Tesis sobre el tema "Arylation coupling"

The research conducted for this thesis has led to the development of an intramolecular gold-catalysed direct arylation protocol whereby tethered arenes and aryltrimethylsilanes are coupled (Scheme 1). In Chapter 1, the key synthetic and mechanistic studies that have ultimately led to the conception of this project are introduced. In Chapter 2, the substrate scope of intramolecular direct arylation is assessed. The reaction tolerates a wide range of substrates with tether lengths between one and five units (containing C, N and O) generating 5- to 9- membered rings. Substrates that lead to 5-membered rings (1 → 2) can tolerate a broad electronic range of substituents and proceed under the mildest reaction conditions (≤ 1 mol% catalyst, room temperature) and with excellent yields. A smaller collection of examples is demonstrated for the cyclisation to 6- and 7- membered rings (3 → 4, 5 → 6), but no heating is required and good yields are maintained throughout the series. The synthetically challenging synthesis of 8- and 9- membered rings (7 → 8, 9 → 10) is successful, albeit with slightly more forcing conditions (4 mol%, up to 50 °C). The methodology was subsequently applied in the successful 10-step synthesis of natural product allocolchicine 11. In Chapter 3, the operative reaction mechanism is elucidated. Reaction monitoring techniques allowed for the detailed study of linear free energy relationships (LFERs) and kinetic isotope effects (KIEs), which in turn allowed for deduction of the reaction turnover-limiting step (TLS) and thus the first quantitative experimental data on the effects of aryl electron demand and conformational freedom on the rate of reductive elimination from diarylgold(III) species. The mechanistic investigation led to the observation of complex kinetic profiles for specific substrates. The origin of these unusual effects is the focus of Chapter 4. By combining experiment with kinetic simulation, an off-cycle catalyst inhibition pathway was identified and the understanding of this process allowed for a re-optimisation of reaction conditions. In Chapter 5, the general kinetic parameters that could govern any domino reaction combining inter- and intramolecular direct arylation are deduced through kinetic analysis and simulation of hypothetical systems. The results of the kinetic analysis were proved experimentally through the successful combination of intra- and intermolecular gold-catalysed direct arylation. The products of intramolecular cyclisation 2, generated in-situ, are demonstrated to couple with intermolecular aryltrimethylsilanes 12, resulting in a rapid increase in molecular complexity from simple substrates in one pot.

La sérotonine ou 5-hydroxytryptamine (5-HT) est un neurotransmetteur impliqué dans un grand nombre de fonctions physiologiques (thermorégulation, mémoire, sommeil, humeur…). La pluralité des troubles engendrés par un dysfonctionnement sérotoninergique s’explique par le grand nombre de récepteurs associés (5-HT1 à 5-HT7, eux-mêmes divisés en sous-groupes). Parmi eux, les récepteurs 5-HT6 et 5-HT7 sont les derniers à avoir été identifiés. A ce jour bien que leurs rôles biologiques restent méconnus, ils sembleraient être impliqués dans certaines pathologies psychiatriques (dépression, anxiété, schizophrénie…) et pourraient représenter de nouvelles cibles thérapeutiques. Ainsi, dans un premier temps, une étude bibliographique présentera l’ensemble des récepteurs sérotoninergiques et détaillera les travaux relatant des 5-HT6 et 5-HT7. La seconde partie sera consacrée à la synthèse de ligands potentiels des 5-HT7 et à l’étude de relation structure-activité associée. L’exemplification d’une réaction de C2-arylation d’indole inédite catalysée par le cuivre fera l’objet de la troisième partie. La quatrième partie sera consacrée à la synthèse de ligands antagonistes connus des récepteurs 5-HT6 afin de les employer comme radiotraceurs potentiels. Cette partie exposera également la synthèse de ligands potentiels inédits de ces récepteurs. Enfin, les premiers résultats de radiosynthèse et de leur application TEP (Tomographie à Emission de Positons) seront exposés
Serotonin or 5-hydroxytryptamine (5-HT) is a neurotransmitter involved in many physiological functions (thermoregulation, memory, sleep, mood ...). The plurality of disorders caused by a serotonergic dysfunction due to the large number of receptors involved (5-HT1 to 5-HT7, divided themselves into sub-groups). Among them, the 5-HT6 and 5-HT7 are the last to be identified. To date, although their biological roles remain unknown, they appear to be involved in some psychiatric disorders (depression, anxiety, schizophrenia ...) and could represent new therapeutic targets. Thus, initially, a bibliographic study will present all the serotonin receptors and detail work on the 5-HT6 and 5-HT7. The second part will be devoted to the synthesis of potential ligands of 5-HT7 and the study of structure-related activity. The exemplification of a reaction of C2-arylation of indole catalyzed by copper will be the third party. The fourth part will be devoted to the synthesis of antagonists ligands known of 5-HT6 receptors in order to use them as potential radiotracers. This part also describes the synthesis of novel potential ligands of these receptors. Finally, preliminary results of radiosynthesis and their application PET (Positron Emission Tomography) are exposed

Les performances des catalyseurs à base de palladium dans diverses réactions de couplage croisé ont suscité un intérêt croissant depuis les années soixante-dix et le développement de versions énantiosélectives a fait l’objet de recherches intensives. Dans ce domaine, les ligands auxiliaires N-hétérocycliques carbènes (NHCs) monodentates possédant de bonnes propriétés σ donneur et π-accepteur confèrent au métal d’excellentes réactivités. Les ligands NHCs sont appelés ligands intelligents, car leurs propriétés électroniques et stériques peuvent être finement ajustées à des transformations catalytiques spécifiques. Par conséquent, les complexes chiraux NHC-Pd sont une classe de catalyseurs chiraux qui se sont développés rapidement au cours des dernières décennies. Néanmoins, de nouveaux catalyseurs avec une réactivité et une énantiosélectivité améliorées sont nécessaires car seules quelques applications sont réellement développées dans l’industrie. L’objectif de mon doctorat était d’étudier un nouveau concept de complexes chiraux NHC-Pd et leurs applications pour explorer de nouvelles transformations catalytiques. Le premier chapitre expose la chimie du carbène en tant que ligands des métaux de transition avec les principales réalisations décrites dans la littérature. Les propriétés chimiques des NHCs sont également brièvement présentées. Dans ce chapitre, les différents designs de ligands chiraux NHC pour la catalyse à base de palladium sont résumés ainsi que les applications dans la catalyse énantiosélective. Enfin, des études antérieures sur les complexes chiraux NHC-palladium réalisées dans notre laboratoire sont présentées afin de définir les objectifs et les enjeux de mon travail de doctorat. Dans le deuxième chapitre de ce manuscrit, nous analysons les avantages et les inconvénients des catalyseurs développés dans notre groupe, afin de simplifier les étapes de synthèse et d’améliorer l’activité catalytique. En conséquence, certains nouveaux complexes NHC-avec chiralité axiale ont été conçus et synthétisés par des méthodologies de synthèse décrites dans la littérature. Les complexes chiraux de palladium possédants un NHC de symétrie C2 ont été d’abord préparés puis les diastéréoisomères ont été purifiés par chromatographie sur colonne de gel de silice pour éliminer les composés méso. Par la suite, les complexes hétérochiraux ont été résolus par HPLC chirale à l’échelle préparative pour les obtenir sous forme énantiomériquement pure. Enfin, la réactivité catalytique et l’induction énantiomérique que permet d’atteindre ces catalyseurs Pd-NHC-chiraux ont été évaluées dans une réaction modèle : l’α-amide arylation d’amides. De très bonnes inductions chirales ont été atteintes.Dans le troisième chapitre, de nouvelles transformations catalysées par le palladium ont été conçues et étudiées avec les nouveaux complexes chiraux-NHC précédemment établis en laboratoire. Après une étape d’optimisation des conditions de réaction et le criblage de plusieurs catalyseurs, nous avons constaté que ces nouveaux catalyseurs permettent d’obtenir une bonne induction chirale dans l’α-arylation de cétones. Nous avons également essayé l’hydrogénation catalysée par des complexes Pd-NHC cependant cette réaction n’a pas conduit à des résultats notables. Les réactions de couplage de Kumada ont également été étudiées pour synthétiser des métacyclophanes possédant une chiralité planaire. Divers métacyclophanes chiraux ont été préparés et leurs stabilités de configuration ont été étudiées. Des conditions de réaction optimales ont été identifiées afin de réaliser cette réaction asymétrique avec de bons résultats en termes de réactivité et d’énantiosélectivité
The performances of palladium-based catalysts in various cross-coupling reactions have attracted an ever-growing attention since the seventies and the development of enantioselective versions was the subject of intensive research. In this field, monodentate auxiliary N-heterocyclic carbene (NHCs) ligands possessing robust σ-donating and adaptable π-accepting properties confer to the metal excellent reactivities. NHCs ligands are referred as smart ligands, because their electronic and steric properties can be finely tuned to specific catalytic transformations. Therefore, chiral NHC-Pd complexes are a class of chiral catalysts that have developed rapidly in the recent decades. Nevertheless, new catalysts with enhanced reactivity and enantioselectivities are required as only few applications are actually developed in the industry. The goal of my Ph.D. was the investigated of a new design of chiral NHC-Pd complexes and their application to explore new catalytic transformations. The first chapter is focused on carbene chemistry as ligands of transition metals with main achievements reported in the literature. Chemical properties of NHCs have been also reviewed. In this chapter, the different designs of chiral NHC ligands for palladium-based catalysis reported in the literature as well as their applications in enantioselective catalysis have been also surveyed. Finally, previous studies on chiral NHC-palladium complexes in our laboratory are presented in order to define the objectives and issues of my Ph.D. work. In the second chapter of this manuscript, we analyze the advantages and disadvantages of the catalysts developed in our group, with the goal of simplifying the synthesis steps and improving the catalytic activity. As a result, some novel NHC-Pd complexes with axial chirality were designed and synthesized by known synthetic methods. The synthesized C2-symmetric NHC-Pd complexes were first attempted to separate diastereomers by silica gel column chromatography to remove meso compounds. Subsequently, heterochiral complexes were resolved in enantiomerically pure form by preparative-scale chiral HPLC. Finally, the catalytic reactivity and enantiomeric inductions of these highly enantiomerically pure chiral NHC-Pd catalysts were evaluated in the benchmark reaction: α-amide arylation of amides. Up to good chiral inductions were reached.In the third chapter, novel palladium-catalyzed transformations were investigated and developed with the new chiral Pd-NHC complexes previously established in the laboratory. After the optimization of reaction conditions and the screening of several catalysts, we found that these new catalysts can achieve good chiral induction in the α-arylation of ketones. We also tried NHC-Pd catalyzed hydrogenation, although the reaction did not lead to noticeable results. Kumada coupling reactions were also studied to synthesize planar-chiral metacyclophanes. Various chiral metacyclophanes have been prepared and their configurational stabilities have been investigated. Finally, optimal reaction conditions have been identified allowing to carry this asymmetric reaction with good results in terms of both reactivity and enantioselectivity

Stroke is the 3rd leading cause of death in the United States. For this reason, it has become our goal to find a drug that is capable of reestablishing intracellular and extracellular Ca+2 flux upon direct binding to the sigma receptor, which can be delivered easily and efficiently. Our active research focuses the development of guanidine analogues that can serve as therapeutic drugs which target sigma 1 and sigma 2 receptors having a direct effect on Ca+2 levels on the cell. The use of symmetrical guanidine analogues such as N,N'-di-o-tolyl guanidine (o-DTG) as therapeutic drugs for ischemic stroke, is promising due to the fact that neuronal cells can restore the proper blood flow and block Ca+2 flux into the cell. Our main objective is to be able to develop a cost efficient, mild reaction methodology that affords access to guanidine analogues. The synthetic design of the guanidine analogues has been accomplished using copper-catalyzed cross-coupling diarylation reaction. This methodology employs a non-expensive guanidine salt and substituted aryl iodides along with N,N'-diethylsalicylamides as the key ligand in this strategy. Similar methodology was employed for the synthesis of monoarylated amidines employing ligand-free conditions for the copper-catalyzed cross-coupling reaction. Moreover, efforts to find alternative methodologies to access other sigma receptor ligands were accomplished. A new method to create N,N'-disubstituted carbamides employed HATU as a peptide coupling agent allowing for the formation of carbamides using the inexpensive guanidine nitrate and carboxylic acids as starting materials. Studies on the sigma response of the cortical neuron cell were conducted upon completion of the analogue design. Moreover, it was discovered that N,N'-di-p-bromophenyl guanidine (p-BrDPhG) gave a higher Ca+2 inhibition than N,N'-di-o-tolyl guanidine (o-DTG). Experimental studies, such as the middle cerebral occlusion were conducted on rats and subsequent injections of the p-BrDPhG at 24, 48, and 72 hours' time marks. When compared to o-DTG, it was found that p-BrDPhG is better at reducing the ischemic volume on the brain size

A ce jour, l’un des défis dans le développement des couplages directs catalytiques de type [C-H / C-CO2H] et [C-H / C-H] est de fonctionnaliser des briques moléculaires à haute valeur ajoutée synthétique possédant un haut potentiel d’aménagement dans le but d’accroître la diversité structurelle et fonctionnelle. Les éthers d’énols font partis de cette classe de motif structuraux ; cependant un déficit de méthodes de fonctionnalisation économiques en termes d’étapes, faciles à mettre en oeuvre et permettant de contrôler la régiosélectivité (α/β) et la stéréochimie (E/Z) de ces derniers est clairement observé. Ce travail de thèse s’inscrit dans ce contexte et a pour objectif de développer de nouvelles méthodes d’(hétéro)arylations régio- et stéréosélectives des α-carboxyvinyl éthers par couplages directs déshydrogénants [C-H / C-H] et décarboxylants [C-H / C-CO2H] impliquant deux partenaires de couplage inédits, les acides α-alkoxycinnamiques et les α-étheroxyacrylates d’éthyle. Ainsi, un premier chapitre a porté sur le développement d’une première méthodologie de préparation d’éthers d’énol gem-hétéroarylés basée sur l’engagement d’acides cinnamiques α-alkoxylés dans le couplage direct de type [C–CO2H / C–H] sous catalyse coopérative Pd(0) / Cu(I). Cette méthodologie a ensuite permis d’accéder aux 2-cétohétéroarènes α-énolisables après modulation de la fonction éther d’énol, et ces derniers ont ensuite été valorisés pour conduire aux systèmes 2,4’-bis-azoliques présents dans les polypeptides naturels. Les deux autres chapitres, deux et trois, ont été consacrés à l’étude de la fonctionnalisation de la position β d’éthers d’énol par couplages direct régio- et stéréosélectif pallado-catalysés des α-étheroxyacrylates d’éthyle selon deux stratégies : (1) Le couplage de Heck oxydatif décarboxylants de Myers de type [C-H / C-CO2H] avec les dérivés d’acides benzoïques et (2) le couplage oxydatif de Fujiwara-Moritani de type [C-H / C-H]
To date, one of the challenges in the development of catalytic direct couplings of [CH / C-CO2H] and [CH / CH] type is the functionalization of molecules, with high synthetic value, having a high potential of development in the goal of increasing structural and functional diversity. Enol ethers are part of this class of structural motifs; however, till now, no economical and selective functionalization method have been developed. In this context, the aim of this work was to develop a selective (hetero)arylation strategy of α-carboxyvinyl ether by direct dehydrogenative CH/ CH or decarboxylative C-H / C-CO2H cross coupling using α-alkoxy cinnamics acid and α-etheroxyacrylates as coupling partners. The first chapter has been focused on the development of the first methodology for the preparation of gem-heteroaryl enol ethers based on the engagement of α-alkoxylated cinnamic acids in the direct coupling of [C-CO2H / C-H] type under cooperative Pd(0) / Cu(I) catalysis. This methodology gave access to the α-enolizable 2-ketoheteroarenes after modulation of the enol ether function, and these were then valorized to give the 2,4'-bis-azole systems that are present in the natural polypeptides. The second and third chapters have focused on the study of β-functionalization of enol ethers by direct and selective Pd-catalyzed coupling of ethyl α-etheroxyacrylates according to two strategies: (1) Myers’s type decarboxylative Heck coupling [C-H / C-CO2H] with benzoic acid derivative and (2) Fujiwara-Moritani’s type [C-H / C-H] oxidative coupling

L'objectif principal de cette thèse est de parvenir, au moyen des méthodes de la chimie computationelle, à une meilleure compréhension des processus de couplages catalysés par le palladium. Une attention toute particulière a été apportée à l'étude de l'influence électronique des ligands du palladium (phosphine ou carbène N-hétérocyclique) sur les profils énergétiques des trois principales transformations: addition oxydante, transmetallation et élimination réductrice. Pour quantifier cette influence électronique, deux méthodes d'analyse différentes ont été utilisées : NBO et NOCV. La méthode NBO est classique alors que la méthode NOCV est plus récente. Il convenait pour cette dernière de tester sa pertinence pour le problème étudié.De plus, en collaboration avec différents groupes d'expérimentateurs, le mécanisme de deux réactions catalysées au Pd ont été étudiés:hydrophosphonylation du styrène et arylation directe de dérivés aromatiques fluorés. Dans chacun des cas, l'objectif principal était d'identifier les facteurs à l'origine des régiosélectivités observées
The main objective of the present thesis is to get a better understanding of the Pd-catalyzed cross-coupling reactions, using the tools of computational chemistry. In particular, a detailed mechanistic study of all the possible reaction paths was carried out with different supporting ligands at palladium (phosphines and N-heterocyclic carbenes) in order to understand the elctronic influence of the latter on the three main steps : oxidative addition, transmetalation and reductive elimination. To probe the electronic influence of the ligands, the well-known Natural Bond orbital (NBO) analysis and the innovative Charge Displacement via Natural Orbital for Chemical Valence (NOCV) were used. In addition, two computational studies of Pd-catalyzed transformations were carried out in collaboration with some experimental groups : hydrophosphonylation of alkenes and direct arylation of fluorinated substrated aromatic rings. The main purpose of these studies was to identify the factors at the origin of the regioselectivity observed

L’accès à de nouveaux composés hétérocycliques originaux biologiquement actifs nécessite la mise au point de nouvelles méthodes de synthèse rapides et efficaces. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à la réactivité des indazoles. Dans la première partie, nous avons étudié la sélectivité des couplages de type Suzuki, pour fonctionnaliser la position 3 d’indazoles possédant la fonction NH libre. Par la suite, un nouveau procédé d’(hétéro)arylation direct pallado-catalysé régiosélectif a été mis à profit pour synthétiser des indazoles fonctionnalisés tant sur la position 3 que sur le sommet 7. Nous avons ensuite montré la possibilité d’accéder à des entités disubstituées indazoliques en une seule étape, via une procédure "one-pot". Afin d’accroître la diversité autour du noyau indazole, nous avons mis au point une réaction d’alcénylation oxydative pallado-catalysée, des (2H)- et (1H)-indazoles sur les sommets C-3 et C-7. Pour exemplifier cette méthodologie, nous avons développé une synthèse en trois étapes du Gamendazole, composé actuellement en phase clinique pour la contraception masculine et ce, en utilisant l’alcénylation directe en C3 d’(1H)-indazoles convenablement fonctionnalisés. Le dernier volet de ce mémoire a été consacré à la préparation de composés à structure indazolique contenant une fonction sulfonamide afin de générer des librairies de dérivés substitués par un tel motif, dans le but de les tester biologiquement dans le domaine des anticancéreux
Access to new biologically active compounds requires the development of new rapid and efficient methods for the synthesis of original heterocyclic scaffolds. In this context, we decided to focus particularly on the reactivity of indazoles. First, we studied the selectivity of Suzuki cross-coupling reaction to functionalize position 3 of the indazole with the free NH function. Indeed, we have described the first example of the direct and regioselective palladium-catalyzed (hetero)arylation of indazoles, the reaction may be induced to occur at either in position 3 and 7. We then showed the possibility of "one-pot" synthesis of disubstituted indazolic entities. Moreover, in order to increase diversity around the indazole scaffold, we developed a direct and regioselective alkenylation of (2H)- and (1H)-indazoles by oxidative palladium catalyzed at the C-3 and C-7, then we envisaged a three staps synthesis of Gamendazole, molecule currently in clinical phase for male contraception, by using the direct alkenylation at C3 of the suitably functionalized (1H)-indazoles. The last part of this report was dedicated to the preparation of indazoles containing a sulphonamide function, with the aim of biological testing them as potentially anti-cancer candidates

Depuis de nombreuses années, des notions telles que « l'économie d'atome » ou encore la nécessité de développer des méthodes de valorisation rapide des hydrocarbures, ont pris une place importante en chimie organique. Dans ce contexte, la fonctionnalisation de liaisons carbonehydrogène (C–H) s'avère être un outil puissant de la chimie moderne, thématique fort présente au sein du laboratoire depuis de nombreuses années. En 2010, le développement de la réaction de β- arylation d'esters a initié au sein du laboratoire de nouvelles perspectives. L'extension de cette réaction fait l'objet des travaux de recherches réalisés dans ce manuscrit, pour la fonctionnalisation de liaisons C(sp3)–H en position α, β et γ d'amines. Ces structures sont présentes au sein de nombreuses molécules naturelles de la famille des alcaloides, ou molécules d'intérêt pharmacologique, ce qui en fait des motifs d'intérêt majeur. Les travaux réalisés dans le cadre de ce projet de thèse s'articulent autour de la réaction de couplage de Negishi (co-lauréat du prix Nobel de Chimie 2010), qui est un outil de synthèse puissant pour la formation de liaisons carbone-carbone. Son application aux couplages migratoires est au coeur des développements présentés dans ce manuscrit, selon trois grands axes de recherche. Le premier s'intéresse à la réalisation de couplages palladocatalysés sélectifs en positions β de N-Boc-pipéridines. Il y est développé l'importance de la flexibilité des ligands biarylphosphines dans le contrôle de la sélectivité α/β. Le second étudie l'extension de ces premiers travaux pour l'α– et β–fonctionnalisation sélective de N-Boc-amines acycliques, qui a nécessité de nouvelles avancées pour la lithiation dirigée d'amines acycliques, et le développement de nouvelles biarylphosphines plus flexibles, et plus sélectives. L'étude des étapes de lithiation, et de transmétallation, a été réalisée par analyse IR in-situ, ainsi que l'influence d'aryles aux propriétés électroniques variées lors de l'α-arylation. Un dernier axe d'étude pour la γ- fonctionnalisation d'allylamines, permet d'étendre le champ d'application du couplage de Negishi pour la fonctionnalisation C–H d'alkylamines, pour la formation de γ–arylamines et β–aryles aldéhydes
Since several years, the emergence of terms such as atom- and step-economy, or the need for the development of rapid and efficient synthetic methods have taken an important place in chemistry. In this context, the transition-metal-catalyzed functionalization of unactivated carbonhydrogen bonds has emerged as a powerful tool and an important field of research. In 2010, the development of the β arylation of esters has initiated a new perspective in our laboratory, and has been at the origin of the research described in this manuscript on the selective C(sp3)–H functionalization of amines at α, β and γ positions. The work performed during this Ph.D. project is related to the Negishi cross-coupling reaction (co-laureate of Chemistry Nobel prize in 2010), an important method for the formation of carbon-carbon bonds. Three different aspects are explored in this manuscript. The first one deals with the development of the palladium-catalyzed β -arylation of N-Boc-piperidines, which highlights the importance of ligand flexibility to control the α- vs. β- arylation selectivity. The second part focuses on the selective α - and β -functionalization of acyclic N-Boc-amines, which required to reinvestigate the directed lithiation of acyclic amines and to synthesize new biarylphosphines possessing greater flexibility. A kinetic analysis of each individual step from the lithiation to the α -arylation was performed by in situ IR spectroscopy, and proved an efficient method to gain further mechanistic insights. Finally, we have developed a selective γ - arylation reaction of allylamines, which represents a new extension of the Negishi cross-coupling for the C–H functionalization of alkylamines, and allows a direct access to valuable γ -arylamines and β - arylaldehydes

The antiviral or anticancer activities of C-5 modified pyrimidine nucleoside analogues validate the need for the development of their syntheses. In the first half of this dissertation, I explore the Pd-catalyzed cross-coupling reaction of allylphenylgermanes with aryl halides in the presence of SbF5/TBAF to give various biaryls by transferring multiple phenyl groups, which has also been applied to the 5-halo pyrimidine nucleosides for the synthesis of 5-aryl derivatives. To avoid the use of organometallic reagents, I developed Pd-catalyzed direct arylation of 5-halo pyrimidine nucleosides. It was discovered that 5-aryl pyrimidine nucleosides could be synthesized by Pd-catalyzed direct arylation of N3-free 5-halo uracil and uracil nucleosides with simple arenes or heteroaromatics in the presence of TBAF within 1 h. Both N3-protected and N3-free uracil and uracil nucleosides could undergo base-promoted Pd-catalyzed direct arylation, but only with electron rich heteroaromatics. In the second half of this dissertation, 5-acetylenic uracil and uracil nucleosides have been employed to investigate the hydrogermylation, hydrosulfonylation as well as hydroazidation for the synthesis of various functionalized 5-vinyl pyrimidine nucleosides. Hydrogermylation of 5-alkynyl uracil analogues with trialkylgermane or tris(trimethylsilyl)germane hydride gave the corresponding vinyl trialkylgermane, or tris(trimethylsilyl)germane uracil derivatives. During the hydrogermylation with triphenylgermane, besides the vinyl triphenylgermane uracil derivatives, 5-[2-(triphenylgermyl)acetyl]uracil was also isolated and characterized and the origin of the acetyl oxygen was clarified. Tris(trimethylsilyl)germane uracil derivatives were coupled to aryl halides but with decent yield. Iron-mediated regio- and stereoselective hydrosulfonylation of the 5-ethynyl pyrimidine analogues with sulfonyl chloride or sulfonyl hydrazine to give 5-(1-halo-2-tosyl)vinyluracil nucleoside derivatives has been developed. Nucleophilic substitution of the 5-(β-halovinyl)sulfonyl nucleosides with various nucleophiles have been performed to give highly functionalized 5-vinyl pyrimidine nucleosides via the addition-elimination mechanism. The 5-(β-keto)sulfonyluracil derivative has also been synthesized via the aerobic difunctionalization of 5-ethynyluracil analogue with sulfinic acid in the presence of catalytic amount of pyridine. Silver catalyzed hydroazidation of protected 2'-deoxy-5-ethynyluridine with TMSN3 in the presence of catalytic amount of water to give 5-(α-azidovinyl)uracil nucleoside derivatives was developed. Strain promoted Click reaction of the 5-(α-azidovinyl)uracil with cyclooctyne provide the corresponding fully conjugated triazole product.

Les bicycles imidazo-imidazoles constituent une classe de composés hétérocycliques intéressants tant sur le plan chimique que pharmaceutique. Ils jouent un rôle très important dans la synthèse et la fonctionnalisation des composés à visé thérapeutique. Dans le cadre de la recherche de nouveaux candidats inhibiteurs de kinases, nous avons développé une voie de synthèse des imidazo[1,2-a]imidazoles mono- et bifonctionnalisés. Par la suite, nous avons mis au point une stratégie de synthèse rapide et efficace de bicycles imidazo[1,5-a]imidazolin-2-one et imidazo[1,5-a]imidazole. En outre, nous avons développé deux stratégies de fonctionnalisation via des réactions de couplage pallado-catalysées. Finalement nous avons synthétisé le motif imidazo[1,5-a]imidazole via la réaction de Groebke-Blackburn-Bienaymé (GBB). La potentialité de cette réaction a été exploitée dans des réactions decyclisation intramoléculaire! afin de préparer une nouvelle chimiothèque de composés polyhétérocycliques azotés
The imidazo-imidazoles bicycles have received special attention among other nitrogen cycles due to their biologically interesting properties exploited in the medicine manufacturing. The imidazo-imidazole scaffold is one of the most representative nitrogen containing heterocycle, as it plays a significant role and possesses a major interest in drug synthesis and functionalization. In this work we report firstly a synthetic pathway to novel imidazo[1,2-a]imidazoles candidates for CKD inhibitors. Secondly we develop two strategies to prepareimidazo[1,5-a]imidazoles and their reactivity via pallado-catalyzed reactions. Finally, we disclose a fast and an efficient access to imidazo[1,5-a]imidazoles by using the Groebke-Blackburn-Bienaymé reaction (GBB), followed by a palladium catalysed intramolecular cyclization, affording thus new tetracyclic products with an elevated degree of molecular diversity

Palladium-catalysed coupling reactions have been embraced by synthetic chemists as one of the preferred means for smooth formation of new carbon-carbon bonds: a truly ubiquitous methodology of synthesizing complex molecules. This thesis describes the study of a series of palladium(0)-catalysed C2-arylations of a 1-cyclopentenyl ether, equipped with a chiral (S)-N-methyl-pyrrolidine auxiliary. The investigated olefin was demonstrated to undergo Si-face insertion, providing (R)-configuration of the arylated C2-carbon. In addition, the mild and novel palladium(II)-catalysed dominoHeck/Suzuki β,α-diarylation-reduction of a dimethylaminoethyl-substituted chelating vinyl ether was developed using arylboronic acids as arylating agents in combination with 1,4-benzoquinone (BQ). Further, highly regioselective palladium(II)-catalysed α-and β-monoarylation of the chelating vinyl ether was achieved using either a bidentate ligand or by employing ligand-less conditions. These studies demonstrate that the choice of ligands has a profound effect on the reaction outcome, as productive β,α-diarylation could only be obtained by suppressing the competing β-hydride elimination using BQ as the stabilising ligand and terminal reoxidant. The pivotal role of BQ in the reaction was studied using computer-aided density functional theory calculations. The calculations highlight the crucial role of BQ as a Pd(II)-ligand. In addition of serving as an oxidant of palladium, the calculations support the view that the coordination of BQ to the Pd(II)-centre in the key σ-alkyl complex leads to a low-energy pathway, aided by a strong η2 Pd-BQ donation-back-donation interaction. Furthermore, an investigation of the scope and limitations of novel stereoselective and BQ-mediated palladium(II)-catalysed domino Heck/Suzuki β,α-diarylation reactions, involving metal coordinating cyclic methylamino vinyl ethers and a number of electronically diverse arylboronic acids, conducted. In addition, a set of 4-quinolone-3-carboxylic acids, structurally related to elvitegravir and bearing different substituents on the condensed benzene ring, was designed and synthesized as potential HIV-1 integrase inhibitors. Finally, in an effort to identify a new class of HIV-1 protease inhibitors, four different stereopure β-hydroxy γ-lactam-containing inhibitors were synthesized, biologically evaluated, and co-crystallized with the enzyme.
The time 12:05 for the public defense mentioned in the thesis is incorrect. It will take place at 09:15, 2012-06-08.

Face à l'apparition alarmante et continue de résistance massive des bactéries à l'arsenal actuel d'antibiotiques, la recherche de nouveaux agents antibactériens est actuellement un enjeu sociétal de tout premier ordre. Bien que connus depuis plus de 50 ans, les thiopeptides antibiotiques suscitent actuellement un très fort regain d'intérêt de la communauté scientifique internationale en raison de leurs propriétés antibactériennes remarquables, notamment contre les staphylococcus areus résistants à la méthiciline et les enterococci résistants à la vancomycine, impliquées dans de nombreuses infections qui engagent la vie des patients, et qui s'exercent de façon très intéressante selon deux modes d'action d'inhibition de la synthèse protéique originaux et encore inexploités en thérapie antibiotique humaine. Le travail développé s'inscrit dans ce programme international de valorisation pharmacologique qui repose pour une grande part sur le développement d'approches synthétiques rapides et modulables. Le projet a été centré en particulier sur la conception et la mise en oeuvre de nouveaux plans de synthèse des unités centrales di- ou trithiazolylpyridines, appelées coeurs hétérocycliques, communs à de nombreux thiopeptides de la série d et qui représentent les principaux défis synthétiques. Dans le cadre d'un programme de recherche du laboratoire ciblé sur l'étude de nouvelles méthodes de fonctionnalisation directe d'aromatiques et d'hétérocyclique, un premier travail méthodologique d'étude de la fonctionnalisation directe dans deux séries structurellement représentatives, thiazole-4-carboxylate et 2-cétothiazole, a été réalisé. Ainsi, une nouvelle méthodologie originale d'hétéroarylation directe pallado-catalysée régioselective du thiazole-4-carboxylate de tert-butyle avec une large gamme d'halogéno(hétéro)aromatiques a été développée avec succès. Une seconde méthodologie originale d'hétéroarylation directe de 4-bromo-2-cétothiazoles selon une séquence réactionnelle de boroylation pallado-catalysée suivie d'un couplage de Suzuki-Miyaura (BSC) a également été développée. Un second travail a porté sur l'exploitation des deux méthodologies de fonctionnalisation directe en série thiazolique développées et associées à la méthodologie de construction thiazolique de Hantzsch pour proposer et mettre en oeuvre un nouveau plan de synthèse expéditif et général d'accès aux coeurs hétérocycliques communs à une grande majorité des thiopeptides de la série d basé sur la fonctionnalisation séquencée d'un précurseur pyridinique aisément accessible. En particulier, la stratégie envisagée a permis, à partir des esters 5-bromopicolinates, la préparation tout d'abord d'un analogue thiazolique du coeur hétérocyclique des sulfomycines puis celle des coeurs hétérocycliques des micrococcines et des amithiamicynes.

Face à l’apparition grandissante de souches bactériennes multi-résistantes à l’arsenal d’antibiotiques actuels, les thiopeptides antibiotiques, bien que connus depuis plus de 60 ans, suscitent actuellement un fort regain d’intérêt. En effet, cette classe de molécules présente une forte activité antibiotique contre des souches bactériennes résistantes et multirésistantes, et met en œuvre deux modes d’inhibition originaux de la synthèse protéique encore inexploités en thérapie antibiotique humaine. Leur développement pharmacologique est en particulier freiné par la difficulté de préparation de ces molécules très complexes. L'élaboration d'une stratégie innovante de synthèse de la partie la plus complexe de ces molécules, le cœur hétérocyclique est étudiée dans ce travail. Cette approche repose sur l'étude et la valorisation de nouvelles méthodologies de fonctionnalisation directe des liaisons C-H et C-X de mono- et bis-thiazoles avec une large gamme d’hétéroaromatiques. Sa viabilité est démontrée par la préparation du cœur hétérocyclique commun aux amythiamicines
Due to the emergence of multiresistant bacterial strains to standard antibacterial treatments, thiopeptides antibiotics are actually highly considered, though they are known for 60 years. They show an excellent antibiotic activity against multiresistant bacterial strains, and implement two originals inhibition mechanisms of protein synthesis, still unemployed in human therapy. However, the difficulty to prepare these complex macromolecules limits their pharmacological development. The development of a new strategy to synthetize the most complicated part of these macromolecules, their heterocyclic core, is studied here in. This approach is based on the study and the exploitation of novel direct C-H and C-X transition-metal-catalyzed couplings of mono- and bithiazoles units with a broad panel of heteroaromatics. Its viability is here demonstrated trough the multi-step synthesis of the common heterocyclic core of amythiamicins

Les benzofuroindolines forment une famille de composés qui se retrouvent sous deux formes : les benzofuro[2,3-b]indolines ou les benzofuro[3,2-b]indolines. Ce motif se retrouve dans de nombreuses molécules naturelles comme la bipleiophylline, la voacalgine A, le diazonamide A et la phalarine ce qui a mené à de nombreuses recherches pour leur synthèse. La biogénèse postulée est le couplage oxydant d'un indole et d'un phénol. Nous avons développé plusieurs voies d'accès à ces motifs en utilisant le noyau indolique. La première étude a consisté en un couplage oxydant direct entre un N-acétylindole et un phénol en présence de FeCl₃ et de DDQ. La méthodologie a montré sa généralité sur des dérivés d'indoles N-acétylés pour former en une seule étape des benzofuro[3,2-b]indolines. Dans certains cas, la benzofuro[2,3-b]indoline est obtenue si les groupements fonctionnels en position 2 et 3 sur l'indole sont identiques. Dans un but de synthétiser la phalarine, unique molécule naturelle contenant un motif benzofuro[3,2-b]indoline, nous avons réalisé une étape de C2-arylation d'un indole par un phénol à l'aide d'un couplage pallado-catalysé. La cyclisation à l'aide de NIS permet d'obtenir la benzofuro[3,2-b]indoline. L'ajout du carbone manquant de l'un des cycles est en cours d'étude par ajout d'un nucléophile monocarboné possédant un groupement partant. Par ailleurs, une dernière voie d'accès aux benzofuro[3,2-b]indolines a pu été mise au point par une réaction de Fischer interrompue. La réaction entre des benzofuran-3-ones et des arylhydrazines dans des conditions acides conduit aux benzofuroindolines souhaitées sous forme d'hémiacétals. La méthode a montré sa généralité et sa robustesse. Finalement, réaliser l'Umpolung de l'indole est un défi intéressant pour additionner des nucléophiles en position 3 de l'indole. Pour cela, des N-hydroxyindoles ont été synthétisés et l'utilisation de sels de biaryliodonium triflate a permis de réaliser une O-arylation. Le produit formé étant instable, il subit un réarrangement sigmatropique [3,3] pour conduire aux benzofuro[2,3-b]indolines désirées
Benzofuroindolines are a family of compounds which can be found in two regioisomeric forms: benzofuro[2,3-b]indolines or benzofuro[3,2-b]indolines. This core is present in several natural products such as bipleiophylline, voacalgine A, diazonamide A or phalarine which have been the subject of intensive efforts towards their syntheses. The postulated biogenesis is the oxidative coupling of an indole and a phenol. We developed four pathways to access these structures using the indole nucleus.The first part consisted in a direct oxidative coupling between a N-acetylindole and a phenol in presence of FeCl₃ and DDQ. This strategy showed its generality on N-acetylindoles derivatives to form in only one step the benzofuro[3,2-b]indoline core. In some cases, the benzofuro[2,3-b]indoline is obtained if the substitution in the C-2 and C-3 position is the same. In order to synthesize the phalarine, the unique natural product to possess a benzofuro[3,2-b]indoline core, we designed a C-2 arylation of an indole with a phenol using a palladium-catalyzed coupling. The cyclization steps using NIS led to the benzofuro[3,2-b]indoline core. The insertion of the missing carbon of one of the rings is under study by adding a nucleophile which contains only one carbon and a leaving group. The last strategy to access to benzofuro[3,2-b]indolines has been focused on an interrupted Fischer indolization. The reaction between benzofuran-3-ones and arylhydrazines in acidic conditions led to the desired benzofuro[3,2-b]indolines. This methodology is general and robust. Another part of the project was to achieve the Umpolung of the indole to add nucleophiles in C-3 position of the indole nucleus. N-hydroxyindoles were synthesized and the use of biaryliodonium triflate salts allowed an O-arylation reaction. The product being unstable, a [3,3] sigmatropic rearrangement can take place to afford the desired benzofuro[2,3-b]indolines

Unprecedented Ullmann couplings of murrayafoline-A with either 6-bromo- or 4-bromocarbazole derivatives provide highly efficient synthetic routes to the biscarbazole alkaloids murrastifoline-A (6 steps, 66% overall yield) and bismurrayafoline-A (6 steps, 28% overall yield)
Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich

Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'activation de liaisons C-H catalysée par des catalyseurs au palladium pour la préparation de biaryles portant un groupement SO₂R. De très nombreux composés biologiques possèdent une fonction SO₂R. Nous avons donc choisi d'étudier activation de liaisons C-H de ce type de substrat. L'activation de liaisons C-H est considérée comme attractive pour l'environnement par rapport à d'autres types de couplages tels que Suzuki, Stille, ou Negishi. D'abord, nous avons démontré qu'il est possible d'appliquer la méthode d'activation de liaisons C-H pour l'arylation directe de thiophènes portant un substituant SO₂R. Nous avons ensuite établi un système catalysé au palladium pour l'arylation sélective en C2 de dérivés N-tosylpyrrole. Nous avons constaté que le N-tosylpyrrole est plus réactif comparé au pyrrole non protégé. Nous avons également étudié l'arylation directe d'hétéroarènes par des bromobenzènes possédant un substituant SO₂R soit en C2 ou C4 par catalyse au palladium. Cette méthode fournit un accès simple à des dérivés de ArSO₂R. Enfin, nous avons développé la première méthode de déshydrogénation de liaisons sp³ C-H catalysée au palladium de N-alkyl-benzènesulfonamides pour produire des N-alcényle benzènesulfonamides
During this Ph.D. period, we were interested in the C-H bonds activation catalysed by palladium catalysts for the preparation of biaryls units bearing SO₂R group. Many biological compounds present a SO₂R function and thus we chose to activate this family of substrates. This method is considered as cost effective and environmentally attractive compared to other types of couplings such as Suzuki, Stille, or Negishi. First, we demonstrated that it is possible to apply C-H bond activation method for the direct arylation of thiophene derivatives bearing a SO₂R substituent. We then established palladium-catalysed system for the selective C2 arylation of N-tosylpyrrole derivatives. We found that N-tosylpyrrole is more reactive than free NH-pyrrole. We also studied the direct arylation of heteroarenes using bromobenzenes bearing SO₂R substituents either at C2 or C4 via palladium-catalysed C-H activation. This method provides a simpler access to substituted SO₂R derivatives. Finally we developed the first palladium-catalysed dehydrogenative sp³ C-H bond functionalization/activation of N-alkyl-benzenesulfonamides to produce N-alkenyl-benzenesulfonamides. The reaction proceeds with easily accessible ligand-free Pd(OAc)₂ catalyst for aryl bromides bearing electron-withdrawing groups or PdCl(C₃H₅)(dppb) catalyst for aryl bromides with electron-donating substituents. We found that the reaction tolerates a variety of substituents both on nitrogen and on the bromobenzene moiety

Unprecedented Ullmann couplings of murrayafoline-A with either 6-bromo- or 4-bromocarbazole derivatives provide highly efficient synthetic routes to the biscarbazole alkaloids murrastifoline-A (6 steps, 66% overall yield) and bismurrayafoline-A (6 steps, 28% overall yield).
Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

L'objectif de ce travail consiste en la synthèse et l'évaluation antiparasitaire in vitro de nouveaux dérivés du thiazole et apparentés. Plusieurs stratégies de synthèse visant à une pharmacomodulation en séries mono- et polycycliques ont été étudiées : en série 2-méthyl-5-nitrothiazole, la pharmacomodulation anti-Trichomonas de la position 4 par stratégie SRN1 n'a pas permis d'améliorer l'activité déjà démontrée en série 2-méthyl-5-nitroimidazole, mais a conduit à des dérivés à activité antiproliférative in vitro, spécifique de la lignée HepG2. En série 4-arylsulfonylméthyl-2-méthylthiazole, la pharmacomodulation de la position 5, par couplage de Suzuki-Miyaura d'une part, et par arylation directe et réaction de Knoevenagel intramoléculaire d'autre part, a conduit à des dérivés mono- et polycycliques dont certains ont démontré une activité antiplasmodiale in vitro encourageante. En série 5H-thiazolo[3,2-a]pyrimidin-5-one, la réaction de double couplage de Suzuki-Miyaura a révélé l'importance du groupement phényle en position 6 pour l'activité antiplasmodiale de ces dérivés. Enfin, l'évaluation biologique in vitro de thiéno[3,2-d]pyrimidin-4(3H)-ones a permis de caractériser le pharmacophore responsable de l'activité antiplasmodiale significative de cette série. Les résultats préliminaires encourageants d'une étude mécanistique antiplasmodiale présentent l'inhibition spécifique des kinases plasmodiales comme un mécanisme d'action potentiel de ces composés
The objective of this work consists of the synthesis and the antiparasitic in vitro evaluation of new thiazole derivatives and related structures. Several synthetic strategies aiming at the pharmacomodulation on mono- and polycyclic series have been studied: in 2-methyl-5-nitrothiazole series, the anti-Trichomonas pharmacomodulation on position 4 by SRN1 strategy did not improve the activity previously demonstrated in 2-methyl-5-nitroimidazole series, but led to derivatives displaying a selective in vitro antiproliferative activity toward the HepG2 cell line. In 4-arylsulfonylmethyl-2-methylthiazole series, the pharmacomodulation on position 5, by Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction on the one hand, and by direct arylation and intramolecular Knoevenagel reaction on the other hand, led to mono- and polycyclic derivatives among which some displayed an encouraging in vitro antiplasmodial activity. In 5H-thiazolo[3,2-a]pyrimidin-5-one series, a double Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction revealed that the phenyl group on position 6 contributes to the antiplasmodial effect of this series. Finally, the in vitro biological evaluation of the thieno[3,2-d]pyrimidin-4(3H)-one scaffold let to characterize the pharmacophore responsible for the significant antiplasmodial activity. Some preliminary encouraging results regarding a mechanistic antiplasmodial study show the specific inhibition of plasmodial kinases, as a potential mechanism of action of some of these compounds

L'objectif de ce travail consiste en la synthèse et l'évaluation antiparasitaire in vitro de nouveaux dérivés du thiazole et apparentés. Plusieurs stratégies de synthèse visant à une pharmacomodulation en séries mono- et polycycliques ont été étudiées : en série 2-méthyl-5-nitrothiazole, la pharmacomodulation anti-Trichomonas de la position 4 par stratégie SRN1 n'a pas permis d'améliorer l'activité déjà démontrée en série 2-méthyl-5-nitroimidazole, mais a conduit à des dérivés à activité antiproliférative in vitro, spécifique de la lignée HepG2. En série 4-arylsulfonylméthyl-2-méthylthiazole, la pharmacomodulation de la position 5, par couplage de Suzuki-Miyaura d'une part, et par arylation directe et réaction de Knoevenagel intramoléculaire d'autre part, a conduit à des dérivés mono- et polycycliques dont certains ont démontré une activité antiplasmodiale in vitro encourageante. En série 5H-thiazolo[3,2-a]pyrimidin-5-one, la réaction de double couplage de Suzuki-Miyaura a révélé l'importance du groupement phényle en position 6 pour l'activité antiplasmodiale de ces dérivés. Enfin, l'évaluation biologique in vitro de thiéno[3,2-d]pyrimidin-4(3H)-ones a permis de caractériser le pharmacophore responsable de l'activité antiplasmodiale significative de cette série. Les résultats préliminaires encourageants d'une étude mécanistique antiplasmodiale présentent l'inhibition spécifique des kinases plasmodiales comme un mécanisme d'action potentiel de ces composés
The objective of this work consists of the synthesis and the antiparasitic in vitro evaluation of new thiazole derivatives and related structures. Several synthetic strategies aiming at the pharmacomodulation on mono- and polycyclic series have been studied: in 2-methyl-5-nitrothiazole series, the anti-Trichomonas pharmacomodulation on position 4 by SRN1 strategy did not improve the activity previously demonstrated in 2-methyl-5-nitroimidazole series, but led to derivatives displaying a selective in vitro antiproliferative activity toward the HepG2 cell line. In 4-arylsulfonylmethyl-2-methylthiazole series, the pharmacomodulation on position 5, by Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction on the one hand, and by direct arylation and intramolecular Knoevenagel reaction on the other hand, led to mono- and polycyclic derivatives among which some displayed an encouraging in vitro antiplasmodial activity. In 5H-thiazolo[3,2-a]pyrimidin-5-one series, a double Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction revealed that the phenyl group on position 6 contributes to the antiplasmodial effect of this series. Finally, the in vitro biological evaluation of the thieno[3,2-d]pyrimidin-4(3H)-one scaffold let to characterize the pharmacophore responsible for the significant antiplasmodial activity. Some preliminary encouraging results regarding a mechanistic antiplasmodial study show the specific inhibition of plasmodial kinases, as a potential mechanism of action of some of these compounds

La fonctionnalisation directe des liaisons C-H représente une avancée considérable dans la recherche, car elle constitue une alternative économe en atomes et en étapes aux méthodes de synthèse traditionnelles. L'utilisation des métaux de transition permet de pallier les difficultés liées notamment à une faible réactivité des liaisons C-H et à l'abondance naturelle de celles-ci dans les molécules organiques. L'arylation palladocatalysée en position β d'un ester, développée dans notre groupe au cours des dernières années, s'appuie sur la faiblesse de la liaison C-H en α du carbonyle pour générer un énolate de palladium. Celui-ci encourt ensuite une migration, qui conduit au produit désiré avec une sélectivité dépendant du ligand et de l'aryle utilisés. Les travaux décrits dans ce manuscrit proposent une extension de cette méthodologie aux esters aminés, qui permet d'accéder à un large spectre d'analogues de la phénylalanine, sous-structures de nombreuses molécules bioactives, en seulement deux étapes à partir d'une simple alanine benzylée. Dans la continuité de ce travail, les développements de cette réaction nous ont conduit à l'utilisation d'α-bromo carbonyles comme précurseur des énolates de palladium. Ceux-ci conduisent à la formation d'espèces α,β-insaturées et à des réactions d'addition (1,4). Par la suite, afin de mieux comprendre les différentes limitations de cette réaction de β-arylation et l'important effet de ligand, nous avons réalisé une étude mécanistique se concentrant sur l'isolement d'espèces du cycle catalytique. Enfin, dans le prolongement de la β-arylation de carbonyles, des couplages migratoires ont été explorés via une arylation de type Negishi entre des alkylzinciques, générés par insertion de zinc dans des alkyles bromés, et des aryles bromés. Cette réaction conduit à une très bonne sélectivité en faveur du produit linéaire, est applicable à de nombreux aryles mais reste à ce jour limitée au niveau de la fonctionnalisation des alkylzinciques
The direct functionalization of C-H bonds is one of the most attractive research subjects today because it constitutes an atom- and step-economical alternative to more traditional synthetic methods. In spite of the significant challenges due to the low reactivity of C-H bonds and their abundance in organic molecules, homogeneous transition metal catalysis has emerged as a powerful tool for their selective transformation. The palladium-catalyzed β-arylation of esters, recently developed in our group, takes advantage of the weakness of the C-H bond α to this group to generate a palladium enolate. The latter can be engaged into a migrative pathway, giving rise to the desired product with a selectivity depending on the aryl bromide and the ligand. The work detailed within this manuscript describes an extension of this methodology to amino esters, which gives rise in only two steps from simple benzylated alanine to a broad range of phenylalanine analogues and useful intermediates to bioactive natural molecules. Following this work, developments of this reaction have led us to consider α-bromo carbonyls as precursors of palladium enolates, leading to the formation of α,β-unsaturated species than can undergo (1,4)-addition reactions. Then, in order to better understand the limitations of our reaction, we have investigated the role of the phosphine ligand by isolating Pd complexes which model key intermediates of the catalytic cycle. Finally, running away from carbonyl compounds, migrative couplings have been explored through a Negishi-type arylation between aryl bromides and alkylzinc species, generated by zinc insertion into alkyl bromides. This reaction gives a very good selectivity in favor of the linear product and can be applied to numerous aryls, but is unfortunately limited so far to a small number of alkylzinc compounds

This thesis describes the use of copper and palladium to mediate transformations of carboranes, especially p-carborane.

1-(1-p-carboranyl)-N-methyl-N-(2-butyl)-3-isoquinolinecarboxamide, a carborane containing analogue of the peripheral benzodiazepine receptor (PBR) ligand PK11195, has been synthesised. A key step in the reaction is the copper (I) mediated coupling of p-carborane with ethyl 1-bromo-isoquinoline-3-carboxylate.

p-Carborane has been arylated on the 2-B-atom in high yields, using the Suzuki–Miyaura reaction. Thus the reaction between 2-I-p-carborane and various arylboronic acids [1-naphthyl-, phenyl-, 4-MeO-C₆H₄-, 3-CH₃CONH-C₆H₄-, 4-NC-C₆H₄-, 3-NO₂-C₆H₄-], gave the corresponding 2-aryl-p-carboranes in DME solution when reacted in the presence of cesium fluoride and the catalytic Pd₂(dba)₃–dppb system. Under the same conditions, the boron-boron bond forming reaction of two p-carboranylboronic esters (2-[(pinacolato)boron]-p-carborane and 2-[(neopentyl glycolato)boron]-p-carborane) was also shown feasible.

p-Carborane has been vinylated on the 2-B-atom in high yields by use of the Heck reaction. The coupling between 2-I-p-carborane and various styrenes [4-H-, 4-C₆H₄-, 4-Cl , 4-Br-, 4-NO₂-, 4-CH3O- and 4 CH₃ ] resulted in the formation of the correspondingtrans-β-(2-B-p-carboranyl) styrene in DMF solution when reacted in the presence of silver phosphate and the palladacycle Herrmann´s catalyst. The reaction was shown to proceed at higher rate with electron rich than with electron deficient olefins.

The feasibility of palladium-catalysed isotopic exchange of an iodinated closo-carborane with a radioisotope of iodine has been studied. 2-I-p-carborane was selected as a model compound. It was shown, that such isotopic exchange is possible and provides a high yield (83 ± 4.2 %) during 40 min long reaction. The reaction conditions were optimised, and it was demonstrated that presence of the tetra n-butylammonium hydrogensulphate is important in order to stabilise catalyst and provide reproducibility of labelling. In this work we have modified the methodology and extended the application to a wider range of iodinated carboranes. By the use of Herrmann’s catalyst in toluene at 100 °C this [¹²⁵I]-iodide labelling could be improved and extended. 2-I-p- 9-I-m-, 9-I-o-, 3-I-o-carborane, 1-phenyl-3-I-o-carborane and 1,2-diphenyl-3-I-o-carborane could be [¹²⁵I]-iodide labelled in high to excellent yields within 5 minutes.This reported palladium catalyzed radio-iodination of the uncharged closo-carboranes might find use in pharmacokinetic studies of carborane derivatives.

This thesis concerns the development of metal-free reactions to obtain carbon-heteroatom and carbon-carbon bonds. This is achieved by transferring carbon ligands from hypervalent iodine reagents to suitable nucleophiles. The bulk of the work presented herein concerns arylation of oxygen and nitrogen nucleophiles, using the well-known diaryliodonium salts as aryl sources. In the first project, O-arylation of the oxime ethyl acetohydroxamate was studied. It was found that electron-poor as well as electron-rich aryl moieties could be transferred successfully to this nucleophile. Furthermore, the protocol could be extended to a sequential one-pot synthesis of benzo[b]furans. This method allowed for a fast synthesis of the natural product stemofuran A and formal syntheses of other natural products. In a successive project, O-arylation of hydroxide and aliphatic alkoxides was investigated. It is known that electron-poor aryl moieties can be transferred to these nucleophiles in moderate to high yields. However, combined with more electron-rich diaryliodonium salts, a large amount of side products were formed. These were suppressed upon addition of aryne traps, suggesting that aryne pathways are competing with the desired ligand coupling. It was also observed that secondary alcohols were oxidized to the corresponding ketones. The mechanism for this oxidation was investigated and aryne pathways could be excluded. Instead we suggest that the carbinol hydrogen gets deprotonated via an internal mechanism, after the alkoxide has coordinated to the iodonium salt. Highly sterically congested alkyl aryl ethers could be obtained in high yields by combining tertiary alcohols with ortho-blocked diaryliodonium salts.  Next, N-arylation of secondary acyclic amides was studied using acetanilide as the model substrate. This procedure was suitable for transfer of electron-poor as well as ortho-substituted aryl moieties, but attempts to transfer very electron-rich aryl groups were unsuccessful. On the other hand, the amides displayed a complementary reactivity, allowing phenylation of electron-rich amides.  In the final project, a one-pot synthesis of the cyclic iodonium reagent vinylbenziodoxolone is presented. These compounds have not been explored as reagents earlier. Initial screenings showed that the vinyl moiety could be transferred to nitrocyclohexane with opposite regioselectivity compared to the acyclic analogue of the reagent.

At the time of the doctoral defense, the following paper was unpublished and had a status as follows: Paper 2: Manuscript.

La thématique de recherche développée au cours de cette thèse concerne l’élaboration de nouveaux ligands mixtes ferrocéniques hybrides-(P,N) à conformation contrôlée, robustes et stables à l’air. Ces ligands tétradentes hybrides comportent deux types de fonctions coordinnantes aux propriétés stériques et électroniques distinctes. Leur chimie de coordination avec des métaux tels que l’or ou le palladium a été étudiée et certains complexes d’Au(I) isolés ont été utilisés en catalyse de couplage d’arylation des iodures d’aryles. La première partie de cette thèse porte sur une étude bibliographique concise reflétant la diversité des ligands ferrocénique azotés et hybride-(P,N) et leurs voies de synthèse, pour finalement retracer leur chimie de coordination aux métaux de transition (Pd, Au) ainsi que leurs applications catalytiques. La deuxième partie traite la synthèse d’une famille de composés bis(aminométhyl)-ferrocène et les dérivés associés de manière sélective par amination réductrice du 1,1'- diformylferrocène ou du 1,1'-bis(tert-butyl)-3,3'-diformylferrocène avec une variété d’amines primaires et secondaires. Dans la troisième partie nous présentons les stratégies de synthèse qui ont été utilisées pour la préparation de hybrides-(P,N) ferrocéniques ainsi que leur contrôle conformationnel, et la caractérisation structurale de ces molécules. Leur coordination à des sels de palladium a été étudiée. Les complexes de coordinations correspondants ont étés isolés avec de très bons rendements, et caractérisés en solution par RMN 1H , 13C, 31P, 15N, et à l’état solide par diffraction des rayons X. La quatrième et dernière partie est dédiée à l’étude de la coordination à l’or. Trois nouveaux complexes d’Au(I) dinucléaires, incorporant des ligands ferrocéniques hybride-(P,N), ont étés isolés est caractérisés. L‘un parmi ces complexes a montré une efficacité particulière pour la réaction d’arylation des iodures d’aryles
The research theme developed during this thesis concerns the development of new hybrid ferrocene hybrid (P, N) ligands with controlled conformation, robust and stable to air. These hybrid tetradent ligands comprise two types of coordinating functions with distinct steric and electronic properties. Their coordination chemistry with metals such as gold or palladium has been studied and some isolated Au (I) complexes have been used in the arylation coupling catalysis of aryl iodides

Cette thèse porte sur la synthèse de composés d'Au(III) et de Cu(III) ainsi que sur l'étude de leur stabilité et de leur réactivité vis-à-vis de substrats p. Une approche conjointe expérimentale et théorique a été exploitée afin d'accéder à des complexes capables d'induire des processus d'insertion migratoire. Le premier chapitre aborde de manière globale la chimie organométallique de l'or et du cuivre sur le plan bibliographique. L'importance du degré d'oxydation +III est mis en évidence par la description des principaux exemples ayant contribué à la compréhension des processus associés à l'accès et la réactivité des complexes d'Au(III) et de Cu(III). Le second chapitre traite de la synthèse de deux complexes p-arènes d'Au(III) par insertion migratoire d'oléfines dans la liaison Au-C(sp)2 d'un composé (P,C) cyclométallé. Les interactions entre les systèmes aromatiques et l'or ont été mises en évidence par RMN, DFT et DRX pour un des complexes. Sur la base de cette réactivité, un processus d'arylation directe de l'éthylène a été mis en évidence. Le chapitre trois a pour objet la mise au point d'une réaction d'hydroarylation intermoléculaire d'alcynes catalysée par des complexes de type [(P,C)Au(III)(OAcF)2]. Ces derniers se sont avérés très actifs et robustes en présence d'acide trifluoroacétique. La réaction a pu être généralisée à un large panel de substrats et une étude comparative, notamment avec des complexes (N,C) cyclométallés, a mis en évidence la supériorité des complexes (P,C) pour l'hydroarylation des alcynes. Le quatrième chapitre expose la stratégie envisagée pour le développer d'un processus d'oligomérisation de l'éthylène catalysé par le cuivre. Une approche prédictive basée sur les calculs DFT a permis de mettre en évidence des insertions migratoires plus aisées dans les liaisons Cu(III)-C que dans les Cu(I)-C. Deux stratégies d'accès aux complexes de Cu(III) par addition oxydante de liaisons C-I sur des précurseurs de Cu(I) ont été évaluées théoriquement. Les calculs les plus favorables ont orienté le choix des modèles de ligands envisagés dans les chapitres cinq et six. Le cinquième chapitre aborde l'étude expérimentale associée à la première stratégie d'accès au Cu(III) : l'addition oxydante intramoléculaire dirigée par des ligands naphthylphosphine et naphthylamine peri-iodées. [...]
The present work deals with the synthesis of Au(III) and Cu(III) compounds and the study of their stability and reactivity toward p substrates. An experimental and theoretical approach has been used in order to access complexes capable of undergoing migratory insertion processes. The first chapter delivers a bibliographic overview of the organometallic chemistry of gold and copper. The importance of the high oxidation state +III is highlighted by the description of important examples having contributed to the understanding of processes associated to the access and reactivity of Au(III) and Cu(III) complexes. The second chapter describes the synthesis of two p-arene Au(III) complexes by migratory insertion of olefins in the Au-C(sp)2 bond of a (P,C) cyclometallated complex. Interactions between the metallic center and the aromatic systems have been characterized by NMR, DFT and XRD for one of the complexes. Based on this insertion reactivity, a process of direct arylation of ethylene has been evidenced. The third chapter concerns the development of an intermolecular hydroarylation of alkynes process, catalyzed by [(P,C)Au(III)(OAcF)2] complexes. These have shown great activity and robustness in presence of trifluoroacetic acid. The reaction has been generalized to a broad substrate scope and a comparative study has been carried on, especially with (N,C) cyclometallated complexes, showing the superiority of (P,C) complexes for the hydroarylation of alkynes. The fourth chapter presents the envisioned strategy to develop a copper-catalyzed oligomerization of ethylene process. A predictive approach based on DFT calculations permitted to evidence easier migratory insertions in the Cu(III)-C bond than in the Cu(I)-C bond. Two strategies for the access to Cu(III) species have been theoretically evaluated. The most favourable calculations have oriented the choice of ligand models used in chapters five and six. The fifth chapter deals with the experimental study related to the first strategy of access to Cu(III) species: the directed intramolecular oxidative addition by peri-iodo napthylphosphine and naphthylamine ligands. [...]

Quinones are widespread compounds in nature, where they play key roles due to their biological activity. Quinones have proven their usefulness in the field of synthetic chemistry, being excellent oxidants and electrophiles. In this thesis work, two example of efficient exploitment of quinones as electrophiles are presented. In one case, an asymmetric organocatalyzed biaryl couling is presented, a reaction which proceeds with the addition of a nucleophilic naphthol to a substituted electrophilic quinone, followed by rearomatization of the quinone. The reaction is catalyzed by Cinchona alkaloids, such as Quinine, and afforda atropisomer biaryls in excellent yields (>95%) and good enantioselectivity (up to 86% ee, raised to 98% after recrystallization). In the second example, malonates, substituted with differents alkyl side chains, are coupled to electrophiles quinones; the alkylation of the quinone by mean of the malonate is followed by a step of desymmetrization which envolves the interaction of the intermediate with a chiral thiourea, derived from Cinchona alkaloyd. The reaction affords chiral benzofuran-2-ones bearing a quaternary carbon in good yields (up to 95%) and excellent enantioselectivity (up to 92% ee). The thesis is concluded with a study of the reaction of rearomatization of 4-substituted-dihydropyridines to 4-substituted-pyridines atropisomers.

No
A new method for the synthesis of meso-substituted porphyrins is described: reaction of 5,10,15,20-tetrabromoporphine magnesium complex with aryl or heteroaryl boronic acids in the presence of Pd(PPh3)4 gave meso-substituted porphyrins in yields up to 70%.

Trichloroethylene, a simple and very inexpensive material, has been identified as a tri- and tetrafunctionalizable building block. A combination of selective palladium-catalyzed cross-coupling reactions with standard lithiation and electrophilic quenching yields a wide variety of unsaturated linear or cyclic compounds in excellent yields in few synthetic steps. Dichlorovinyl ethers, obtained from a nucleophilic displacement reaction with trichloroethylene, are the basic starting materials. Two sets of conditions have been developed to achieve the reaction of either electron-rich or –deficient phenols with trichloroethylene to give the resultant dichlorovinyl ethers in high yields. Site selective palladium-catalyzed cross-coupling for the specific functionalization of a single C-Cl bond was developed, and could install alkyl, alkenyl, alkynyl and (hetero)aryl moieties. The resulting electrophiles could be reacted with a second organometallic nucleophile forming trisubstituted, electron-rich alkenes, dienes, trienes or enynes in only two or three steps. Alternatively, the product from the first cross-coupling reaction could be isolated, deprotonated and quenched with an electrophile, then cross-coupled with a second organometallic nucleophile to give tetrasubstituted, electron-rich alkenes and dienes. In the course of studying the site selective cross-coupling, it was found that prolonged exposure of the C1-functionalized materials to palladium promoted an intramolecular C-H activation, forming 2-substituted benzofurans. This reaction proved to be very general, and a wide variety of benzofurans were synthesized, containing both electron-withdrawing and electron-donating group groups in the donor arenes, as well as alkyl, alkenyl, alkynyl and aryl functionalities at the 2-position. This method was also extended to the synthesis of 2-substituted indoles from anilines, trichloroethylene and boronic acids.

Domino catalysis is an ideal strategy in the synthesis of heterocyclic scaffolds, as multiple bonds can be formed under a single set of reaction conditions. In this work, we present the development of two novel domino processes which afford access to aza-analogues of the dihydrodibenzoxepine motif. Careful optimisation revealed that the Rh catalysed hydroarylation proceeds under mild conditions as compared to the C-O coupling. Furthermore, Pd was not required for the C-O bond formation when using alkenyl pyrazines as substrates. Variation of the substituents on both the heterocycle and on the boronic ester provided insight into the structural features required for successful domino reaction, and a stepwise protocol was developed for incompatible substrates. We have also developed the first multi-metal, multi-ligand domino reaction featuring both a chiral and achiral ligand in the same pot, still leading to an enantioenriched product.

Le motif biaryl contenant la pyridine représente une structure omniprésente dans la chimie organique et médicinale. Ainsi, le développement de méthodes fiables de synthèse est continuellement désiré. Traditionnellement, les cycles azotés biarylés sont efficacement synthétisés par des réactions de couplage croisé catalytique. Cependant, la pyridine peut être difficilement fonctionnalisée en position C-2 compte tenu de sa déficience en électrons. Cette propriété limite son utilisation en tant que partenaire nucléophile dans les réactions de couplage croisé. Par exemple, dans le couplage de Suzuki-Miyaura, l’acide 2-pyridyle boronique est connu pour son instabilité. À l’inverse, les organométalliques du 2-pyridyle sont peu réactifs pour faire des réactions de substitution aromatique électrophile. La synthèse des pyridines 2-substituées est par conséquent un défi qui reste difficile à relever. La première partie de ce mémoire est consacrée au développement récent des méthodes pour résoudre les problèmes de couplage avec des nucléophiles 2-pyridyles. En particulier, les approches classiques comme le couplage modifié de Suzuki-Miyaura, l’activation de liaison C-H des composés pyridinium N-activés, et l’arylation directe du cycle pyridine sont présentées. De plus, les approches alternatives qui utilisent la partie pyridine comme partenaire électrophile dans la réaction couplage avec les réactifs organométalliques sont également discutées. Dans la deuxième partie de ce mémoire, une méthode de couplage croisée entre des esters de sulfonate de 2-pyridyles et des organolithiens est rapportée. Une variété de pyridines 2-substituées a été synthétisées avec succès en faisant réagir des sulfonates de pyridine avec des organolithiens (aryl, alkane, heteroaryle lithium) à basse température. La méthode permet également de s’affranchir de l’utilisation d’un quelconque métal de transition. Des études mécanistiques montrent que le processus impliquant les composés lithiés s’apparente à une réaction de substitution nucléophile aromatique. Cependant, le mécanisme diffère lorsque la réaction met en jeu des réactifs de Grignard, où un processus de couplage entre deux ligands d’un intermédiaire σ-sulfurane peut être impliqué.
Biaryl compounds containing the pyridine moiety represent a ubiquitous structure in both organic and medicinal chemistry. Therefore, finding new and reliable approaches for their synthesis is still of interest. Traditionally, azine containing biaryls are efficiently synthesized via transition-metal catalyzed cross-coupling reactions. However, due to its π-deficient nature, pyridine cannot be easily functionalized at the C-2 position to serve as nucleophile partner. For examples, in the Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction, 2-pyridyl boronates are well known for their instability. 2-Pyridyl organometallics undergo electrophilic aromatic substitution poorly. Thus, the synthesis of 2-substituted pyridines remains a challenging task. The first part of the thesis focuses on the recent methods to address the coupling issues of 2-pyridyl nucleophiles in cross-coupling reactions. Of note, the classical methods including Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions, C-H activation of N-activated pyridinium species, and direct coupling reaction of pyridine are presented. Alternative approaches using the pyridine moiety as an electrophilic entity in the coupling with organometallic reagents are also discussed. In the second part of the thesis, a transition metal-free desulfinative cross-coupling reaction of 2-pyridyl sulfonates with organolithium reagents is reported. A variety of 2-substituted pyridines were successfully synthesized in good yields, by treatment of neopentyl 2-pyridyl sulfonates and phenyl 2-pyridyl sulfonate with aryl, alkyl, and heteroaryl-lithium reagents at low temperature. Mechanistic studies showed that the coupling reaction with lithium reagents undergoes an SNAr pathway. However, a ligand coupling process of a σ-sulfurane intermediate may be involved in the reaction with Grignard reagents to form the biaryl.

碩士
國立中山大學
化學系研究所
101
The direct ortho arylation of 4-methyl-N-phenylpyridin-2-amines via palladium(II)-catalyzed C-H activation is described. Treatment of 4-methyl-N-phenylpyridin-2-amine with potassium aryltrifluoroborate using ten mol % of Pd(OAc)2 as the catalyst, two equivalents of copper (II) acetate as the oxidant and one equivalent of p-benzoquinone in tert-butyl alcohol gave the ortho-arylated products in modest to excellent yields. This reaction shows good functional group compatibility. A series of controlled experiments and 1H NMR titration experiments for the reaction were carried out. The key intermediate, 4-methyl-N-phenylpyridin-2-amine palladacycle was isolated and characterized by X-ray crystallography. A rational mechanism for the catalytic reaction is presented. The advanced transformations of ortho phenylated 4-methyl-N-phenylpyridin-2-amine to N-(4-methylpyridine-2-yl)-9H-carbazole, biphenyl-2-amine, and 3-methyl-6-phenylpyrido[1,2-a]-benzimidazole were successfully demonstrated.

Mechanochromic polymers respond to external force by changing their color. This can be achieved by the incorporation of a molecular switch such as spiropyran (SP) into polymers. SPs can be isomerized by mechanical force from their colorless form into colored merocyanines. Main chain copolymerization of spiropyrans allows investigation of their mechanochromic behavior and potential use as force sensors. So far, several covalent polymer matrices have been used to investigate the mechanochromic response of SPs, among them poly(ε caprolactone) (PCL). Less investigated is how the mechanochromic response can be fine-tuned by substituent effects. First, PCL with differently substituted spiropyrans at the chain’s midpoint were used in order to investigate the effect of different substituents and their regiochemistry on the isomerization behavior of SPs under mechanical stress. A low activation barrier was observed for NO2 substitution of “ortho”-spiropyrans compared to no substitution (R = H). In order to investigate phenyl-substituted “para,para” spiropyrans, a newly developed kinked polyarylene was employed as covalent matrix material. This new polyarylene (PmmpP) has a meta,meta,para connection in its backbone and exhibits excellent mechanical properties. Its high strength allows the isomerization of this molecular switch with a large activation barrier. The phenyl-substituted “para,para” spiropyran showed transient mechanochromism and was switched 25 times in force-and-release cycles. The synthesis of PmmpP was carried out by a Suzuki polycondensation in three steps from commercial starting materials. To further capitalize on the simplicity and properties of PmmpP, a two step synthesis of a semifluorinated kinked polyarylene was demonstrated by direct arylation polycondensation with tetrafluorobenzene (F4). This partially fluorinated PmmpF4 was synthesized with a variety of side-chains. Resulting polymers exhibited a large range of glass transition temperatures, allowing for the production of tailor-made smart materials.

Arynes are highly reactive electrophilic intermediates, which can be utilized in various carbon-carbon bond-forming reactions including pericyclic reactions, insertion reactions, multicomponent couplings (MCCs), molecular rearrangements, and transition-metal-catalyzed reactions. In this context, we have developed a transition-metal-free protocol for the synthesis of biologically important o-sulfanylaniline derivatives using the thioamination of arynes via the insertion of arynes into the S-N σ-bond of sulfenamides. Using this methodology, we have successfully synthesized an antidepressant drug vortioxetine. The use of organoselenium compounds as an electrophilic source in aryne MCCs initiated by tertiary amines resulted in the aminoselenation of arynes. Moreover, the synthesis of functionalized enol ethers by a umpolung oxa-[2,3] sigmatropic rearrangement of β-keto thioethers employing arynes has been achieved. This chemistry has been extended to the synthesis of a variety of oxazole derivatives employing arynes via the [2,3] sigmatropic rearrangement followed by cyclization using βacetonitrile thioethers. In the final phase of our work, transition-metal-free route employing arynes for the generation of aryl anion equivalents and subsequent reaction with aldehydes for the synthesis of benzhydrol derivatives has been developed.

Les azapeptides sont des mimes peptidiques où le carbone alpha d’un ou de plusieurs acides aminés est remplacé par un atome d’azote. Cette modification tend à stabiliser une conformation en repliement beta en raison de la répulsion électronique entre les paires d’électrons libres des atomes d’azote adjacents et de la géométrie plane de l’urée. De plus, le résidu semicarbazide a une meilleure résistance face aux protéases en plus d’être chimiquement plus stable qu’une liaison amide. Bien que les propriétés des azapeptides en fassent des mimes peptidiques intéressants, leurs méthodes de synthèses font appel à la synthèse laborieuse d’hydrazines substituées en solution. Le peptide sécréteur d’hormone de croissance 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) est un hexapeptide synthétique qui possède une affinité pour deux récepteurs distincts: les récepteurs GHS-R1a et CD36. Les travaux effectués au cours de mon doctorat qui seront détaillés dans cet ouvrage visent à atteindre deux objectifs: (1) le développement d’analogues du peptide GHRP-6 sélectif à un seul récepteur et (2) la mise au point d’une nouvelle méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides. En réponse au premier objectif, la synthèse parallèle de 49 analogues aza-GHRP-6 a été effectuée et certains candidats sélectifs au récepteur CD36 ont été identifiés. L’étude de leurs propriétés anti-angiogéniques, effectuée par nos collaborateurs, a également permis d’identifier des candidats intéressants pour le traitement potentiel de la dégénérescence maculaire liée à l’âge. Une nouvelle approche pour la synthèse combinatoire d’azapeptides, faisant appel à l’alkylation et la déprotection chimiosélective d’une sous-unité semicarbazone ancrée sur support solide, a ensuite été développée. La portée de cette méthodologie a été augmentée par la découverte de conditions permettant l’arylation régiosélective de cette sous-unité semicarbazone, donnant accès à treize nouveaux dérivés aza-GHRP-6 possédant des résidus aza-arylglycines aux positions D-Trp2 et Trp4. L’élaboration de conditions propices à l’alkylation et la déprotection chimiosélective de la semicarbazone a donné accès à une variété de chaînes latérales sur l’acide aminé « aza » préalablement inaccessibles. Nous avons, entre autres, démontré qu’une chaîne latérale propargyl pouvait être incorporée sur l’acide aminé « aza ». Tenant compte de la réactivité des alcynes, nous avons ensuite élaboré des conditions réactionnelles permettant la formation in situ d’azotures aromatiques, suivie d’une réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire sur support solide, dans le but d’obtenir des mimes de tryptophane. Sept analogues du GHRP-6 ont été synthétisés et testés pour affinité au récepteur CD36 par nos collaborateurs. De plus, nous avons effectué une réaction de couplage en solution entre un dipeptide possédant un résidu aza-propargylglycine, du paraformaldehyde et une variété d’amines secondaires (couplage A3) afin d’accéder à des mimes rigides d’aza-lysine. Ces sous-unités ont ensuite été incorporées sur support solide afin de générer sept nouveaux azapeptides avec des dérivés aza-lysine à la position Trp4 du GHRP-6. Enfin, une réaction de cyclisation 5-exo-dig a été développée pour la synthèse de N-amino imidazolin-2-ones en tant que nouveaux mimes peptidiques. Leur fonctionnalisation par une série de groupements benzyliques à la position 4 de l’hétérocycle a été rendue possible grâce à un couplage Sonogashira précédant la réaction de cyclisation. Les propriétés conformationnelles de cette nouvelle famille de composés ont été étudiées par cristallographie aux rayons X et spectroscopie RMN d’un tétrapeptide modèle. L’activité biologique de deux mimes peptidiques, possédant un résidu N-amino-4-méthyl- et 4-benzyl-imidazolin-2-one à la position Trp4 du GHRP-6, a aussi été examinée. L’ensemble de ces travaux devrait contribuer à l’avancement des connaissances au niveau des facteurs structurels et conformationnels requis pour le développement d’azapeptides en tant que ligands du récepteur CD36. De plus, les résultats obtenus devraient encourager davantage l’utilisation d’azapeptides comme peptidomimétiques grâce à leur nouvelle facilité de synthèse et la diversité grandissante au niveau de la chaîne latérale des acides aminés « aza ».
Azapeptides are peptide mimics in which the CH alpha in one or more amino acids has been replaced with a nitirogen atom. Such a modification tends to induce beta turn conformations in peptides, because of the consequences of lone–pair lone–pair repulsion between the two adjacent nitrogens and the planar geometry of the urea in the semicarbazide moiety. Furthermore, the semicarbazide increases protease resistance and is chemically more stable than its amide counterpart. Despite the potential advantages of using azapeptides mimics, their synthesis has been hampered by the solution-phase construction of substituted hydrazines prior to their incorporation into peptide sequences. Growth Hormone Releasing Peptide 6 sequence (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) is a synthetic hexapeptide that binds to two distinct receptor: the Growth Hormone Secretatgogue Receptor 1a (GHS-R1a) and the Cluster of Differentiation 36 (CD36) receptor. The body of my Ph.D thesis has been generally targeted towards two objectives: (a) the development of azapeptide analogs of GHRP-6 with enhanced receptor selectivity and (b) the elaboration of a new synthetic approach for combinatorial submonomer azapeptide synthesis. In response to the first objective, 49 aza-GHRP-6 derivatives were synthesized and evaluated for receptor binding and biological activity. From this library, certain candidates were identified which exhibited decreased affinity for the GHS-R1a receptor with maintained affinity for the CD36 receptor. Furthermore, in studying their anti-angiogenic properties, our collaborators have identified aza-GHRP-6 analogs, which caused a marked decrease in microvascular sprouting in choroid explants, as well as another displaying potential to increase angiogenesis. A new approach for the combinatorial synthesis of azapeptides was developed to better conduct SAR studies using azapeptides. This method features the chemoselective alkylation and deprotection of a resin-bound semicarbazone building block. The scope of the methodology was further expanded by the development of reaction conditions for the chemoselective N-arylation of this semicarbazone residue, yielding 13 aza-GHRP-6 derivatives with aza-arylglycines residues at the D-Trp2 and Trp4 positions. The elaboration of a methodology based on the chemoselective alkylation and deprotection of a semicarbazone has allowed for greater aza-amino acid side chain diversity, enabling for example, the efficient incorporation of aza-propargylglycine residues into peptide sequences. Considering the reactivity of alkynes, we developed reaction conditions for in situ formation of aromatic azides, followed by a 1,3-dipolar cycloaddition reaction on solid support to yield aza-1-aryl,2,3-triazole-3-alanine residues as tryptophan mimics. Seven aza-GHRP-6 analogs were synthesized and subsequently tested for binding to the CD36 receptor by our collaborators. Moreover, the coupling reaction between an aza-propargylglycine-containing dipeptide building block, paraformaldehyde and a variety of secondary amines (A3 coupling) was accomplished in solution to provide access to rigid aza-lysine mimics. These aza-dipeptides were subsequently incorporated at the Trp4 position of seven new aza-GHRP-6 analogues using a solid-phase protocol, and the resulting azaLys mimics were tested for binding towards the CD36 receptor. Finally, conditions for a 5-exo-dig cyclization of an aza-propargylglycine residue were developed to give N-amino imidazolin-2-ones as turn-inducing peptide mimics. Their modification at the 4 position was achieved using a Sonogashira coupling protocol prior to the cyclization step. The conformational properties of these new heterocyclic motifs were assessed by X-ray crystallography and NMR spectroscopy on a tetrapeptide model system. The incorporation of N-amino-4-methyl- and 4-benzyl-imidazolin-2-ones at the Trp4 position of GHRP-6 was further accomplished and the biological evaluation of the peptidomimetics was examined. Taken together, these results should lead to a better understanding of the structural and conformational factors responsible for binding and biological activity of azapeptide ligands of the CD36 receptor. Furthermore, the submonomer approach for azapeptide synthesis developed should promote the use of azapeptides as peptide mimics, given its accessibility and the increased aza-amino acid side-chain diversity available.