Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la préparation de nouveaux catalyseurs dérivés de la pyridine. En utilisant l’échelle de réactivité de Mayr, nous avons également cherché à quantifier l’effet d’un transfert de charge sur la nucléophilicité d’une pyridine. De plus, à travers un volet de trois méthodologies, nous avons étudiés leur activité en organocatalyse en tant que catalyseur sur des composés de natures très différentes (nitroalcènes, β-lactames et furan-2,3-diones). Enfin, dans un autre registre, nous avons développé la synthèse de nouvelles cages organiques chirales et fonctionnalisées parformation de liaisons imines réversibles. Nous avons également évalué leurs performances entant que cryptants. / During my PhD, we were interestedin the synthesis of new organocatalystsderivated from pyridine. Then, we tried toquantify a charge transfer effect towardpyridine nucleophilicity using a physicalorganic chemistry tool: the Mayr’s RelativityScale. Moreover, we also evaluated theircatalytic activity through three variousmethodologies involving different kind ofcompounds: nitroalkenes, β-lactams and furan-2,3-diones.To finish, we developed a straightforwardsynthesis of chiral, tunable and functionnalizedorganic cage compounds by imine reversiblebond formation. We also evaluated theirperformances as cryptands.

L’objectif central de notre thèse de doctorat visait l’utilisation d’halogénures d’aryles en tant qu’électrophiles dans des réactions de substitution nucléophile aromatique (SNAr). D’abord, nous avons cherché à former des liaisons C(aryl)-hétéroatome par réaction entre des nucléophiles hétéroatomiques et des halogénures d’aryles substitués par des groupements électro-attracteurs. Les résultats de cette étude ont été comparés à des incohérences relevées dans la littérature et montrent que l’ordre de réactivité d’halogénures d’aryles communément accepté n’est pas toujours respecté. Un effet positif a été observé par l’ajout de 2,2,6,6-tétraméthyl-3,5-heptanedione pour l’arylation de phénols avec des halogénures d’aryles substitués par des groupements électro-donneurs, ce qui en fait la première méthode capable de générer des diaryléthers par cette voie réactionnelle sans ajout de catalyseur métallique. Ensuite, nous avons mis au point une réaction générale d’α-arylation de cétones aromatiques avec des halogénures d’aryles dans des conditions réactionnelles douces. L’utilisation du t-BuOK, une base inorganique capable de transferts mono-électroniques, et de DMF comme additif permet la synthèse d’α-arylcétones avec d’excellents rendements. Cette méthode a été appliquée à la synthèse d’hétérocycles fusionnés et de (Z)-tamoxifène, des molécules montrant une activité biologique. Une étude mécanistique a montré que l’anion carbamoyle du DMF est impliqué dans une étape clé de transfert mono-électronique avec des halogénures d’aryles. Nous avons également appliqué cette méthode à la substitution nucléophile vinylique de β-halostyrènes. Bien que des précédents de la littérature font état de mécanismes ioniques pour les réactions de ces substrats, nos résultats expérimentaux supportent un mécanisme radicalaire. Enfin, nous avons tenté de mettre au point le premier protocole permettant la synthèse de biaryles dissymétriques au départ d’halogénures d’aryles et de triarylbismuths(III) via une catalyse par des sels de cuivre. Malgré le fait que de nombreux ligands bidentates et tétradentates ont été testés, les faibles rendements obtenus font que les conditions réactionnelles demeurent à optimiser. Globalement, nous avons donc apporté une contribution en ce qui concerne la détermination de la frontière expérimentale entre la SNAr et la catalyse métallique, la fonctionnalisation en α de cétones aromatiques et la synthèse de biaryles dissymétriques par réactions de couplages croisés de triarylbismuths catalysées au cuivre. / The primary objective of our doctoral research was centered on the use of aryl halides as electrophiles for nucleophilic aromatic substitution (SNAr). Firstly, we tried to create C(aryl)-heteroatom bonds by reacting heteroatom nucleophiles with aryl halides substituted by electron-withdrawing groups. The results of this study were compared with inconsistencies found in the literature and show that the expected order of reactivity of aryl halides is not always observed. A beneficial effect was observed by adding 2,2,6,6 tetramethylheptane-3,5-dione to the reaction of phenols and aryl halides substituted by electron-donating groups in what is the first method allowing the synthesis of diarylethers without added metal catalyst by this pathway. Secondly, we developed a general α-arylation reaction of aryl ketones with aryl halides under mild reaction conditions. Use of KOt-Bu, an inorganic base capable of single-electron transfer, and DMF as additive enables the synthesis of α-arylketones in excellent yields. This method was applied to the synthesis of fused heterocycles and (Z) tamoxifen, molecules possessing biological activity. A mechanistic study showed that the carbamoyl anion of DMF is involved in a single-electron transfer reaction with aryl halides as the key step of the mechanism. We next applied this method to the nucleophilic vinylic substitution of β halostyrenes. While literature precedents suggest ionic mechanisms for reactions involving these substrates, we obtained experimental evidence suggesting a radical mechanism. Thirdly, we tried to develop the first protocol enabling the copper-catalyzed synthesis of unsymmetrical biaryls starting from aryl halides and triarylbismuthanes(III). Although many bidentate and tetradentated ligands were tested, further optimization is required in order to develop a general method, as only low yields are obtained. Globally, we have contributed to the determination of the experimental frontier between SNAr and metallic catalysis, to the α-functionnalization of aryl ketones and to the synthesis of biaryls through copper-catalyzed cross-coupling reactions of triarylbismuths.

Les produits appartenant à la famille des pyridopyrimidines sont caractérisés par leur intense utilisation dans le domaine pharmacologique, ce qui a poussé différentes équipes de recherche, de par le monde, à les étudier chimiquement et biologiquement. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au groupe des pyridopyrimidines et, plus particulièrement, à l’isomère le moins décrit dans la littérature, à savoir les pyrido[3,2-d]pyrimidines. Les composés ciblés sont synthétisés à partir de la 2,7-dichloropyrido[3,2-d]pyrimidine, via des substitutions nucléophiles aromatiques et des couplages pallado-catalysés et ce, dans le but d’obtenir de puissants inhibiteurs de kinases. Ce but a été atteint puisqu’en effet plusieurs des molécules élaborées inhibent les kinases testées avec des concentrations de l’ordre du nanomolaire. Des résultats pharmacologiques aussi concluants nous ont amenés à étendre nos études à d’autres pyridopyrimidines, à savoir les pyrido[2,3-d]pyrimidines ainsi qu’à d’autres types de bicycles polyazotés, en l’occurrence les imidazo[1,2-a]pyridines et les imidazo[1,2-b]pyridazines. / Products belonging to the pyridopyrimidine family are characterized by their intense use in pharmacology. The increase of interest for this heterocyclic scaffold prompted different research teams around the world to study their chemically and biologically properties. In this work, we are interested in the functionalization of pyridopyrimidines and, more specifically, of the less described regioisomer, namely pyrido[3,2-d]pyrimidines. The target compounds were synthesized from 2,7-dichloropyrido[3,2-d]pyrimidine via nucleophilic aromatic substitution and palladium-catalyzed couplings and, in order to obtain potent kinases inhibitors. Our goal has been achieved with several elaborate molecules. These bioactive compounds inhibit kinases such as Cyclin Dependant Kinases (CDK), Glycogen Synthase 3 (GSK3) or Dual specificity tYRosine-phosphorylation-regulated Kinase 1A (DYRK1A) in the nanomolar range. These biological targets are mainly involved in degenerative process or down syndrome. These pharmacological results led us to extend our studies to other pyridopyrimidines, namely pyrido[2,3-d]pyrimidines as well as other types of polynitrogenated bicycles, namely imidazo[1,2- a]pyridine and imidazo[1,2-b]pyridazine.

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

Les β-lactones étant présentes dans de nombreux composés naturels biologiquement actifs, cette famille de molécules a été intensivement étudiée aussi bien d'un point de vue structural que pour leur réactivité, contrairement aux β-thiolactones. Afin d'établir un parallèle entre ces deux familles, nous avons étudié leur stabilité thermique en comparant les vitesses d'extrusion de CO2 et COS. Le suivi réactionnel a été réalisé par UV-spectrométrie de masse sur des β-lactones di-, tri- et tétrasubstituées et les β-thiolactones correspondantes, dans deux solvants (un polaire, l'autre apolaire). Utilisant la même stratégie, nous nous sommes intéressés à l'ouverture de ces hétérocycles par différents nucléophiles ainsi que la formation cinétique compétitive des β-(thio)lactones à partir d'un intermédiaire commun. Les similitudes entre les β-lactones et β-thiolactones soulignées par ces investigations, ont révélé la possible utilisation de ces dernières comme substitut des premières. La deuxième partie de ce manuscrit concerne la synthèse de mimes des O-sialosides présents dans de nombreux processus biologiques mais sensibles à l'hydrolyse enzymatique. A partir de dérivés de l'acide N-acétylneuraminique, nous avons développé des méthodes de C- et S-glycosylations électrophiles α-sélectives, et efficaces malgré la présence d'un groupement électroattracteur en C2 et du méthylène en C3 favorisant la formation du glycal. Ces techniques de synthèse, conduisant à des rendements et sélectivités excellents, pourront trouver des applications pour la synthèse de glycomimétiques.

Cette thèse est composée de deux parties distinctes ayant comme thématique commune, la synthèse d’hétérocycles via la catalyse organométallique.Nous nous sommes intéressés, dans un premier temps, à une voie de synthèse permettant un accès rapide au squelette tétrahydrocyclopenta[c]acridine. Ces composés polyfonctionnalisés sont obtenus très efficacement en seulement trois étapes dans des conditions particulièrement douces. L’étape clé de cette synthèse est une réaction de Pauson-Khand intramoléculaire catalysée au cobalt. Certains composés issus de la famille des tétrahydrocyclopenta[c]acridines présentent une activité d’inhibition sélective envers les kinases dépendantes des cyclines (CDKs), et plus particulièrement la CDK2. Un composé chef de file est identifié, puis grâce aux données de co-Cristallisation avec CDK2 et de modélisation moléculaire, suivi de l’étude des relations structure-Activité, la conception rationnelle d’une deuxième génération de molécules est rendue possible. Le composé le plus avancé présente une CI50 de 300 nM envers CDK2/cyclin A et un excellent profil de stabilité métabolique.Dans un deuxième temps, nous avons étudié et développé une réaction tandem d’addition/cyclisation catalysée par l’argent, avec des nucléophiles carbonés sur des substrats ortho-Alcynylbenzaldéhydes. La stratégie de synthèse conduit à des dérivés 1H-Isochromènes par création de deux nouvelles liaisons (C-C et C-O). Une étude approfondie de la réaction tandem nous a permis d’obtenir une large gamme de dérivés d’isochromènes en mettant en évidence l’influence de différents substituants, portés par le groupement alcyne ou le substrat, ainsi que l’utilisation de différents nucléophiles carbonés (alcynes, aromatiques, hétéroaromatiques). Les limitations de la réaction tandem ont également pu être identifiées. / My thesis proJect is organized around two main topics having in common organometallic chemistry and the synthesis of heterocycles.Firstly, we were interested in a methodology for the synthesis of tetrahydrocyclopenta[c]acridines. These compounds are synthesized in three steps from various quinolines. The key step is a cobalt-Catalyzed intramolecular Pauson-Khand reaction. Some compounds of this family exhibit selective Cyclin Dependent Kinases (CDKs) inhibition, particulary against CDK2, in the submicromolar range. A hit compound has been identified, and then using data from co-Crystallization with CDK2 and molecular modeling, followed by the study of structure-Activity relationships, the rational design of a second generation of molecules has been investigated. The most advanced compound has an IC50 of 300 nM against CDK2/cyclin A with an excellent metabolic profile. In the second axis of research, we have studied and developed a new silver-Catalyzed tandem addition/cyclization reaction with carbon nucleophiles. The systems studied are (hetero)aromatics compounds having an aldehyde group and in ortho-Position an alkynyl group. The synthetic strategy leads to 1H-Isochromene derivatives by creating two new bonds. A thorough study of the tandem reaction allowed us to obtain a wide range of isochromene derivatives, highlighting the influence of different substituents carried by the alkyne group or on the (hetero)aromatic substrates; and also to investigate the use of different carbon nucleophiles (alkynes, aromatics and heteroaromatics). The limitations of the tandem reaction have also been identified.