Ring-opening of cycloalkane epoxides and aziridines with aromatic amines : toward the total synthesis of pactamycin

Résumé Cette thèse consiste en trois thèmes résumés dans les paragraphes ci-dessous. L’influence de différents groupements protecteurs du groupe hydroxyle lors des réactions d’ouverture des cis- et trans- 3-hydroxy-1,2-époxycycloalcanes a été étudiée. Il a été montré que Yb(OTf)3 constituait un catalyseur doux pour l’ouverture régiosélective de cycles afin d’obtenir les -anilino cycloalcanols correspondants avec de bons rendements. Le chauffage du milieu réactionnel dans le toluène comme solvant a permis d’augmenter la cinétique de la réaction, au dépend du rendement. La partie aniline a été régiosélectivement introduite en position vicinale du groupe hydroxyle ou éther afin d’obtenir un unique régioisomère. La même tendance a été observée avec les époxydes du 3-azidocyclohex-1-ène et du 3-carbamate correspondant. Le temps de réaction a été réduit lorsque Yb(OTf)3 a été dissous dans l’acétonitrile. Le triflate d’ytterbium (III) a également été utilisé comme catalyseur pour l’ouverture de cycle régiosélective d’aziridines non-activées sur des cyclohexanes portant des substituants azotures ou éthers de benzyle. L’ion azoture ou l’aniline forment les produits trans correspondants, donnant alors accès à des diamines vicinales avec de bons rendements. Un éther ω-alcoxy p-méthoxybenzylique racémique, inhibiteur de HDAC, a été ainsi préparé en huit étapes synthétiques (rendement total de 26%) à partir du 1-((tert-butyldiphénylsilyl)oxy)hept-6-èn-2-ol. Ceci représente un progrès par rapport à la précédente méthode (9 étapes, rendement total de 16%). La métathèse croisée se montre particulièrement efficace et pratique dans cette stratégie et l’alkylation par le trichloroacétimidate de p-méthoxybenzyle en présence de Sc(OTf)3 améliore le rendement global de la synthèse. Un aminoalcool présent dans la pactamycine et contenant le squelette carboné, les groupements fonctionnels et la stéréochimie requise a été synthétisé en 27 étapes à partir de la L-thréonine. La méthodologie décrite dans cette thèse permet la synthèse de cet intermédiaire clé à l’échelle multigramme.

Synthèse stéréosélective de pipéridines et activation électrophile chimiosélective d’amides en présence de dérivés de la pyridine

L’importance des produits naturels dans le développement de nouveaux médicaments est indéniable. Malheureusement, l’isolation et la purification de ces produits de leurs sources naturelles procure normalement de très faibles quantités de molécules biologiquement actives. Ce problème a grandement limité l’accès à des études biologiques approfondies et/ou à une distribution sur une grande échelle du composé actif. Par exemple, la famille des pipéridines contient plusieurs composés bioactifs isolés de sources naturelles en très faible quantité (de l’ordre du milligramme). Pour pallier à ce problème, nous avons développé trois nouvelles approches synthétiques divergentes vers des pipéridines polysubstituées contenant une séquence d’activation/désaromatisation d’un sel de pyridinium chiral et énantioenrichi. La première approche vise la synthèse de pipéridines 2,5-disubstituées par l’utilisation d’une réaction d’arylation intermoléculaire sur des 1,2,3,4-tétrahydropyridines 2-substituées. Nous avons ensuite développé une méthode de synthèse d’indolizidines et de quinolizidines par l’utilisation d’amides secondaires. Cette deuxième approche permet ainsi la synthèse formelle d’alcaloïdes non-naturels à la suite d’une addition/cyclisation diastéréosélective et régiosélective sur un intermédiaire pyridinium commun. Finalement, nous avons développé une nouvelle approche pour la synthèse de pipéridines 2,6-disubstituées par l’utilisation d’une réaction de lithiation dirigée suivie d’un couplage croisé de Negishi ou d’un parachèvement avec un réactif électrophile. Le développement de transformations chimiosélectives et versatiles est un enjeu crucial et actuel pour les chimistes organiciens. Nous avons émis l’hypothèse qu’il serait possible d’appliquer le concept de chimiosélectivité à la fonctionnalisation d’amides, un des groupements le plus souvent rencontrés dans la structure des molécules naturelles. Dans le cadre précis de cette thèse, des transformations chimiosélectives ont été réalisées sur des amides secondaires fonctionnalisés. La méthode repose sur l’activation de la fonction carbonyle par l’anhydride triflique en présence d’une base faible. Dans un premier temps, l’amide ainsi activé a été réduit sélectivement en fonction imine, aldéhyde ou amine en présence d’hydrures peu nucléophiles. Alternativement, un nucléophile carboné a été employé afin de permettre la synthèse de cétones ou des cétimines. D’autre part, en combinant un amide et un dérivé de pyridine, une réaction de cyclisation/déshydratation permet d’obtenir les d’imidazo[1,5-a]pyridines polysubstituées. De plus, nous avons brièvement appliqué ces conditions d’activation au réarrangement interrompu de type Beckmann sur des cétoximes. Une nouvelle voie synthétique pour la synthèse d’iodures d’alcyne a finalement été développée en utilisant une réaction d’homologation/élimination en un seul pot à partir de bromures benzyliques et allyliques commercialement disponibles. La présente méthode se distincte des autres méthodes disponibles dans la littérature par la simplicité des procédures réactionnelles qui ont été optimisées afin d’être applicable sur grande échelle.

Progrès vers la synthèse totale de la calyciphylline B

Les alcaloïdes Daphniphyllum constituent une vaste famille de produits naturels isolés à partir de plantes à feuillage persistant couramment utilisés dans la médecine chinoise traditionnelle. Ils affichent une gamme impressionnante d'activités biologiques; antipyrétique, anti-inflammatoire, antioxydant et même anticancéreux. La calyciphylline B appartient à cette famille et possède un motif original comprenant sept stéréocentres adjacents, dont un stéréocentre quaternaire tout carbone, avec un échafaudage hexacyclique. Sa structure a été déterminée par données spectroscopiques, plus précisément par des techniques de RMN 2D. Malgré le peu d'information sur son activité biologique, sa synthèse représente sans le moindre doute un grand défi pour les chimistes organiciens. Le groupe de recherche du Prof. Hanessian a entrepris la synthèse totale de la calyciphylline B en 2010, laquelle est toujours en cours. Une nouvelle approche a été développée pour la préparation d'un intermédiaire azabicyclo[3.3.0]octane avancé. Ce mémoire résume les travaux de recherche de l'auteur sur les progrès réalisés pour la voie alternative élaborée par le groupe du prof. Hanessian. Le travail effectué comprend la formation d'un stéréocentre quaternaire, l'alkylation d'un énolate sur un triflate d'alkyle secondaire, une réduction diastéréosélective, une cyclisation réductrice ainsi qu'une oxydation de Wacker régiosélective.

Réaction de photocyclodéshydrogénation par catalyse photorédox

Cette thèse présente une nouvelle méthode pour accomplir la réaction de Mallory en utilisant la lumière visible. Pour atteindre ce but, la chimie photorédox qui s'est développée ces dernières années permettra une utilisation efficace de la lumière visible. De plus, la chimie en flux continu sera utilisé afin d'augmenter la surface irradiée du mélange réactionnel. Au cours de ces travaux, une nouvelle méthodologie photochimique utilisant un photocatalyseur de cuivre avec la lumière visible a été efficace pour la synthèse du 5hélicène. Un mécanisme de désactivation oxydante est proposé pour cette réaction. Par ailleurs, cette nouvelle méthodologie a été utilisée pour la synthèse d'un dérivé du 5hélicène et d'un 4hélicène-pyrène hybride. Par la suite, la méthodologie photochimique utilisant un photocatalyseur de cuivre avec la lumière visible a servi à la synthèse de divers carbazoles substitués au niveau de l'azote par des groupements aryles et alkyles. Au cours de cette synthèse, la réaction a révélé un problème de régiosélectivité. Ce dernier a été étudié par la synthèse de nouvelles triarylamines. Finalement, il a été découvert que l'utilisation d'un photocatalyseur de fer peut remplacer le photocatalyseur de cuivre en utilisant l'oxygène comme oxydant pour la synthèse de 9-phénylcarbazole.

Formal total synthesis of (±)-conduramine E utilising the Bryce-Smith-Gilbert photoamination reaction

Utilising a Bryce-Smith-Gilbert photoamination of benzene as a key step, a synthesis of ()-conduramine E was carried out. A highly regioselective dihydroxylation of a cyclic diene was effected utilising Sharpless AD-mix-b.

Stille reactions of 2,3-bis(stannyl)butenoates: an unexpected regioselectivity

The palladium-catalyzed cross-coupling reaction of methyl (Z)-2,3-bis(tributylstannyl)butenoate with aryl iodides is regioselective, leading to 2-aryl-3-stannylated products; this selectivity is the opposite to that observed in the reaction between halides and 3,4-bis(stannyl)furan-2(5H)-one. Since the resulting butenoates can be converted into the corresponding furanones, the method provides useful flexibility in the preparation of functionalized butenoates and furanones.

Hydroxyselanylation of acyloxycyclohex-3-enes

In contrast to the corresponding hydroxyiodination reactions, the reaction of acetoxycyclohex-2-ene 1 with N-PSP in the presence of water shows little regiocontrol, but is highly diastereoselective. However, the same reaction of the (R)-phenylglycinate derivative of (+/-)-cyclohexen-3-ol is highly diastereoselective, and regioselective. A hydrogen-bonding interaction is proposed to rationalize these differing selectivities. (c) 2007 Published by Elsevier Ltd.

Synthesis of FimH receptor-active manno-oligosaccharides by reverse hydrolysis using alpha-mannosidases from Penicillium citrinum, Aspergillus phoenicis and almond

Recombinant Penicillium citrinum alpha-1,2-mannosidase, expressed in Aspergillus oryzae, was employed to carry out regioselective synthesis of alpha-D-mannopyranosyl-(1-->2)-D-mannose. Yields (w/w) of 16.68% disaccharide, 3.07% trisaccharide and 0.48% tetrasaccharide were obtained, with alpha1-->2 linkages present at 98.5% of the total linkages formed. Non-specific alpha-mannosidase from almond was highly efficient in reverse hydrolysis and oligosaccharide yields of 45-50% were achieved. The products of the almond mannosidase were a mixture of disaccharides (30.75%, w/w), trisaccharides (12.26%, w/w) and tetrasaccharides (1.89%, w/w) with 1-->2, 1-->3 and 1-->6 isomers. alpha-1,2-linkage specific mannosidase from P. citrinum and alpha-1,6-linkage-specific mannosidase from Aspergillus phoenicis were used in combination to hydrolyse the respective linkages from the mixture of isomers, resulting in alpha-D-mannopyranosyl-(1-->3)-D-mannose in 86.4% purity. The synthesised oligosaccharides can potentially inhibit the adhesion of pathogens by acting as 'decoys' of receptors of type-1 fimbriae carried by enterobacteria.

Aldol reaction of butane-2,3-diacetal protected methyl glycerate

The addition of aldehydes to butane-2,3-diacetal has been investigated. The reaction was shown to be both regioselective and diastereoselective by 1H NMR spectroscopy. The configuration of the newly formed stereocenter was determined by Mosher’s ester analysis.

Zinc mediated azide-alkyne ligation to 1,5- and 1,4,5-substituted 1,2,3-triazoles

A mild method for regioselective formation of 1,5-substituted 1,2,3-triazoles is described. The zinc-mediated reaction works at room temperature and is successful across a wide range of azido/alkynyl substrates. Additionally, the triazole 4-position can be further functionalized through the intermediate aryl-zinc to accommodate a diverse three-component coupling strategy.

Strategies and methods for the attachment of amino acids and peptides to chiral [n]polynorbornane templates

A versatile synthesis of amino acid and peptide functionalised [n]polynorbornane scaffolds is described. The frameworks are constructed using the stereoselective and regioselective cycloaddition of suitably functionalised chiral cyclobutene epoxides with similar norbornenes. The strategies employed allow a range of topologies to be accessed and a number of regioselectively addressable linkage points to be accommodated.

Total synthesis of (±)-hyphodermins A and D

An efficient formal synthesis of (±)-hyphodermins A and D, metabolites of Hyphoderma radula, has been completed in 12 and 11 steps, respectively. The tricyclic carbon skeleton of enone 6 was rapidly assembled from diester 11 via an α brominationn−elimination sequence followed by anhydride formation. Regioselective reduction of the lactone group of enone 6 with LiAlH(t-BuO)3 gave lactol 15. Lactol 15 was converted in two steps to (±)-hyphodermin D, without the need for complex protection−deprotection strategies. Lactol 15 was converted in three steps to (±)-hyphodermin A, via the key step of epoxidation of an enone in the presence of a THP lactol. A combination of NMR and ab initio studies suggests that the structures of hyphodermin C and D should be interchanged.

Understanding and applying fused [n] polynorbornane scaffolds in supramolecular chemistry

The research here provides a better understanding of how the fused [n]polynorbornane framework effects the binding of anions (by exploring a case of regioselective binding) as well as exploring new ways of incorporating the rigid framework into a natural setting (stapled peptide).

Biosynthesis of antimalarial lignans from Holostylis reniformis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Terpenos e lignanas de Aristolochiaceae

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)