Parmi la vingtaine de pathologies neurodégénératives recensées à ce jour, il a été retrouvé des caractéristiques communes telles que des lésions neuronales. Dans le cas de la Maladie d’Alzheimer, une dégénérescence neurofibrillaire a notamment été mise en évidence, ce qui se traduit par l’agrégation de protéines Tau anormalement modifiées. Bien que les mécanismes moléculaires impliqués demeurent encore mal compris, nous nous sommes intéressés, au cours de cette thèse, à la synthèse puis à l’évaluation biologique de nouveaux inhibiteurs de l’agrégation de la protéine TAU impliquée dans la Maladie d’Alzheimer. Les deux premières parties de ce travail sont basées sur la conception de dérivés imidazo[2,1-b]thiazoliques, sur lesquels sont greffés un ou plusieurs groupements (hétéro)aryles. La troisième partie est, quant à elle, consacrée à la formation d’entités thiazolo[3,2-b]triazoliques di- ou trisubstituées. Le choix de ces bicycles fusionnés à cinq chainons [5,5] découle de leurs propriétés biologiques dans des domaines très variés. L’obtention de ces composés a notamment été l’occasion de mettre en oeuvre de nouvelles méthodologies de synthèses. Ainsi, sur le motif imidazo[2,1-b]thiazolique, ont été développées des réactions de couplages de Suzuki-Miyaura, des réactions multicomposants, ainsi qu’une séquence réactionnelle de condensation d’électrophiles. Sur le bicycle thiazolo[3,2-b]triazole, un travail de CH activation a également été mise au point. Une collection de deux cents moléculesoriginales a ainsi pu être constituée, et plus de la moitié des nouveaux produits ont été évalués in vitro. Unetechnique de fluorescence permettant de déterminer l’inhibition de l’agrégation des protéines TAU a été miseau point, utilisant notamment la protéine K18 comme modèle tronqué de protéine TAU. / TAU pathology is a brain lesion common to more than twenty neurodegeneratives diseases. It consists of the abnormal aggregation of the microtubule-associated protein TAU into neurofibrillary tangles. While mechanisms underlying TAU aggregation are not fully understood yet, we have been investigated the synthesis and the biological evaluations of novel class of TAU aggregation inhibitors involved in Alzheimer’s disease. The first two parts of this work reports the synthesis of various imidazo[2,1-b]thiazoles molecules, on which are substituted (het)aryles groups. The third and last part is devoted to the formation of some di-/trisubstituted novel N-fused ring system such as thiazolo[3,2-b]triazoles. In order to provide a functional diversity and generate a therapeutic effect, the peaks C-2, C-3, C-5 and C-6 were functionalized on the imidazo[2,1-b]thiazole ring. It was also the opportunity to develop news synthetic methodologies such as a new Suzuki-Miyaura reaction, a multicomponent reaction, and an electrophilic condensation. On the thiazolotriazole core, an effective procedure of CH activation was performed. More than two hundred original molecules were synthesized, and more than half were evaluated in vitro. A fluorescence technique allowed us to determine the inhibition of TAU aggregation, using the particular K18 protein as a truncated model of normal TAU protein.

La protéine kinase DYRK1A fait partie du groupe des CMGC kinases et est impliquée dans divers processus neurodégénératifs tels que la maladie d’Alzheimer.Dans ce cadre, une étude topologique a été menée autour d’un hit imidazo[1,2-B]pyridazine identifié par un criblage biologique. Ce composé a servi à concevoir des inhibiteurs ATP-Compétitifs de DYRK1A par l’utilisation de méthodes métallo-Catalysées (Pd, Cu) pour introduire divers fragments fonctionnalisés.Sur les soixante dérivés imidazo[1,2-X]azine synthétisés, sept composés ont montré une affinité nanomolaire pour DYRK1A (IC50 = 41-130 nM). En parallèle de ce travail de pharmacochimie, le développement de nouvelles méthodologies de synthèse a visé à la polysubstitution régiosélective du cycle pyridazine.En dernier lieu, nous avons donné les éléments et concepts permettant la construction de chimiothèques virtuelles dérivées de pyridazines et destinées à être criblées in silico. / DYRK1A protein kinase belongs to the CMGC group and is involved in neurodegenerative disorders such as Alzheimer’s disease.In this context we examined an imidazo[1,2-B]pyridazine hit identified by biological screening, through detailed structure-Activity relationship studies. This compound was used to synthesize DYRK1A ATP-Competitive inhibitors by using metallo-Catalyzed methodologies (Pd, Cu) in order to introduce various functionalized moieties.Out of the 60 derivatives synthesized, 7 compounds showed nanomolar activities (IC50 = 41-130 nM).Beside this work of medicinal chemistry, new synthetic methodologies has been developed to regioselectively access polysubstituted pyridazine derivatives. Finally, we developed data and concepts to establish virtual pyridazine libraries for in silico screening.

Les neurostéroïdes sont des composés endogènes qui peuvent moduler la transmission synaptique et avoir un effet neuroprotecteur dans les maladies neurodégénératives. Les systèmes régulant leur biosynthèse ne sont pas connus mais la première étape de celle-ci peut être régulée par la protéine TSPO. Cette protéine mitochondriale facilite le transport du cholestérol vers l’intérieur de la mitochondrie pour y être métabolisé en prégnénolone. Ce stéroïde est le précurseur principal de la biosynthèse des neurostéroïdes et l’utilisation in vitro de ligands du TSPO permet d’augmenter sa sécrétion. Dans ce travail de thèse, nous avons ainsi cherché à développer de nouvelles familles de ligands solubles du TSPO augmentant la sécrétion de prégnénolone. Le développement de ces nouvelles familles a nécessité la réalisation d’une méthodologie de synthèse faisant intervenir une réaction de cyclisation pallado-catalysée de type Buchwald-Hartwig. Une étude de solubilité des composés synthétisés a été effectuée expérimentalement, leur activité a été évaluée par des méthodes fonctionnelles et leur effet neuroprotecteur a été testé sur un modèle cellulaire de la maladie d’Alzheimer. / Neurosteroids are endogenous compounds which can alter the synaptic transmission and enhance neuroprotection in neurodegenerative diseases. The systems that regulates their biosynthesis are not described but its first step ca be regulated by the TSPO. This mitochondrial protein facilitates the transport of cholesterol to the mitochondrial matrix to be metabolized in pregnenolone. This steroid is the precursor of neurosteroid biosynthesis and in vitro use of TSPO ligands induces its secretion. For this project, we looked forward to develop new families of soluble TSPO ligands that can increase pregnenolone production. The access to 3-amino-3,4-dihydroquinolin-2-ones required the establishment of a synthesis methodology of a palladium-catalyzed cyclization following Buchwald-Hartwig amination. A solubility study of synthesized compound was performed, their activity was established based on functional assays and their neuroprotective effect was evaluated on a cellular model of Alzheimer disease.

Les hétérocycles oxygénés, azotés et soufrés sont des motifs présents dans de nombreux produits naturels possédant des activités biologiques intéressantes. Plusieurs publications décrivant la synthèse de ces hétérocycles en particulier oxygénés et azotés reposent sur l’utilisation des métaux de transition en tant que catalyseur.Dans notre cas, nous nous sommes intéressés dans un premier temps à la synthèse cupro-catalysée des pyrano[3’,4’:4,5]imidazo[1,2-a]pyridin-1-ones selon une réaction tandem impliquant un couplage et une hétérocyclisation, à partir des dérivés de l’acide 3-iodo-, 3,6- ou (3,8) diiodoimidazo[1,2-a]pyridine-2-carboxylique et d’alcynes vrais en présence de sels de cuivre (I) dans le DMF. Les réactions développées ne nécessitent aucune utilisation de métaux de transition plus coûteux comme les complexes au palladium par exemple. / Heterocycles of oxygen, nitrogen and sulfur are patterns found in many natural products possessing interesting biological activities. Several researchers describe the synthesis of oxygen and nitrogen based heterocycles using transition metals as catalyst.In the present study, we focused initially on the copper-catalyzed synthesis of pyrano[3',4':4,5]imidazo[1,2-a]pyridin-1-ones by a tandem coupling-heterocyclisation reaction from derivatives of 3-iodo-, 3,6- or (3,8) diiodoimidazo[1,2-a]pyridine-2-carboxylic acid and terminal alkynes in the presence of copper (I) salts as catalyst in DMF. This procedure does not require the use of any expensive transition metal complexes like palladium and supplement any additives. The extension of this methodology to 2,3,5-triiodobenzoic acid allowed the regioselective synthesis of new isocoumarins substituted in positions 3, 5 and 7. Regioselective reactivity of iodine atoms in position 5 and 7 has been studied by palladium coupling reactions and nucleophilic substitution to broad its synthesis to a wide variety of new substituted isocoumarins.

Cette thèse de doctorat porte sur la catalyse à partir de métaux de transition et sur la substitution homolytique aromatique favorisée par une base visant à former de nouvelles liaisons C–C, et à ainsi concevoir de nouvelles structures chimiques. Au cours des vingt dernières années, des nombreux efforts ont été réalisés afin de développer des méthodologies pour la fonctionnalisation de liens C–H, qui soient efficaces et sélectives, et ce à faible coût et en produisant le minimum de déchets. Le chapitre d'introduction donnera un aperçu de la fonctionnalisation directe de liens C–H sur des centres sp2 et sp3. Il sera également discuté dans cette partie de certains aspects de la chimie radicalaire reliés a ce sujet. Les travaux sur la fonctionnalisation d’imidazo[1,5-a]pyridines catalysée par des compleces de ruthénium seront présentés dans le chapitre 2. Malgré l'intérêt des imidazo[1,5-a]azines en chimie médicinale, ces composés n’ont reçu que peu d'attention dans le domaine de la fonctionnalisation de liens C–H. L'étendue de la réaction et l'influence des effets stériques et électroniques seront détaillés. Les cyclopropanes représentent les 10ème cycles carbonés les plus rencontrés dans les petites molécules d’intérêt pharmacologique. Ce sont aussi des intermédiaires de synthèse de choix pour la création de complexité chimique. Malgré de grands progrès dans le domaine de la fonctionnalisation de liens C(sp3)–H, l'étude des cyclopropanes comme substrats dans les transformations directes est relativement nouvelle. Le chapitre trois présentera l'arylation intramoléculaire directe de cyclopropanes. Cette réaction est réalisée en présence de palladium, en quantité catalytique, en combinaison avec des sels d’argent. Des études mécanistiques ont réfuté la formation d'un énolate de palladium et suggéreraient plutôt une étape de métallation - déprotonation concertée. En outre, les cycles de type benzoazepinone à sept chaînons ont été synthétisés par l'intermédiaire d'une séquence d'activation de cyclopropane/ouverture/cyclisation. Une arylation directe intermoléculaire des cyclopropanes a été réalisée en présence d'un auxiliaire de type picolinamide (Chapitre 4). Les deux derniers chapitres de ce mémoire de thèse décriront nos études sur la substitution homolytique aromatique favorisée par une base. Le mécanisme de la réaction de cyclisation intramoléculaire d'halogénures d'aryle, réalisée en présence de tert-butylate de potassium, a été élucidé et se produit via une voie radicalaire (Chapitre 5). La transformation, exempte de métaux de transition, ne nécessite que la présence d’une base et de pyridine comme solvant. Cette réaction radicalaire a été étendue à la cyclisation d'iodures d'alkyle non activés en présence d'un catalyseur à base de nickel et de bis(trimethylsilyl)amidure de sodium comme base (Chapitre 6). Des études de RMN DOSY ont démontré une association entre le catalyseur, la base et le matériel de départ. / The dissertation will focus on transition metal catalysis and base-promoted homolytic aromatic substitution as a means of forming new C–C bonds, and thus designing new chemical scaffolds. During the last twenty years, tremenduous efforts have been expended to achieve low-cost, waste-free, efficient and selective C–H bond functionalization methodologies. The introductory chapter will provide an overview of direct functionalization of C–H sp2 and sp3 centers, as well as discuss relevant topics in radical chemistry. Work on the ruthenium-catalyzed functionalization of imidazo[1,5-a]pyridines will be presented in Chapter 2. Despite interest from the medicinal chemistry field, imidazo[1,5-a]azines have received little attention in the C–H functionalization field. The scope of the reaction and, in particular, the influence of sterics and electronics will be detailed. Cyclopropanes represent the 10th most encountered rings in small drug synthesis. They are also valuable synthetic intermediates en route to more chemical complexity. Despite great advances in the field of C(sp3)–H functionalizations, the exploration of cyclopropanes as substrates in direct transformations is relatively novel. Chapter three will present the intramolecular direct arylation of cyclopropanes. A combination of palladium catalysis in presence of a silver salt was found to mediate the reaction. Mechanistic studies disproved the formation of a palladium-enolate and pointed towards a concerted metalation-deprotonation pathway. Furthermore, seven-membered benzoazepinone rings were synthesized via a cyclopropane activation/opening/cyclization sequence. An intermolecular direct arylation of cyclopropanes was achieved in presence of a picolinamide auxiliary (Chapter 4). The last two chapters of the thesis will describe our studies on base-promoted homolytic aromatic substitution. A potassium tert-butoxide-promoted intramolecular cyclization of aryl halides was shown to occur through a radical pathway (Chapter 5). The transition metal-free transformation occurred in the sole presence of the base and pyridine as the solvent. The radical process was extended to the cyclization of unactivated alkyl iodides in presence of a nickel catalyst and sodium hexamethyldisilzide as the base (Chapter 6). DOSY NMR studies demonstrated an association between the catalyst, base and starting material.

Since the discovery of Mycobacterium tuberculosis (Mtb) as the bacterial agent causing tuberculosis, the permanent eradication of this disease has proven challenging. Although a number of drugs exist for the treatment of tuberculosis, 1.7 million people still die every year from this infection. The current treatment regimen involves lengthy combination therapy with four different drugs in an effort to combat the development of resistance. However, multidrug-resistant and extensively drug-resistant strains are emerging in all parts of the world. Therefore, new drugs effective in the treatment of tuberculosis are much-needed. The work presented in this thesis was focused on the early stages of drug discovery by applying different hit identification and hit expansion strategies in the exploration of two new potential drug targets, glutamine synthetase (GS) and 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase (DXR). A literature survey was first carried out to identify new Mtb GS inhibitors from compounds known to inhibit GS in other species. Three compounds, structurally unrelated to the typical amino acid derivatives of previously known GS inhibitors, were then discovered by virtual screening and found to be Mtb GS inhibitors, exhibiting activities in the millimolar range. Imidazo[1,2-a]pyridine analogues were also investigated as Mtb GS inhibitors. The chemical functionality, size requirements and position of the substituents in the imidazo[1,2-a]pyridine hit were investigated, and a chemical library was designed based on a focused hierarchical design of experiments approach. The X-ray structure of one of the inhibitors in complex with Mtb GS provided additional insight into the structure–activity relationships of this class of compounds. Finally, new α-arylated fosmidomycin analogues were synthesized as inhibitors of Mtb DXR, exhibiting IC50 values down to 0.8 µM. This work shows that a wide variety of aryl groups are tolerated by the enzyme. Cinnamaldehydes are important synthetic intermediates in the synthesis of fosmidomycin analogues. These were prepared by an oxidative Heck reaction from acrolein and various arylboronic acids. Electron-rich, electron-poor, heterocyclic and sterically hindered boronic acids could be employed, furnishing cinnamaldehydes in 43–92% yield.