La cycloaddition [2+2] du dichlorocétène sur le 7-méthylcycloheptatriène conduit, après expansion de cycle au diazométhane et déshydrohalogénation, à une -chlorotriénone, ceci de manière très sélective. Cet intermédiaire s'est montré très efficace par le passé dans la synthèse de sesquiterpènes naturels possédant le squelette bicyclo[5.3.0]décane (guaianes, guaianolides, azulènes...). Nous avons utilisé cette méthodologie dans une approche synthétique des thapsigargines, des guaianolides naturels à la structure complexe dont un dérivé est à l'étude contre le cancer de la prostate. Nos recherches et notre savoir-faire nous ont permis d'accéder à un intermédiaire avancé pouvant mener à cette famille de composés, il possède les groupements, insaturations et configurations clé nécessaires. Il peut par ailleurs servir de plateforme idéale pour accéder à des azulènes naturels. Nous avons alors en paralèle synthétisé des azulènes bleu, violet et rouge (dont il s'agit de la première synthèse pour ces derniers)

Depuis quelques années, le domaine de l’extraction végétale est en pleine mutation, avec à la fois un intérêt croissant des consommateurs pour des ingrédients d’origine naturelle, combiné à des préoccupations environnementales. Il apparaît dès lors indispensable de remplacer les procédés actuels utilisant des solvants pétrochimiques nocifs par de nouveaux procédés d’extraction réduisant le besoin énergétique, la toxicité du solvant et la quantité de déchets tout en s’assurant du rendement et de la qualité de l’extrait obtenu. L’objectif de cette thèse a donc consisté à développer un nouveau procédé d’extraction mettant en œuvre des gaz liquéfiés comme solvants. Ce manuscrit présentera tout d’abord l’état de l’art sur les gaz liquéfiés existants et leur mise en œuvre pour l’extraction des produits naturels. A l’issue de cette présentation, 3 gaz liquéfiés ont été sélectionnés (n-butane, HFO-1234ze et le DME) comme solvants pour mener des essais au laboratoire, grâce à un prototype dont la conception est détaillée dans le chapitre II. Dans un second temps, les essais réalisés à l’aide de ces gaz liquéfiés pour l’extraction de composés lipophiles ont été décrits. L’approche expérimentale a été couplée à une approche prédictive par l’utilisation d’outils d’aide à la décision : les paramètres de solubilité de Hansen et le modèle COSMO-RS. La prédiction théorique ainsi que les essais expérimentaux ont confirmé l’intérêt des gaz liquéfiés pour la solubilisation et l’extraction de composés lipophiles d’intérêt biologique et à haute valeur ajoutée. Parallèlement l’étude des impacts du procédé sur l’environnement, la qualité, la réglementation et la sécurité ont montré que l’extraction par gaz liquéfié était un procédé facilement transposable à l’échelle industrielle. / In recent years, the industrial sector of vegetable extraction has been evolving due to the growing interest of consumers for natural food ingredients combined with growing environmental concerns. Therefore, it seems essential to replace existing processes using toxic petroleum bases solvents with greener extraction processes with lower energy consumption, less wastes but higher extract quality. The objective of this thesis has consisted in the research and development of a new extraction process using liquefied gases as liquid solvents. First, this manuscript will outline the state of the art on the liquefied gases and how they are used for extraction of natural products. After this survey, 3 liquefied gases (n-butane, HFO-1234ze and DME) have been selected for laboratory scale experiments performed using a dedicated extraction unit whose design is detailed in chapter II. Then, the tests performed with these 3 gases for extraction of lipophilic compounds from several plant materials has been described. The experimental approach has been combined with a predictive one using decision tools: Hansen Solubility Parameters and COSMO-RS model. This survey demonstrated that liquefied gases are interesting solvents for solubilization and extraction of lipophilic compounds of interest. In parallel, the impacts of the process on environment, safety regulation and quality showed that liquefied gas extraction could be easily transposed at industrial scale.

La conception de médicaments est un long processus complexe impliquant de nombreuses disciplines différentes. Entre la découverte de la touche (molécule active initiale) puis de la tête de série (molécule optimisée), jusqu’à la mise sur le marché du produit fini (médicament), il s’écoule en général une dizaine d’année, pour un coût avoisinant le milliard d’euros. Afin d’optimiser ce processus, de nombreuses approches sont développées pour identifier plus rapidement les molécules les plus prometteuses pour une cible thérapeutique donnée. Les protéines kinases (PK) jouent un rôle majeur dans la signalisation moléculaire et dans les mécanismes cellulaires. La dérégulation d’une PK peut engendrer des pathologies graves telles que des maladies neurodégénératives ou le cancer ; la conception d’inhibiteurs de PK (PKI) est ainsi un domaine de recherche thérapeutique extrêmement actif. Dans ce manuscrit de thèse, deux approches de chémoinformatique complémentaires sont explorées pour l’identification de nouveaux PKI. Tout d’abord, un criblage virtuel de produits naturels a été réalisé dans un contexte de recherche de molécules bioactives à finalité cosmétique ou thérapeutique. Pour ce travail, il a d’abord été nécessaire de développer un outil in silico de préparation de molécules, VSPrep, qui s’appuie sur des outils gratuits pour les chercheurs académiques. Enfin, un nouvel outil de conception de molécules bioactives à partir de fragments moléculaires (FBDD) a également été développé. L’implémentation de cet outil, Frags2Drugs, ainsi que sa validation dans des projets FBDD sont décrites dans ce manuscrit. / Drug design is a long and complex multidisciplinary process. From the discovery of the initial hit (bioactive molecule), to the lead (optimized compound), and finally to the commercialization of the end product (drug), almost 10 years are necessary and this process costs an average of $1 billion dollars. In order to optimize this process, new methods are relentlessly developed so that novel promising molecules might be identified faster for a given target. Protein kinases (PK) play a central role in most molecular pathways and are essential to control cellular mechanisms. The mutation of one PK can lead to severe pathologies such as neurodegenerative diseases or cancer, making the research of PK inhibitors (PKI) an intense area of therapeutic research. In this manuscript, two complementary chemoinformatics approaches are discussed for identifying PKI, and both depend on the preparation of small molecules (ligands). For this specific task, a new workflow protocol, VSPrep, was developed using only freely available tools for academics. First, a virtual screening approach of natural products was performed in order to identify bioactive molecules for cosmetics or therapeutic applications. Second, a novel in silico Fragment-Based Drug Discovery (FBDD) tool, Frags2Drugs, was developed specifically for kinase research. It combines molecular fragments derived from PKI into novel inhibitors bound to specific protein kinases. The tool was validated on several internal kinase projects leading to novel protein kinase inhibitors with acceptable drug-like properties.

La cycloaddition [2+2] du dichlorocétène sur le 7-méthylcycloheptatriène conduit, après expansion de cycle au diazométhane et déshydrohalogénation, à une -chlorotriénone, ceci de manière très sélective. Cet intermédiaire s'est montré très efficace par le passé dans la synthèse de sesquiterpènes naturels possédant le squelette bicyclo[5.3.0]décane (guaianes, guaianolides, azulènes…). Nous avons utilisé cette méthodologie dans une approche synthétique des thapsigargines, des guaianolides naturels à la structure complexe dont un dérivé est à l'étude contre le cancer de la prostate. Nos recherches et notre savoir-faire nous ont permis d'accéder à un intermédiaire avancé pouvant mener à cette famille de composés, il possède les groupements, insaturations et configurations clé nécessaires. Il peut par ailleurs servir de plateforme idéale pour accéder à des azulènes naturels. Nous avons alors en paralèle synthétisé des azulènes bleu, violet et rouge (dont il s'agit de la première synthèse pour ces derniers) / The [2+2] cycloaddition of dichloroketene and 7-methylcycloheptatriene, followed by ring expansion with diazomethane and dehydrohalogenation, affords -chlorotrienone with high selectivity. In the past, this compound proved to be very efficient in the synthesis of natural sesquiterpenes containing the bicyclo[5.3.0]decane squeletton (guaianes, guaianolides, azulenes…). This methodology was used in an efficient synthetic approach of thapsigargins, which are complex guaianolides currently studied to treat prostate cancer via a derivative. Our work led us to get an advanced intermediate for this family, with key moities and configurations. It can also be used to access to natural azulenes. Then we synthetized blue, purple and red azulenes (the first ones for the latters).

Le diabète de type 2 est aujourd’hui une maladie de plus en plus répandu. En ce sens il est nécessaire de mettre au point de nouveau composé permettant d’inhiber la gluconéogenèse. C’est pourquoi nous nous sommes intéressé à la synthèse du FR225654 1, décaline présentant une activité hypoglycémiante in vivo après administration par voie orale et inhibiteur de la néoglucogenèse in vitro (IC50 = 1,1.10-7 M). Ce composé, isolé en 2005 du champignon Phoma sp N°00144 et jamais encore synthétisé à ce jour, possède un mécanisme d’action inconnu. La nécessité d’une synthèse par voie chimique convergente et flexible, permettant l’accès à des analogues, est donc évidente. La stratégie consistait à préparer une trans-décaline par le biais d’une réaction de Diels-Alder intramoléculaire à partir d’un triène précurseur. La combinaison de ces travaux a constitué une avancée importante dans le cadre de la synthèse du FR225654, un hypoglycémiant potentiel. La mise au point d’une synthèse convergente du précurseur de la réaction de Diels-Alder permettra notamment d’effectuer par la suite des modifications aisées en vue de la préparation d’une vaste gamme d’analogues simplifiés. A ce jour, le produit de cyclo-addition a été isolé et caractérisé, validant ainsi l’étape clé de la stratégie de synthèse. Ainsi, l’accès rapide au FR225654 est rendu possible et la synthèse d’analogues est maintenant envisageable. Les produits synthétisés feront l’objet d’une évaluation biologique, l’objectif ultime étant d’accéder à de nouveaux médicaments pour le traitement du diabète de type 2. / Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is a growing worldwide health concern that is expected to afflict over 366 million people by 2030. FR225654 is a novel gluconeogenesis (GNG) inhibitor recently isolated from the culture broth of Phoma sp.. This compound selectively inhibits GNG of primary rat hepatocytes and shows highly hypoglycemic effects in several in vivo mouse models (80% decrease of glycemia). However, to date, the mechanism of action and molecular target remain unknown. From a structural point of view, FR225654 exhibits a highly oxygenated trans-decalin ring substituted by a β-keto-enol moiety and a side-chain bearing a conjugated carboxylic acid and a trisubstituted olefin. Project specific objectives were to design an efficient total synthesis which could also permit a straightforward access to diverse analogues. This feature would constitute a crucial step for the further understanding of Structure Activity Relationship of FR225654. The work consists in synthesizing separately a side chain and a trans-decalin core by means of an intramolecular Diels-Alder reaction from a precursor. To date, synthesis of the precursor has been achieved in 13 steps as well as the side chain. The Intramolecular Diels-Alder reaction has also been validated in order to accomplish the first total synthesis of FR225654.

L'objectif de cette thèse est de mettre en place des outils permettant l'éco-purification de produits naturels par chromatographie de partage centrifuge (CPC), une technique préparative permettant la séparation de composés grâce à un système solvant constitué de deux liquides non miscibles. Ce manuscrit expose dans un premier temps une brève présentation des différentes techniques préparatives fréquemment utilisées pour la purification de produits naturels, puis détaille la technique de chromatographie de partage centrifuge. Le concept de chimie verte est alors introduit avant d'exposer la manière dont il sera pris en compte par la suite. Ainsi, un développement de méthode CPC à petite échelle, dans le but de limiter la consommation de solvants et la production de déchets, tout en limitant la consommation d'énergie, est illustré par la purification du carnosol issu du romarin. Par la suite, une nouvelle méthodologie de changement d'échelle en CPC est introduite, afin de pouvoir augmenter de manière efficace la productivité d'une méthode de purification, sans avoir à la redévelopper à grande échelle. L'utilisation de cette méthodologie peut notamment permettre à un utilisateur CPC de réduire considérablement sa consommation de solvants et d'énergie, tout comme sa génération de déchets chimiques. Cette méthodologie de changement d'échelle est appliquée dans le cadre de la purification du carnosol développée en amont. Enfin, la dernière partie de ces travaux est consacrée à la substitution de solvants d'origine pétrolière, par des solvants plus respectueux de l'environnement, principalement d'origine agro-sourcée / The main objective of this thesis is to propose some clues for natural products eco-purification by centrifugal partition chromatography (CPC), a preparative separation technique that uses a biphasic solvent system. First, the manuscript describes the differents preparative techniques commonly used for natural products purification. Then, the centrifugal partition chromatography technique is detailed. The green chemistry concept is subsequently introduced and discussed in regard to its application in purification process. A method development is realized on a small scale CPC, illustrating the reduction of solvent consumption and waste production, through the carnosol purification from rosemary. Later, a new scale-up methodology for CPC is introduced to efficiently transfer the method on larger instrument and increase production. This new methodology will allow for a CPC user to reduce solvent and energy consumption and chemical wastes discharges. This scale-up methodology is then applied to carnosol purification from a rosemary solid extract. Finally, the last part of this manuscript is devoted to petroleum solvents substitution by more environmentally friendly solvents like bio-sourced solvents

Les huiles essentielles (HE) de lavande et de lavandin appartiennent au patrimoine de la région méditerranéenne. Comme tout produit naturel ou synthétique à valeur ajoutée, ces HE doivent être contrôlées pour justifier la qualité du produit. Ce contrôle qualité nécessite la mise en place d'une méthodologie analytique fiable. Dans cette étude, une nouvelle approche utilisant les techniques spectroscopiques et chromatographiques et le traitement de données à l'aide d'outils chimiométriques permet de différencier les HE de lavande et de lavandin par origine variétale. Cette discrimination s'effectue grâce à leur empreinte spectrale ou chromatographique. L’intérêt d’utiliser la chromatographie chirale associée à la détection polarimétrique et de la signature chiroptique acquise a également été étudié. Cette étude nous a permis d’identifier des marqueurs métabolomiques qui sont primordiaux pour caractériser les variétés. Les résultats montrent qu'il est possible de discriminer les HE de lavande et de lavandin selon leurs variétés avec une bonne justesse sur l'ensemble des techniques utilisées. / Lavender and lavandin essential oils (EOs) belong to the heritage of the Mediterranean region. Like any natural or synthetic product with an added value, these EOs must be controlled to justify the quality of the product. This quality control requires the establishment of a reliable analytical methodology. In this study, a new approach using spectroscopic and chromatographic techniques for data processing associated to chemometric tools allows to discriminate lavender and lavandin EOs. This discrimination is carried out thanks to their spectroscopic or chromatographic fingerprints. The interest to use the chiral chromatography combined with polarimetric detection and of acquired chiroptical signature was also studied. This methodology has allowed us to identify metabolomic markers which are paramount to characterize the varieties. The results show that it is possible to discriminate the lavender and lavandin EOs according to their varieties with good accuracy on all of the techniques used.

Cette thèse initie et développe un programme ayant pour but de définir une stratégie de priorisation efficace pour accélérer la découverte de molécules bioactives au sein d’extraits végétaux. Dans le cadre de ce projet, plusieurs criblages biologiques ont été menés sur une collection de 292 extraits d'Euphorbiaceae.Afin d’identifier et cibler au sein de ces mélanges complexes les structures d’intérêt biologique tout en écartant les molécules connues ou présentant un intérêt structural limité, les profils métabolomiques des extraits ont été acquis par spectrométrie de masse tandem. Pour exploiter au mieux la quantité d'information générée par ces analyses, les spectres MS2 ont ensuite été organisés sous forme de réseaux moléculaires. Ces réseaux permettent de lier les ions détectés en fonction de la similarité de leurs voies de fragmentation et donc de leur proximité structurale. Les informations taxonomiques et d’activités biologiques ont été croisées avec les données spectrales au sein de cette carte moléculaire multi-informative, offrant ainsi une approche nouvelle pour accélérer la découverte de nouveaux ligands des cibles biologiques étudiées et pour une sélection plus pertinente des extraits à forte diversité structurale.Si l’outil des réseaux moléculaires représente une méthode innovante et particulièrement instructive pour le phytochimiste, il présente cependant quelques défauts qui limitent son spectre d'utilisation et ses capacités en métabolomique. Une deuxième partie de cette thèse a donc été consacrée à l’implémentation d’une étape de prétraitement pour améliorer la fiabilité des réseaux et au développement de MetGem, un logiciel dédié à la génération de réseaux moléculaires permettant d’optimiser la gestion et l’analyse des matrices de scores de similarité spectrale. / This thesis initiates and develops a program seeking to accelerate the discovery of new therapeutic molecules using an efficient prioritization strategy. As part of this project, a collection of 292 Euphorbiaceae extracts was screened over several biological targets.To focus on unknown bioactive chemicals and to avoid the isolation of known or inactive molecules, the acquisition of high resolution tandem mass spectrometry profiles of these extracts was performed. To highlight relevant information within these data, MS2 spectra were organized as molecular networks. It consists in visualizing tandem mass spectrometry data by detecting related MS2 spectra and representing them in a same spectral space. Taxonomical details and bioassay screening results were merged with the network visualization to generate a comprehensive multi-informative molecular map, which offers a radically novel outlook to target novel bioactive scaffolds and select extracts with high structural diversity. Although very instructive for the phytochemist, the molecular networking tool has some imperfections that limit its potential in metabolomics. Therefore, the second part of this thesis was dedicated to the introduction of a data preprocessing step to enhance the networks reliability and to the development of MetGem, a software dedicated to the generation of molecular networks to improve the way matrices of similarity scores are managed and analyzed.

Résumé confidentiel. / Confidential summary.

Ce travail développe différentes stratégies pour la synthèse énantiosélective de sesquiterpènes naturels à partir de chirons obtenus par biocatalyse. La première partie est consacrée aux premières synthèses énantiosélectives de la kopéoline, et de la kopéolone. La synthèse de la structure décrite de la kopéoline est réalisée, les composés ont été entièrement caractérisés. Les résultats montrent que les structures reportées n'ont pas été correctement assignées, et suggèrent une mauvaise attribution des stéréocentres au cours de l'isolement des produits naturels. Ainsi, deux nouvelles structures sont proposées. Les synthèses totales de ces deux dernières structures ont également été réalisées et ont permis de confirmer la révision structurelle et de caractériser complètement ces produits naturels tout en élucidant leurs configurations absolues inconnues jusqu'alors.La seconde partie aborde la synthèse du siphonellinol D selon une méthodologie convergente d'une partie Est et d'une partie Ouest. Les deux énantiomères d'un chiron ont été obtenus par dédoublement cinétique enzymatique avec des rendements élevés et d'excellentes énantiosélectivités. À partir de l'énantiomère (1S, 6R), la synthèse de la partie Est est rapportée. Malheureusement, une première méthodologie employant l'énantiomère (1R, 6S) n'a pas permis l'obtention de la partie bicyclique Ouest. Une seconde méthodologie utilisant le géraniol comme substrat a permis l'accès à la partie Ouest du siphonellinol D sous forme racémique. Une réaction de couplage entre ces deux parties a été réalisée avec succès permettant d'envisager de manière optimiste la synthèse du siphonellinol D par ce chemin synthétique. / This work deals with different strategies used in the course of the enantioselective synthesis of natural sesquiterpenes starting from an enantiopure building block obtained by biocatalysis. The first part is dedicated to the first enantioselective syntheses of kopeolin, and kopeolone. The synthesis of kopeolin was achieved and compounds have been fully characterized. The results showed that the reported structures were not assigned correctly, and suggest an initial structural misassignment during the isolation of the natural products. Thus, two new structures for kopeolin and for kopeolone are proposed. The enantioselective total syntheses of these two proposed structures have been achieved and permitted to confirm the structural revision and to fully characterize these natural products while elucidating their hitherto unknown absolute stereochemistries.The second part is dedicated to the synthesis of siphonellinol D with a convergent methodology of the Eastern part and the Western part. Both enantiomers of this building block were obtained by an enzymatic kinetic resolution in high yields and excellent enantioselectivities. Starting from the (1S, 6R) enantiomer, the synthesis of the Eastern part of Siphonellinol D is reported. Unfortunately, a first methodology using the use of the (1R, 6S) enantiomer failed. A second methodology using geraniol as starting material led to the racemic Western part of siphonellinol D. A coupling reaction were successfully performed allowing us to consider the synthesis of siphonellinol D by this synthetic pathway as optimistic.