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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The use of ionic liquids 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluorborate ([BMIM] [BF4]) and 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([BMIM][PF6]) as catalytic solvent in the synthesis of 1,1,1-trichloro(fluoro)-3-alken-2-onas [CX3C(O)C(R2)=C(R1)OR] from the reaction of enolethers or acetals with acyl halides is reported. The results obtained in the presence of ionic liquids were compared with those obtained in the conventional condition already developed in our laboratory, and they demonstrated great improvement in the reaction times, with maintenance of the good yields. Ionic liquids also were used in the reactions of enolethers with poor reactive acylants, as acetyl chloride and benzoyl chloride, proving its efficiency as catalytic media in this reaction type. The ionic liquids were still used as medium in the synthesis of β-enaminones bearing a trifluoro[chloro]methyl starting from the 1,1,1-trichloro(fluoro)-3-alken-2-ones. It was also evaluated the reutilization of the ionic liquids (recharge) after the reactions mentioned above. In all of the cases of recharge there was the maintenance of the times reacionais without significant loss of yield. / Esta tese descreve a utilização dos líquidos iônicos tetrafluorborato de 1-butil-3-metilimidazolium ([BMIM] [BF4]) e hexafluorfosfato de 1-butil-3-metilimidazolium ([BMIM][PF6]) como solventes catalíticos na síntese de 1,1,1-tricloro(fluor)-3-alquen-2-onas [CX3C(O)C(R2)=C(R1)OR] a partir da reação de enoléteres ou acetais com haletos de acila. Os resultados obtidos com líquidos iônicos foram comparados com os obtidos por método convencional já desenvolvido em nosso laboratório, e demonstraram grande melhora nos tempos reacionais e manutenção dos bons rendimentos. Os líquidos iônicos também foram utilizados em reações de enoléteres com acilantes menos reativos como cloreto de acetila e cloreto de benzoíla, provando ser bons meios catalíticos neste tipo de reação. Os líquidos iônicos foram utilizados como meio para a síntese de trifluoro[cloro]metil β-enaminonas a partir de 1,1,1-tricloro(fluor)-3-alquen-2-onas. Também foi avaliada a reutilização dos líquidos iônicos (recarga) após as reações mencionadas. Em todos os casos, após a recarga os tempos reacionais foram mantidos sem perda significativa nos rendimentos.

Nitrogen-containing heterocyclic compounds are very important to the pharmaceutical and agrochemical industries, among others. Over the past few years, the Beauchemin group has been exploring reactivity of N-substituted isocyanates and as part of this has developed a metal-free alkene aminocarbonylation process relying on imino-isocyanates to form azomethine imines. The azomethine imines formed are interesting since they contain a cyclic β-aminocarbonyl motif. Catalysis of this reaction using basic additives allowed milder reaction conditions with electron-rich C=C bonds such as enol ethers. Efforts have also been made towards the derivatization of these azomethine imines into useful products. It was discovered that upon reduction and aromatization of azomethine imines, pyrazolones could be obtained. This is providing a novel modular approach to these compounds, which have relevance in pharmaceuticals and agrochemicals. This reactivity was extended to include imino-isothiocyanates.

Les composés oxygénés de faible poids moléculaire présentent un fort intérêt en chimie des parfums. Un grand nombre d’odorants contiennent un ou plusieurs cycles au sein de leur structure. Ce travail de thèse est dédié au développement de nouvelles carbocyclisations intramoléculaires de dérivés d’éthers d’énol catalysées par des (super)acides de Lewis. L’étude s’intéresse à la réactivité bivalente des alcools (bis)allyliques portant une fonction alkoxy. Dans ce contexte, la réactivité de la fonction éther d’énol en présence d’un alcool allylique a été développée en présence d’acides de Lewis et de Brønsted comme catalyseurs. En l’occurrence, une chimiodivergence contrôlée par le substrat a été démontrée pour des précurseurs dérivés de différents types d’éthers d’énol. Ainsi, des cyclopenténones ont été formées par électrocyclisation catalysée par le triflate de bismuth(III). Ou alors, des cétones insaturées α-oxygénées ou soufrées ont été obtenues par activation préferentielle de l’éther d’énol en présence de l’acide ptoluènesulfonique. Une étude mécanistique a été effectuée mettant en avant la différence entre la catalyse par acides de Lewis et de Brønsted ainsi que l’influence de l’acidité du catalyseur. Il a été possible de contrôler la chimiodivergence par le catalyseur dans le cas des dérivés du phenyl vinyl sulfure. Deux produits différents ont été obtenus à partir d’un seul substrat de départ en utilisant des systèmes catalytiques robustes et peu onéreux. La plupart des nouveaux composés présentent des notes olfactives intéressantes. En outre, l’électrocyclisation catalysée par le triflate de bismuth a été appliquée à la synthèse de la rotundone, un odorant naturel à la note typique du poivre. / Oxygenated low molecular weight compounds are of particular interest in fragrance chemistry. A large number of odorants present one or more rings within their structure. This work is dedicated to the development of novel intramolecular carbocyclizations of enol ether derivatives catalyzed by Lewis (super)acids. The study turns around the dual reactivity of alkoxy-substituted bis(allylic) alcohols. In this context, the behavior of the enol ether function in the presence of an allylic alcohol has been elaborated under Lewis and Brønsted acid-catalysis. Hereby, a pronounced substrate-controlled chemodivergence as demonstrated for precursors derived from different types of enol ethers. Either, cyclopentenones were formed by electrocyclization under bismuthIII triflate catalysis, or a skeletal rearrangement after preferential activation of the enol ether in the presence of p-toluenesulfonic led to α-oxygenated or αsulfenylated unsaturated ketones. Mechanistic studies have been performed and the difference between Lewis and Brønsted acid-catalysis as well as the influence of the catalyst acidity have been highlighted. The chemodivergence could be tuned by the nature of the catalyst in the case of phenyl vinyl sulfide derivatives. Two different products were obtained from a single and easily accessible starting material using robust, air- and water-compatible catalytic systems. Most of the new compounds presented interesting olfactory notes. The developed bismuthIII triflate-catalyzed electrocyclization was further applied to the total synthesis of the natural pepper odorant rotundone.

Les transferts de nitrène représentent un outil synthétique très intéressant pour former simplement une liaison C-N à partir d’une liaison C-H. Notre laboratoire a développé des précurseurs de nitrène chiraux : les sulfonimidamides. Leur utilisation a abouti, en présence de catalyseurs de cuivre et de rhodium, à des réactions d’aziridination d’oléfine et d’amination C-H hautement diastéréosélectives. Ce projet de thèse s’inscrit dans la continuité de ces travaux. Les sulfonimidamides ont pu être combinés avec des complexes scorpionate de cuivre et d’argent, au cours d’une collaboration COST avec le groupe de Pedro Pérez à Huelva, avec de bons résultats pour l’aziridination d’oléfines et l’amination C-H. De même, des nouveaux complexes de cuivre développés dans l’équipe de Didier Bourissou à Toulouse, ont pu être testés avec succès pour l’aziridination de différentes oléfines, dans le cadre d’une collaboration ANR. D’autre part, le champ d’application de la réaction d’amination C-H catalysée par le rhodium a été étendu avec d’excellents résultats à des substrats complexes comme les terpènes et différents éthers d’énol, ainsi qu’à des substrats peu réactifs comme les alcanes. Enfin, des études mécanistiques ont été menées pour tenter d’élucider la nature du transfert de nitrène. Les résultats obtenus sont en faveur d’un mécanisme concerté asynchrone, mais ils ne permettent pas d’exclure définitivement un transfert radicalaire. L’isolement d’un complexe métal-carbène étant supposé plus aisé qu’un complexe métal-nitrène, nous nous sommes tournés vers le développement de carbènes de sulfoximines, analogues carbonés des sulfonimidamides, sans résultat satisfaisant pour le moment. / Catalytic nitrene transfers are useful tools in organic synthesis, to perform the transformation of a C-H bond into a C-N bond. Our group has previously demonstrated that sulfonimidamieds are efficient chiral nitrène precursors. Combined with copper or rhodium complexes, they have allowed to uncover olefin aziridination and C-H amination that occur with high level of stereoselectivity. These PhD studies stand within the framework of this topic. Sulfonimidamides have first been combined with scorpionate copper and silver complexes developed by Pedro Perez in Huelva, to afford either aziridines or C-H amination products in very good yields. In the same way, new copper catalysts developed in the group of Didier Bourissou in Toulouse were evaluated with good results in olefin aziridination. On the other hand, rhodium catalyzed C-H amination has been applied to more complex substrates such as terpenes and enol ethers, as well as to less reactives substrates like alkanes, with excellent results in terms of regio-, chemo-, and stereoselectivity. Mechanistic studies have also been conducted. These point to an asynchronous concerted nitrene transfer, but the involvement of radicals cannot be ruled out. We have finally turned our attention to the formation of carbenes from sulfoximines, which are the carbo-analogs of sulfonimidamides, but without success so far.

L'étude des molécules issues du milieu naturel a conduit les chercheurs à s'intéresser à la synthèse d'un motif structural commun à un grand nombre de molécules bioactives, les spirocétals. La mise au point au sein de notre laboratoire, d'une méthodologie de synthèse d'éthers d'énols exo-cycliques, précurseur de spirocétals, nous a conduits à nous intéresser au fragment spirocétal puis à la synthèse totale du bistramide A. Cette molécule naturelle, issue d'un animal marin présente d'importantes propriétés cytotoxiques la plaçant comme un agent anti-tumoral ou inflammatoire potentiel. Notre méthodologie de synthèse d'éthers d'énols consistant au couplage d'une lactone et d'une sulfone selon une réaction de type Julia, nous a permis d'obtenir l'éther d'énol cible qui par spirocyclisation intramoléculaire a conduit au motif spirocétal [6,6] du bistramide A. La molécule naturelle ainsi que deux analogues sont ensuite obtenus par fonctionnalisation des chaînes latérales du spirocétal, et couplage avec les fragments de type aminoacide et tétrahydropyrane fournis respectivement par le groupe du Pr. Yli-Kauhaluoma et celui du Pr. Piva. L'étude biologique des produits montre d'intéressantes propriétés de différenciation cellulaire, de déclenchement de l'apoptose et de blocage de la cytodiérèse. L'application de notre méthodologie, à la synthèse du SPIKET, ainsi qu'à l'obtention du spirocétal [5,6] de l'atténol A, permet d'étendre le domaine d'application de cette synthèse d'éthers d'énols exo-cycliques / Spiroketals are widely occurring substructures in natural products. The ever-increasing range of pharmacological activities displayed by products containing spiroketals has triggered an intense interest in their study, both from a synthetic and biological aspect. The development in our laboratory of an original enol ether synthesis motivated us to prepare the spiroketal fragment of bistramide A and, subsequently, to undertake its total synthesis. Bistramide A is a biologically active molecule isolated from the marine ascidian Lissoclinum bistratum that has emerged as a potential anti-inflammatory and anti-tumoral agent based on its high cytotoxicity and potent antiproliferative effect. The [6,6] spiroketal ring system of the natural product was accessed using a modification of the Julia olefination, extended to the reaction between a lactone and a heteroarylsulfone to prepare an exocyclic enol ether. The lactone and sulfone precursors were synthesized from a common starting material, dicyclohexylidene-D-mannitol. Bistramide A and two of its analogs were prepared by functionalization of the spiroketal side chains, followed by coupling reactions with the amino acid and tetrahydropyran subunits prepared by the groups of Pr. Yli-Kauhaluoma and Pr. Piva, respectively. An alternative approach to the precursor of the tetrahydropyran system from the chiral pool was developed. Biological studies revealed interesting effects on cellular differentiation, apoptosis, and cytokinesis. Application of our methodology to the synthesis of SPIKET and studies towards the [5,6] spiroketal of attenol A, gave us the opportunity to extend the scope of our exocyclic enol ether methodology

Les molécules polycycliques, et notamment les éthers spirocycliques, sont des structures présentant un fort intérêt dans le domaine de la chimie des parfums. Cette thèse est dédiée au développement de nouvelles cycloisomérisations de dérivés d’éthers d’énol catalysées par le triflate de bismuth(III). Une étude bibliographique a ainsi été consacrée aux réactions de cyclisation catalysées par Bi(OTf)3. Une réaction de cycloisomérisation d’éthers d’énol alléniques permettant la formation rapide de produits cyclopenténiques et dihydrofuraniques a été développée. Des dérivés oxaspirocycliques ont été obtenus à partir de substrats trifonctionnels possédant un éther d’énol cyclique et une fonction alcool additionnelle. La chimiodivergence de ces réactions a été étudiée avec l’activation préférentielle de l’allène par des catalyseurs à base d’or(I) menant à d’autres structures cyclopenténiques. Une réaction de double cyclisation a été développée donnant un accès privilégié à des produits polycycliques pontés comportant un motif oxaspirocyclique. Des études mécanistiques ont été effectuées et une nouvelle cyclisation tandem impliquant un transfert d’hydrure-1,5 a été étudiée. La réaction de double cyclisation de dérivés du campholénal énantioenrichis a ensuite été développée pour la formation de bis-éthers tétracycliques et de cétones tricycliques. La plupart de ces nouveaux composés présentent des notes remarquables, principalement dans les familles olfactives aromatiques et boisées. / Polycyclic compounds and more specifically, spirocyclic ethers are of particular interest in fragrance chemistry. This thesis is dedicated to the development of new cycloisomerisations of enol ether derivatives by bismuth(III) triflate catalysis. In this way, a bibliographic study has been carried out on cyclisations catalysed by bismuth(III) triflate. A cycloisomerisation of allenic enol ethers has been developed for the straightforward synthesis of cyclopentene and dihydrofuran derivatives. New oxaspirocyclic compounds have been obtained starting from trifunctional substrates containing a cyclic enol ether and an additional hydroxyl group. The chemodivergence of this reaction has been studied by means of gold(I) catalysis to access different cyclopentenic structures via the preferential activation of the allene. A double cyclisation reaction has been developed leading to bridged polycyclic compounds featuring an oxaspirocyclic moiety. Mechanistic studies have been performed and a tandem cyclisation involving a 1,5-hydride shift has been studied. The double cyclisation of enantioenriched campholenic aldehyde derivatives has been investigated for the formation of tetracyclic diethers and tricyclic ketones. Most of the new compounds presented interesting notes, mainly in the aromatic and woody olfactory family.