Première partie: Synthèse totale des plakortones A, B et E Les plakortones A-G font partie d'une famille de lactones isolées en 1996, 1999 et 2001 des éponges de mer. Toutes les plakortones sont caractérisées par une chaîne latérale de 8 à 12 carbones. De plus, les plakortones A-F possèdent une structure nouvelle et originale composée d'un noyau tétrahydrofuryllactone bicyclique comprenant deux centres asymétriques quaternaires. Notons que la chaîne latérale des plakortones A et B est plus complexe que celle du plakortone D et que celle du plakortone E est la plus courte. En plus de leur structure intéressante, les plakortones A-D sont des activateurs de la pompe ATPase cardiaque SR-Ca21 et pourraient servir de composés guides pour le traitement de l'insuffisance cardiaque, la première cause de mortalité dans les pays industrialisés Les travaux initiaux effectués dans notre groupe de recherche ont mené à la synthèse du plus simple membre des plakortones A-F, le plakortone D, et ont permis d'en élucider la configuration relative et absolue. Des études de synthèse ainsi que des synthèse totales des plakortones D, E et G ont aussi été effectuées et publiées par d'autres groupes. Cependant, aucune synthèse des plakortones A et B n'ont été rapportée jusqu'à maintenant, tandis que le plakortone E n'a été synthétisé que sous forme racémique. De plus, notons que les synthèses des plakortones D et E sont non stéréosélectives. Cette thèse décrit la première synthèse totale asymétrique des plakortones A, B et E. Leur noyau bicyclique ainsi que chacune des chaînes latérales ont été construits de manière hautement stéréosélective. Pour ce faire, de nouvelles et efficaces méthodologies, ainsi que des améliorations à des méthodes existantes, ont été élaborées. Par exemple, une nouvelle méthode permettant la réduction chimio- et régiosélective des 2,3-époxy alcools a été développée spécifiquement pour la construction de la chaîne latérale du plakortone B. De plus, l'adaptation d'une méthode publiée récemment pour le transfert de chiralité 1,3 a permis la synthèse stéréosélective de la double liaison trisubstituée retrouvée dans la chaîne latérale du plakortone A. Finalement, ces travaux ont permis d'établir sans ambiguïté la stéréochimie relative et absolue des plakortones A, B et E. De plus, ils ont aussi permis la synthèse de quelques nouveaux analogues de ces produits naturels.
Deuxième partie: Synthèse de peroxydes cycliques par la réaction de métathèse des oléfines Le nombre grandissant de produits naturels comprenant un peroxyde cyclique et possédant des propriétés biologiques utiles a rapidement capturé l'attention des chimistes travaillant dans le domaine de la synthèse et de la médecine. Cependant, dû à l'instabilité intrinsèque des peroxydes, la synthèse de ces produits demeure un défi de taille, spécialement lorsque le groupement peroxyde est partie prenante d'un cycle de moyenne taille. Au cours des dernières années, la métathèse des oléfines s'est révélée une méthode attrayante pour la synthèse de divers composés cycliques et, en raison de sa tolérance avec plusieurs groupements fonctionnels, a été employée de manière extensive pour la synthèse totale. Une nouvelle route permettant la synthèse de peroxydes cycliques via la réaction de métathèse des oléfines sera présentée. Tirant profit de cette méthode et du catalyseur au molybdène de Shrock, des peroxydes cycliques comprenant de 6 à 8 membres ont été synthétisés avec un rendement atteignant les 95%. Notons que cette méthode s'est avérée particulièrement efficace pour la construction de peroxydes cycliques à 8 membres et qu'une explication de ce phénomène via le mécanisme réactionnel de la métathèse a été fournie dans cette thèse. Finalement, une nouvelle et avantageuse procédure faisant appel à un agent de transfert de phase (Bu4NBr) pour l'allylation et l'alkylation en milieu basique des hydroperoxydes a été développée afin de faciliter l'accès aux précurseurs de la réaction de métathèse.
Troisième partie: Synthèse stéréosélective du (+)-zérumin B, un diterpènoïde aux propriétés anticancéreuses La synthèse efficace du (+)-zérumin B, un agent anticancéreux, a été effectuée via l'addition stéréosélective d'un nouveau silyloxyfuryltitanium au y-bicyclohomofarnésal. Des travaux initialement effectués dans notre groupe ont établi la stéréochimie relative au carbone C-12 par une route modestement sélective ayant mené au 12-ép/-zérumin B et au zérumin B à partir du (-)-sclaréol. Le présent travail a résolu ce problème de stéréochimie et a permis d'obtenir l'isomère désiré avec une bonne stéréosélectivité. Une route alternative pour la synthèse rapide et efficace du y-bicyclohomofarnésal à partir du (+)- sclaréolide, un produit commercialement disponible, a aussi été élaborée. En plus de clarifier la stéréochimie du zérumin B, nous avons aussi réussi à corriger la structure d'un prétendu nouveau diterpènoïde isolé de la plante médicinale Renealmia alpinia. La nouvelle procédure expérimentale ayant permis l'addition stéréosélective du silyloxytitanium au y-bicyclohomofarnésal a aussi servi à améliorer l'efficacité globale de notre deuxième génération de la synthèse totale du dysidiolide. Finalement, la première synthèse totale du produit naturel villosin a été accomplie en deux étapes à partir du y-bicyclohomofarnésal par l'aldolisation régiosélective d'un 2-furanolate de bore généré in situ, suivi d'une élimination p. Notons que cette synthèse a été effectuée dans le contexte d'investigations parallèles ayant pour but l'assemblage stéréocontrôlé du zérumin B. / Part One: Total Synthesis of Plakortones A, B and E Plakortones A-G are a family of bioactive lactones isolated from marine sponges in 1996, 1999 and 2001. Ail plakortones feature an 8 to 12-carbon side chain, while plakortones A-F share a novel bicyclic tetrahydrofuryllactone core containing two quaternary stereocenters. Plakortones A and B possess more complex side-chains than plakortone D, while plakortone E has a shorter side chain than the others. Significantly, plakortones A-D are potent activators of cardiac SR-Ca2+-pumping ATPase, and may thus represent new leads for the treatment of heart failure which is the leading cause of death in most industrialized countries. Previous work in our group led to the total synthesis of plakortone D which is the simplest member among plakortones A—F. This synthesis allowed the complete elucidation of the stereostructure (absolute and relative configuration) of plakortone D. Model studies and total syntheses of plakortones D, E and G have been published by other groups. However, no total synthesis of plakortones A or B has been reported thus far, while plakortone E has only been synthesized in racemic form. Moreover, the published syntheses of plakortones D and E are non-stereoselective. This thesis describes the first enantioselective total synthesis of plakortones A, B and E. Both the bicyclic core and individual side-chains are constructed in highly enantioselective fashion. Powerful new methodologies along with some improvements over previous methods are described. For example, a new method for chemo- and regioselective reduction of the 2,3-epoxy alcohol moiety was developed specifically for constructing the plakortone B side-chain. Moreover, adaptation of a recently published method for 1,3-chirality transfer allowed the stereocontrolled elaboration of the E-disposed trisubstituted double bond found in the side-chain of plakortone A. The present work unambiguously established the relative and absolute stereochemistry of plakortones A, B and E. It also made available some new analogues of the natural products.
Part Two: Synthesis of Cyclic Peroxides by Ring Closing Metathesis The growing inventory of naturally occurring cyclic peroxides with potentially useful biological properties has captured the attention of synthetic and medicinal chemists. Due to the inherent instability of the peroxide group, the synthesis of such compounds is a challenging undertaking, especially when the peroxide moiety is part of a medium-sized ring. Ring closing metathesis (RCM) has emerged in recent years as an attractive avenue to various types of cyclic compounds, and is finding extensive applications in total synthesis due to the tolerance of many functional groups. A new pathway to cyclic peroxides based on RCM is described. Using Shrock's Mo based catalyst, a number of 6 to 8-membered cyclic peroxides were synthesized in yields of up to 95%. This method proved especially efficient for constructing 8-membered cyclic peroxides. A mechanistic rationale for this is provided in the thesis. A new, advantageous procedure for the allylation/alkylation of hydroperoxides under basic conditions, that makes use of a phase transfer catalyst (Bu4NBr), was developed in order to facilitate access to the requisite RCM-precursors.
Part Three: Synthesis and Stereochemistry of (+)-Zerumin B & Beyond An efficient synthesis of the antitumor diterpenoid (+)-Zerumin B was achieved through the stereoselective addition of a new silyloxyfuryltitanium reagent to y-bicyclohomofarnesal. Previous work in our group established the relative stereochemistry at C-12 by a modestly stereoselective route to 12-ep/-zerumin B and zerumin B, starting from (-)- sclareol. The present work solved the stereochemical problem, allowing stereocontrol in the desired direction, and further established an alternative, highly efficient route to the penultimate intermediate (y-bicyclohomofarnesal) from commercially available (+)- sclareolide. In addition to clarifying the stereostructure of zerumin B, we were also able to correct the proposed structure of a purportedly new, unnamed diterpenoid from the medicinal plant Renealmia alpinia. The new expérimental procedure developed for attaining stereoselectivity in the silyloxyfuryltitanium addition to y-bicyclohomofarnesal, also served to improve the overall efficiency of our second generation total synthesis of dysidiolide. Finally, the first synthesis of the natural product villosin was achieved in only two steps from y-bicyclohomofarnesal by regiocontrolled aldolization with an in situ generated boron 2-furanolate, and p-elimination. This particular synthesis was carried out in the context of parallel investigations toward the stereocontrolled assembly of zerumin B.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/18621 |
| Date | 12 April 2018 |
| Creators | Wang, Jian-Xin |
| Contributors | Boukouvalas, John |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | xix, 366, 16 f., application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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