed in our lab to install the all-carbon quaternary stereogenic center. Nucleoside 5′-triphosphates bearing either a purine or a pyrimidine nucleobase were then synthesized and are currently being tested against cancer and viral infections. In addition, L-1′,2′-cis-4′-thionucleoside analogues bearing an all-carbon C3′ stereogenic quaternary center along with a C2′ hydroxyl substituent were synthesized using an acyclic strategy from a 1′,2′-syn thioaminal precursor followed by a S1′→C4′ intramolecular SN2-like cyclization. The 1′,2′-syn thioaminal was synthesized by a diastereoselective nucleobase addition onto a dithioacetal.

Il y a plus de cinquante ans, la pactamycine a été isolée en tant qu’agent antitumoral potentiel. Il a été réalisé plus tard qu’il s’agissait en fait d’un agent antibactérien capable d’inhiber la synthèse de protéines lors du procédé de traduction. Récemment, il a même été démontré que certains de ses analogues possèdent des propriétés antiprotozoaires prometteuses. La présente thèse détaille la première synthèse totale de la pactamycine, entreprise au sein du groupe Hanessian, ainsi que la préparation d’une sélection d’analogues testés pour leurs propriétés biologiques. En outre, la daphniglaucine C appartient à une vaste famille de composés naturels isolés des feuilles du daphniphyllum au cours des dix dernières années. Bien que relativement peu d’information soit connue par rapport à l’activité biologique de la daphniglaucine C, la synthèse de celle-ci représente certainement un défi intéressant pour un chimiste organicien. Au passage, nos efforts vers la synthèse totale du composé cible auront permis d’explorer l’emploi de plusieurs méthodes en vue de la formation de centres quaternaires. De plus, un réarrangement réductif atypique, catalysé au palladium à partir d’alcools allyliques non-activés, a été étudié et employé afin de générer une sélection de pyrrolidines polysubstituées. / Although pactamycin was first isolated as a potential antitumoral drug, further studies highlighted its capacities in inhibiting protein synthesis, and thus its potency as an antibacterial agent. Furthermore, it was recently discovered that some of its analogs display promising antiprotozoal activity. The present thesis reports and details the first total synthesis of pactamycin, pursued in the Hanessian lab over the last few years, as well as the preparation of a selection of analogs thereby tested for their biological properties. Daphniglaucin C belongs to a large family of natural compounds isolated from the leaves of daphniphyllum over the last decade. Although relatively little is known as to the biological activity of daphniglaucin C, its synthesis poses an obvious and interesting challenge for organic chemists. En route towards its total synthesis, the use of several methods for the formation of quaternary centers was explored. Moreover, an atypical reductive allylic transposition, catalyzed by palladium from unactivated allylic alcohols, was studied and used to generate a variety of polysubstituted pyrrolidines.

Il y a plus de cinquante ans, la pactamycine a été isolée en tant qu’agent antitumoral potentiel. Il a été réalisé plus tard qu’il s’agissait en fait d’un agent antibactérien capable d’inhiber la synthèse de protéines lors du procédé de traduction. Récemment, il a même été démontré que certains de ses analogues possèdent des propriétés antiprotozoaires prometteuses. La présente thèse détaille la première synthèse totale de la pactamycine, entreprise au sein du groupe Hanessian, ainsi que la préparation d’une sélection d’analogues testés pour leurs propriétés biologiques. En outre, la daphniglaucine C appartient à une vaste famille de composés naturels isolés des feuilles du daphniphyllum au cours des dix dernières années. Bien que relativement peu d’information soit connue par rapport à l’activité biologique de la daphniglaucine C, la synthèse de celle-ci représente certainement un défi intéressant pour un chimiste organicien. Au passage, nos efforts vers la synthèse totale du composé cible auront permis d’explorer l’emploi de plusieurs méthodes en vue de la formation de centres quaternaires. De plus, un réarrangement réductif atypique, catalysé au palladium à partir d’alcools allyliques non-activés, a été étudié et employé afin de générer une sélection de pyrrolidines polysubstituées. / Although pactamycin was first isolated as a potential antitumoral drug, further studies highlighted its capacities in inhibiting protein synthesis, and thus its potency as an antibacterial agent. Furthermore, it was recently discovered that some of its analogs display promising antiprotozoal activity. The present thesis reports and details the first total synthesis of pactamycin, pursued in the Hanessian lab over the last few years, as well as the preparation of a selection of analogs thereby tested for their biological properties. Daphniglaucin C belongs to a large family of natural compounds isolated from the leaves of daphniphyllum over the last decade. Although relatively little is known as to the biological activity of daphniglaucin C, its synthesis poses an obvious and interesting challenge for organic chemists. En route towards its total synthesis, the use of several methods for the formation of quaternary centers was explored. Moreover, an atypical reductive allylic transposition, catalyzed by palladium from unactivated allylic alcohols, was studied and used to generate a variety of polysubstituted pyrrolidines.

Préalablement, une synthèse de l’aliskiren, un inhibiteur de la rénine développé pour le traitement de l’hypertension, a été réalisée auprès du groupe Hanessian. Durant cette synthèse, une réaction clé de cyclisation par métathèse, menant à la formation de lactone à neuf membres, a été réalisée. Durant cette réaction, nous avons observé une différence de réactivité entre les diastéréomères, menant à la formation de monolactones et de dilactones, générant ainsi de l’intérêt pour l’étude des facteurs en cause. Le présent mémoire rapporte et détaille les résultats de cette analyse quant à la formation de monomères versus celle de dimères par cyclisation à l’aide de catalyseurs de Grubbs et l’impact de différentes conditions réactionnelles et la diastéréochimie relative sur la réaction. Un intérêt pour la formation de liens benzyliques nous a incité à approfondir notre compréhension d’une méthodologie de substitution nucléophile diastéréosélective catalysée par des acides. Le rationnel mit de l’avant par les groupes Bach et Olah a procuré une compréhension du mécanisme réactionnel sur lequel nous avons basé nos observations subséquentes. Nous avons porté notre attention sur l’alkylation d’arènes, de phénols et de sulfonamides. Diverses régiosélectivités et diastéréosélectivités ont pu être observées en présence de substrats dérivés de la synthèse de l’aliskiren, de nitroalcools ainsi que de azidoalcools en utilisant plusieurs acides de Lewis et de Brønsted. / Previously, a synthesis of aliskiren, a renin inhibitor developed for the treatment of hypertension, was developed in the Hanessian group. As part of that synthesis, they used a ring-closing metathesis which led to the formation of a nine-membered lactone, a key intermediate of the synthesis. During the reaction, we observed a difference in reactivity between the various diastereoisomers leading to the formation of mono- and dilactones, inciting us to study the various factors involved. The present master’s thesis reports and details the results of the study of monomers versus dimers formation by cyclization using Grubbs’s catalysts and the effect of various reaction conditions and relative configuration on the reaction. An interest for the formation of benzylic bonds drove us to deepen our comprehension of a methodology of diastereselective nucleophilic substitution catalysed by acids. The rational brought forth by the Bach and Olah groups served as a basis for our understanding of the mechanism involved upon which we based our following observations. We focused our attention on the alkylation of arenes, phenols and sulfonamides. Various regioselectivities and diastereoselectivities were observed on substrates derived from the aliskiren’s synthesis, nitroaocohols and azidoalcohols while using various Lewis and Brønsted acids.

Une nouvelle approche pour la synthèse de l’aliskiren, un puissant inhibiteur de la rénine pour le traitement de l’hypertension chez l’homme, a été développée. De cette approche, des étapes clés tels qu’une allylation avec un des catalyseurs de MacMillan, une cyclisation par métathèse (RCM) pour la préparation d’une lactone à neuf membres et une séquence de réactions d’aziridination diastéréosélective/réarrangement de cycle par une catalyse acide donnant un produit aminohydroxylé ont permis de compléter la synthèse de l’aliskiren en 11 étapes. Durant l’élaboration de la séquence de réactions pour la préparation de l’aliksiren, il a été noté que la lactone à neuf membres avait une facilité à se réarranger via des intermédiaires quinonoïdaux et les produits issus de cette tendance ont été analysés. De plus, une étude sur la réaction de RCM, donnant la lactone à neuf membres, a montré une dépendance envers la nature diastéréomérique du substrat de départ. Une méthodologie d’alpha-allylation asymétrique de cétones catalysée au palladium, tirant avantage d’un ligand chiral PHOX, a été explorée et utilisée en vue de la synthèse de l’aliskiren. De cette méthode, une étude pour la synthèse de produits alpha-allylcétones acycliques a été démontrée et un effet d’additif sur la sélectivité et la vitesse de réaction a été découvert. De plus, la production d’un intermédiaire avancé d’un produit d’intérêts a été accomplie et la nature de la contribution de l’additif a été investiguée. Les produits obtenus depuis la méthodologie d’allylation catalysée au palladium et la formation d’intermédiaire cationique des certains dérivés de la synthèse de l’aliskiren ont inspirés une nouvelle approche faisant appel à des techniques d’alkylation en catalyse acide pour la formation de produits diaryliques. Il a été trouvé que le catalyseur de chlorure d’or(III) et de triflate de bismuth(III) étaient particulièrement efficaces, démontrant une différence de cinétique pour la réactivité d’un mélange diastéréoisomériques d’alcools alpha-substitués de départ. / A new synthetic route toward aliskiren, a potent renin inhibitor for the treatment of hypertension in man, was achieved. In this approach, the use of key steps such as an asymmetric allylation catalyzed by one of MacMillan’s catalysts, a ring closing metathesis for the formation of a 9-membered lactone and a catalytic aziridination/diastereoselective acid-catalyzed ring rearrangement reaction sequence leading to an aminohydroxylated product permitted us to achieve an 11-step synthesis of aliskiren. While elaborating the sequence towards the inhibitor, the tendency of the cyclic intermediate to rearrange through a quinonoid intermediate was observed. The products of the rearrangement were analyzed. Furthermore, studies exploring the formation of the nine-membered ring lactone demonstrated a dependency on the diastereomeric nature of the substrates. A new allylation methodology was explored for the preparation of aliskiren, in which a palladium catalyzed decarboxylative asymmetric alkylation took place in the presence of a chiral PHOX ligand. The scope of the reaction was studied varying substituents on acyclic alpha-allylketones and an additive effect was noticed with respect of the reaction rate and selectivity. In addition to the preparation of molecules with pharmaceutical interest, few experiments to elucidate the role of the additive in the allylation reaction were investigated. Inspired by our observation of quinonoid formation and our use of the palladium asymmetric allylation method to generate an alpha-stereogenic center, we anticipated that a diastereoselective synthesis of a key intermediate for the synthesis of aliskiren could be accomplished by introducing a nucleophile on a quinonoid intermediate from the least hindered face, under catalytic and acidic conditions. Gold(III) chloride and bismuth(III) triflate were found to be especially efficient as catalysts, showing kinetically controlled differentiation in the reactivity of diastereomeric alpha-substituted benzyl alcohols.